OAXACA, MEXICO

Versión 1.0:   23 de octubre de 2001

• Diseño espacial: El diseño espacial del humedal construído debe ser tal que consiste de N canales, cada uno de ancho w, en paralelo. Esto es para asegurar el flujo de émbolo. El humedal puede ser the forma irregular, pero formas rectangulares o casi-rectangulares en planta son preferibles. El ancho W del humedal es la suma de los anchos w de los N canales.

• Entrada: La entrada de flujo al humedal se distribuye a lo largo del ancho W por medio de una tubería perforada.

• Gradiente hidráulico: El sistema de contruye con un gradiente hidráulico entre la entrada y salida. El gradiente hidráulico debe ser por lo menos 1% y no mayor de 3%, dependiendo de la topografía.

• Salida: El efluente se colecciona en el canal de salida, el cual está relleno de grava gruesa y tiene el mismo ancho del humedal. El efluente se descarga directamente al río o se conduce para su uso en irrigación.

• Permeabilidad del suelo: La permeabilidad del suelo debe ser medida para asegurar que esté dentro del rango 0.0001 a 0.00001 cm/seg; es decir, arcillas arenosas o arcillas limosas.

• Carga de aguas servidas: Asumir 0.15 m³/día/persona de agua potable en Tlaxiaco; asumir un factor 0.6 de conversión de agua potable a agua servida; por tanto, 0.09 m³/día/persona de agua servida. Asumir que 2,500 familias drenan al sistema municipal; 4 personas por familia, 10,000 personas en total; 900 m³/día de carga de agua servida; or 0.0104 m³/seg. Asumir una carga de agua servida de 0.01 m³/seg para propósitos de diseño.

• Balance de agua -- Teoría: Influente Q_i menos efluente Q_o más precipitación P menos evapotranspiración ET debe cancelarse. La ecuación es: Q_o = Q_i + P - ET.   Precipitación en Tlaxiaco es P = 900 mm/año. Evapotranspiración en Tlaxiaco está estimada en ET= 1350 mm/año. Q_i = 0.01 m³/seg.

• Balance de agua -- Práctica: Asumir un área de 10,000 m². Luego: Q_o = 0.00986 m³/seg. Esto significa que la descarga de salida no es muy sensitiva a la diferencia entre P y ET. Q_o no es muy diferente que Q_i; por tanto, Q_i será la descarga de diseño Q.

• Comportamiento: Un humedal construido puede reducir DBO, sólidos suspendidos, nitrógeno, metales (cadmio, cobre, mercurio, zinc, cromio, plomo, y selenio), trazas orgánicas, y patógenos (bacterias, viruses, protozoarios). No se espara que la remoción de fósforo sea considerable.

• Profundidad de diseño: Asumir d= 0.6 m.

• Remoción de DBO: Se describe por un modelo de degradación de primer orden: 
  DBO_e/DBO_i = e^{-K_T t}

• Tiempo hidráulico de residencia t: t debe ser por lo menos 5-6 días para reducir el DBO a niveles aceptables. t = (LWdn)/Q; L= longitud; W= ancho; d= profundidad; n= porosidad, definida como el volume de vacíos dividido entre el volumen total; w= ancho de la celda; N= número de celdas; W= wN.

• Porosidad: Asumir porosidad n= 0.75.

• Cálculo de las dimensiones del humedal: Asumir w= 10 m; N= 10; W= wN= 100 m; L= 100 m; LW= 10,000 m²; d= 0.6 m; n= 0.75. Luego: dn= 0.45 m; LWdn= 4,500 m³; t= 5.2 días.

• Fórmula de comportamiento: DBO_e/DBO_i = A e^{(-0.7 K_T} A_v^1.75 t)
  A= fracción de DBO no removida como sólidos decantados; asumir A= 0.52.
  K_T = constante de reacción, función de la temperatura.
  A_v = area específica para actividad microbiana; asumir 15.7 m²/m³ (Manual del EPA).

• Cálculo de la constante de reacción:
  K_T = K₂₀ (1.1)^{(T - 20)}.
  K₂₀ = 0.0057 día^-1.
  Asumir T = 13 ^oC.
  Luego K_T = 0.0029 día^-1.

• Cálculo del comportamiento:
  DBO_e/DBO_i = r = A e^{(-0.7 K_TA_v1.75 t)} = 0.52 e^{[(-0.7) (0.0029) (15.7)1.75 (5.2)]} = 0.14

• Sensibilidad: La ecuación no es sensitiva a A_v, pero es sensitiva a la temperatura T.

• Diseño de humedal construido para Tlaxiaco:

  Relación de DBO: r = A e^{(-0.7 A_v1.75 K_T t)}

  t = (LWdn)/(86400*Q) días

  Ancho total W= wN

  K_T = K₂₀ (1.1)^{(T - 20)} day^-1

  ln(r)= ln(A) - 0.7 A_v^1.75 K_T t

  ln(r)= ln(A) - 0.7 A_v^1.75 K₂₀ (1.1)^(T-20) t

  ln(r)= ln(A) - 0.7 A_v^1.75 K₂₀ (1.1)^(T-20) (LWdn)/(86400*Q)

  0.7 A_v^1.75 K₂₀ (1.1)^(T-20) (LWdn)/(86400*Q) = [ln(A) - ln(r)]

  L = 86400 Q [ln(A) - ln(r)] /[0.7 A_v^1.75 K₂₀ (1.1)^(T-20) wNdn]

  Asumir: Q= 0.01; A = 0.52; r = 0.14; A_v= 15.7; K₂₀= 0.0057; T= 13; w= 10; N = 10; d= 0.6; n=0.75

  L = 86400 (0.01) [ln(0.52) - ln(0.14)] / [(0.7) (15.7)^1.75 (0.0057) (1.1)^(-7) (10)(10)(0.6)(0.75)]

  L = 864 [ln(0.52) - ln(0.14)] / [(0.7) (123.83) (0.0057) (0.513) (10)(10)(0.6)(0.75)]

  L = 864 [ln(0.52) - ln(0.14)] / [(0.253) (10)(10)(0.6)(0.75)]

  L = 864 ln(3.71) / [(0.253) (10)(10)(0.6)(0.75)]

  L = 864 (1.331) / [(0.253) (10)(10)(0.6)(0.75)]

  L = 1150 / 11.38 = 101 m. Asumir L = 100 m.

  t= (LWdn)/(86400*Q) = (100)(100)(0.6)(0.75) / [(86400) (0.01)] = 5.2 días.

  Verificación del comportamiento: r = A e^{(-0.7 A_v1.75 K_T t)} = 0.52 e^{[(-0.7) (123.83) (0.0057) (0.513) (5.2)]} = 0.14    OK.

  DBO efluente= 0.14 X DBO influente= 0.14 X 80 ppm = 11 ppm. Eficiencia del sistema laguna de oxidación/humedal construido = [1 - (11/350)] X 100 = 96.8% Esta es un poco mejor que el tratamiento a nivel secundario (90-95% de remoción de DBO).

  Conclusión: Con Q= 0.01 m³/seg y T = 13 ^oC, el humedal tendrá dimensiones de 100 m X 100 m = 1 ha, tiempo de retención t = 5.2 días, relación de DBO efluente a influente r = 0.14, y DBO efluente del humedal = 11 ppm. La eficiencia total del sistema laguna de oxidación/humedal construido es 96.8% (tratamiento secundario).

• Cálculo del volumen del dique: Se asume profundidad del dique = 0.9 m; ancho de corona= 2 m; pendiente aguas arriba 2:1; pendiente aguas abajo 2:1; área total 3.42 m³/m. Longitud del dique = 400 m. Volumen total del dique = 1368 m³. Precio unitario 40 pesos mexicanos por metro cúbico de excavación y terraplenado simultaneo. Por tanto, el costo es $ 54,720 pesos mexicanos.

  Profundidad de excavación = 1368 m³ / 10,000 m² = 0.14 m.
  Remoción de capa de superficie, conteniendo materia orgánica, de espesor 0.15 m.
  Profundidad total de excavación: 0.29 m.

  Costo estimado del proyecto = 4 x $54,720 = $ 218,880 (U.S. $ 24,320). Este estimado, incluyendo el multiplicador, incluye obras preliminares, obras accesorias (muros de mampostería, tubos, etc.), costo e instalacion de la vegetación, pero no incluye el costo del terreno.