Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo de la empresa C I Sunshine Bouquet S A

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alexander Largo bohorquez

8/11/2023

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PROPUESTA DE DOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICOS
DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS EN LA FINCA FLORES DE
TENJO DE LA EMPRESA C.I. SUNSHINE BOUQUET S.A.S

Juan David Forero Ruiz

Universidad El Bosque
Facultad de Ingeniería
Programa Ingeniería Ambiental
Bogotá, 01 de noviembre, 2022

Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

PROPUESTA DE DOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICOS
DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS EN LA FINCA FLORES DE
TENJO DE LA EMPRESA C.I. SUNSHINE BOUQUET S.A.S

Juan David Forero Ruiz

Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniero Ambiental

Director (a):
Fabio Díaz López

Línea de Investigación:
Ingeniería para la sostenibilidad – Salud Ambiental

Universidad El Bosque
Facultad de Ingeniería
Programa Ingeniería Ambiental
Bogotá, Colombia
2022

Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

Nota de Salvedad de Responsabilidad Institucional

La Universidad El Bosque, no se hace responsable de los conceptos emitidos por los
investigadores en su trabajo, solo velará por el rigor científico, metodológico y ético de este en
aras de la búsqueda de la verdad y la justicia.

Juan David Forero Ruiz

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Dedicatoria

A mis padres y hermana por el apoyo
incondicional durante toda la carrera, a mi novia por
impulsarme a ser mejor cada día, inspirándome con su
resiliencia y tenacidad.

Juan David Forero Ruiz

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Agradecimientos

Agradezco a mi familia por su apoyo incondicional y permanente en mi crecimiento profesional
y personal. A la Universidad El Bosque por mi formación académica y a la empresa C.I
Sunshine Bouquet S.A. por brindarme la oportunidad y las herramientas para realizar el
proyecto.

Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

Tabla de contenido

1. Resumen ........................................................................................................................ 10
1.1 Abstract ..................................................................................................................... 10
2. Introducción .................................................................................................................. 10
3. Planteamiento del problema .......................................................................................... 11
3.1 Pregunta de investigación ......................................................................................... 12
4. Justificación .................................................................................................................. 12
5. Objetivo general y específicos ...................................................................................... 13
5.1 Objetivo General: ...................................................................................................... 13
5.2 Objetivos específicos: ................................................................................................ 13
6. Marco de referencia ...................................................................................................... 14
6.1 Estado del arte .......................................................................................................... 14
6.2 Marco teórico-conceptual ......................................................................................... 19
6.3 Marco geográfico ...................................................................................................... 24
6.4 Marco normativo ....................................................................................................... 25
7. Metodología .................................................................................................................. 28
8. Plan de trabajo............................................................................................................... 33
9. Aspectos éticos.............................................................................................................. 34
10. Resultados ..................................................................................................................... 34
11. Análisis y discusión de resultados ................................................................................ 45
12. Conclusiones y recomendaciones ................................................................................. 49
13. Bibliografía ................................................................................................................... 51
14. Anexos .......................................................................................................................... 55

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Listado de tablas

Tabla 1. Comparativa de la metodología de Kadlec & Wallace y Reed y Ras 2000. .............. 15
Tabla 2. Resultados obtenidos por Carvajal Arias et al ........................................................... 15
Tabla 3. Resultados obtenidos por (Cardoso-Vigueros et al., 2014). ...................................... 18
Tabla 4. Composición promedio de aguas residuales crudas. Tomado de: (López Vázquez et
al., 2017). ................................................................................................................................. 20
Tabla 5. Marco normativo........................................................................................................ 26
Tabla 6. Modelos referenciados para el cálculo del área superficial, tiempo de retención y
relación largo:ancho. ................................................................................................................ 28
Tabla 7. Cuadro informativo acerca de los medios filtrantes más utilizados en la construcción
de los humedales artificiales. Tomado de (Asprilla et al., 2020). ............................................ 29
Tabla 8. Ecuaciones utilizadas para el cálculo del volumen del tanque y cantidad requerida
por capa de sustrato. ................................................................................................................. 31
Tabla 9. Matriz plan de trabajo para la realización del proyecto ............................................. 33
Tabla 10. Identificación del tren de tratamiento de aguas residuales de los sistemas a mejorar.
.................................................................................................................................................. 35
Tabla 11. STAR No 5 correspondientes a los baños de los cultivos del bloque 15 - 17. ........ 36
Tabla 12. STAR No 9 correspondientes a los sistemas de las oficinas. .................................37
Tabla 13. STAR No 7 y 8, pertenecientes a los baños de los comedores y casino. ................. 38
Tabla 14. Parámetros de diseño vermifiltro. ............................................................................ 38
Tabla 15. Características del tanque a utilizar. ........................................................................ 38
Tabla 16. Densidad de los sustratos seleccionados. ................................................................. 39
Tabla 17. Variables de diseño del humedal artificial. .............................................................. 41
Tabla 18. Comparativa entre las concentraciones iniciales y finales de los parámetros de
calidad de agua mayormente evaluados con respecto a la normatividad aplicable. ................ 45
Tabla 19. Recopilación de eficiencias de funcionamiento de los FAFA de los municipios
analizados por Rendón. ............................................................................................................ 46
Tabla 20. Análisis muestra de agua antes de implementar el humedal ................................... 48
Tabla 21. Análisis muestra de agua antes de implementar el vermifiltro ................................ 48

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Listado de figuras

Figura 1. Porcentaje total de nitrógeno (%TN) (a) y porcentaje total de fósforo (%TP) (b) en
la raíz y en el brote de la planta BR y PA al final del experimento. Tomado de (Awad et al.,
2022). ....................................................................................................................................... 17
Figura 2. Concentración de DBO5 en tres muestras distintas. Adaptado de: (Natarajan &
Kannadasan, 2014). .................................................................................................................. 18
Figura 3. Concentración de DQO en tres muestras distintas. Adaptado de: (Natarajan &
Kannadasan, 2014). .................................................................................................................. 19
Figura 4. Concentración de TDS en tres muestras distintas. Adaptado de: (Natarajan &
Kannadasan, 2014). .................................................................................................................. 19
Figura 5. Esquema general de un humedal artificial. Adaptado de Kadlec & Wallace, 2008.
.................................................................................................................................................. 22
Figura 6. Sistema de vermifiltración. Adaptado de Singh., et al (2019)................................. 23
Figura 7. Mapa finca Flores de Tenjo. .................................................................................... 24
Figura 8. Tanque bajito de 1000 litros. ................................................................................... 30
Figura 9. Proyección del tanque bajito. .................................................................................. 30

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Listado de anexos

Anexo 1. Esquema Vermifiltro. ............................................................................................... 56
Anexo 2. Esquema Humedal Artificial. ................................................................................... 57
Anexo 3. Plano sistema STAR 5.............................................................................................. 58
Anexo 4. Plano sistema trampa de grasa ................................................................................. 59
Anexo 5. Plano sistema STAR 7.............................................................................................. 60
Anexo 6. Plano sistema STAR 9.............................................................................................. 61
Anexo 7. Resultados análisis de agua antes de implementar el humedal ................................ 62
Anexo 8. Resultados análisis de aguas antes del vermifiltro ................................................... 63

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1. Resumen

La finca Flores de Tenjo de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A. cuenta con sistemas de tratamiento de aguas
residuales domésticas como FAFA’S (Filtros Anaerobios de Flujo Ascendente), zanjas de infiltración y pozos
sépticos que son ineficientes debido a que la actualización de la normatividad nacional acerca del vertimiento de
aguas residuales tratadas al suelo. Para optimizar el tratamiento se propone la implementación de dos sistemas de
tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas (Humedal artificial subsuperficial y un vermifiltro) para
dar cumplimento a la normatividad vigente y viabilizar la reutilización de estas aguas en el riego de los cultivos.
Para esto, se realizaron visitas técnicas a la finca con el fin de identificar el tren de tratamiento ya implementado,
ya que este es ineficiente, por lo cual, se obtiene la justificación para diseñar el vermifiltro teniendo en cuenta
características específicas de las cuales, se resalta el tratamiento de aguas por metro cuadrado de filtro
(600L/ARD), el tiempo de retención hidráulica (3-4 horas), la carga hidráulica (
1 𝑚3
𝑚2∗𝑑
) y la densidad óptima de
lombrices (10000 a 20000 Lom/𝑚3); para el humedal es importante resaltar el caudal (2,85 𝑚3/𝑑), el área
superficial (47,5 𝑚2) y las dimensiones (4x12x0,6m). Se espera dar cumplimiento a la normatividad como la
resolución 1256 de 2021 y 0699 de 2021; se considera necesaria la implementación de los tratamientos biológicos
propuestos para no incurrir en sanciones por incumplimiento.

Palabras clave. Humedal artificial subsuperficial, vermifiltro, tren de tratamiento, agua residual.

1.1 Abstract

The Flores de Tenjo farm of the company Sunshine Bouquet S.A. has domestic wastewater treatment systems
such as FAFA'S (Ascending Flow Anaerobic Filters) and septic tanks that are inefficient due to the updating of
national regulations on the discharge of treated wastewater into the soil. To optimize treatment, we propose the
implementation of two biological treatment systems for domestic wastewater (subsurface artificial wetland and a
vermifilter) to comply with current regulations and make the reuse of this water for crop irrigation viable. For
this, technical visits were made to the farm in order to identify the treatment train already implemented, since it is
inefficient, the justification for designing the vermifilter is obtained taking into account specific characteristics,
of which the water treatment per square meter of filter (600L/ARD), the hydraulic retention time (3-4 hours), the
hydraulic load (
1 𝑚3
𝑚2∗𝑑
) and the optimal density of worms (10000 a 20000 Lom/𝑚3) are highlighted; For the wetland
it is important to highlight the flow rate (2,85 𝑚3/𝑑), surface area (47,5 𝑚2) and dimensions (4x12x0,6m). It is
expected to comply with the regulations of Resolution 1256 of 2021 and 0699 of 2021; it is considered necessary
to implement the proposed biological treatments to avoid incurring penalties for noncompliance.

Keywords: Subsurface artificial wetland, vermifilter, treatment train, wastewater.

2. Introducción

La finca Flores de Tenjo se dedica a la producción de flor de exportación, siendo la rosael
principal producto, esto ha dado paso a una extensiva producción de agua residual, la mayor
parte de ellas contiene, en forma suspendida o disuelta, sustancias contaminantes que deben
recibir una atención adecuada (Buitrón et al., 2016), para esto se plantean tratamientos
biológicos como humedales artificiales de flujo subsuperficial, que son considerados una
tecnología económica para el tratamiento de aguas residuales y su aplicación en el país es
interesante porque presentan funciones que benefician al medio ambiente, la sociedad y la
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fauna. Funciona como un sistema diseñado para el tratamiento de algún tipo de agua residual
y puede ser utilizado para mejorar la calidad de esta (Suárez et al., 2014).

Por otro lado, se plantea la vermifiltración, la cual se usa para el tratamiento de descargas en
pequeñas comunidades siendo tratamientos in situ. Los vermifiltros son estructuras económicas
por lo que es una tecnología de bajo costo y sustentable; consta de un sistema de percolación
con un medio filtrante que contiene microorganismos y lombrices (Largo, 2022) estas
funcionarán como aireadoras que a través del medio filtrante ayudan a la circulación del
oxígeno, fortaleciendo el crecimiento microbiano, y a su vez, cumplen un papel como
biodigestores al consumir sólidos retenidos del medio pasan a través del tracto digestivo donde
se llevan a cabo reacciones fisicoquímicas por las enzimas, ácidos digestivos y
microorganismos (Ardila et al., 2014).

Por lo descrito anteriormente y teniendo en cuenta que diversos estudios mencionan la
viabilidad y aplicabilidad de estos sistemas, se realizó la propuesta consiste en la integración
de estos sistemas al tren de tratamiento de la finca, a través de la identificación de los
tratamientos ya implementados en el lugar, el diseño del vermifiltro y el humedal artificial
subsuperficial y una comparación de eficiencias esperadas.

3. Planteamiento del problema

La generación de aguas residuales cada vez es mayor, esto producto de un conjunto de varios
factores y situaciones que se han intensificado con el crecimiento de las poblaciones. Las
relaciones existentes con los ecosistemas son en su mayoría negativas, producto de los procesos
humanos que generan una gran cantidad de residuos, entre ellos se encuentran las aguas
residuales, las cuales se vierten a los sistemas naturales, de estas fuentes, son cuatro las más
fundamentales, siendo en su orden: aguas domésticas, aguas residuales industriales, aguas de
uso agrícola y pluviales (Ramalho, 2021).

Por lo tanto, se puede especificar que las propiedades fisicoquímicas y microbiológicas de las
aguas residuales domésticas, llegan a alterar las características de los ecosistemas que son
receptores de este tipo de aguas (Mihelcic & Zimmerman, 2012). Por consiguiente, garantizar
un buen tratamiento del agua residual ayuda a disminuir riesgos en la salud ambiental, esto
desde un enfoque de remoción de contaminantes microbiológicos (Galeano & Albornoz, 2019).
Los sistemas de humedales artificiales y de vermifiltros, están enfocados en la remoción de
indicadores de calidad fisicoquímica del agua, tales como la demanda bioquímica de oxígeno
(DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos (SS), solidos totales
disueltos (STD), ente otros.

Los sistemas de tratamientos que se tienen implementados actualmente en la finca Flores de
Tenjo, de la compañía C.I. Sunshine Bouquet S.A.S son ineficientes, esto debido a la
actualización de la normatividad nacional acerca del vertimiento de aguas residuales tratadas
al suelo (Resolución 0699 de 2021), lo anterior debido a la ubicación de la finca, donde es nula
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la posibilidad de conexión al alcantarillado público del municipio de Tenjo, por lo cual, se han
adoptado pequeños sistemas independientes como lo son pozos sépticos y FAFA’S (Filtros
Anaerobios de Flujo Ascendente) para la realización del respectivo tratamiento antes del
vertimiento al suelo.

Siendo la industria de la floricultura una de las que más agua requiere para su funcionamiento,
los volúmenes de agua extraídos por C.I. Sunshine Bouquet S.A.S para el riego de sus cultivos
es significativo, así es como por medio de un humedal artificial y un vermifiltro, se busca la
viabilización de las aguas residuales domésticas para el cumplimiento de la resolución 1256 de
2021, la cual dictamina los valores máximos permisibles para la reutilización de las aguas
residuales domésticas tratadas en otras actividades, además, de la posible disminución de
gastos en construcción, mantenimiento y operación de estos sistemas con respecto a los ya
existentes.

3.1 Pregunta de investigación

¿Qué capacidad de tratamiento de aguas tienen los sistemas de humedales artificiales y
vermifiltros frente a los sistemas implementados en la finca Flores de Tenjo y como pueden
llegar a viabilizar la reutilización de estas aguas residuales para el riego de los cultivos?

4. Justificación

Los sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales tienen como objetivo principal
degradar o absorber la materia disuelta, coloidal o sedimentable en flóculos biológicos o
biopelículas (López Vázquez et al., 2017), a diferencia de los sistemas usualmente usados de
tratamiento de aguas, los cuales son una combinación de diferentes procesos como lo son los
físicos, químicos, térmicos y biológicos.

Los humedales artificiales y los vermifiltros son sistemas biológicos que funcionan para el
tratamiento de aguas residuales, tanto domésticas como industriales. Por un lado, los humedales
artificiales tratar de imitar los sistemas naturales, mediante el confinamiento y control de la
capacidad del sistema para realizar tratamientos naturales mediante procesos físicos, químicos
y biológicos (Shi et al., 2011), sin embargo, requiere mínima intervención humana y sus costos
son muy bajos con respecto a los sistemas tradicionales de tratamiento de aguas. Así mismo,
los vermifiltros son sistemas donde su principal actor son las lombrices, que junto con
microorganismo en una relación simbiótica (Singh et al., 2019a), tratan el agua que ingresa a
dicho sistema el cual se encuentra conformado por diferentes capas que contienen distintos
sustratos, y de igual forma, son sistemas que no requieren un mantenimiento frecuente, ya que
son las lombrices de realizar todo el proceso, desde la ingesta hasta la excreción de los
contenidos que contengan las aguas residuales.

Dado lo anterior, el humedal de subsuperficial de flujo horizontal es el que tiene mejores
resultados frente a la remoción de contaminantes. Son sistemas en el que el tratamiento se da a
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través de un medio poroso el cual retiene los contaminantes físicos, químicos y biológicos.
Además de esto, el flujo al ir sumergido y por debajo del sustrato, se evita los malos olores y
los vectores (Galeano & Albornoz, 2019). Al igual que el vermifiltro, que consta de un tanque
que puede ser de almacenamiento de agua y tres sustratos: tierra, viruta de madera y grava, que
al igual que humedal artificial, es un sistema cubierto por lo que se evitan malos olores y
vectores.

Es conveniente usar estos dos tipos de sistemas por sus beneficios económicos, mientras que
un metro cúbico de sistema construido en la finca Flores de Tenjo cuestaalrededor de $430.000
pesos, un humedal artificial y vermifiltro puede llegar a costar dos veces menos. Mientras que
la capacidad de tratamiento de los humedales artificiales subsuperficiales de flujo horizontal se
encuentra aproximadamente con una eficiencia de remoción del 93,89% para DBO5, de 84,98%
para DQO, 40% para SS y para P (fosforo) del 96,90% (Cabrera & Ojeda, 2021), para los
vermifiltros hay eficiencias de remoción para DBO5 de 88%, de 78% para SST, 75% para SDT
y de 90% para DQO (Samal et al., 2017).

Esto demuestra el potencial de estos sistemas frente a los sistemas tradicionales, haciéndolos
competitivos gracias a que se obtienen eficiencias altas por un precio mucho más reducido
tanto en construcción, operación y mantenimiento, así como también la posibilidad de poder
viabilizar la reutilización de las aguas que son tratadas mediante estos métodos, ya que la
industria floricultura al generar tanta presión sobre el recurso hídrico, se debe buscar
alternativas que logren minimizar el consumo del agua, siendo esto una medida de
adaptabilidad al cambio climático, consiguiendo fuentes de agua para el riego de cultivos en
caso de un fenómeno del niño prolongado.

5. Objetivo general y específicos

5.1 Objetivo General:

Proponer dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas para dar
cumplimento a la normatividad vigente y viabilizar la reutilización de estas aguas en el riego
de los cultivos.

5.2 Objetivos específicos:

● Identificar las operaciones y procesos unitarios de las aguas residuales domésticas
generadas en las unidades sanitarias de la finca Flores de Tenjo.
● Diseñar un vermifiltro y un humedal artificial para el tratamiento de ARD procedente
de las unidades sanitarias teniendo en cuenta las necesidades del sistema.
● Comparar los valores de remoción esperados de los parámetros de calidad de aguas
residuales comúnmente evaluados, frente a las exigencias de la normatividad y de los
sistemas actualmente implementados.
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6. Marco de referencia

6.1 Estado del arte

Con el aumento de la población y la presión ejercida sobre el recurso hídrico, esto ha provocado
que la disponibilidad de este empiece a ser más notable, se han encontrado alternativas para el
tratamiento de las aguas residuales domésticas con el fin de poder disponerlas con cargas
contaminantes que cumplan con la normatividad, así como buscando la manera de viabilizar el
uso de estas aguas tratadas en nuevos procesos. En tal sentido, en el municipio de Cogua,
Cundinamarca (Lara & Vera, 2005) se implementó un humedal artificial subsuperficial para
tratar las aguas residuales domésticas provenientes de las viviendas y las aulas de la sede de la
Pontificia Universidad Javeriana en dicho municipio, comparando así, los resultados obtenidos
con los que se encuentran en la teoría y de igual manera, comparando los diferentes modelos
de diseño, donde el de Reed, es el que consigue mejores resultados experimentales, y aunque
fue construido bajo el parámetro de remoción de DBO, consigue buenos resultados para la
remoción de nitrógeno y fósforo. Finalmente concluyen que el mejor modelo para remoción de
DBO es el de (Kadlec & Wallace, 2008) como también la excelente capacidad de estos sistemas
para el tratamiento de afluentes con altas cargas orgánicas.

Al respecto (Espinosa, 2014), realizó los estudios de factibilidad para la construcción de
humedal artificial de flujo subsuperficial para una población de 30.000 habitantes, donde
comparó cuatro metodologías de diseño (Reed y RAS, Kadlec & Wallace, EPA y Romero), de
las cuales se pudo calcular las dimensiones del sistema de tratamiento a través del caudal y la
carga orgánica (DBO5) consiguiendo así resultados dependiendo de la metodología estudiada,
añadiendo que los humedales artificiales son más económicos en términos de costo de
operación y mantenimiento en un 273% frente a las lagunas de estabilización, siendo estos dos
tratamientos secundarios o terciarios dependiendo el lugar de implementación.

En ese mismo contexto (Asprilla et al., 2020), compararon las mismas metodologías de diseño
que Espinosa, exceptuando la de la EPA que, en este caso, se reemplazó por la metodología de
Ortega. Dichas metodologías están basadas en la remoción de materia orgánica para la
obtención del área superficial de un humedal subsuperficial de flujo horizontal. Para este
estudio se utilizaron cargas orgánicas y caudales teóricos tanto para aguas residuales
domésticas como para aguas residuales industriales, concluyendo que las metodologías de
Reed y RAS, Kadlec & Wallace son las referencias recomendadas para el diseño de humedales
artificiales gracias a la similitud de los resultados (siendo los mismos datos en ambas
metodologías), así como también la aplicabilidad en casos prácticos y de las variables
presentes, como la porosidad del sustrato a utilizar.

Los resultados de las dos metodologías mencionadas anteriormente se resumen en la siguiente
tabla:

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Parámetro Unidades ARD ARI Modelo
Área Superficial 𝑚2 39,42 18,51 Kadlec &
Wallace
Área Superficial 𝑚2 45,40 22,22 Reed y Ras
2000
Tabla 1. Comparativa de la metodología de Kadlec & Wallace y Reed y Ras 2000.

En la aplicabilidad, en la finca El Recreo ubicada en Tauramena, Casanare, (Carvajal Arias et
al., 2017) presentaron la propuesta de un humedal artificial subsuperficial para el tratamiento
de aguas residuales domésticas generadas en dicho lugar, de esta manera, realizaron el análisis
de 19 parámetros de calidad del agua para lograr la caracterización física, química y biológica
del agua a tratar. Posteriormente a esto, se desarrolló el diseño y construcción del piloto de
prueba con Bambusa Sp y de igual manera realizaron una segunda prueba con Heliconia
Psittacorum, consiguiendo así los resultados que se compensan en la tabla 2 (Los más
importantes) y eficiencias de tratamiento de aguas residuales de 73% para Bambusa Sp y de
79% para Heliconia Psittacorum.

Parámetros Unidad Agua sin
tratar
Bambusa Sp Heliconia
Psittacorum
pH pH 5,23 7,32 6.4
Demanda Química
de Oxígeno (DQO)
mg/L O2 768 288 44,8
Demanda
Bioquímica de
Oxígeno (DBO)
mg/L O2 446 186 24
Sólidos
Suspendidos
Totales
mg/L 1407,5 557,5 516,25
Sólidos
Sedimentables
mg/L 1,6 0,1 0,8
Grasas y Aceites mg/L 223 13,3 13,3
Tabla 2. Resultados obtenidos por Carvajal Arias et al

Un estudio de la Universidad de Cartagena en España, determinaron y examinaron la viabilidad
del reuso del agua tratada mediante un humedal artificial de flujo subsuperficial en actividades
agrícolas. El agua provenía de fuentes industriales (ARnD) y se utilizó Phragmites australis
como especie vegetal seleccionada para el tratamiento del agua. Realizaron los análisis
correspondientes de aguas antes y después del paso por el sistema de tratamiento con la
finalidad de calcular la eficiencia de remoción de contaminantes de este sistema seleccionado,
también analizaron las partes aéreas y radiculares de la planta para determinar la capacidad de
absorción de esta.
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Se determinó que el mejor tiempo de retención hidráulico (TRH) es de tres días (3) gracias a
sus altas eficiencias de remoción de N, P, B y Cr, pero de igual manera se determinó que la
plantaPhragmites australis presenta mejores tasas de absorción en su parte aérea a los siete
días (7). Por lo tanto, para mejorar las eficiencias de remoción se deben utilizar macrófitas que
tengan áreas aéreas grandes, así como también una alta superficie radicular para lograr retener
y absorber más nutrientes (García-Valero et al., 2019).

Etiopía se suma al estudio de esta alternativa, puntualmente en la industria floricultora, por
ejemplo, (Engida et al., 2020) realizaron un análisis de los humedales para el tratamiento de
aguas, el estudio tenía por objetivo evaluar la eficiencia de los humedales de flujo
subsuperficial en el tratamiento de aguas residuales de la industria floricultora, para esto se
tuvieron en cuenta siete humedales para verificar su eficiencia en la eliminación de metales
pesados, usaron métodos estándar para un análisis fisicoquímico y posteriormente compararlos.
De acuerdo con los resultados se pudo demostrar que la calidad del agua mejoró desde la
entrada hasta la salida, por lo tanto, en esta investigación, los humedales lograron una reducción
significativa de los contaminantes con los tratamientos de humedales artificiales
subsuperficiales, concluyendo que es necesario aplicar este método en más sectores de la
floricultura y mantener esta opción como principal para proteger el medio ambiente y la salud
pública.

Por otro lado, en Australia se realizó un estudio el cual tenía como objetivo principal saber
cómo era el crecimiento y rendimiento de un humedal artificial plantado con las especies
nativas Baumea Rubiginosa (BR) y Phragmites Australis (PA), respecto a la absorción de
nutrientes de una muestra de agua residual doméstica y aguas pluviales en un periodo de 35
días en un clima mediterráneo. A partir de esto se determinó que la PA tiene una mayor tasa de
retención de nitrógeno total respecto a la BR, mientras que, para la absorción de fósforo total,
la BR tuvo mejores rendimientos que la PA, concluyendo que estos sistemas artificiales que
tratan de imitar los sistemas naturales son una buena alternativa para la reducción de nutrientes
en aguas pluviales y aguas residuales domésticas (Awad et al., 2022).

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Figura 1. Porcentaje total de nitrógeno (%TN) (a) y porcentaje total de fósforo (%TP) (b) en la raíz y en el
brote de la planta BR y PA al final del experimento. Tomado de (Awad et al., 2022).

Con respecto a lo anterior, existe otro tipo de tratamiento biológico para aguas residuales que,
en vez de usar plantas, utiliza lombrices como medio para la descomposición de los
contaminantes presentes en el agua. El vermifiltro se desarrolló como una tecnología
económica frente a los tratamientos convencionales con el objetivo de evitar la generación de
lodos, de esta manera, se buscaba generar un subproducto que se pudiera aprovechar para de
esta manera disminuir los residuos que se desprenden de estos procesos.

Así es como (Quintana Acosta, 2017) evaluó el potencial de vermifiltración de las lombrices
de tierra (Eisenia Fétida) para el tratamiento de aguas residuales, las cuales fueron realizadas
a escala de laboratorio obteniendo resultados que demuestran que el tratamiento tiene una alta
eficiencia de remoción de contaminantes. De manera que los resultados presentados fueron los
siguientes: 72% para la remoción de DQO, 71% para la remoción de DBO y 84% para la
remoción de SST. De lo anterior se concluyó que existe una relación inversa entre la carga
hidráulica y la eficiencia de remoción, además de que este sistema elimina los subproductos
que se generarían en un sistema de tratamiento convencional, ya que no hay formación de
lodos, lo que implica una disminución en costos ya que no existe la necesidad de realizar un
tratamiento adicional, como tocaría con los lodos.

Respecto a la viabilidad económica del sistema, (Castro Castellanos, 2019) realizó un estudio
de la viabilidad técnica y económica de un vermifiltro para el tratamiento de las aguas
residuales del municipio de Tinjacá, Boyacá, ya que este es uno de los 84 municipios del país
que no cuentan con un sistema de tratamiento de aguas residuales. A partir de esto, comparo el
costo de construcción de un filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA) frente al vermifiltro,
concluyendo que la relación costo-beneficio (RCB) es de 0,9217, siendo cercana a 1,00 lo que
indica que la tecnología es viable para la implementación, ya que como menciona la autora, la
RCB para proyectos ambientales se espera que no se mayor a 1.

En México se desarrolló un estudio para evaluar la eficiencia de un vermifiltro piloto para el
tratamiento de aguas residuales, donde el vermifiltro a evaluar, el cual estaba compuesto por
cuatro capas en el siguiente orden: la primera era residuos orgánicos con las lombrices, la
segunda capa era vermicomposta estabilizada, la tercera capa de tezontle y, por último, grava
de roca caliza triturada. También se realizaron las pruebas piloto con tres tasas de filtración y
tres cargas orgánicas superficiales.

Los resultados de eficiencia fueron cercanas al 100% para la tasa de filtración número 1 y carga
orgánica superficial número 1, así mismo, la disminución de nitrógeno amoniacal y de la
existencia de procesos de desnitrificación, aunque estos últimos no fueron constantes, por lo
que los autores concluyen que se deben continuar estudiando este tipo de sistemas ya que se
tiene que lograr optimizar los procesos de desnitrificación, además de finalizar con la
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aclaración de que las aguas de los efluentes del sistema de pueden utilizar para el riego agrícola
o de zonas verdes (Cardoso-Vigueros et al., 2014).

Parámetro Eficiencia Tasa de filtración Carga orgánica
superficial
DQO 92%

0,180 𝑚3 ∗ 𝑚2 ∗ 𝑑−1

108 𝑔 ∗ 𝑚−2 ∗ 𝑑−1
DBO 99%
SST 97%
N-Amoniacal 98%
Coliformes fecales 18,5𝑥10
3𝑁𝑀𝑃 ∗ 100 𝑚𝐿−1 𝑎
< 𝟑 𝑵𝑴𝑷 ∗ 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝑳−𝟏
Tabla 3. Resultados obtenidos por (Cardoso-Vigueros et al., 2014).
Al mismo tiempo, en la India se desarrolló una investigación donde se busca reutilizar el agua
residual del teñido textil, proveniente de la industria del tinte. Estas aguas fueron tratadas
mediante vermifiltros con el objetivo de transformar estas aguas en seguras y ecológicas, con
la finalidad de reutilizarlas. La reducción de 𝐷𝐵𝑂5, DQO, STD y SST en los efluentes de esta
industria fueron los siguientes: 85-89%, 76-80%, 73-77% y 71-76% respectivamente
(Natarajan & Kannadasan, 2014). Concluyendo que la tecnología de la vermifiltración es una
alternativa sostenible para el tratamiento de las aguas residuales ya que hay formación de lodos
si no de humus o compost. De igual manera, se disminuye las concentraciones de los
parámetros de calidad de agua de 𝐷𝐵𝑂5, DQO, STD y SST y también neutraliza el pH, lo que
las hace viables para la reutilización en el riego de cultivos.

Figura 2. Concentración de 𝐷𝐵𝑂5 en tres muestras distintas. Adaptado de: (Natarajan & Kannadasan, 2014).

DBO5 en aguas residuales de textiles
Dilución
Sin vermifiltro
Vermifiltro
DQO en aguas residuales de textiles
Sin vermifiltro
Vermifiltro
Dilución
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Figura 3. Concentración de DQO en tres muestras distintas. Adaptado de: (Natarajan & Kannadasan, 2014).Figura 4. Concentración de TDS en tres muestras distintas. Adaptado de: (Natarajan & Kannadasan, 2014).

En Bolivia, se implementó un vermifiltro a la par de los tratamientos que ya tenía la empresa,
para tratar las aguas residuales que provienen de la producción de productos lácteos, como el
yogurt y queso. Las pruebas piloto se desarrollaron con tres cargas hidráulicas distintas, donde
las condiciones óptimas fueron con una carga hidráulica de 0,6
𝑚3
𝑚2∗𝑑í𝑎
y un porcentaje de suero
del 20%. Con estas condiciones dadas, la remoción de contaminantes orgánicas se encuentra
entre el 85% y 95% (Pérez & Carrasco, 2019). Gracias a los resultados obtenidos, los autores
concluyen que es viable la construcción de un vermifiltro a escala real para el tratamiento de
las aguas, ya que como muestran los resultados, es viable para el tratamiento de los efluentes
de la fábrica de lácteos. Así mismo, recomiendan este sistema ya que no genera lodos como en
un sistema de tratamiento natural, si no que se produce humus como subproducto que se puede
aprovechar en otro proceso.

6.2 Marco teórico-conceptual

La contaminación se puede definir como todo elemento, compuesto, sustancia, derivado
químico o biológico, que cuya presencia en el ambiente, dependiendo de sus niveles de
concentraciones o períodos de tiempo, representa un riesgo para la salud ambiental, lo que
quiere decir que se ve amenazado la salud de las personas, la calidad de vida de estas, la salud
del ambiente natural y los patrimonios ambientales (Zaror, 2000). De esta parte se desprende
algo muy importante como lo es la contaminación del agua.

TDS en aguas residuales de textiles
Sin vermifiltro
Vermifiltro
Dilución
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El agua es de vital importancia para la vida, ya que juega un papel importante para el
funcionamiento de la biósfera. Su disponibilidad se ve amenazada constantemente por los
procesos antrópicos que se viven a diario, lo que está causando una presión sobre el recurso
repercutiendo en la escasez de agua que ya se logra evidenciar en muchos lugares del mundo.

Derivado de muchos procesos industriales, las aguas reciben contaminantes líquidos, los cuales
muchas veces vienen cargados con contaminantes orgánicos y metales pesados, en los cuales
podemos encontrar Cadmio, Zinc, Mercurio, Plata, Plomo, Arsénico, entre otros (Reyes et al.,
2016).

La producción de residuos que se generan por las actividades humanas es inevitable, por esto,
se ha adoptado sistemas de alcantarillado para captar todas las aguas residuales que son
provienen de muchas actividades, como las aguas domésticas. Es importante aclarar que en
muchas partes del mundo estos sistemas de alcantarillados tienen dos tipos, uno para aguas
lluvias y el otro para aguas residuales domésticas. Los diferentes tipos de contaminantes que
encontramos en las aguas residuales dependen muchas veces de su procedencia, pero en las
aguas residuales domésticas podemos encontrar microorganismos, materia orgánica
biodegradable, nutrientes, metales, efectos térmicos, olores y radioactividad (López Vázquez
et al., 2017).

Los componentes mencionados anteriormente, se pueden caracterizar y ya se pueden encontrar
estandarizados, se pueden encontrar promedios de las cargas contaminantes para aguas
residuales domésticas como se muestra a continuación:

Parámetro Alto Medio Bajo
DQO total 1200 750 500
DBO soluble 480 300 200
DQO suspendida 720 450 300
DBO 560 350 230
AGV (como
acetato)
80 30 10
N total 100 60 30
N amoniacal 75 45 20
P total 25 15 6
Ortho-P 15 10 4
SST 600 400 250
SSV 480 320 200
Tabla 4. Composición promedio de aguas residuales crudas. Tomado de: (López Vázquez et al., 2017).

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A partir de esto, se han venido desarrollando métodos, sistemas, para la depuración o
tratamiento de las aguas residuales tanto domésticas como industriales, con diferentes procesos
y técnicas dependiendo las características de las aguas y la complejidad de tratar las mismas.
Hoy en día, es común el tratamiento de las aguas mediante el uso de plantas de tratamiento de
aguas residuales (PTAR) las cuales están compuestas de diferentes etapas de tratamiento,
comenzando con una etapa preliminar donde se preparan las aguas residuales, en estos
pretratamientos, se busca retirar espuma aceitosa, escombros, sedimentos, arena (Mihelcic &
Zimmerman, 2012), objetos que pueden interferir en los tratamientos posteriores dañando los
equipos o interfiriendo en los mismos procesos.

Luego tenemos un proceso primario y secundario. Con la primera etapa de tratamiento se
espera la reducción de los sólidos suspendidos mediante procesos físico o mecánicos a través
de procesos como la sedimentación primaria, filtros, precipitación química, etc., buscando así
una reducción de la DBO entre 25% a 40% y de 50% a 65% de solidos suspendidos. Mientras
que, para el tratamiento secundario, se quiere como objetivo la reducción de compuestos
orgánicos que estén presente, esto mediante procesos como lodos activados, lagunas de
estabilización o filtración biológica (Rojas, 2002).

Estos sistemas, aunque ya han sido desarrollado y optimizados en muchas ocasiones, no dejan
de ser costosos por el tamaño de las mismas plantas de tratamiento de aguas residuales, que
requieren grandes espacios, equipo, maquinaria y mano de obra para hacer realidad estas obras
de ingeniería. Es por esto, que se han investigado y desarrollado otras técnicas que llegan a ser
más económicas, además de ser de fácil construcción, mantenimiento y operación por la misma
simplicidad del sistema, pero los cuales no dejan de ser eficientes, es como así han nacido otras
propuestas como lo son los humedales artificiales y los vermifiltros.

Los humedales artificiales son sistemas que tratan de imitar el proceso que se da en los sistemas
naturales, ya que se confina y se controla la capacidad para realizar tratamientos naturales
mediante procesos biológicos, físicos y químicos. Estos humedales tienen principalmente tres
características, el sustrato, la vegetación y el agua a tratar. El primero es el alimento, lo que va
a alimentar a la población microbiana, que es un gran actor dentro de todo este proceso, ya que
es el principal ayudante para la eliminación o descomposición de los contaminantes, el segundo
es la población vegetal, la cual es la encargada de oxigenar el sustrato, eliminar los nutrientes
y en sus raíces se desarrolla las principales funciones microbianas. Ya por último se tiene lo
más importante, el agua que se va a tratar ya sea porque se requiere para un proceso en
específico o para disminuir sus cargas de contaminantes para el vertimiento en un cuerpo de
agua o suelo (Shi et al., 2011).

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Figura 5. Esquema general de un humedal artificial. Adaptado de Kadlec & Wallace, 2008.

Estos sistemas presentan ventajas frentes a los sistemas convencionales de tratamiento de
aguas, ya que tienen una vida útil de 25 años, su implementación, operación y mantenimiento
son económicos y los requerimientos técnicos son mínimos, además de lograr una buena
calidad de agua para el riego de cultivos gracias a que elimina casi en totalidad los patógenos.
Otra de las ventajas es que todo el proceso ocurre por debajo del sistema, lo que hace que se
disminuya casi en totalidadlos vectores, sean moscas, cucarachas, etc. Gracias a la
organización del sistema en sus tres componentes, es lo suficientemente versátil para estar en
lugares donde se presentan heladas (Arteaga-Cortez et al., 2019).

Hay cuatro tipos de humedales artificiales, siendo los de flujo libre, flujo subsuperficial
horizontal, flujo subsuperficial vertical y los sistemas combinados o híbridos. Los primeros son
los más comunes y los más antiguos en términos de patente y aplicación, ya que alcanzan a
tratar el agua de manera eficiente, logrando una disminución considerable en SST, DQO, DBO
y PT. Los de flujo vertical y horizontal son muy parecidos, la principal diferencia que radica
entre los dos es que el primero trabaja en condiciones aerobias y el segundo en condiciones
anoxicas, esto genera condiciones ideales para la desnitrificación. Por último, los híbridos son
la combinación de todos, esto se hace para lograr reunir las cualidades de todos los tipos de
humedales para que de esta manera se logre una eficiencia de remoción deseada y de igual
manera, degradación de nutrientes (Arteaga-Cortez et al., 2019).

Dado lo anterior, las plantas tratan las aguas contaminadas mediante procesos de
fitorremediación proceso por el cual se implementan plantas y microorganismos para lograr
remediar in situ lo que se quiere llegar a tratar, ya sean suelos, lodos, aguas o sedimentos.
Dependiendo de la exposición a la cual sean sometidas las plantas, estas se pueden clasificar
en tres: Excluyentes, indicadores y acumuladoras (Covarrubias & Peña Cabriales, 2017).

Las plantas degradan los contaminantes mediante procesos como fitoextracción,
fitoestabilización, fitodegradación, rizodegradación y fitovolatización (Covarrubias & Peña
Cabriales, 2017). En la fitoestabilización se buscan especies que sean excluyentes, lo que quiere
decir que sean aquellas que acumulen grandes cantidades de metales pesados en la raíz,
Medio de
enraizamiento
Afluente
Zona
profunda de
entrada
Revestimiento
impermeable
Nivel de control del
Eflue
nte
Vegetación
emergente
Zona profunda de salida
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mientras que en la fitoextracción la planta acumula los contaminantes en la biomasa aérea, lo
que produce que cuando el vegetal es retirado, el contaminante igualmente es extraído
(Pulgarín, 2012).

Por otro lado, los vermifiltros al igual que los humedales artificiales, hacen parte de la tendencia
de tecnologías verdes avanzadas, y estos sistemas son biofiltros que incorporan lombrices de
tierra para remover especialmente contaminantes orgánicos y patógenos con la ayuda de
microorganismos autóctonos. Estos sistemas incluyen todos los procesos de tratamiento como
lo es el primario (remoción de solidos), secundario (degradación biológica y remoción de
nutrientes) y terciario (recuperación de nutrientes) en una única unidad de tratamiento, siendo
compacto comparado con otros sistemas de tratamiento de aguas residuales. Una de las grandes
ventajas de estos sistemas es el resultado final o subproductos que se generan por el tratamiento,
por un lado, se obtiene el efluente tratado que puede reusarse con diferentes propósitos y por
el otro es el vermicompost, el cual puede aplicarse en campos de agricultura como abono
orgánico (Arora & Saraswat, 2021).

Figura 6. Sistema de vermifiltración. Adaptado de Singh., et al (2019).

Estos vermifiltros pueden llegar a tener altas eficiencias de remoción de contaminantes gracias
a las lombrices de tierra y microorganismos presentes en el sistema, mediante la mejora de la
degradación de los altos componentes orgánicos de las cuales las aguas residuales. Las
lombrices de tierra tienen la capacidad de cambiar las propiedades a través de su capacidad de
adaptación al medio en el que se encuentren, donde desarrollan procesos de ingestión y
producción de mucosidad y excrementos como se muestra en la figura 7 (Li et al., 2013).

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Gracias a estos organismos, tenemos que los vermifiltros son sistemas de requerimiento de
energía mínimos, sin aplicación de sistemas sofisticados, alta capacidad de tratamiento, cero
producción de lodos y en comparación a los sistemas tradicionales, tiene bajos costos de
operación y mantenimiento, hace que la aplicación de este sistema sea eficiente, simple y
amigable con el medio ambiente, para el tratamiento de aguas residuales domésticas en países
en vía de desarrollo (Singh et al., 2019).

6.3 Marco geográfico

Tenjo es un municipio que se encuentra en el departamento de Cundinamarca,
aproximadamente a unos treinta y cinco kilómetros al noroccidente de la ciudad de Bogotá
siendo parte de su área metropolitana. Cuenta con una población aproximada de 20.000
habitantes y tiene frontera con los municipios de Chía, Tabio, Subachoque, Cota, Funza y
Madrid. La finca Flores de Tenjo se encuentra en la vereda Carrasquilla, vía Tenjo – La Punta.
La temperatura promedio del municipio es de 13℃.

Figura 7. Mapa finca Flores de Tenjo.
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6.4 Marco normativo

Norma Descripción

Decreto Ley 2811 de
1974
Artículo 2. Lograr la preservación y restauración del ambiente y la
conservación, mejoramiento y utilización racional de los recursos
naturales renovables, según criterios de equidad que aseguren el
desarrollo armónico del hombre y de dichos recursos, la
disponibilidad permanente de estos y la máxima participación
social, para beneficio de la salud y el bienestar de los presentes y
futuros habitantes del territorio nacional. (Función Pública, 2022)

Ley 9 de 1979
Artículo 3. Para el control sanitario de los usos del agua se tendrán
en cuenta las siguientes opciones, sin que su enunciación indique
orden de prioridad. a) Consumo humano; b) Doméstico; c)
Preservación de la flora y fauna; d) Agrícola y pecuario; e)
Recreativo; f) Industrial; g) Transporte.
Artículo 4. El Ministerio de Salud establecerá cuales usos que
produzcan o puedan producir contaminación de las aguas,
requerirán su autorización previa a la concesión o permiso que
otorgue la autoridad competente para el uso del recurso. (Ministerio
de Salud, 2022)

Constitución
Política 1991
Artículo 79. Todas las personas tienen derecho a gozar de un
ambiente sano. La ley garantizará la participación de la comunidad
en las decisiones que puedan afectarlo.
Es deber del Estado proteger la diversidad e integridad del ambiente,
conservar las áreas de especial importancia ecológica y fomentar la
educación para el logro de estos fines.
Artículo 95, numeral 8. Proteger los recursos culturales y naturales
del país y velar por la conservación de un ambiente sano. (secretaria
general del Estado, 2022)

Decreto 3920 de
2010
Artículo 34. Establece el Protocolo para el Monitoreo de los
Vertimientos en Aguas Superficiales, Subterráneas. En éste, se tiene
en cuenta aspectos como: el punto de control, la infraestructura
técnica mínima requerida, la metodología para la toma de muestras
y los métodos de análisis para los parámetros a determinar en
vertimientos y en los cuerpos de agua o sistemas receptores.
Artículo 41. Toda persona natural o jurídica cuya actividad o
servicio genere vertimientos a las aguas superficiales, marinas, o al
suelo, deberá solicitar y tramitar ante la autoridad ambientalcompetente, el respectivo permiso de vertimientos. (Ministerio de
Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2010).
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Resolución 1207 de
2014
Por la cual se adoptan disposiciones relacionados con el uso de
aguas residuales tratadas.
Artículo 6. Las aguas residuales tratas se podrán utilizar en los
siguientes usos: Para el riego en la industria agrícola, Cultivos no
alimenticios para humanos o animales.
Artículo 7. Criterios de calidad para el uso agrícola.

Resolución 0631 de
2015
Artículo 8. Parámetros fisicoquímicos y sus valores límites
máximos permisibles en los vertimientos puntuales de Aguas
Residuales Domésticas, (ARD) y de las Aguas Residuales no
Domésticas (ARnD). (Ministerio de Ambiente y Desarrollo
Sostenible, 2015)

Resolución 1256 de
2021
Por la cual se reglamenta el uso de las aguas residuales y se adoptan
otras disposiciones.
Se actualiza ciertos criterios de calidad del artículo 7 de la
resolución d1207 de 2014.

Resolución 0699 de
2021
Por la cual se establecen los parámetros y los valores límites
máximos permisibles en los vertimientos puntuales de aguas
residuales domésticas tratadas al suelo y se dictan otras
disposiciones.
Artículo 4. Parámetros fisicoquímicos y microbiológicos, y sus
valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales
de ARD-T al suelo.
Política Nacional
para la Gestión
Integral del Recurso
Hídrico
Establece los objetivos, estrategias, metas, indicadores y líneas de
acción estratégica para el manejo del recurso hídrico en el país
(Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010).
Tabla 5. Marco normativo
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6.5 Marco institucional:

Gerente General

Gerente Desarrollo
Organizacional

Jefe de Procesos
Ambientales

Ingenieros
Ambientales
Asistente Procesos
Ambientales
Pasantes
Ingenieros
Forestales
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7. Metodología

Para la realización del trabajo de investigación y dar cumplimiento con el objetivo general
propuesto, se desarrollaron las siguientes actividades teniendo en cuenta que el enfoque es
mixto con un método experimental:

Objetivo 1: Identificar las operaciones y procesos unitarios de las aguas residuales domesticas
generadas en las unidades sanitarias de la finca Flores de Tenjo.

Para cumplir con el objetivo, se recurrió a la visita a campo para la identificación de los
sistemas que están actualmente construidos, de igual manera, se requirió al área de
mantenimiento de la finca los planos de los sistemas de la zona administrativa, de los baños de
los cultivos y de los baños del comedor y del casino de la finca. También, se requirió de la tabla
de identificación de aguas residuales generada en la finca para el establecimiento de la cantidad
de usuarios que utilizan el sistema, así como la cantidad promedio generada de estos.

Objetivo 2: Diseñar un vermifiltro y un humedal artificial para el tratamiento de ARD
procedente de las unidades sanitarias teniendo en cuenta las necesidades del sistema.

Para dar cumplimiento a este objetivo, se recurrió a la revisión bibliográfica de diferentes
modelos propuestos para el cálculo del área superficial de un humedal artificial basándose en
la carga orgánica del afluente a tratar, de esta manera, y a través del repositorio institucional y
bases de datos, se recopiló la información necesaria para determinar el método más adecuado
de acuerdo con la eficiencia de remoción de los contaminantes presentes en las ARD.

Modelo Ecuación Concepto
Kadlec & Wallace
𝐴𝑠 =
𝑄 ∗ 𝐿𝑛(
𝐶𝑜
𝐶𝑒)
𝐾𝑡 ∗ ℎ ∗ 𝑛

Área Superficial
Kadlec & Wallace
𝑇𝑅𝐻 =
𝐴𝑠 ∗ ℎ ∗ 𝑛
𝑄

Tiempo de retención
hidráulico
RAS 2017
𝑎 = √
𝐴𝑠
3

Relación largo:ancho (3:1)
RAS 2017 𝐿 = 3 ∗ 𝑎 Relación largo:ancho (3:1)
Tabla 6. Modelos referenciados para el cálculo del área superficial, tiempo de retención y relación
largo:ancho.
Posterior a esto, se seleccionó el tipo de medio a utilizar en el humedal artificial, apoyado en
la búsqueda de referentes bibliográficos, donde (Asprilla et al., 2020) proporcionan diferentes
materiales para el medio filtrante, donde se seleccionó la grava gruesa para alcanzar mayor
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tiempo de retención y de esta manera obtener altas tazas de remoción de contaminantes (Shi et
al., 2011).

Medio Tamaño efectivo
(mm)
Porosidad
(ƞ)
Conductividad hidráulica
(𝑲𝒔) (m/d)
Arena media 1 0,30 500
Arena gruesa 2 0,32 1000
Arena y grava 8 0,35 5000
Grava media 32 0,40 10000
Grava gruesa 128 0,45 100000
Tabla 7. Cuadro informativo acerca de los medios filtrantes más utilizados en la construcción de los humedales
artificiales. Tomado de (Asprilla et al., 2020).

A partir de lo anterior, se decidió partir del tiempo de retención deseado de 3 días, ya que el
RAS 2017 nos menciona que el tiempo óptimo para un tratamiento eficiente es de 3 a 5 días, y
de igual manera, (Engida et al., 2020) recomiendan utilizar un tiempo de retención
comprendido entre los 2 a 4 días, por consiguiente, se despejo de la ecuación de TRH de Kadlec
& Wallace presentada en la tabla anterior, la variable AS, donde el valor seleccionado de TRH
fue de 3 días, de esta manera se consiguió el valor de área superficial y a partir de esto, se aplicó
la ecuación planteada en el RAS 2017 para hallar el largo y el ancho del humedal artificial.

La selección de las plantas a utilizar se basó en las eficiencias de remoción de contaminantes
que presentan autores como (Muñoz & Vásquez, 2020), quienes evaluaron cinco especies
distintas de macrófitas (Junco, Papiro, Carrizo, Vetiver y Totora) y la remoción de estas frente
a contaminantes como DBO5, DQO, SST y coliforme termo tolerantes. Por otro lado, otros
autores consultados para apoyar la decisión de la utilización de las plantas fueron (Kochi et al.,
2020), quienes evaluaron el tratamiento de diferentes contaminantes como metales pesados
(Hg, Cu, Zn y Pb), contaminantes de aguas residuales (DBO5, DQO, ST, coliformes totales,
enterococos fecales, etc.).

Por otro lado, el diseño del vermifiltro se realizó mediante la consulta de información acerca
del tema utilizando páginas como ScienceDirect y Google Académico, aquí, se buscaron
artículos que trataran el tema de vermifiltración. En su mayoría, se encontraron pruebas piloto
del sistema a escala de laboratorio con diferentes tipos de aguas residuales, como domésticas e
industriales, donde variaban la concentración y especies de las lombrices a utilizar dependiendo
del tipo de agua residual.

Se consignó que una concentración ideal de lombrices se encuentra entre las 10000 y 20000
por 𝑚3 (Singh et al., 2019), siendo las cantidades adecuadas para el tratamiento eficiente de
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las aguas residuales. También, se estableció que no existe una forma exacta para construir un
vermifiltro, por lo cual se decidió utilizar un tanque bajito de almacenamiento de agua de 1 𝑚3,ya que los sistemas a tratar tienen un caudal de 0,975 𝑚3. Se decidió usar cuatro capas de
medios basándose en los estudios de (Cardoso-Vigueros et al., 2014) y (Quintana Acosta,
2017), donde los medios utilizados fueron tierra con abono, viruta de madera, grava triturada
y piedras de río, esta última para darle estabilidad al sistema. El grosor de estas se basó en el
estudio de los dos anteriores autores, siendo para la primera capa un grosor de 20 cm, para la
segunda y tercera de 15 cm y finalmente, la última con un grosor de 10 cm. Las anteriores
medidas se decidieron de acuerdo con el tamaño del tanque a utilizar, el cual tiene una altura
de 96 cm.

Para hallar la cantidad del material requerido por capa, se proyectó el tanque bajito como si
fuera perfectamente cilíndrico, ya que sus bordes se angostan en la parte inferior, como se
observa en la siguiente imagen:

Figura 8. Tanque poco profundo de 1000 litros.

Figura 9. Proyección del tanque poco profundo.
77 cm
147 cm
128 cm
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Para poder calcular el volumen que ocuparan los medios filtrantes, se halló el área del círculo,
que corresponde a la base del tanque y luego se halló el volumen de este por medio de la
ecuación que se encuentra en la tabla 8. Por último, para calcular el volumen que ocuparían los
medios filtrantes dentro del tanque poco profundo, se procedió a multiplicar el tamaño del perfil
de cada capa (la cual fue especificada anteriormente) por el área del círculo.
Una vez realizado lo anterior, se consultó por la densidad de los materiales a utilizar como
medios filtrantes, dicho valor, se multiplicó por el volumen que ocupa cada capa de medio
filtrante dentro del tanque, consiguiendo así la cantidad requerida en kg.

Ecuaciones Concepto
𝝅 ∗
𝑫𝟐
𝟒

Área de un círculo
𝑨𝒃 ∗ 𝒉 Volumen de un cilindro
𝑫 =
𝒎
𝒗
Densidad
Tabla 8. Ecuaciones utilizadas para el cálculo del volumen del tanque y cantidad requerida por capa de
sustrato.

Finalmente, la realización de los esquemas para la representación de los sistemas, se hizo con
ayuda del aplicativo Microsoft Visio, donde se representó lo obtenido en los cálculos
realizados.

Objetivo 3: Comparar los valores de remoción esperados de los parámetros de calidad de aguas
residuales comúnmente evaluados, frente a las exigencias de la normatividad y de los sistemas
actualmente implementados.

Para comparar los valores de remoción que se esperan de los sistemas a implementar y de los
sistemas ya presentes en la finca, se tomó como base la normativa vigente sobre vertimiento
de aguas residuales domésticas tratadas al suelo (Resolución 0699 de 2021) y la normativa
sobre el uso de agua residual tratada (Resolución 1256 de 2021), teniendo en cuenta todos los
parámetros de calidad de agua que se evalúan en estas dos normatividades, para esto, se
registraron los valores límites permisibles y a partir de revisión bibliográfica se estimaron los
valores de eficiencia tanto del humedal como del vermifiltro. De igual manera, para conocer la
calidad del agua que los sistemas de tratamiento actualmente implementados están entregando,
se procedió a realizar el respectivo análisis de aguas con MK INVERSIONES LTDA, quienes
fueron los encargados de realizar el muestreo y análisis del agua de los sistemas el día 24 de
junio de 2022. Para esto, fue necesario el uso de tablas que permitieran visualizar la diferencia
entre los sistemas y poder tener un estimado sobre la viabilidad de la implementación de esta
propuesta.
Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

Para calcular las concentraciones finales, se utilizaron las siguientes ecuaciones, así la
proyección en la disminución de los contaminantes presentes en el agua residual:

𝐶𝑓 𝑉𝑒𝑟𝑚𝑖𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ % 𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎

𝐶𝑓 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑙 𝐴𝑟𝑡𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ % 𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎

Para hallar la eficiencia de remoción teórica de los sistemas, se procedió a utilizar la ecuación
descrita a continuación:

% 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =
(𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙)
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
∗ 100

Los parámetros que fueron analizados a través de las ecuaciones son aquellos que son los más
usualmente utilizados como parámetros básicos de calidad de agua residual tratada, teniendo
en cuenta los límites máximos permisibles que no entrega la normativa de vertimiento al suelo
de agua tratada (0699: 2021) y reuso de agua residual doméstica tratada (1256: 2021), como lo
son el DBO5, DQO, SST, SS, SDT y P.

Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

8. Plan de trabajo

Tabla 9. Matriz plan de trabajo para la realización del proyecto
Comparar las eficiencias de remoción
esperadas de los parámetros de
calidad de aguas residuales frente a
las exigencias de la normatividad y de
los sistemas actualmente
implementados.
1. Revisión bibliográfica acerca de la
eficiencia de remoción del vermifiltro
y del humedal artificial.
2. Cálculo de las eficiencias de
remoción teóricas de los sistemas
planteados a partir de la información
ya obtenida.
3. Comparación de los resultados
obtenidos de los cálculos teóricos, de
los datos de las pruebas de
laboratorio realizados por MK
INVERSIONES LTDA con la
normativa aplicable.
1 semana
Juan David Forero Ruiz
(Estudiante)
Sin costo
Obtener las comparaciones de los
sistemas implementados, con los que
se estan proponiendo y los limites que
máximos permisibles que nos da la
norma.
1. Revisión de bibliografía acerca del
vermifiltro y humedal artificial en las
bases de datos como ScienceDirect,
Google Academico, Engineering
Village.
2. Obtención de la tabla sobre
identificación de generación de aguas
residuales de la finca Flores de Tenjo.
3. Cálculo para el diseño del
vermifiltro y el humedal artificial
basado en la información recolectada.
4. Realización de los planos del
vermifiltro y del humedal artificial.
Diseñar un vermifiltro y un humedal
artificial para el tratamiento de ARD
teniendo en cuenta las necesidades del
sistema.
4 semanas
Juan Pablo Barrera
Fagua (Ingeniero
Ambiental)
Juan David Forero Ruiz
(Estudiante)
Sin costo
Contar con los cálculos de diseño y
los planos de los mismo, para
presentar la propuesta al gerente de la
finca y al jefe de mantenimiento, para
su presentación como propuesta a los
sistemas ya implementados.
Tener plenamente identificado los
sistemas de tratamiento de aguas
residuales implementados en la finca
Flores de Tenjo y cuales son sus
caracteristicas de funcionamiento.
Identificar el tren de tratamiento de
aguas residuales domésticas
implementado en la finca Flores de
Tenjo.
1. Obtención de información sobre los
sistemas de tratamiento de aguas de la
finca, con la auxiliar de
mantenimiento.
2. Identificación de los sitios donde se
encuentran los sistemas de tratamiento
construidos para fotografiarlos.
1 semana
Tatiana (Auxiliar de
mantenimiento)
Juan David Forero Ruiz
(Estudiante)
Sin costo
Objetivos Actividades Tiempo de ejecución Participantes Costos de la actividad Resultados esperados
Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticasen la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

9. Aspectos éticos

C.I Sunshine Bouquet S.A.S se esmera en el cumplimiento de la conservación ambiental
mediante las buenas prácticas, llevadas siempre de la mano con la normatividad colombiana,
siendo la que dicta los procesos ambientales que se deben llevar de la manera correcta y siempre
bajo todos los estándares de la ley.

10. Resultados

Los resultados de este trabajo se van a presentar por objetivo, al igual que la metodología, de
esta manera se pretende mostrar lo obtenido durante la creación de este documento un orden
adecuado y metódico, por cual se expone de la siguiente forma:

Objetivo 1: Identificar las operaciones y procesos unitarios de las aguas residuales domésticas
generadas en las unidades sanitarias de la finca Flores de Tenjo.

Se logró identificar que los tres sistemas a intervenir constan de un tanque séptico, un FAFA y
finalmente de una zanja de infiltración, además de otras características que se muestran en la
siguiente tabla:
Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

Nombre
del sistema
Áreas -Procesos
Generadores
Tipo de
vertimiento
Cantidad
Promedio
Generada
(𝒎𝟑/𝒅í𝒂)
DBO5
generada
(Kg/día)

Tipo de
usuario
Sistema de tratamiento Capacidad
total del
sistema (m2)
Tanque
séptico
Filtro
Anaerobio de
Flujo
Ascendente
Zanja de
Infiltración
STAR No.
5 – Bloques
15 - 17
Cultivo – Unidades
Sanitarias

ARD

0,75

2,7

Usuario
Diferente

Sí

Sí
9,72
STAR No.
7 –
Comedor
Cultivo – Unidades
Sanitarias Vestieres

ARD

3,6

Usuario
Diferente

Sí

Sí
7,48
STAR No.
8 -
Vestieres
Cultivo – Unidades
Sanitarias Comedor

ARD

3,6

Usuario
Diferente

Sí

Sí
7,48
STAR No.
9 –
Oficinas.
Cultivo – Unidades
Sanitarias Oficinas

ARD

0,85

3,06

Usuario
Diferente

Sí

Sí
4,98
Tabla 10. Identificación del tren de tratamiento de aguas residuales de los sistemas a mejorar.
Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

Luego de lo anterior, se procedió ir a las zonas donde estan construidos los sistemas de
tratamiento para dimensionar su tamaño y su estructura, como se observa en las siguientes
tablas:

Imagen Descripción

Estructura general del sistema de
tratamiento del baño de cultivo
número cinco, que consta de un
tanque séptico, FAFA y zanja de
infiltración.

Caja de inspección de salida del
sistema de tratamiento del baño de
cultivo número cinco.
Tabla 11. STAR No 5 correspondientes a los baños de los cultivos del bloque 15 - 17.

Para la zona administrativa se obtuvo la siguiente tabla:

Imagen Descripción

Vista desde la caja final de
inspección del sistema que consta
de tanque séptico y FAFA (STAR
9) que trata las aguas residuales de
la zona administrativa.
Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

Vista desde la caja de inspección
inicial del sistema STAR 9 de la
zona administrativa.

Vista posterior del sistema de
tratamiento de aguas residuales
implementado para la zona
administrativa (STAR 9).
Tabla 12. STAR No 9 correspondientes a los sistemas de las oficinas.

Finalmente, para el casino de la finca obtuvimos la siguiente tabla:

Imagen Descripción

Vista del tanque séptico y del
FAFA de la zona del casino y
cocina de la finca.
Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

Vista trasera del sistema de
tratamiento de la zona del casino
de la finca.
Tabla 13. STAR No 7 y 8, pertenecientes a los baños de los comedores y casino.

Objetivo 2: Diseñar un vermifiltro y un humedal artificial para el tratamiento de ARD
procedente de las unidades sanitarias teniendo en cuenta las necesidades del sistema.

Para el diseño del vermifiltro se tuvieron en cuenta los parámetros recomendados por la
literatura:

Tratamiento de aguas
por metro cuadrado de
filtro
TRH (horas) Carga
Hidráulica
Densidad óptima
de lombrices
600 L/ARD 3 - 4 1 𝑚3
𝑚2 ∗ 𝑑

10000 – 20000
𝐿𝑜𝑚
𝑚3

Tabla 14. Parámetros de diseño vermifiltro.

Se escogió un tanque bajito de almacenamiento de agua por su tamaño, facilidad de
mantenimiento y por la capacidad de diseño. Este tanque tiene las siguientes características:

Altura (cm) Ancho
Superior (cm)
Ancho Inferior
(cm)
Radio (cm) Volumen (L)
77 147 128 73,5 1000
Tabla 15. Características del tanque a utilizar.

Primero se halló el área y el volumen que tendría el tanque proyectado:

𝐴 = 𝜋 ∗
𝐷2
4

Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

𝐴 = 1,7 𝑚2

𝑉 = (1,7 𝑚2) ∗ 0,77 𝑚

𝑉 = 1,2 𝑚3

Luego, se halló el volumen que ocuparían los sustratos dentro del tanque, teniendo en cuenta
el espesor de cada uno:

Primera capa (Tierra) → 0,20 𝑚 ∗ 1,7 𝑚2 = 0,34 𝑚3

Segunda capa (Viruta de madera) → 0,15 𝑚 ∗ 1,7 𝑚2 = 0,225 𝑚3

Tercera capa (Grava triturada) → 0,15 𝑚 ∗ 1,7 𝑚2 = 0,225 𝑚3

Cuarta capa (Roca) → 0,10 𝑚 ∗ 1,7 𝑚2 = 0,17 𝑚3

Con la densidad de cada material seleccionado y el volumen que cada capa ocuparía dentro del
tanque, se halla la cantidad requerida por capa de sustrato:

Densidad (kg/𝒎𝟑)
Tierra Viruta de madera Grava triturada Roca
1280 500 1650 2500
Tabla 16. Densidad de los sustratos seleccionados.

1280
𝑘𝑔
𝑚3
∗ 0,34 𝑚3 = 435,2 𝑘𝑔

500
𝑘𝑔
𝑚3
∗ 0,225 𝑚3 = 112,5 𝑘𝑔

1650
𝑘𝑔
𝑚3
∗ 0,225 𝑚3 = 371,25 𝑘𝑔

Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

2500
𝑘𝑔
𝑚3
∗ 0,17 𝑚3 = 425 𝑘𝑔

El plano del sistema se puede visualizar en el anexo 1.

Para el humedal artificial, se decidió usar los métodos planteados por (Kadlec & Wallace, 2008)
y los parámetros que dicta el RAS 2017:

𝑇𝑅𝐻 =
𝐴𝑠 ∗ ℎ ∗ 𝑛
𝑄

𝐴𝑠 =
𝑇𝑅𝐻 ∗ 𝑞
ℎ ∗ 𝑛

𝐴𝑠 =
3𝑑 ∗ 2,85
𝑚3
𝑑
0,40 𝑚 ∗ 0,45

𝐴𝑠 = 47,5 𝑚2

Una vez obtenida el área superficial que ocuparía el humedal artificial, se procede a hallar el
ancho y largo:

𝑎 = √
47,5 𝑚2
3

𝑎 = 3,979 𝑚 ≈ 4 𝑚

𝐿 = 3 ∗ 𝑎

𝐿 = 3 ∗ 4 𝑚

𝐿 = 12 𝑚

Juan David Forero Ruiz

Propuesta de dos sistemas de tratamiento biológicos de aguas residuales domésticas en la finca Flores de Tenjo
de la empresa C.I. Sunshine Bouquet S.A.S.

Parámetro Unidad Valor
Caudal 𝑚3
𝑑

2,85
Área Superficial 𝑚2 47,5
Ancho 𝑚 4
Largo 𝑚 12
Altura 𝑚 0,6
Pendiente % 1
Medio del lecho filtrante 𝑚𝑚 128
Tabla 17. Variables de diseño del humedal artificial.

El plano del humedal artificial se puede visualizar en el anexo 2.