Resumen

En los últimos años, la población ha ido creciendo de manera considerable, por tanto el agua empieza a ser insuficiente, es decir que el agua comienza a escasear.
El agua es un recurso sumamente importante para la humanidad, ya que es posible vivir más tiempo sin comer que sin beber agua, además utilizamos el agua para un sin número de actividades, en el hogar, para el aseo personal, la cría de animales y riego de cultivos y la industria.
Se ha emprendido una búsqueda de fuentes alternativas de agua para satisfacer las demandas de la población. Una de estas alternativas es la creación de biofiltros que nos permiten tratar las aguas grises para el aprovechamiento de esas aguas.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

En la actualidad el agua ya es insuficiente para la población, ya que ésta ha crecido considerablemente. Se ha emprendido una búsqueda de fuentes alternativas para el tratamiento de las aguas consideradas como aguas grises, las cuales no son tan dañinas como la aguas negras, pero que si se pueden limpiar utilizando un biofiltro y con ello podemos reutilizarlas para el riego de cultivos, plantas y jardines.

Antecedentes

ANTECEDENTES
Hoy, más de 1200 millones de personas en todo el mundo carecen de acceso al agua potable. Distintas organizaciones, fundaciones ecologistas y organismos no gubernamentales se han fijado metas orientadas a modificar los problemas más urgentes asociados a la desigual distribución y escasez del recurso, el derroche, la sobreexplotación y la contaminación atentan contra estos objetivos.
El agua, del latina aqua, es el elemento vital para cualquier forma de vida en la tierra, cuya composición es dos átomos de hidrogeno (H) y uno de oxigeno (O). Puede presentarse en distintos estados: liquido solido y gaseoso. En el primero de los caso, el agua se presenta a temperaturas moderadas en mares, ríos, lagos y océanos. El su forma solida, el agua se presenta siempre bajo temperaturas inferiores o iguales a cero grados Celsius, como nieve o hielo, de manera visible en los polos y en las cimas de las montañas. Finalmente en su estado gaseoso, integra la atmosfera terrestre como vapor de agua.
Entre las funciones biológicas del agua se cuentas: su capacidad de disolver sustancias. Participan reacciones químicas al separar moléculas en elementos básicos; permite el movimiento de partículas sueltas en el interior de los organismos, lo que la convierte en el principal medio de transporte de nutrientes. Su calidad de excelente regulador térmico permite la vida en regiones de diferentes temperaturas. Absorbe los rayos infrarrojos y neutraliza en parte las consecuencias del efecto invernadero
DISTRIBUCION DEL AGUA EN LA TIERRA
En la superficie de la tierra hay unos 5 398 263 000 km2 de agua que se distribuyen de las siguiente forma
Agua de mar 97.5%
Agua dulce 2.5%
Hielo 1.5%
Subterránea 0.6%
Lagos ríos y vapor de agua 0.4%

La utilización del agua por parte de las sociedades humanas ha ido variando a lo largo de la historia. Las formas de vida y hábitos de consumo establecieron una relación intima con este recurso.
El primer paso se dio cuando descubrieron que podían sembrar deliberadamente las semillas. La gran invención fue entonces la agricultura actividad que los llevo a abandonar el nomadismo, convirtiéndose en productores de sus alimentos.
En la actualidad, el ritmo de crecimiento de la población humana, que asciende a los seis mil quinientos millones de habitantes, ha hecho que la disponibilidad de agua potable se encuentre en franca disminución esta situación vuelve critica la posibilidad de su consumo, dado que existe la misma cantidad de agua dulce que hace 2000 años, mientras que el total de habitantes es mucho mayor. Según los cálculos de la UNESCO, la cantidad disponible de agua para todos disminuirá 30% en los próximos 30 años.
El agua dulce se utiliza para la agricultura, la industria y el uso domestico, pero de estas tres categorías la agricultura es la que predomina.
CONTAMINACION DEL AGUA
La contaminación del agua se produce de dos maneras. La primera se da cuando un ecosistema natural es alterado por la presencia de un elemento ajeno a la naturaleza del agua, la segunda forma de contaminación consiste en la interferencia de un elemento extraño en el uso que la población da al agua.
En las aguas no tratadas o tratadas inadecuadamente se desarrollan gran cantidad de microorganismos que constituyen una fuente para la transmisión de enfermedades. En estos casos el agua se convierte en un elemento nocivo para los organismos que la usan y consumen generando un serio problema para la salud pública. Si bien el origen de la contaminación puede ser tanto agropecuario, industrial así como urbano, la principal causa es atribuida a las descargas de aguas negras provenientes de las grandes ciudades. Mezcladas con las residuales de la actividad industrial, aquellas son descargadas en lagos y ríos que luego desembocan en el mar. Los vaciados contienen gran cantidad de microorganismos patógenos, productos químicos como detergentes, material fecal, restos de alimentos y todo tipo de basura (papeles, plásticos, latas, vidrios). La consecuencia más grave de esta forma de contaminación es hacer desaparecer drásticamente la vida acuática.
En relación con la contaminación de origen agropecuario, los contaminantes más comunes son abonos, plaguicidas, pesticidas, y herbicidas.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
El tratamiento de aguas residuales, están destinados para preservar la calidad del agua. Sin embargo si en el mundo se aspira a lograr un desarrollo sustentable de este recurso, las iniciativas deberán partir de este principio: la disponibilidad del agua es un derecho de todos. Nosotros nos enfocaremos al tratamiento de las aguas grises, las cuales provienen de los pluviales de las ciudades y de los procesos domésticos, como la limpieza del hogar, las cuales no deben ser mezcladas con aguas negras.

LAS AGUAS GRISES
Las aguas grises son alas aguas generadas por procesos domésticos como el lavado de ropa, utensilios de cocina y el agua de la regadera. Las aguas grises son distintas a las aguas negras, las grises pueden ser reutilizadas mediante la instalación de un sistema de cañerías que recuperen y dirijan esa aguas hacia algún depósito donde sean depuradas para su posterior utilización en el llenado de cisternas de los inodoros o para riego y limpieza de exteriores. Otra forma de depurar estas aguas es teniendo una piscina con plantas acuáticas, las cuales ayudan a limpiar y purificar el agua, procesos necesario ya que las aguas grises sin tratar no pueden ser utilizadas pues generan malos olores si se dejan más de un día.
Al reutilizar las aguas grises podemos conseguir un ahorro de hasta 50 litros por día por persona. Reciclar y reutilizar las aguas grises generadas en nuestro hogar abre toda una nueva forma de utilizar un agua residual como una fuente de recursos hídricos.
Hay otras alternativas a la eliminación de las aguas grises que permiten un uso eficiente y consiste en usarla para regar las plantas y parques. Existen diferentes técnicas para tratar el agua residual y utilizarla sin que cause ningún problema; una de ellas es el uso de la tecnología de bajo costo conocida como Biofiltro.

BIOFILTRO
El biofiltro es cuando el agua fluye de manera natural a través de la tierra para llegar a regiones donde se almacena o emerge como manantial, se produce el proceso de filtración en el que la tierra retine las partículas que son arrastradas por el agua y los microorganismos que viven en ella degradan los contaminantes biológicos.
Aproximadamente 70% de la superficie terrestre es agua: ya sea en estado líquido o sólido en forma de hielo.
Un biofiltro es un sistema en el que las aguas residuales se depuran por procesos naturales. Son humedales artificiales de flujo subterráneo, en donde se reproducen los procesos que ocurren en la naturaleza, pero en un ambiente controlado y diseñado para maximizar la remoción de los contaminantes que se encuentran en las aguas grises previamente tratadas.
El humedal artificial aprovecha la capacidad de auto purificación de los sistemas acuáticos mediante la acción de un sustrato compuesto de material poroso y plantas, en el que se combinan las características de los ecosistemas terrestres y acuáticos.
Las plantas utilizan los contaminantes de las aguas grises, tales como partículas de comida o el fosfato de los detergentes, como nutrientes en su crecimiento. Sin embargo, los residuos de sal y jabón pueden ser tóxicos para la vida microbiana y planta por igual, pero puede ser absorbida y degradada a través de humedales construidos y plantas acuáticas tales como juncias, juncos y gramíneas.
Los procesos principales que utilizan los biofiltros son la fitorremediación y la filtración. La fitorremediación se basa en la capacidad de ciertas plantas para metabolizar, volatilizar, estabilizar o absorber contaminantes químicos y biológicos.
La filtración es un proceso de separación: se retienen la mayor parte de los sólidos a través de un medio filtrante, que sólo permite el paso del líquido.
Una característica importante del medio filtrante es la buena permeabilidad de los materiales para permitir el paso del fluido en el menor tiempo posible. Esta permeabilidad está relacionado con el grado de porosidad de los materiales.
Los estudios para conocer la velocidad con la que el fluido atraviesa el material poroso fueron realizados por el Ingeniero francés Henry Darcy a mediados del siglo XIX, autor de la ley que asume que el flujo es laminar.
La idea de crear un biofiltro para purificar agua tiene ya muchos años y ahora podemos aplicarla. Cabe señalar que el agua tratada es para riego de cultivos y por ningún motivo se debe utilizar para el consumo humano.
¿COMÓ FUNCIONAN LOS BIOFILTROS?
Las aguas grises se reciben en un filtro de sólidos, después se envían a una trampa de grasas y se dirigen hacía una jardinera impermeable rellena de material poroso (tezontle, arena, grava, etc.), conocido como lecho filtrante, en donde se siembran las plantas.
TRAMPA DE SÓLIDOS Y GRASAS
Las aguas residuales contienen sólidos que deben eliminarse antes de llegar al biofiltro. La trampa de sólidos es un dispositivo(rejilla, coladera, etc.) suficientemente capaz de retener partículas, como cabello, fibras de tela y restos de comida, entre otros, y dejar pasar sólo el líquido.
LAS AGUAS GRISES SE FILTRAN Y PASAN A LA TRAMPA DE GRASAS
La trampa de grasas tiene dos funciones retener las grasas que están en la superficie del agua y que las plantas no podrán absorber, y sedimentar los sólidos que no quedaron atrapados en el filtro de sólidos; de esta forma la trampa protege el biofiltro y evita que se tape.
Los criterios para seleccionar el material de lecho filtrante son la granulometría, la porosidad, la permeabilidad y la resistencia física contra el desgaste provocado por las aguas residuales.
Debido a sus propiedades físicas, la arena es uno de los materiales que optimizan la remoción de contaminantes provenientes de los detergentes y suavizantes.
Sin embargo, es poco recomendable debido a su baja permeabilidad o conductividad hidráulica comparada con la de la grava o el tezontle, lo que impide el fácil drenado del agua a través de la arena.
GRANULOMETRIA
La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas.
Los materiales como el tezontle( grava volcánica porosa) además de tener buena permeabilidad son efectivos para el tratamiento de las aguas grises, debido a que su porosidad permite que los microorganismos que degradan la materia orgánica se adhieran a su superficie.
Se puede optimizar el diseño del lecho filtrante al combinar la utilización de diferentes capas de materiales, y de tal forma que el sistema pueda drenar fácilmente el agua y, además, se remueva la mayor parte de los contaminantes del agua residual.
Actualmente existen numerosas empresas que utilizan los sistemas de biofiltros a escala industrial.

Objetivo

Diseñar un dispositivo que nos permita tratar el agua residual doméstica, con materiales de fácil acceso y baratos.

Justificación

Elegí éste tema primero que nada por que me he dado cuenta de que el tema del agua o más bien de la escasez de la misma es cada día más preocupante, mis papás constantemente me dicen que cuide el agua y que no la desperdicie por que se esta acabando. Cuando me baño pongo una cubeta bajo la regadera para que no se tire, pero además voy juntando el agua con que nos lavamos las manos, después de juntar algo, la utilizamos para el excusado. Pero un día fuí a una feria de Ciencias y allí hablaban de la escasez del agua y de como podíamos reutilizarla para el riego de cultivos y plantas. Esto llamo mi atención y me di a la tarea de investigar de que manera podíamos construir un biofiltro casero para poder limpiar las aguas jabonosas o grises.

Hipótesis

Si las personas conocen los beneficios de tener un biofiltro en casa, entonces se darían cuenta de que se pueden reutilizar muchos litros de agua para sus jardines o cultivos.
Si las personas reutilizan las aguas grises, entonces ayudarían mucho al cuidado de este vital líquido.

Método (materiales y procedimiento)

MÉTODO
Materiales
Para la trampa de grasas y sólidos se necesita lo siguiente:
1. coladera
2. embudo
3. recipiente de plástico
4. codo de pvc hidráulico
Para el biofiltro necesitaremos:
1. Tees de PVC
2. codos de Pvc
3. cautín
4. silicón
5. tubo de PVC
6. 4 recipientes de plástico
7. tezontle rojo y negro
8. 4 plantas acuáticas ( sirenas y papiros.

PROCEDIMIENTO
1. Con ayuda del cautín realiza dos perforaciones en los recipientes de plástico para que uno sea la entrada y otro la salida, como se muestra en la fig. 1

2. Arma la trampa de sólidos y forma una “L” con el tubo de PVC y un codo. Coloca el embudo y la coladera en la parte superior, como se muestra en la fig 2.

Fig. 2 se colocan los tubos
3. Inserta la parte inferior del tubo en el primer recipiente de la trampa de grasas

Fig. 3 se unen las trampas
4. Une los dos recipientes de plástico con la tubería. Se trata de que pase la menor cantidad de grasas y sólidos al siguiente recipiente; debido a la diferencia de densidades, las grasas se concentran en la superficie y los sólidos más pequeños se sedimentan en el fondo, por lo cual el tubo de salida debe comenzar cerca de la parte inferior del recipiente, pero sin obstruir el flujo del agua.

Fig. 4 se unen los recipientes
5. Sella con un poco de silicón la unión del recipiente de plástico y el tubo de PVC, para evitar fugas de agua.

PROCEDIMIENTO PARA EL BIOFILTRO
1. realiza dos perforaciones en cada recipiente, el objetivo es unir los recipientes como se muestra en la sig. Fig 5. La entrada de cad recipiente es una “T” para asegurar que el agua llegue por la parte superior, así obligamos a que el agua pase por el entramado de raíces y grava.

Fig. 5 recipientes perforados y unidos
2. Para tener el sistema listo, tenemos que unir la trampa de grasas y el biofiltro con un tramo de PVC.
3. para sembrar las plantas será necesario colocar el tezontle en diversas capas. El tamaño del material en el lecho filtrante debe ser suficientemente grande como para permitir el flujo continuo, y no muy pequeño para evitar problemas en las tuberías. El tezontle negro se coloca primero, para que las tuberías no se tapen y así el agua pueda fluir al siguiente recipiente.
Posteriormente, se siembran las plantas con el tezontle rojo, tomando en cuenta que el tallo no debe quedar demasiado profundo.

Fig. 6 se siembran las plantas (papiros y sirenas)
4. Por último y ya que tenemos el biofiltro, debemos exponerlo al sol para que funcione de manera adecuada, se tienen que dejar pasar unos días para que el sistema logre su equilibrio.fotografías de biofiltros

Galería Método

Resultados

Me sorprendí con los resultados que obtuve, debido a que cuando comencé a realizar ésta investigación realmente no sabía que iba a pasar. Yo nunca había escuchado de los biofiltros, pero un día fui a una feria de ciencias y ahí me entregaron un folleto donde hablaban de los biofiltros, así que le pregunte a mi papá acerca de ellos.
Mi papá me explico un poco y se me hizo muy interesante el tema, así que me di a la tarea de investigar más, ya que me parece sorprendente que unas plantas absorban la suciedad del agua y así poder utilizarla nuevamente.
Al principio de la investigación utilizamos grava, pero eso provoco que no funcionara por qué es más grande y los tubos se tapaban.
Cuando comenzamos a utilizar el tezontle el agua ya podía fluir al otro recipiente.
Para conseguir las plantas nos costo un poco ya que muy pocas personas conocen las plantas acuáticas y por eso los que venden flores casi no las trabajan por lo mismo.
El biofiltro que diseñe es pequeño y por tanto la cantidad de agua que se obtiene es poca, pero se pueden construir de muchos tamaños de acuerdo a la cantidad de agua residual que se genere.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Los biofiltros ya se están implementando en algunos lugares y se han diseñado de diferentes tamaños de acuerdo a las necesidades de las personas, pero la verdad es que le falta mucha difusión.
Las personas generan aguas residuales cuando lavan la ropa, los trastes, el piso, pero cuando ya no sirven se tiran al drenaje.
Hoy en día la falta de agua es uno de los principales problemas que afectan a la humanidad, por ello debemos aprender a cuidarla y a reutilizarla.
El agua tratada puede ser utilizada para el riego, pero no para consumo humano.
Me gusto este tema por despertó en mi la conciencia de lo que significa cuidar el agua y como, ya que la mejor manera es reutilizarla.
Mi abuelita siembra es la casa todo lo que ha ella le gusta, pero utiliza agua limpia, aunque hace unos meses sufría debido a que a nuestra colonia le comenzaron a restringir el agua y ella se preocupaba por que decía que sus plantas tenían sed y no podía gastar la poco agua que teníamos en regarlas.
Ahora le comente que podemos hacer un biofiltro más grande y así limpiar las aguas jabonosas y así no le faltara el agua a sus plantas en las épocas de calor.
El biofiltro no es difícil de hacer y yo pienso que esto se debería implementar en los pueblos donde casi no llueve, ya que si se reutiliza el agua para los cultivos, la gente no sufriría tanto en tiempos de sequía.

Bibliografía

www.vioverde.com
www.greywaterner.com/tratamiento de aguas grises
folleto de energias renovables de la UNAM ed. terracota

Summary

In recent years, the population has grown considerably , so the water gets too low therefore the water begins to dwindle. Water is an extremely important resource for humanity as it is possible to live longer without eating than without drinking water, and we also use water for a number of activities , at home , for personal hygiene , animal husbandry and crop irrigation and industry.
It has been tackled a search for alternative sources of water to satisfy the demands of the population . One of this alternatives is the creation of biofilters that allow us to treat greywater for the use of those waters.

Research Question

Problem approach

Nowadays the water is already insufficient for the population, as it has grown considerably. It has launched a search for alternative sources for water treatment considered gray water, which are not as harmful as the sewage, but if they can be cleaned using a biofilter and thus can be reused for irrigation of crops, plants and gardens.

Background

Objective

Design a device that allows us to treat domestic wastewater , with materials readily available and cheap.

Justification

I chose this topic first of all because I ‘ve noticed that the water issue or rather the lack of it is becoming more worrisome day , my parents constantly told me to take care of the water and not waste it that is running out.
When I shower I put a bucket under the shower and I also collect the water with which we wash our hands , after joining some, I use it to clean the toilet

Hypothesis

If people know the benefits of having a biofilter at home, then they would realize that can be reused many liters of water for their gardens or crops.
If people reuse gray water , it would help much in the care of this vital liquid .

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography