Criterios de diseño, construcción y explotación

Las investigaciones realizadas en la planta piloto de Can Suquet han demostrado la eficiencia de los humedales para eliminar una amplia gama de contaminantes, incluyendo contaminantes convencionales como la DQO, DBO o nutrientes. También se han estudiado aspectos más básicos como las características hidrodinámicas de los humedales, las reacciones bioquímicas responsables de la degradación de la materia orgánica, y la dinámica y composición de la biopelícula.

Los humedales construidos son sistemas de depuración sencillos que no requieren de energía externa para funcionar. Se distinguen dos tipologías, de flujo subsuperficial o de flujo superficial. Los de flujo superficial se suelen utilizar en programas de restauración ambiental donde la depuración es un valor añadido. En este caso suelen recibir efluentes que ya han sido tratados intensamente en estaciones depuradoras y, por tanto, el sistema de humedales tiene como objetivo realizar un afino de la calidad del agua (García y Mujeriego, 1997).

Los de flujo subsuperficial, en cambio, se suelen construir para tratar aguas simplemente pretratadas y constituyen, por tanto, la unidad de proceso clave en la instalación de depuración. Este tipo de instalaciones se suelen utilizar para depurar las aguas residuales de pequeños municipios, aunque hay numerosas aplicaciones documentadas (aguas de papeleras, farmacéuticas, industria del petróleo, lixiviados vertederos, etc.). En este artículo se describen los proyectos y avances que los autores han alcanzado con sistemas de flujo subsuperficial.

Figura 1. Esquema de un humedal construido de flujo subsuperficial horizontal

(cedido por H. Briox)

Los humedales de flujo subsuperficial están constituidos por balsas generalmente construidas por excavación, rellenas de un medio granular con suficiente conductividad hidráulica (grava) y plantadas con vegetales característicos de las zonas húmedas, como el carrizo o la espadaña. El agua circula a nivel subterráneo en contacto con el medio granular y las raíces y rizomas de los vegetales (figura 1). La eliminación de los contaminantes sucede gracias a una sinergia de procesos físicos, químicos y bioquímicos, aunque los principales son los bioquímicos asociados a la biopelícula que crece adherida al medio granular y a las partes subterráneas de las plantas.

El principal papel de los vegetales en estos sistemas es el de crear alrededor de sus partes subterráneas un ambiente adecuado para que crezcan y se desarrollen comunidades microbianas que después van a degradar o transformar los contaminantes. Los sistemas de flujo subsuperficial se pueden clasificar en horizontales si el agua fluye horizontalmente de un extremo a otro (sería el caso de la figura 1) o verticales si el agua fluye de arriba a abajo (García et al., 2004a).

Figura 2.

Esquema de la planta piloto.

Gracias a la financiación obtenida mediante un proyecto Feder se contruyó a inicios de los años 2000 una planta piloto que trata parcialmente las aguas de la urbanización Can Suquet, en les Franqueses del Vallés (Barcelona). Esta planta se construyó en colaboración con el Consorcio del Besós y el Ayuntamiento de Les Franqueses. La planta entró en servicio en primavera de 2001 y se tiene previsto que siga en marcha por lo menos hasta 2008.

La planta está constituida por un tratamiento primario en un tanque Imhoff, seguido de 8 humedales en paralelo con la misma superficie (56 m² cada uno), que reciben el mismo caudal de agua residual y que tienen diferentes características de diseño (relación largo-ancho, tamaño del medio granular y profundidad) (figuras 2-6). El diseño de la planta piloto ha permitido estudiar la influencia de estas variables de diseño sobre la eficiencia del sistema, además de la carga orgánica aplicada (que se regula a través del caudal de agua bombeado a los humedales).

Figura 3. Excavación de los humedales (Finales 2000).

Figura 4. Relleno y plantación de los humedales (Marzo 2001).

Los humedales son sistemas de depuración sencillos que no requieren de energía externa para funcionar

Desde la puesta en marcha hasta la actualidad se ha evaluado la eficiencia de los humedales para eliminar una amplia gama de contaminantes, incluyendo contaminantes convencionales como laDQO, DBO y nutrientes, tensioactivos aniónicos, ácidos grasos de cadena corta, sulfuros, productos farmacéuticos de uso común y microorganismos indicadores de la contaminación fecal como E. coli, esporas de Clostridium perfringens y enterococos fecales entre otros. También se han estudiado aspectos más básicos como las características hidrodinámicas de los humedales, las reacciones bioquímicas responsables de la degradación de la materia orgánica, y la dinámica y composición de la biopelícula.

En la tabla 1 se resumen los resultados obtenidos para algunos de los contaminantes analizados. En la tabla se han agrupado los datos de los efluentes de los humedales por tipos. Como puede observarse los mejores resultados se obtienen con los humedales de tipo D para todos los contaminantes. Estos humedales tienen una profundidad menor (0,3 m en media) que el resto (0,6 m en media). Este resultado es sorprendente ya que al tener menor profundidad y recibir el mismo caudal que los otros, su tiempo de permanencia es menor. Sin embargo, diversos estudios realizados por nuestros equipos han demostrado que las condiciones reinantes en su interior son más oxidantes, lo que redunda en una mayor eficiencia (García et al., 2003).

Figura 5. Humedales con cobertura incipiente (Abril 2001). Se observa la cubierta del tanque Imhoff y la caseta donde se encuentra el caudalímetro.

La planta está constituida por un tratamiento primario en un tanque Imhoff, seguido de ocho humedales en paralelo

En la actualidad con humedales de laboratorio experimentales cuya profundidad es de forma constante 0,3 m (en los de Can Suquet de tipo D la profundidad de 0,3 m es una media, hay zonas con más profundidad y otras con menos) se están obteniendo resultados espectaculares con DBO5 y amonio efluentes menores de 5 mg/L.

Los humedales de tipo D también han demostrado un mejor comportamiento en cuanto a eliminación de enterococos fecales, esporas de Clostridium perfringens y recuento de bacterias aerobias (HPC, 22ºC), con reducciones en algunos casos de hasta 3 log o superiores. En cambio, la reducción de los coliformes totales y Escherichia coli ha sido ligeramente superior en los humedales de tipo C.

Figura 6. Humedales con cobertura completa (Julio 2001).

Las investigaciones realizadas en Can Suquet han demostrado toda una serie de características a tener en cuenta para el diseño y construcción cuando la tecnología de flujo subsuperficial horizontal se pretenda aplicar en nuestro país:

• La forma no es crítica, aunque no deben ser más cortos que anchos y cuanto más largos en principio mejor.
• El medio granular debe ser resistente al ataque ácido (por ejemplo material granítico) y se pueden utilizar diámetros de 3 a 10 mm, cuanto menor sea el diámetro mejor se desarrolla la cubierta vegetal (con diámetros de 3 a 5 mm el desarrollo es excelente).
• Para su dimensionado no se deben superar cargas orgánicas superficiales de 6 g DBO/m² día (esto al final viene a representar unos 5 m² por habitante equivalente).
• Con una profundidad media de 0,3 m es suficiente. La explotación es muy sencilla y queda limitada a trabajos de limpieza y jardinería (nuestros propios equipos realizan la explotación de la planta piloto). Estos sistemas son susceptibles a colmatarse, por tanto, no son indicados para tratar vertidos con concentraciones elevadas de grasas y aceites.

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Concentraciones de contaminantes químicos

Tipo de contaminación	Unidad	Orig datos	Afluente			Humedales
						A			B			C			D
DDQO	mg/l	(a)	200	±	82	80	±	32	79	±	32	78	±	32	51	±	27
DBO5	mg/l	(a)	140	±	54	58	±	26	56	±	27	56	±	27	28	±	23
N amoniacal	mg N/l	(a)	45	±	16	34	±	13	34	±	12	32	±	12	23	±	13
Ortofosfato	mg P/l	(a)	7,2	±	3,3	7,2	±	3,1	7,1	±	2,9	7,1	±	2,7	6,6	±	2,8
LAS	mg/l	(b)	3,7	±	0,97	2,8	±	0,79	2,7	±	0,8	2,7	±	0,85	1,4	±	0,75
SPC	mg/l	(b)	0,54	±	0,32	0,86	±	0,54	0,82	±	0,49	0,87	±	0,5	0,65	±	0,37
Acido acético	mg/l	(c)	25	±	27	14	±	11	13	±	8,2	10	±	9,8	9,7	±	11
Ácido isovalérico	mg/l	(c)	0,9	±	0,38	0,24	±	0,14	0,25	±	0,15	0,26	±	0,13	0,13	±	0,13
Dimetilsulfuro	µg/l	(c)	2,2	±	1,6	1,9	±	1,2	2,1	±	1,1	1,7	±	1,3	1,2	±	1

1. Datos de García et al. (2004b, 2004c)
2. Datos de Huang et al. (2004)
3. Datos de Huang et al. (2005).

Tabla 1. Medias y desviaciones estándar de algunos de los contaminantes químicos medidos en el afluente y los efluentes de los humedales de la planta piloto de Can Suquet (agrupados por tipo de humedales según su forma). Los humedales de tipo D, además de ser los más largos son los menos profundos.