Evaluación y diseño de un humedal construido para la depuración de aguas residuales domésticas

Resumen

Evaluación y Diseño de un Humedal Construido para la Depuración de Aguas Residuales Domésticas La depuración de aguas residuales es una problemática presente a nivel mundial, acentuándose en zonas remotas sin acceso a colectores municipales de depuración. Las aguas residuales pueden ocasionar episodios de contaminación en acuíferos y en aguas superficiales, si la descarga se realiza en cauces naturales. En la búsqueda de nuevas tecnologías para intentar solventar este problema se tiene cada vez más en cuenta la sostenibilidad con el medioambiente. Entre estas tecnologías, los humedales construidos se postulan como sistemas secundarios, y en muchos casos terciarios, para la depuración de aguas residuales. Estos sistemas emulan los procesos de depuración de aguas llevados a cabo por la naturaleza y son capaces de producir efluentes aptos para ser vertidos o reutilizados. En el presente trabajo se ha planteado la evaluación de la efectividad depuradora de un humedal construido de tipo híbrido, sobre los vertidos de aguas residuales domésticas generadas por una vivienda unifamiliar sin posibilidad de acceso a colectores municipales. Para ello se seleccionó una vivienda aislada en la que se acababa de instalar un humedal construido, situada en el campo de Elche donde el clima es mediterráneo semiárido. El sistema constaba de una depuradora de oxidación total a modo de decantador primario, un humedal construido de flujo subsuperficial plantado con Phragmites australis y un humedal construido de flujo superficial, plantado con diferentes especies vegetales higrófitas, que actuaba también a modo de depósito de evaporación total del residuo. Para el desarrollo del trabajo se realizaron muestreos seriados, desde el desarrollo inicial del humedal construido hasta su régimen normal de funcionamiento. Los parámetros analíticos estudiados fueron los que marca la legislación para catalogar a las aguas residuales tratadas como vertido según el R.D. 509/1996, o para su reutilización como uso agrícola calidad 2.1 según el R.D. 1620/2007. Otros parámetros analíticos estudiados fueron pH, temperatura, aceites y grasas, tensioactivos aniónicos y catiónicos, compuestos nitrogenados, fosfatos, contenido de oxígeno, sólidos decantables, % NaCl y sólidos totales disueltos (TDS), y también la biocarga bacteriana más representativa para comprobar la efectividad en el proceso de depuración. Las aguas residuales domésticas presentaron un carácter medio-fuerte, estando influenciadas por los hábitos particulares de consumo familiar y poniendo de manifiesto el carácter genuino de cada agua residual. El agua residual tratada por el sistema de humedales construidos cumplió, durante el primer año estudiado, con los parámetros exigidos por la legislación para verter y reutilizar durante el primer año de funcionamiento. Los efluentes del segundo año no cumplieron con las exigencias legales debido a desajustes hídricos en el humedal subsuperficial, desajustes que afectaron también al humedal superficial situado posteriormente. El desajuste hídrico se debió a un secado total, con aparición de vías preferentes de circulación de agua al comienzo del segundo año de estudio, situación que se repitió al año siguiente. Estos hechos derivaron en un desajuste en el lecho del sistema, teniendo como consecuencia el incumplimiento de la legislación. Las causas se atribuyen a un excesivo desarrollo vegetativo, derivado del sobredimensionamiento del sistema. El humedal construido de flujo superficial presentó fenómenos de evaporación y concentración típicos derivados de las condiciones climáticas. Para solventar el problema de la excesiva proliferación de algas, se estudió un sistema de filtración y luz ultravioleta que resultó ser efectivo. Considerando los datos analíticos se plantea el redimensionamiento del humedal subsuperficial, ya que el estudiado se estima es 2,2 veces superior al calculado. Debido a que el humedal se ubica en una zona mediterránea árida, con alto déficit hídrico, sería inconsecuente no considerar la posibilidad del aprovechamiento del agua tratada en humedales híbridos, en lugar de la evaporación total ya que se ha comprobado que son capaces de obtener afluentes compatibles con las exigencias del R.D. 1620/2007. Evaluation and design of a constructed wetland to the treatment of domestic wastewater Sewage treatment is a worldwide problem that is exacerbated in remote areas that don¿t have access to municipal sewers. Sewage can cause pollution episodes in ground water and surface water, if wastewater is deposited in natural channels. In the development of new technologies to address the problems of sewage treatment, environmental sustainability is increasingly taken into account. Among these technologies, constructed wetlands are postulated as secondary systems, and in many cases tertiary, for wastewater treatment. These systems imitate the water purification processes performed by nature and are capable of producing effluent suitable for discharge or reuse. The following project has been focused to evaluate the effectiveness of a hybrid constructed wetland on the treatment of domestic wastewater generated by a single family without access to municipal sewers. For this, an isolated house in which a constructed wetland had just been installed was selected. The house was located in the countryside in Elche (Spain), where the climate is Mediterranean-semiarid. The system consist in a total oxidation filter that work as primary settling tank, a constructed wetland of subsurface flow planted with Phragmites australis, and a constructed wetland of surface flow planted with different hygrophilous plant species, which also acted as a reservoir for evaporation residue. For the project¿s development, samples were taken during various stages ranging from the initial development of the wetland until its regular operation. The laboratory parameters studied were those outlined in RD 509/1996 regarding the labeling of treated sewage as waste, as well as those outlined in RD 1620/2007 regarding reuse of waters for agricultural purposes with quality standards of 2.1. Other analytical parameters such as pH, temperature, oils and fats, anionic and cationic surfactants, nitrogen compounds, phosphate, oxygen content, settleable solids, % NaCl and total dissolved solids (TDS), and also the more representative bioburden to check the effectiveness of the treatment process. Domestic wastewater had an average-strong character, being influenced by the particular household consumption habits. The wastewater treated by the constructed wetlands system were agree, during the first year of operation, with the parameters required by the law for the dumping and reuse of waters. The effluent of the second year did not meet the legal requirements due to changes in water flow in the subsurface water wetland that later affected the wetland¿s surface, as water flow favored certain areas over others. At the beginning of the study¿s second year, the constructed wetland subsurface flow suffered a complete drying and the appearance of preferred paths of water flow, issues which were repeated again the following year. These issues led to a water and ion imbalance in the bed of the system, resulting in non-compliance with the established legislation. Excessive vegetative growth, resulting from the oversized system, was responsible for the imbalance. The constructed wetland surface flow showed typical phenomena of evaporation and concentration resulting from weather conditions; these phenomena were directly related to the system¿s failure to comply with some of the required parameters. To solve the problem of excessive algae growth, a filtration and UV irradiation system proved to be effective. Considering the analytical data, a resizing of constructed wetland subsurface flow was suggested, because the study is estimated 2.2 times higher than that calculated. As the constructed wetland is located in an arid Mediterranean area with high water deficit, it would be imprudent not to pursue the possibility of treating water in wetland hybrids, rather than in total evaporation systems, since it has proven effective in obtaining effluent that complies with the requirements of RD 1620/2007.