Design and optimization of the constructed wetlands for wastewater treatmentpig slurry

Résumé

Resumen de la tesis: En los últimos años la cría de cerdos ha experimentado una gran transformación, que ahora se considera una agroindustria compuesta por algunos de los principales actores a nivel mundial. En varias regiones del mundo, la gestión del estiércol de cerdo se ha convertido en un problema medioambiental real que necesita una solución del sector agrícola. Muchos de los problemas ambientales que preocupan son los impactos en las aguas superficiales y subterráneas, los efectos en la calidad del aire y el suelo están aumentando notablemente. La mayor parte de los problemas ambientales del sector porcino es la producción de purines (PS) y su gestión. Solo España genera un volumen de purines de alrededor de 71 millones de m3/año (MAPAMA, 2018) y es el primer país de Europa con un elevado número de producción porcina, este gran volumen de producción necesita un tratamiento y gestión adecuados para minimizar los problemas ambientales. Las características del purín de cerdo son: - Exceso de N y sales que se transfieren a suelos y aguas superficiales y subterráneas cuando se utilizan purines como enmienda del suelo. Esto afecta los suelos y la calidad del agua y contribuye a los procesos de eutrofización y salinización del agua. - Falta de control de contaminantes en el purín que se aplica al suelo, con transferencia de metales (principalmente Cu y Zn) al suelo y al agua, con efecto negativo en la salud ambiental. - Emisiones de amoniaco y gases de efecto invernadero (GEI), que contribuyen al cambio climático. El ganado es responsable del 37% del CH4 antropogénico y del 65% del N2O antropogénico. -Generación de olores que son las principales barreras para la aceptación comunitaria de las granjas porcinas. Recientemente, el concepto de purines de cerdo está cambiando y no se considera un residuo, sino un subproducto que puede usarse como fertilizante natural que contiene los principales nutrientes que una planta necesita para prosperar. Es una fuente de nutrientes que se puede valorizar en el sector agronómico como un valioso recurso económico. Para reutilizar este subproducto, el PS debe tratarse y disponerse adecuadamente para reducir los impactos negativos causados por la valorización agrícola. La importancia del manejo adecuado del PS como subproducto se refleja bien en las recientes Mejores Técnicas Disponibles (BAT). Sin embargo, la mayoría de las soluciones de vanguardia existentes no son tecnológica ni económicamente viables. Un manejo adecuado como los humedales artificiales presentan una solución muy eficiente y económica para el manejo del purín porcino, además, una tecnología ecológica que puede generar un subproducto que promueve la economía circular, puede eliminar una gran cantidad de contaminantes del purín porcino y puede reducir en gran medida el impacto ambiental del PS y producir recursos útiles para la agricultura, sin embargo, este proceso de tratamiento tiene algunos inconvenientes que pueden limitar su uso tales como obstrucción y baja eficiencia en la reducción del contenido de sales y metales pesados. El sistema de depuración integrado utilizando los humedales artificiales para el tratamiento de purines porcinos permite establecer un punto de convergencia para las explotaciones ganaderas y agrícolas desvinculadas por los fertilizantes inorgánicos que influyen en la sostenibilidad de estos sectores. El objetivo de esta tesis consiste en diseñar y optimizar el proceso de tratamiento del humedal construido con el fin de incrementar su eficiencia proponiendo un pretratamiento efectivo por coagulación-floculación, y también encontrar una nueva capa de sustrato que se pueda agregar al humedal construido (CWs) para mejorar su eficiencia y estudiar cómo reacciona el purín a estos materiales naturales. Las explotaciones de cerdos blancos e ibéricos del sureste de España tratan sus purines in situ mediante separación, doble filtración, decantación y tratamiento de humedales artificiales. Este pretratamiento no logró reducir los sólidos lo que provoca atascos en los humedales artificiales (AAC). El objetivo principal de este pretratamiento es reducir la turbidez y la demanda química de oxígeno (DQO) del efluente para hacerlo apropiado para el tratamiento de CW. La optimización del proceso de coagulación-floculación (CF) utilizando cloruro de hierro y un floculante catiónico DKFLOCC-1598 se investigó mediante el método de diseño compuesto central (CCD). Se evaluó el efecto de la concentración de coagulante, el pH y el floculante sobre la DQO y la eliminación de la turbidez. Los mejores resultados se obtuvieron utilizando 0.024 mol L-1 de cloruro de hierro, 0.164 ml L-1 de floculante a pH=7.5, donde la DQO se redujo en un 96% y la remoción de turbidez en un 97%. Por tanto, los resultados indicaron la alta eficiencia del método de tratamiento para eliminar la DQO y los sólidos en suspensión. Esta tesis examinó las propiedades fisicoquímicas de micronutrientes, macronutrientes y metales pesados (HM) extraídos después de la filtración lenta del PS a través de múltiples medios: arena, suelos franco-limosos, cenizas volantes y zeolita. El objetivo ha sido encontrar una nueva capa que se pudiera agregar a nuestro humedal artificial (CW) para mejorar su eficiencia y estudiar cómo reacciona el purín a estos materiales naturales. La filtración logró una tasa de eliminación aproximada del 99,99% para el total de sólidos suspendidos (SST) y nitrógeno de 61, 94, 72 y 97%, en la arena, suelos franco-limosos, cenizas volantes y zeolita, respectivamente.