67745515 Manual Humedales 2
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Copyright © Programa de las Naciones Unidas para los Asentamientos Humanos
(ONU-HABITAT), 2008
Todos los derechos reservados. El material de esta publicación puede ser reproducido
total o parcialmente en cualquier formato con fi nes educativos y/o no lucrativos siempre
que se reconozca y cite la fuente. ONU-HABITAT agradecería recibir una copia de las
publicaciones que hagan uso de este material como fuente.
Referencia
ONU-HABITAT, 2008. Manual de Humedales Artifi ciales. Programa Agua para las
ciudades asiáticas de ONU-HABITAT, Nepal, Katmandú.
Programa de las Naciones Unidas
para los Asentamientos Humanos (ONU-HABITAT)
P.O. Box 30030, Nairobi 00100, Kenya
Tel (254-20) 7621234
Fax (254-20) 7624266
Correo electrónico [email protected]
Web www.unhabitat.org
HS: HS/980/08E
Exención: Las denominaciones utilizadas y la presentación del material de esta publicación
no implican la emisión de opiniones por parte de la Secretaría de las Naciones Unidas
en lo que concierne al estado legal del país, territorio, ciudad o área, así como de sus
autoridades o a la delimitación de sus fronteras, ni en relación a su sistema económico o
nivel de desarrollo. Los análisis, conclusiones y recomendaciones de este informe no refl ejan
necesariamente la visión del Programa de las Naciones Unidas para los Asentamientos
Humanos (ONU-HABITAT), del Consejo de Administración de ONU-HABITAT o de los
estados miembros.
Versión en Español
Traducción Francisca Alemán
Diagramación Jorge Rojas
Responsable de la
edición en Español Víctor Arroyo
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Prólogo
En un mundo en rápida y constante expansión urbana surgen importantes retos, entre ellos,
el escaso saneamiento ambiental, una amenaza para la vida y el sustento, especialmente
de los más pobres. Está claro que si continuamos en esta línea, los ODM que promueven
reducir a la mitad los problemas relacionados con la salubridad en el 2015, no lograrán
cumplir el reto de disminuir el número de personas sin acceso sostenible a condiciones
básicas de salubridad.
No basta con simplemente ofrecer servicios sanitarios para asegurar una buena salubridad
ambiental. Es necesario disponer de sistemas seguros de transporte y tratamiento de los
excrementos sin poner en peligro la salud ambiental. En las grandes ciudades de los países
industrializados, esto normalmente se lleva a cabo a través de sistemas centralizados de
gestión de aguas residuales con tecnologías avanzadas de tratamiento de dichas aguas.
No obstante, estos sistemas son caros y dif íciles de manejar.
Los sistemas de tratamiento y gestión de aguas residuales descentralizados y de menor
tamaño como, por ejemplo, los humedales artifi ciales, ofrecen una alternativa viable para
muchas de las áreas urbanas de los países en desarrollo. La construcción de humedales
artifi ciales en lugares donde existe terreno asequible es relativamente económica y éstos
pueden ser operados y mantenidos incluso por la propia comunidad.
Este manual, basado en una serie de ejemplos de humedales artifi ciales de Nepal, además
de ofrecer una guía básica para el diseño, construcción, operación y mantenimiento de
humedales, muestra información específi ca sobre aquellas situaciones en las que éstos
pueden no ser una alternativa factible.
Creo que las experiencias y los estudios de caso aquí descritos pueden ser muy útiles como
materiales de referencia para los gestores de políticas públicas y profesionales expertos en
agua y saneamiento. Asimismo, espero que sirvan de estímulo a la acción local para la
consecución de sistemas y tecnologías de gestión de aguas residuales asequibles.
Anna Kajumulo Tibaijuka
Directora Ejecutiva, ONU-HABITAT
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Prefacio
Con el apoyo del Fondo Fiduciario de Agua y Saneamiento, ONU-HABITAT está
desarrollando el Programa Agua para las ciudades asiáticas (WAC – por su sigla en
inglés-), que está actualmente operativo en India, República Popular China, Nepal,
República Democrática Popular de Laos y Vietnam, y en fase de extensión a Camboya,
Indonesia y Pakistán.
Teniendo como objetivo principal crear un ambiente que promueva la inversión a favor de
los pobres de las ciudades, el programa WAC presenta enfoques innovadores que facilitan
el acceso al agua y saneamiento por parte de este sector de la población. En general, estos
proyectos piloto tienen como objetivo abordar serios problemas de sanidad ambiental a
través de enfoques prácticos orientados a la comunidad. Uno de estos problemas, al que
se enfrentan las ciudades asiáticas en pleno proceso de expansión urbanística, es el del
tratamiento y gestión seguros de las aguas residuales. Las soluciones tradicionales que
hacen uso de las tecnologías avanzadas simplemente no son asequibles o son demasiado
complicadas de mantener en la mayoría de las pequeñas y medianas ciudades.
Como parte del programa de trabajo “normativo” de WAC, las lecciones aprendidas a
través de los proyectos piloto se documentan para que puedan llegar a un público más
amplio. Esta publicación sobre el diseño, construcción, operación y mantenimiento
de humedales artifi ciales ha sido elaborada en el seno de este programa a partir de las
experiencias en Nepal y en reconocimiento de la necesidad de una alternativa viable a
las tecnologías convencionales de tratamiento y gestión de aguas residuales. Se debe
destacar, no obstante, que los humedales artifi ciales presentan limitaciones tales como la
falta de terreno o su costo, lo cual puede hacer el proyecto inviable. Del mismo modo, los
aspectos climatológicos y los parámetros de aguas residuales pueden afectar su correcto
funcionamiento.
La coordinación para la elaboración de este manual corrió a cargo del Dr Roshan Shrestha,
Consejero técnico principal del Programa Agua para las ciudades asiáticas, en Nepal. El
programa también agradece la contribución del Sr Shirish Singh así como de los doctores
Guenter Langergraber y Elif Asuman Korkusuz de la Universidad de Recursos Naturales
y Ciencias Aplicadas de Viena para la elaboración de este manual.
Andre Dzikus
Director
Sección II Agua y Saneamiento
División Agua, Saneamiento e Infraestructura del Programa de las Naciones Unidas
para los Asentamientos Humanos (ONU-HABITAT)
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Índice
iii Prólogo
v Prefacio
1 Capítulo Uno Introducción
3 Capítulo Dos ¿Qué es un humedal artifi cial?
2.1 Ventajas de los humedales artifi ciales 5
2.2 Limitaciones de los humedales artifi ciales 5
7 Capítulo Tres Confi guraciones de los humedales artifi ciales 3.1 Flujo horizontal (FH) 7
3.2 Flujo vertical (FV) 8
3.3 Híbrido 9
11 Capítulo Cuatro Cómo funciona un humedal artifi cial
15 Capítulo Cinco Diseño de humedales artifi ciales 5.1 Tratamiento preliminar 15
5.2 Tratamiento primario 16
5.2.1 Fosa séptica 16
5.2.2 Reactor anaeróbico (Fosa séptica mejorada) 17
5.3 Tamaño del humedal 18
5.3.1 Dimensión basada en ecuaciones 18
5.3.2 Dimensión basada en área específi ca requerida por población equivalente 20
5.4 Profundidad 21
5.4.1 Humedal de fl ujo horizontal 21
5.4.2 Humedal de fl ujo vertical 22
5.5 Área transversal del lecho (sólo para humedales de fl ujo horizontal) 22
5.6 Selección del lecho fi ltrante 23
5.6.1 Humedal de fl ujo horizontal 23
5.6.2 Humedal de fl ujo vertical 24
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5.7 Gradiente del lecho 24
5.8 Sellado del lecho 25
5.9 Estructuras de entrada y salida 26
5.9.1 Entradas 26
5.9.2 Salidas 32
5.10 Vegetación 33
35 Capítulo Seis Construcción de humedales artifi ciales
6.1 Construcción de la cubeta 35
6.2 Impermeabilización de la cubeta 35
Ensayo de permeabilidad 36
6.3 Relleno del substrato 37
6.3.1 Humedales de fl ujo horizontal 37
6.3.2 Humedales de fl ujo vertical 37
6.3.3 Ensayo de calidad de la arena 38
6.4 Estructuras de entrada y salida 39
6.5 La plantación de vegetación 40
6.6 Manejo del nivel hídrico para el crecimiento de la vegetación 41
47 Capítulo Siete Operación y Mantenimiento 7.1 Puesta en marcha 47
7.2 Operaciones rutinarias 47
7.2.1 Ajuste de los niveles hídricos 48
7.2.2 Mantenimiento de la uniformidad del caudal 48
7.2.3 Manejo y cuidado de la vegetación 48
7.2.4 Control del olor 50
7.2.5 Mantenimiento de bermas (muros) 51
7.3 Operaciones a largo plazo 51
53 Capítulo Ocho Humedales artifi ciales para secado de lodos55 Capítulo Nueve Estudios de caso
9.1 Tratamiento de aguas residuales de hospital (Hospital Dhulikhel) 55
9.1.1 Descripción técnica 55
9.1.2 Rendimiento 57
9.1.3 Operación y mantenimiento 58
9.1.4 Costos 58
9.2 Tratamiento y reutilización de aguas residuales combinadas residenciales y de laboratorio (ENPHO) 58
9.2.1 Descripción técnica 58
9.2.2 Rendimiento 59
9.2.3 Operación y mantenimiento 59
9.2.4 Costos 61
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9.3 Tratamiento de aguas residuales institucionales (Universidad de Katmandú) 61
9.3.1 Descripción técnica 61
9.3.2 Rendimiento 62
9.3.3 Operación y mantenimiento 64
9.3.4 Costos 64
9.4 Tratamiento de aguas residuales municipales (Sunga) 64
9.4.1 Descripción técnica 64
9.4.2 Rendimiento 66
9.4.3 Operación y mantenimiento 67
9.4.4 Costos 67
9.5 Tratamiento de aguas grises (Residencia privada) 67
9.5.1 Descripción técnica 67
9.5.2 Rendimiento 67
9.5.3 Operación y mantenimiento 69
9.5.4 Costos 69
9.6 Tratamiento de lixiviados de fosas sépticas y rellenos sanitarios (Pokhara) 70
9.6.1 Descripción técnica 70
9.6.2 Costos 71
73 Referencias bibliográfi cas
77 Anexo - A: Cómo tratar las aguas negras con humedales artifi ciales: Una perspectiva general de los sistemas franceses
Tablas
Tabla 1 Principales congresos internacionales 4
Tabla 2 Mecanismos de remoción de contaminantes en humedales artifi ciales 12
Tabla 3 Criterios básicos de diseño para fosas sépticas de dos compartimentos 16
Tabla 4 Criterios básicos para el diseño de un reactor anaeróbico 18
Tabla 5 Lista de acciones quincenales de operación y mantenimiento 51
Tabla 6 Lista de acciones bi-mensuales de operación y mantenimiento 52
Tabla 7 Lista de acciones anuales de operación y mantenimiento 52
Tabla 8 Descripción técnica del humedal artifi cial del Hospital Dhulikhel 56
Tabla 9 Descripción técnica del humedal artifi cial de ENPHO 59
Tabla 10 Descripción técnica del humedal artifi cial de la Universidad de Katmandú 62
Tabla 11 Descripción técnica del humedal artifi cial de Sunga 65
Tabla 12 Concentraciones de contaminantes en Sunga 67
Tabla 13 Descripción técnica de humedal artifi cial de residencia privada 68
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Figuras
Figura 1 Cobertura de mejoras de saneamiento en 2002 1
Figura 2 Componentes de un humedal artifi cial 3
Figura 3 Corte transversal de un humedal artifi cial de fl ujo horizontal (FH) 8
Figura 4 Corte transversal de un humedal artifi cial de fl ujo vertical (FV) 9
Figura 5 Mecanismo de remoción de contaminantes 11
Figura 6 Transferencia de oxígeno desde las raíces 12
Figura 7 Transformaciones del nitrógeno en humedales artifi ciales 13
Figura 8 Corte transversal de una fosa séptica de dos compartimentos 16
Figura 9 Corte transversal de un reactor anaeróbico de fl ujo ascendente 17
Figura 10 Gráfi co de KBOD
para fl ujo horizontal versus temperatura
a una profundidad de 40 cm del substrato y una porosidad del 40% 19
Figura 11 Gráfi co de KBOD
para fl ujo vertical versus temperatura
a una profundidad de 70 cm del substrato y una porosidad del 30% 19
Figura 12 Área específi ca requerida por población equivalente (PE)
para humedales FH y FV con descargas específi cas de diferentes tipos de aguas residuales 20
Figura 13 Disposición del substrato en un humedal FH 24
Figura 14 Disposición del substrato en un humedal FV 25
Figura 15 Disposición del substrato en un humedal FV 27
Figura 16 Dispositivos de salida 32
Figura 17 Granulometría típica 38
Figura 18 Ensayo de calidad de la arena 38
Figura 19 Efecto de la confi guración del humedal en la distribución efectiva del caudal 39
Figura 20 Resultados del ensayo de calidad de la arena 39
Figura 21 Técnica para plantar esquejes de rizomas 40
Figura 22 Perfi l del substrato para lechos de secado de lodos 54
Figura 23 Representación esquemática del humedal artifi cial del Hospital Dhulikhel 55
Figura 24 Rendimiento del humedal artifi cial del Hospital Dhulikhel desde 1997 a 2006 57
Figura 25 Representación esquemática del humedal artifi cial de ENPHO 59
Figura 26 Rendimiento del humedal artifi cial de ENPHO desde 2002 a 2006 60
Figura 27 Representación esquemática del humedal artifi cial de Sunga 61
Figura 28 Rendimiento del humedal artifi cial de la Universidad de Katmandú desde 2001 a 2006 63
Figura 29 Representación esquemática del humedal artifi cial de la Universidad de Katmandú 64
Figura 30 Rendimiento del humedal artifi cial en Sunga desde agosto de 2006 a agosto de 2007 66
Figura 31 Representación esquemática de humedal artifi cial de residencia privada 67
Figura 32 Rendimiento de humedal artifi cial de residencia privada desde mayo de 1998 a mayo de 2000 69
Figura 33 Representación esquemática de planta de tratamiento de lixiviados de fosa séptica y relleno sanitario 70
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capítuloUNO
introducción
CASI todas las grandes ciudades del mundo han inaugurado el siglo XXI enfrentando
una crisis ambiental. Las ciudades no sólo se enfrentan al reto de proveer instalaciones
adecuadas de saneamiento a sus residentes (Figura 1), sino que deben asegurarse de que
los recursos hídricos disponibles no estén contaminados. El vertido de aguas residuales sin
procesar contribuye de forma importante al deterioro de las condiciones de salubridad y a
la contaminación de las masas de agua cercanas. Es de esperar que el problema aumente
debido al rápido crecimiento urbano, a menos que se tomen las medidas necesarias para
controlar y tratar los efl uentes.
Se ha hecho uso de sistemas de alcantarillado centralizados utilizando como base el agua
con el objeto de lograr una considerable mejora de la salud pública en las áreas urbanas
de los países industrializados. Sin embargo, el costo de estos sistemas de alcantarillado es
bastante alto y, por tanto, inasequible para muchos de los países en desarrollo. Los sistemas
centralizados requieren sistemas tradicionales de tratamiento intensivo, tecnológicamente
complejos y fi nancieramente onerosos. Ello hace que muchas comunidades de los
países en desarrollo no puedan permitirse la construcción y operación de estos sistemas
tradicionales de tratamiento. Los sistemas alternativos de tratamiento natural, sencillos
de construir y operar además de baratos y ambientalmente correctos, parecen ser los más
adecuados para estas comunidades.
Cobertura de mejoras en el saneamiento en 2002
(OMS, UNICEF, 2004)
Porcentaje de población que dispone
de mejores condiciones de salubridad
FIGURA 1
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Los humedales artifi ciales (CWs – por su sigla en inglés -), una tecnología natural de
tratamiento de aguas residuales, de bajo precio, eco-tecnológica y biológica, diseñada con
el fi n de imitar los procesos de los ecosistemas de humedales naturales, se destacan como
una alternativa potencial o como un sistema suplementario para el tratamiento de aguas
residuales.
Este manual no tiene como fi n pedir que se implementen humedales artifi ciales para el
tratamiento de aguas residuales pero sí que pretende ofrecer una amplia descripción de las
cuestiones relacionadas con el tratamiento de aguas residuales por medio de humedales
artifi ciales. El manual ha sido elaborado en formato de guía general para el diseño,
construcción, operación y mantenimiento de humedales artifi ciales para el tratamiento de
aguas residuales residenciales e incluye también una introducción al diseño de humedales
artifi ciales para el secado de lodos.
El capítulo 2 ofrece una introducción a los humedales artifi ciales y su desarrollo. En
el capítulo 3 se describen las diferentes confi guraciones de los humedales artifi ciales
ahondando en las características de los humedales de fl ujo horizontal (FH) y vertical
(FV). El capítulo 4 tiene por objetivo proporcionar un resumen del principio operativo
de los humedales artifi ciales además de una descripción de los mecanismos de remoción
de contaminantes específi cos. El capítulo 5 ilustra sobre los variados aspectos a ser
considerados durante el diseño de un humedal artifi cial de fl ujo subsuperfi cial, mientras
que el capítulo 6 se dedica a mostrar los aspectos relacionados con la construcción de los
humedales, ilustrándolos mediante fotograf ías. En el capítulo 7 se abordan los aspectos
de operación y mantenimiento de los humedales para lograr un funcionamiento adecuado
y el capítulo 8 ofrece una introducción al diseño de humedales artifi ciales para el secado
de lodos. Por último, en el capítulo 9 se incluyen seis estudios de caso de humedales
artifi ciales en Nepal para el tratamiento de diferentes tipos de aguas residuales. Cada
estudio de caso incluye una descripción de los detalles técnicos, del rendimiento del
humedal, de su operación y mantenimiento así como de los costos asociados.
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capítuloDOS
qué es unhumedal artifi cial?
UN HUMEDAL artifi cial es una cubeta de poca profundidad rellena de algún tipo de
material (substrato), generalmente arena o grava, y plantada con vegetación resistente a
condiciones de saturación. Las aguas residuales se introducen en la cubeta y fl uyen sobre
la superfi cie o a través del substrato y son vertidas fuera de ésta a través de una estructura
que controla la profundidad de dichas aguas en el interior del humedal.
Un humedal artifi cial se compone de los siguientes cinco componentes principales:
Cubeta • Substrato o Lecho fi ltrante• Vegetación• Membrana impermeabilizante • Estructuras de entrada y salida •
La cubeta excavada se rellena con un substrato permeable (se ha usado roca, grava, arena
y suelo) y el nivel de agua se mantiene por debajo de la parte superior del substrato, de tal
manera que se produzca un fl ujo subsuperfi cial. Este substrato da soporte a las raíces de
los mismos tipos de vegetación emergente, plantada en la superfi cie superior del substrato.
FIGURA 2
Salida
Impermeabilizante
VegetaciónSubstratoo Lechofi ltrante
Cubeta
Componentes de un humedal artifi cial
Entrada
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Por medio de sistemas de estructuras de entrada y salida, se consigue que la distribución y
recolección de aguas residuales sea homogénea. En caso de que sea importante proteger
las aguas subterráneas, se debe usar una membrana impermeabilizante.
Desde la década de 1950, se han usado en todo el mundo humedales artifi ciales con
diferentes confi guraciones, escalas y diseños para tratar diferentes tipos de aguas
residuales de forma efectiva. Los sistemas existentes varían desde aquellos de uso en
hogares familiares a sistemas municipales de gran escala. En la actualidad, los humedales
artifi ciales se presentan como sistemas alternativos de tratamiento en áreas rurales de
Europa. Más del 95% de estos humedales son de fl ujo subsuperfi cial. En los próximos
años, se espera que el número de sistemas de este tipo supere los 10.000 solamente en
Europa (Platzer, 2000).
A pesar de que el potencial para la aplicación de la tecnología de humedales en los países
en desarrollo es enorme, su nivel de adopción para el tratamiento de aguas residuales
en dichos países ha sido bajo. Algunas de las limitaciones que se han identifi cado están
relacionadas con el hecho de disponer de un conocimiento y experiencia limitados en el
diseño y gestión de este tipo de sistema.
Debido al enorme potencial de los humedales artifi ciales para el tratamiento de aguas
residuales, se han venido organizando diversos congresos internacionales con el fi n de dar
a conocer nuevos avances en este campo. Además de otros congresos internacionales, la
Asociación Internacional del Agua (IWA- por su sigla en inglés-) organiza el Congreso
Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua.
En la tabla 1 se muestra la lista de congresos internacionales organizados por IWA.
1er. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 1988, Chattanooga, Estados Unidos de América
2do. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 24 al 28 de septiembre de 1990, Cambridge, Reino Unido
3er. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 30 de noviembre al 3 de diciembre de 1992, Sydney, Australia
4to. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 6 al 10 de noviembre de 1994, Guangzhou, República Popular China
5to. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 15 al 19 de septiembre de 1996 Viena, Austria
6to. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 27 de septiembre al 2 de octubre de 1998, São Paulo, Brasil
7mo. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 11 al 16 de noviembre de 2000, Florida, Estados Unidos de América
8vo. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 16 al 19 de septiembre de 2002, Arusha, Tanzania
9no. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 26 a 30 de septiembre de 2004, Avignon, Francia
10mo. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 25 a 29 de septiembre de 2006, Lisboa, Portugal
11mo. Congreso Internacional sobre sistemas de humedales para el control de la contaminación del agua, 1 al 7 de noviembre de 2008, Indore, India
TABLA 1
CONFERENCIA FECHA LUGAR
Principales Congresos Internacionales
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2.1 Ventajas de los humedales artifi ciales
• la construcción de los humedales puede ser más barata que la de otras opciones de
tratamiento
• el uso de procesos naturales,
• la construcción sencilla (se pueden construir con materiales locales),
• operación y mantenimiento sencillos,
• rentabilidad (bajos costos de operación y mantenimiento),
• estabilidad del proceso
2.2 Limitaciones de los humedales artifi ciales
• requieren un área amplia
• el tratamiento por medio de humedales puede resultar económico en comparación
con otras opciones si existe terreno disponible y asequible
• aún falta desarrollar los criterios de diseño para diferentes tipos de aguas residuales y
climas
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capítuloTRES
confi guraciones de los humedales artifi ciales
EXISTEN varias confi guraciones de diseño de humedales artifi ciales (Haberl, 1999) y
éstas se pueden clasifi car de acuerdo a los siguientes elementos:
• forma de vida de los macrofi tos predominantes (fl otantes, emergentes, sumergidos),
• padrón de fl ujo en los sistemas de humedales (fl ujo libre de aguas superfi ciales, fl ujo
subsuperfi cial: horizontal y vertical),
• tipo de confi guraciones de las celdas de los humedales (sistemas híbridos, sistemas de
fase única, sistemas multi-fase),
• tipo de aguas residuales a tratar,
• nivel de tratamiento de las aguas residuales (primario, secundario o terciario),
• tipo de tratamiento previo,
• estructuras de entrada y salida,
• tipo de substrato (grava, suelo, arena, etc.), y
• tipo de carga (carga continua o intermitente).
De entre las varias clasifi caciones mencionadas anteriormente, en este manual sólo se han
considerado los humedales artifi ciales de fl ujo subsuperfi cial. Existen principalmente dos
tipos de direcciones de fl ujo en uso en este tipo de humedales, el fl ujo horizontal (FH) y
el fl ujo vertical (FV).
3.1 Flujo horizontal (FH)
La fi gura 3 muestra el corte transversal de un humedal artifi cial de fl ujo horizontal.
Se le denomina humedal FH porque las aguas residuales se descargan a la entrada y
fl uyen lentamente a través del substrato poroso bajo la superfi cie del lecho siguiendo
una trayectoria más o menos horizontal hasta que alcanzan la zona de salida. Durante
este trayecto, las aguas residuales entran en contacto con una red de zonas anaeróbicas,
aeróbicas y anóxicas. Las zonas aeróbicas se encuentran alrededor de las raíces y rizomas
de la vegetación del humedal que liberan oxígeno en el substrato. Durante el paso de
las aguas residuales a través de la rizosfera, éstas se limpian mediante degradación
microbiológica y diferentes procesos f ísicos y químicos (Cooper et al. 1996). Los
humedales FH pueden eliminar de forma efectiva los contaminantes orgánicos (SST,
DBO5 y DQO) de las aguas residuales. Debido a la poca transferencia de oxígeno en el
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interior del humedal, la remoción de nutrientes (especialmente el nitrógeno) es limitada,
sin embargo, los humedales HF eliminan los nitratos existentes en las aguas residuales.
3.2 Flujo vertical (FV)
Los humedales artifi ciales FV están formados por un lecho plano de arena o grava cubierto
de arena o grava y vegetación (Figura 4). Las aguas residuales son vertidas en la parte
superior y se fi ltran a través del lecho para ser posteriormente recogidas mediante una red
de drenaje situada en la base.
Los humedales FV son alimentados de forma intermitente en grandes cantidades que
FIGURA 3
Zona de distribuci’on (grava)
Membranaimpermeabilizante
Zona detratamiento (arena)
Nivel de agua
Vegetación
Tubería de entrada
Zona de recolección (grava)
Tubería vertical ajustable
Corte transversal de un humedal artifi cial de fl ujo horizontal (Morel y Diener, 2006)
FIGURA 4
Membranaimpermeabilizante Tuberías de drenaje
Arena
Grava
Tuberías de distribución
Corte transversal de un humedal artifi cial de fl ujo vertical (Morel y Diener, 2006)
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inundan la superfi cie. El líquido drena gradualmente hacia abajo a través del lecho y
es recogido por una red de drenaje situada en la base. El lecho drena completamente
hasta quedar libre de líquido, lo que posibilita que haya de nuevo aire. La siguiente dosis
de líquido atrapa este aire y junto con a la aireación causada por la rápida presencia de
líquido en el lecho, genera una buena transferencia de oxígeno posibilitando, por tanto,
la nitrifi cación. La difusión del oxígeno del aire generado por el sistema de descargas
intermitentes contribuye en mayor medida a la oxigenación del lecho de fi ltrado en
comparación con la transferencia de oxígeno por medio de la planta. Platzer (1998)
demostró que el sistema de descargas intermitentes ofrece una transferencia potencial
de oxígeno de 23 a 64 g O2.m-2.d-1 mientras que Brix (1997) mostró que la transferencia
de oxígeno a través de la planta (especies comunes de juncos) ofrece una transferencia
potencial de oxígeno al área de la raíz de 2 g O2.m-2.d-1, que es utilizada principalmente
por las propias raíces y rizomas.
La última generación de humedales artifi ciales ha sido desarrollada haciendo uso del
sistema de fl ujo vertical con cargas intermitentes. Los motivos del creciente interés en el
uso de este tipo de sistemas son principalmente:
• presentan una mayor capacidad de transferencia de oxígeno dando como resultado
una buena nitrifi cación;
• son considerablemente más pequeños que los sistemas FH,
• pueden eliminar efi cientemente DBO5, DQO y los patógenos.
3.3 Híbrido
Los humedales FH funcionan bien en el caso de la remoción de DBO5 y SST para el
tratamiento secundario de aguas residuales, pero no es así en el caso de la nitrifi cación
debido a su limitada capacidad de transferencia de oxígeno. Como resultado, ha crecido
el interés por los humedales FV ya que éstos tienen una capacidad mucho mayor de
transferencia de oxígeno y ocupan un área considerablemente menor que los humedales
FH. No obstante, los humedales FV también tienen sus limitaciones tales como una menor
efi cacia en la remoción de sólidos. Del mismo modo, pueden obstruirse si la selección de
suelos no es la adecuada. Debido a estas razones, el interés por los humedales combinados
(híbridos) ha aumentado. En estos sistemas, las ventajas y desventajas de los humedales
FH y de los humedales FV pueden combinarse y, de esta manera, complementarse.
Dependiendo de la fi nalidad, los humedales híbridos podrían ser humedales FH seguidos
por un humedal FV o viceversa.
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capítuloCUATRO
cómo funciona un humedal artifi cial
UN HUMEDAL artifi cial es un complejo entramado de aguas residuales, substrato y
vegetación además de una selección de microorganismos (fundamentalmente bacterias).
La vegetación juega un papel fundamental ya que proporciona una superfi cie y un
medioambiente apropiados tanto para el crecimiento de los microbios como para la
fi ltración. La remoción de los contaminantes dentro de los humedales se logra por medio
de varios complejos procesos f ísicos, químicos y biológicos, tal y como se muestra en la
Figura 5.
Los mecanismos de remoción de contaminantes en los humedales artifi ciales se presentan
en la Tabla 2.
FIGURA 5
Sedimentación, precipitación y adsorción
Metabolismo de la planta
Plantas acuáticas
Filtración y adsorción
Sedimentos
Degradación bacteriana
Contaminante
Entrada de aguas residualesVolatilización
Mecanismos de remoción de contaminantes (adaptado de Wetlands International, 2003)
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Tanto los sólidos en suspensión como los
sedimentados que no son eliminados en el
tratamiento primario son eliminados de forma
efectiva en el humedal mediante fi ltración y
sedimentación. Las partículas se sedimentan
en microceldas estáticas o son forzadas por
restricciones de caudal.
El crecimiento microbial tanto en suspensión
como adherido es responsable de la remoción
de compuestos orgánicos solubles, que son
degradados biológicamente, tanto de forma
aeróbica (en presencia de oxígeno disuelto) como
anaeróbica (en ausencia de oxígeno disuelto).
El oxígeno requerido para la degradación
aeróbica es proporcionado directamente desde
la atmósfera por difusión o por liberación desde
las raíces de las plantas hacia la rizosfera. No
obstante, la transferencia de oxígeno desde las
raíces es insignifi cante (Figura 6).
TABLA 2 Mecanismos de remoción de contaminantes en humedales artifi ciales (Cooper et al., 1996)
COMPONENTES DE LAS AGUAS RESIDUALES MECANISMOS DE REMOCIÓN
Sólidos en suspensión Sedimentación Filtración
Orgánicos solubles Degradación microbiana aeróbica Degradación microbiana anaeróbica
Fósforo Adsorción de la matriz Absorción por la planta
Nitrógeno Amonifi cación seguida por nitrifi cación microbiana Desnitrifi cación Absorción por la planta Adsorción de la matriz Volatilización del amoniaco (principalmente en sistemas de fl ujo superfi cial)
Metales Adsorción e intercambio catiónico Complexación Precipitación Absorción por la planta Oxidación/reducción microbiana
Patógenos Sedimentación Filtración Degradación natural Depredación Irradiación UV (sistemas de fl ujo superfi cial) Excreción de antibióticos por las raíces de los macrofi tos
FIGURA 6
Rizoide amplifi cado Zona
reducida
Rizoma
Oxígeno
Zona oxidada
Raíz
Nuevo brote
Transferencia de oxígeno desde las raíces
(adaptado de Wetlands International, 2003)
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Los mecanismos para la remoción del fósforo en los humedales artifi ciales son la adsorción,
la complexación y la precipitación, el almacenamiento, la absorción por la planta y la
asimilación biótica (Watson et al., 1989).
Los mecanismos de remoción del nitrógeno en los humedales artifi ciales son manuales e
incluyen la volatilización, la amonifi cación, la nitrifi cación/desnitrifi cación, la absorción
por la planta y la adsorción de la matriz (Figura 7). Uno de los mecanismos importantes
en la mayoría de los humedales artifi ciales es la nitrifi cación/desnitrifi cación microbial. El
amoniaco se oxida y se transforma en nitrato mediante la acción de bacterias nitrifi cantes
en las zonas aeróbicas. El nitrato se convierte en gas dinitrógeno por medio de bacterias
desnitrifi cantes en zonas anóxicas y anaeróbicas.
El proceso de remoción de metales en los humedales artifi ciales incluye la sedimentación,
la fi ltración, la adsorción, la complexación, la precipitación, el intercambio catiónico,
la absorción por la planta y las reacciones mediadas por microbios, especialmente la
oxidación (Watson et al., 1989). La adsorción implica la unión de iones de metal a la planta
o a la superfi cie matriz mientras que la presencia de bacterias genera la precipitación
de óxidos de metal y sulfuros dentro de los humedales. Algunos tipos de humedales
disponen de una alta capacidad para la adsorción directa de metales.
Los patógenos son eliminados durante el paso de las aguas residuales a través del sistema,
principalmente mediante sedimentación, fi ltración y adsorción por biomasa. Una vez que
estos organismos son atrapados dentro del sistema, su número disminuye rápidamente,
principalmente por procesos de degradación natural y depredación (Cooper et. al, 1996).
FIGURA 7
Entrada de biomasa
Entrada de biomasa
Zona anaeróbica Zona anaeróbica
Desnitrifi cación Nitrifi cación
Nitrifi cación
Absorción de la matrizVolatilización
Entrada de biomasa
Transformaciones del nitrógeno en humedales artifi ciales (Cooper et al., 1996)
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capítuloCINCO
diseño de humedales artifi ciales
ANTES de diseñar un humedal artifi cial, se debe tener en cuenta que el substrato
utilizado se puede llenar rápidamente de desechos, polvo y sedimentos procedentes de
las aguas residuales si no se eliminan estos materiales antes de proceder a utilizarlo.
Por esta razón, se debe llevar a cabo un tratamiento preliminar/primario con el fi n de
eliminar estos sedimentos. Sin embargo, algunos sistemas en Francia han obviado las
unidades de tratamiento primario y han optado por utilizar humedales artifi ciales de fl ujo
vertical organizados de tal forma que funcionen en paralelo (Molle et al., 2004). Estos
sistemas se encuentran fuera del ámbito de estudio de este manual. No obstante, puede
encontrar información al respecto en el artículo de investigación titulado “Cómo tratar
las aguas negras mediante humedales artifi ciales: Una perspectiva general de los sistemas
franceses”, incluido en el Anexo-A de este manual.
5.1 Tratamiento preliminar
El tratamiento preliminar se encarga principalmente de separar la fracción gruesa de los
sólidos de la fase líquida. Tiene como misión preparar las aguas residuales entrantes
para su posterior tratamiento en el humedal mediante la reducción o remoción de los
elementos problemáticos que podrían impedir la operación o incrementar excesivamente
los costos de mantenimiento y de los mecanismos de bombeo – en caso de que los haya -.
Estos elementos problemáticos típicos suelen ser los sólidos de gran tamaño, los desechos,
el polvo, los olores, etc.
El tratamiento preliminar de aguas residuales está conformado principalmente por
un fi ltro y una cámara de fi ltrado de polvo. El fi ltro es un mecanismo con aberturas,
generalmente de tamaño uniforme, que se usa para retener los sólidos encontrados en las
aguas residuales entrantes a la planta de tratamiento, eliminando así los materiales más
gruesos. La cámara de retención de polvo elimina toda clase de polvo, ya sea de arena,
grava o cualquier otro material pesado cuya gravedad específi ca supere la de los sólidos
orgánicos presentes en las aguas residuales.
(Se recomienda al lector consultar los libros de texto básicos sobre tratamiento preliminar
de aguas residuales.)
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5.2 Tratamiento primario
El tratamiento primario consiste en la separación de la materia suspendida mediante
operaciones f ísicas, principalmente la sedimentación. Las aguas residuales sin procesar
contienen partículas suspensas más pesadas que el agua. Estas partículas tienden a
depositarse por infl uencia de la gravedad, especialmente en condiciones de inactividad.
El tratamiento primario reduce la cantidad de sólidos en suspensión y de carga orgánica
que pasarían al humedal y equilibra la calidad y el caudal de aguas residuales hasta un
cierto límite.
5.2.1 Fosa séptica
La fosa séptica constituye el tratamiento primario más común utilizado en los humedales
artifi ciales de menor tamaño a nivel mundial. Una fosa séptica de dos compartimentos
elimina más sólidos que una de un solo compartimento (Loudon et al., 2005). La fi gura 8
muestra el corte transversal de una fosa séptica típica de doble compartimento.
Las fosas sépticas, en general, se han de vaciar y limpiar para poder eliminar el lodo.
De lo contrario, se producirán efl uentes de baja calidad con alta cantidad de contenido
sólido en suspensión, lo cual puede afectar de forma negativa al funcionamiento de los
humedales artifi ciales (obstrucción del lecho). Para garantizar una operación continua y
efectiva, el material acumulado debe extraerse periódicamente, generalmente cuando la
acumulación de lodo y desechos exceda el 30% del volumen líquido de la fosa. En la tabla
3 se muestran los criterios básicos de diseño de una fosa séptica de dos cámaras.
FIGURA 8Corte transversal de una fosa séptica de doble compartimento (Morel y Diener, 2006)
Desechos
Lodos
TABLA 3
Tiempo de retención hidráulica (TRH) >12 horas a profundidad máxima del lodo y acumulación máxima de desechos
Nivel de acumulación de lodos Dependiendo de la tasa de remoción de SST y del fl ujo de entrada de aguas residuales (70 a 100 litros/persona/año)
Volumen de acumulación de lodos y desechos Nivel de acumulación de lodos multiplicado por el nivel de acumulación de desechos
Intervalo para remoción de lodos > 1 año
Volumen del primer compartimento 2/3 del volumen total de la fosa
Criterios básicos de diseño para fosa séptica de dos compartimentos
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Para obtener mayor información sobre diseños de fosas sépticas, se recomienda consultar
los siguientes autores Mara D. (1996), Crites y Tchobanoglous (1998), Sasse L. (1998) o
cualquiera de las referencias bibliográfi cas básicas sobre este tema.
5.2.2 Reactor Anaeróbico (Fosa séptica mejorada) En los últimos años, se han desarrollado diseños de reactores anaeróbicos (fosas sépticas
mejoradas) con el fi n de mejorar la efi cacia en la remoción de sólidos y contaminantes
orgánicos. El principio básico de tales sistemas radica en el aumento de contacto entre
las aguas residuales entrantes y la biomasa activa en el lodo acumulado. Esto se logra
insertando defl ectores en la fosa forzando, de esta manera, que las aguas residuales
fl uyan por debajo y por encima de los defl ectores en su trayecto desde la entrada hasta la
salida. Las aguas residuales que fl uyen de forma ascendente atraviesan el lodo depositado
favoreciendo el contacto entre éstas y la biomasa.
FIGURA 9Corte transversal de un reactor anaeróbico de fl ujo ascendente (Morel y Diener, 2006)
Lodos
EJEMPLO
El ejemplo presentado aquí es un caso general. Calculemos el tamaño de una fosa séptica de dos cámaras para una población de 400 personas con un caudal específi co de aguas residuales de 80 litros diarios por persona.
• Volumen promedio de aguas residuales (Q) = 400 x 80 / 1000 = 32 m3/d• Tiempo de retención hidráulica (TRH) = 1,5 días = 36 horas (se supone) • Volumen requerido para la fosa séptica = Q x TRH = 32 x 1,5 = 48 m3 • Volumen del primer compartimento = 2/3 del volumen requerido = 2/3 x 48 = 32 m3 • Volumen del segundo compartimento = 1/3 del volumen requerido = 1/3 x 48 = 16 m3 • Profundidad de la fosa séptica = 2 m (se supone) • Ancho de la fosa séptica = 4 m (se supone)
Entonces, • longitud del primer compartimento = Volumen/(Profundidad x Ancho) = 32/(1,7* x 4) = 4,7 m• Longitud del segundo compartimento = Volumen/(Profundidad x Ancho) = 16/(1,7* x 4) = 2,35 m
* Por favor, tome en cuenta que la profundidad de la fosa séptica se considera de 1,7 m después de restar la medida de 0,3 m correspondiente al borde libre.
Compruebe el TRH después de la acumulación de lodo: • Nivel de acumulación de lodo = 70 litros/persona/año• Intervalo para remoción de lodo = 1 año • Volumen de lodo = nivel de acumulación de lodo x número de usuarios x intervalo para remoción de lodo = (70 x 400 x
1)/1000 = 28 m • Volumen disponible para aguas residuales en la fosa séptica = Volumen total– volumen de lodo = 48 – 28 = 20 m• TRH después de acumulación de lodo = Volumen disponible para aguas residuales en la fosa séptica/Volumen promedio
de aguas residuales = 20/32 = 0,625 días = 15 horas (Siempre que el TRH > 12 horas, el diseño está correcto)
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Los criterios básicos para el diseño de un reactor anaeróbico se detallan en la Tabla 4.
Para mayor información sobre diseños de reactores anaeróbicos, se recomienda consultar
los libros de Sasse (1998), Wanasen (2003), Foxon et al., (2004), entre otros.
5.3 Tamaño del humedal
5.3.1 Dimensión basada en ecuaciones
El tamaño del humedal se podría decidir en base a la ecuación de Kickuth:
KDBO depende de la temperatura y el nivel de degradación de DBO generalmente aumenta
en un 10% por °C. De esta manera, se espera que la constante de velocidad de reacción
para la degradación de DBO sea mayor durante el período de estío que durante el invierno.
También se ha reportado que KDBO aumenta a medida que el sistema envejece.
TABLA 4
Tiempo de retención hidráulica >24 horas a profundidad máxima del lodo y acumulación máxima de desechos
Nivel de acumulación de lodos Dependiendo de la tasa de remoción de SST y del fl ujo de entrada de aguas residuales (70 a 100 litros/persona/año)
Nivel de acumulación de lodos y desechos Nivel de acumulación de lodos multiplicado por el nivel de acumulación de desechos
Intervalo para remoción de lodos > 1 año
Número de cámaras de fl ujo ascendente > 2
Velocidad máxima de fl ujo ascendente 1,4 a 2 m/h
Criterios básicos para el diseño de reactores anaeróbicos
• Ah = Área de superfi cie del lecho (m2)
• Qd = nivel promedio de fl ujo diario de desechos (m3/d)
• Ci = concentración de DBO5 en el afl uente (mg/l)
• Ce = concentración de DBO5 en el efl uente (mg/l)
• KDBO = constante de velocidad (m/d)
KDBO es determinada a partir de la fórmula KTdn, donde,
• KT = K20 (1.06)(T-20)
• K20 = constante de velocidad a 20 ºC (d-1)
• T = temperatura de operación del sistema (ºC)
• d = profundidad de la columna de agua (m)
• n = porosidad del substrato (porcentaje expresado en forma de fracción)
Ah = Qd (ln Ci – ln Ce)
KDBO
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a) KDBO para humedales FH
La fi gura 10 muestra KDBO para un humedal FH. El gráfi co se realizó partiendo de la
ecuación anteriormente planteada para temperaturas que varían desde 10°C a 25ºC. La
profundidad del humedal FH es de 40 cm y la porosidad del substrato es de 40%. Se
estableció el valor de K20 a 1.1 d-1.
b) KDOB para humedales FV
La fi gura 11 muestra KDOB para un humedal FV. El gráfi co se estableció partiendo de la
misma ecuación para humedales FH con temperaturas desde 10 ºC a 25 ºC. La profundidad
del humedal FV es de 70 cm y la porosidad del substrato es de 30%. Se estableció el valor
de K20 a 1.1 d-1.
FIGURA 10
Gráfi co de KDBO
para humedales FH versus temperatura a una profundidad de 40 cm del substrato y una porosidad del 40%
Temperatura (grados)
FIGURA 11
Gráfi co de KDOB
para humedales FV versus temperatura a una profundidad de 70 cm del substrato y una porosidad del 30%
Temperatura (grados)
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5.3.2 Dimensión basada en área específi ca requerida por
población equivalente (PE)
La relación entre el área específi ca requerida y la población equivalente se cumple cuando
existe uniformidad en la cantidad y calidad específi cas de aguas residuales. En general,
se puede confi ar en la regla de oro sugerida por diferentes trabajos (dependiendo de las
condiciones climáticas). Sin embargo, los costos de inversión tienden a ser más altos
debido a los aspectos conservadores de este enfoque.
El área específi ca requerida para humedales artifi ciales FH y FV se calcula para diferentes
descargas concretas de aguas residuales y una cierta cantidad de población. Se establece la
contribución de DBO en 40 g DBO/pe.d, 30% de la carga DBO se reduce en el tratamiento
primario y la concentración de DBO en el efl uente se establece en 30 mg/l. La KDBO
para humedales FH y FV se establece en 0,15 y 0,20 respectivamente. Se observa que se
requeriría un área específi ca de 1 a 2 m2/pe en el caso de humedales FH, mientras que en
el caso de humedales FV, se necesitaría un área específi ca de 0,8 a 1,5 m2/pe.
Tomando en consideración los casos de Nepal, se ha de resaltar que el área específi ca
requerida presentada en el gráfi co es menor que la recogida en las diferentes investigaciones
sobre este aspecto. Ello se debe a que la KDBO utilizada en estas investigaciones es menor
y las descargas específi cas de aguas residuales son mayores.
FIGURA 12
Necesidad de área para humedales FH
Caudal específi co de aguas residuales (litros por persona y día)
Necesidad de área para humedales FV
Área específi ca requerida por población equivalente para humedales FH y FV para diferentes descargas de aguas residuales
Área
requ
erid
a (m
2 /pe)
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5.4 Profundidad
En general, la profundidad del substrato en un humedal artifi cial de fl ujo subsuperfi cial
se limita aproximadamente a la profundidad de las raíces de la plantas, de tal manera que
las plantas estén en contacto con el afl uente e infl uyan en el tratamiento. Sin embargo,
se debe tener en cuenta el tiempo de retención hidráulica –TRH (tiempo que las aguas
residuales son retenidas en el humedal) a la hora de elegir la profundidad del humedal.
5.4.1 Humedales FH
La mayoría de los humedales FH de Europa presentan una profundidad de lecho de 60
cm (Cooper et al., 1996). En los Estados Unidos, este tipo de humedales ha sido diseñado,
en general, con lechos de entre 30 y 45 cm de profundidad (Steiner y Watson, 1993).
Un estudio experimental llevado a cabo en España mostró que los humedales FH con
una profundidad promedio de 27 cm eran más efectivos que los humedales FH con un
promedio de profundidad de agua superior a los 50 cm. (García et al., 2004).
Se recomienda considerar un promedio de profundidad de 40 cm considerando la
precipitación, que podría originar fl ujo superfi cial.
El ejemplo aquí presentado es un caso general. El proyectista ha de tomar en cuenta las circunstancias y estándares locales. Calculemos el tamaño de un humedal artifi cial para una población de 400 personas con un caudal específi co de aguas residuales de 80 litros por persona y por día.
• Volumen promedio de aguas residuales (Q) = 400 x 80 / 1000 = 32 m3/d
Para determinar la concentración de DBO5 en el afl uente, se debe analizar una muestra del agua residual en un laboratorio certifi cado. En ausencia de un laboratorio, se puede calcular la concentración de la siguiente manera:
• Contribución de DBO5 = 40 g DBO5/pe.d• Concentración de DBO5 = 40 x 1.000/80 = 500 mg/l• Supongamos que el 30% de DBO5 se elimina en la unidad de tratamiento primario, entonces la concentración de DBO5
en el afl uente sería (Ci) = 350 mg/l • Concentración de DBO5 en el efl uente sería (Ce) = 30 mg/l• KDBO = 0,15 m/d para humedales FH y 0,2 m/d para humedales FV
Sustituyendo los valores en la ecuación a continuación:
• Área para humedal FH = 524,10 m2 • Área específi ca por PE para humedal FH = 1,31 m2 • Área para humedal FV = 393,08 m2 • Área específi ca por PE para humedal FV = 0,98 m2
EJEMPLO
Ah = Qd (ln Ci – ln Ce)
KDBO
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5.4.2 Humedales FV
Generalmente, para los sistemas FV se consideran profundidades superiores a las
consideradas para los sistemas FH. La mayoría de los sistemas FV en el Reino Unido
tienen una profundidad de entre 50-80 cm (Cooper et al., 1996). En cambio, en Alemania
se recomienda una profundidad superior a 80 cm (ATV, 1998). Lo mismo ocurre en
Austria donde se recomienda una profundidad de 95 cm (ÖNORM 1997), mientras que
en Dinamarca, la profundidad recomendada es de un mínimo de 1 m (Brix, 2004). Los
sistemas FV en Nepal se construyeron con alrededor de 1 m de profundidad, pero en la
actualidad se están utilizando profundidades menores.
En un clima subtropical, es posible incrementar los niveles de carga aplicados por encima
de lo que señalan las guías emitidas en Centroeuropa y lograr que se produzca nitrifi cación
en un sistema FV. Los resultados promedio obtenidos de lechos verticales de 75 cm de
profundidad mostraron un mejor rendimiento que los obtenidos con lechos verticales de
45 cm de profundidad (Philippi et al., 2004).
Se recomienda usar un substrato con una profundidad de 70 cm, puesto que puede
proporcionar una nitrifi cación adecuada, además de favorecer la remoción de
contaminantes orgánicos.
5.5 Área transversal del lecho
(sólo para humedales de FH)
Las dimensiones del lecho se derivan de la ley de Darcy y deben proporcionar fl ujo
subsuperfi cial a través de la grava bajo condiciones promedio de fl ujo. Se han asumido
dos aspectos importantes a la hora de aplicar la fórmula:
• se puede usar el gradiente hidráulico en vez de la pendiente, y
• la conductividad hidráulica se estabilizará a 10-3 m/s en el humedal establecido.
La ecuación es:
Ac = Qs / Kf (dH/ds)
• A = área transversal del lecho (m2)
• Q = caudal promedio (m3/s)
• K = conductividad hidráulica del lecho completamente desarrollado (m/s)
• dH/ds = gradiente del fondo del lecho (m/m)
Para gravas con granulometría graduada se elige generalmente un valor de Kf de 1 x 10-3
a 3 x 10-3 m/s. En la mayoría de los casos, se utiliza un dH/ds de 1%.
No existe una regla clara y defi nida sobre el ancho óptimo para el humedal. Sin embargo,
si supera los 15 m, se recomienda dividir la celda con el fi n de evitar el corto circuito de las
aguas residuales. Se debe tener en cuenta que es mejor usar al menos dos celdas paralelas
en vez de una única celda para facilitar la operación y mantenimiento del humedal.
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En los humedales FV, ya que el fl ujo es vertical, el ancho y el área transversal del lecho de
FV no son establecidos como requisito para mantener el fl ujo por debajo de la superfi cie
y evitar el fl ujo superfi cial.
5.6 Selección del lecho fi ltrante
Los lechos cumplen diferentes funciones:
• son material de enraizamiento para la vegetación,
• ayudan a distribuir/recolectar de manera uniforme el caudal en la entrada/salida,
• proporcionan área superfi cial para el crecimiento de los microbios, y
• fi ltran y atrapan las partículas
Las partículas muy pequeñas tienen una conductividad muy baja y crean un fl ujo
superfi cial. Las partículas de gran tamaño tienen una conductividad hidráulica muy
alta, pero disponen de poca área de superfi cie húmeda por volumen unitario de hábitat
microbial. Un lecho con partículas gruesas y angulares es adverso a la propagación de
las raíces. Los materiales de tamaño medio, generalmente caracterizados como gravas,
suelen comprometer el buen funcionamiento por lo que se recomienda que sean lavados
previamente a su uso ya que así se pueden eliminar arenas fi nas que podrían bloquear los
espacios huecos.
5.6.1 Humedales FH
El tamaño del diámetro de las partículas que conforman los lechos usados en los humedales
FH varía desde 0,2 mm a 30 mm (ÖNORM B 2505, 1996, Vymazal, 1997, GFA, 1998, EC/
EWPCA, 1990, U.S. EPA, 1988, Steiner y Watson, 1993, U.S. EPA, 1993, Reed et al., 1995,
U.S. EPA, 2000).
EJEMPLO
Calculemos el área transversal del lecho requerido para el humedal FH que fue calculada en la seccion 5.3• Qs = 32 m3/d = 0.00037 m3/s• Kf = 2 x 10-3 m/s• dH/ds = 0.01
Sustituyendo los valores en la anterior ecuación, • A c = 18.52 m2
Considerando una profundidad del humedal de 0,4 m, el ancho sería 46,30 m. Longitud del humedal = Área /ancho= 524,1/46,3 = 11,3 m
Si el ancho del humedal es superior a 15 m, se recomienda dividir la celda. Ahora consideremos 3 humedales en paralelo, entonces • Qs = 0,00012 m3/s• Kf = 2 x 10-3 m/s• dH/ds = 0,01
Sustituyendo los valores en la anterior ecuación,• Ac = 6,17 m2
Considerando una profundidad del humedal de 0,4 m, el ancho del humedal sería 15,43 m. Proporcionemos un ancho de 15 m.Longitud del humedal = Área/ancho/número de humedales = 524,1/15/3 = 11,6 m
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Se recomienda que las partículas de los lechos en las zonas de entrada y salida midan
entre 40 y 80 mm de diámetro con el fi n de minimizar las obstrucciones. Asimismo,
deben extenderse desde la parte superior a la parte inferior del sistema. Para la zona de
tratamiento, no parece existir una ventaja clara de la remoción de contaminantes con
partículas de diferentes tamaños en el rango de 10 a 60 mm (U.S. EPA, 2000). La fi gura 13
muestra los tamaños de substrato recomendados, que utiliza partículas de entre 40 y 80
mm en las zonas de entrada y salida y de 5 a 20 mm en la zona de tratamiento.
5.6.2 Humedales FV
Las propiedades del substrato o lecho fi ltrante, d10 (granulometría efectiva), d60 y el
coefi ciente de uniformidad (el cociente entre d60 y d10) son características importantes
a tener en cuenta en su selección. No existe un substrato estándar uniforme para la
construcción de humedales FV. Varios libros coinciden en señalar que la granulometría
efectiva debería ser 0,2 < d10 < 1,2 mm, el coefi ciente de uniformidad de 3 < d60/d10 <
6 y la conductividad hidráulica de Kf 10-3 a 10-4 m/s (Reed et al., 1990, Vymazal et al.,
1998, GFA, 1998, Liénard et al., 2000, Brix, H., 2004, Korkusuz, E.A., 2005). Los lechos
de fi ltrado usados en el Hospital Dhulikhel tenían un d10 = 0,4 mm y un d60/d10 = 1,5
(Shrestha R.R., 1999).
El nivel de descenso de la permeabilidad en afl uentes de características similares con sólidos
en suspensión es mayor para los medios porosos con tamaños de poros más pequeños. En
comparación con la grava, las arenas muestran una disminución relativamente más rápida
de su permeabilidad debido a los efectos de la acumulación de sedimentos en la superfi cie.
Sin embargo, la profundidad de las obstrucciones es mayor en caso de tamaños mayores
de partículas (Walker, 2006).
Se recomienda usar arena (0 a 4 mm) como substrato principal con un d10 > 0,3 mm y
un d60/d10 < 4 y con una permeabilidad de 10-3 a 10-4 m/s. En la fi gura 14 se muestra la
disposición del substrato o lecho fi ltrante.
5.7 Gradiente del lecho
La superfi cie superior del lecho debe ser uniforme o casi uniforme con el fi n de facilitar la
plantación y la rutina de mantenimiento. En teoría, el gradiente inferior debe coincidir con
el gradiente del nivel hídrico con el objeto de mantener la profundidad del agua uniforme a
FIGURA 13
Membrana impermeabilizante
Grava de 5 a 20 mm
Tubería de salida
Grava de 40 a 80 mm
Grava de 40 a 80 mm
Tubería de entrada
Disposición del substrato en un humedal FH
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lo largo del lecho. Lo más práctico sería lograr que el fondo forme un gradiente uniforme a
lo largo de la dirección del fl ujo desde la entrada hasta la salida, facilitando de esta manera
el drenaje cuando sea necesario hacer el mantenimiento. No se ha investigado cuál sería
el gradiente óptimo, no obstante, se recomienda que sea de 0,5% a 1% para facilitar tanto
la construcción como el drenaje correcto.
5.8 Sellado del lecho
Los humedales de fl ujo subsuperfi cial que proporcionen tratamiento secundario deben
impermeabilizarse con el fi n de evitar el contacto directo entre las aguas residuales y las
aguas subterráneas. Las membranas impermeabilizantes que se usan para los humedales
son las mismas que generalmente se utilizan para los estanques. Se pueden usar los
suelos locales para sellar los humedales si disponen de alto contenido arcilloso, sufi ciente
para conseguir la permeabilidad necesaria. El grosor de las membranas depende de la
permeabilidad del suelo. En la Guía Europea (Cooper, 1990) se advierte que si el suelo
local tiene una conductividad hidráulica de 10-8 m/s o inferior, es probable que contenga
alto contenido arcilloso y, por tanto, se “encharque” fácilmente y proporcione un sellado
adecuado para el lecho. Como norma general, se pueden utilizar estas interpretaciones
para los valores del coefi ciente de permeabilidad obtenidos in situ:
• k>10-6m/s: el suelo es demasiado permeable debiéndose impermeabilizar los
humedales;
• k>10-7m/s: puede ocurrir fi ltración pero no la sufi ciente como para evitar que los
humedales dejen de estar anegados;
• k<10-8 m/s: los humedales se sellarán de forma natural;
• k<10-9 m/s: no hay riesgo de contaminación de las aguas subterráneas (si
k>10-9 m/s y las aguas subterráneas se utilizan para suministro de
uso potable, será necesario realizar estudios hidrogeológicos más
detallados).
El suelo podría mezclarse con cemento Portland común (8 kg/m2) para disminuir la
permeabilidad y hacer que se compacte con el objeto de sellar los humedales. En los países
desarrollados se ha utilizado la bentonita mezclada y compactada con suelos locales.
FIGURA 14
Grava de 20 a 40 mm
Grava de 5 a 10 mm
Grava de 5 a 10 mm
Arena de 1 a 4 mm
Disposición del substrato en un humedal FV
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Otros impermeabilizantes sintéticos incluyen:
• Cloruro de polivinilo (PVC)
• Polietileno (PE)
• Polipropileno
Las membranas impermeabilizantes se deben seleccionar en base a su disponibilidad y
rentabilidad. Para lograr instalar la membrana con éxito, es crucial preparar el substrato
evitando que éste contenga materiales que puedan perforarla.
5.9 Estructuras de entrada y salida
Las estructuras de entrada y salida distribuyen el caudal y controlan su trayectoria a través
del humedal, así como la profundidad del agua. Las múltiples estructuras de entrada y
salida ubicadas a cada extremo del humedal son esenciales para asegurar la distribución
uniforme del afl uente a través del humedal. Estas estructuras ayudan a evitar las “zonas
muertas” donde el nivel de intercambio de agua es bajo, dando como resultado tiempos de
detención de las aguas residuales mucho menores que los señalados en teoría.
La estructura de entrada debe diseñarse para minimizar el posible corto circuito y la
obstrucción de los suelos así como para maximizar la distribución constante del caudal,
mientras que la estructura de salida debe diseñarse para minimizar el posible corto
circuito, maximizar la recolección constante del caudal y permitir que el operario varíe el
nivel hídrico operativo, pudiendo así drenar el lecho.
5.9.1 Entradas
Las estructuras de entrada en los humedales subsuperfi ciales incluyen colectores
superfi ciales y subsuperfi ciales tales como una tubería perforada, zanjas abiertas
perpendiculares a la dirección del fl ujo, etc. Una única entrada no sería adecuada para una
celda amplia pues no se lograría un fl ujo uniforme a través de toda la celda. En general,
se usan colectores perforados o ranurados que recorren todo el humedal a lo ancho. El
tamaño de los colectores, el diámetro de los orifi cios y el espacio entre éstos depende de la
velocidad del caudal considerada en el diseño. Siempre que sea posible, se debe instalar
el colector de entrada en una ubicación que esté al alcance del operario para que, en caso
de ser necesario, éste pueda proceder al ajuste del caudal y al mantenimiento. Un colector
subsuperfi cial evita la formación de limos y algas y la consecuente obstrucción que puede
producirse cerca de los colectores superfi ciales. Sin embargo, sería dif ícil ajustarlo y
proceder a su mantenimiento.
a) Humedales FH
En los humedales FH, el propósito es lograr una distribución uniforme a través de toda
el área transversal del borde de entrada del lecho. En la mayoría de los lechos, el fl ujo
se distribuye hacia una zona de entrada de roca, compuesta por rocas de granulometría
graduada. En la fi gura 15 se muestran ejemplos de diseños de entradas en humedales
FH.
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FIGURA 15Ejemplos de diseños de entradas en humedales artifi ciales FH (U.S. EPA, 2000) FIG
VISTA EN PLANTA
VISTA EN PLANTA
VISTA EN PLANTA
Vaciado (ambos extremos)
Válvula de controlGrava
VaciadoVISTA EN SECCIÓN
VISTA EN SECCIÓN
VISTA EN SECCIÓN
a) Tubería perforada sumergida
Desechos depositados o efluente
b) Alimentación del gabión
Gabiones de malla metálica
Membrana impermeabilizante
Membrana impermeabilizante
Gabión de malla metálica con rocas de 60 a 100mm
Gabión de malla metálica (opcional) con rocas de 60 a
100mm
Tubería de PVC
T de 90° con sellos en forma de anillo"O"
Entrada
0,5m
0,5m
Cobertura de suelo sobre la membrana impermeabilizante
Superfi cie a nivel
T basculante
Relleno con rocas
c) T basculante
Lecho de carrizos/juncos
Lecho de carrizos/juncos
Lecho de carrizos/juncos
Lecho de carrizos/juncos
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FOTO 1
Entrada con tubería perforada
FOTO 2
Entrada con tubería ranurada
FOTO 3
Entrada con canaleta (Cooper et al., 1996)
Las fotografías 1 a 6 muestran los diferentes tipos de sistemas de entrada de FH.
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Entrada con canaleta – primer plano (Cooper et al., 1996)
FOTO 4
Entrada con gabión (Cooper et
al., 1996)
FOTO 5
Entrada con tubería
sumergida – cuello de tubería
con corte en V (Cooper et al.,
1996)
FOTO 6
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b) Humedales FV
En los humedales FV es fundamental lograr una distribución uniforme por toda el área
del lecho. Las estructuras para humedales FV se componen de un tanque de alimentación
intermitente con una red de distribución. Las fotos 7 y 8 muestran el funcionamiento de
un sifón hidromecánico utilizado para la alimentación intermitente. En este sistema la
alimentación del agua hacia los lechos se mantiene por el nivel hídrico. Cuando el nivel
de agua alcanza cierta altura dentro del tanque, un tapón impide que el cubo se eleve.
El nivel de agua sube y se llena el cubo. Al pesar, éste se hunde y el agua procedente del
tanque de alimentación inunda el lecho. Cuando el lecho se llena de cierta cantidad de
agua, ésta deja de entrar. El agua que queda en el cubo sale debido a la presión ejercida
por el sifón y se queda dentro del tanque hasta que se llena de agua de nuevo.
Algunos humedales han usado una red de tuberías con orifi cios orientados hacia abajo.
Los extremos de la tubería deben sobresalir de tal manera que el aire pueda pasar durante
la descarga al igual que para asegurar la distribución homogénea de las aguas residuales.
Otros humedales han utilizado hoyas o canaletas con desbordamientos por cada lado. En
las fotos 9 a 11 se muestran los diseños de entradas de FV.
FOTO 7
Tanque de alimentación y mecanismo – Nivel óptimo de agua en el tanque para llenar el cubo (Shrestha, R.R., 1999)
FOTO 8
Tanque de alimentación y mecanismo – El cubo se hunde y el agua inunda el lecho (Shrestha R.R., 1999)
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Entrada con red de tuberías y
tubería principal en el centro
FOTO 9
Entrada con red de tuberías y
tubería principal en la orilla.
FOTO 10
Canal de distribución
(Cooper et al., 1996)
FOTO 11
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5.9.2 Salidas
Las estructuras de salida ayudan a mantener uniforme el caudal a través del humedal así
como a controlar la profundidad operativa. El diseño de humedales de fl ujo subsuperfi cial
debe permitir una inundación controlada a 15 cm para promover un crecimiento
deseable de plantas y controlar la maleza. El uso de una estructura de salida ajustable
- recomendado para mantener un gradiente hidráulico adecuado en el lecho - puede
benefi ciar signifi cativamente tanto la operación como el mantenimiento del humedal.
Un colector subsuperfi cial perforado conectado a una salida ajustable ofrece una máxima
fl exibilidad y fi abilidad como mecanismos para humedales de fl ujo subsuperfi cial. Estos
mecanismos pueden ser una compuerta ajustable, una serie de maderos o un codo
basculante. La fi gura 16 y las fotograf ías 12 a 14 muestran diferentes tipos de estructuras
de salida.
FOTO 12
Salida en codo
FIGURA 16Mecanismos de salida (U.S. EPA, 2000)
VISTA EN PLANTA VISTA EN SECCIÓN
VISTA EN SECCIÓNVISTA EN SECCIÓN
Membrana impermeabilizante
a) Compuerta ajustable
Compuerta ajustable
c) Estructura en codo de 90°b) Sección intercambiable
Compuerta ajustable
SalidaSalida
Filtro de desechos
Filtro de desechos
Gabión de malla metálica (opcional) con rocas de 60 a
100 mm
Gabión de malla metálica (opcional) con rocas de 60 a
100 mm
Nivel de agua
Nivel de agua
Junta de anillo "O"Sección intercambiable de tuberías que se ajustan al conector con anillo sellante
Colector de tubería ranurada
Colector de tubería ranurada
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La mayoría de los sistemas FH disponen de una tubería de drenaje perforada anexada a
una zona de drenaje de 0,5 m de ancho, rellena de rocas grandes bien graduadas. Esta
tubería conduce a un sumidero donde el nivel de agua es controlado ya sea por un codo
basculante o por una tubería conectada. Para sistemas de menor tamaño se utiliza una
alternativa más barata; una tubería plástica fl exible que puede mantenerse en posición
mediante una cadena o una cuerda.
En los sistemas FV, el sistema de recolección puede consistir en una red de tuberías de
drenaje rodeada por rocas de gran tamaño. La tubería de drenaje llevará a un sumidero
de recolección que facilitará el drenaje total del lecho vertical.
5.10 Vegetación
La vegetación y sus restos son necesarios para el rendimiento exitoso de los humedales
artifi ciales, contribuyendo además a darles una apariencia estética. Hay una serie de
Salida con codo basculante
(Cooper et al., 1996)
FOTO 13
Salida con tubería fl exible (Cooper et
al., 1996)
FOTO 14
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criterios que la vegetación a ser plantada en los humedales artifi ciales ha de cumplir:
• Utilización de especies de macrofi tos locales predominantes
• Penetración profunda de las raíces
• Rizomas fuertes y raíces fi brosas en gran cantidad
• Considerable biomasa o densidad de tallo para lograr la máxima transferencia de agua
• Asimilación de nutrientes
• Área superfi cial máxima para poblaciones microbianas
• Transporte efi ciente de oxígeno hacia la zona de raíces para facilitar la oxidación de
metales tóxicos reducidos y
• soporte de una amplia rizosfera.
Las fotograf ías 15 y 16 muestran dos especies, Phragmites sp. y Typha sp., ampliamente
usadas en los humedales artifi ciales. Phragmites karka y P. australis (Carrizo común) es
una de las especies de humedales más productivas, extendidas y variables del mundo.
Debido a su tolerancia climática y a su rápido crecimiento es la especie predominante en
los humedales artifi ciales.
FOTO 15
Phragmites karka (carrizo común)
FOTO 16
Junco – typha angustifolia (Wetlands International, 2003)
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capítuloSEIS
construcción de humedales artifi ciales
LA CONSTRUCCIÓN de humedales artifi ciales implica, en primer lugar, la construcción
de la cubeta (movimiento, excavación, nivelación y compactación del terreno y construcción
de bermas/muros), la impermeabilización, el relleno con substratos, la construcción de
estructuras de entrada y salida y la plantación de vegetación. Esta última es una actividad
exclusiva de los humedales artifi ciales. En esta sección pretendemos ofrecer una guía
sobre estos aspectos especiales y exclusivos de la construcción de humedales.
6.1 Construcción de la cubetaPara la construcción de la cubeta, se aplican los procedimientos y técnicas estándares
utilizados en ingeniería civil, que incluyen trabajos de preparación del terreno, excavación,
nivelación y compactación de este. Es deseable que haya un equilibrio a la hora de excavar,
extraer y rellenar el emplazamiento con el objeto de evitar préstamos de canteras alejadas
o de tener que disponer de suelo extra. Si existe en el lugar seleccionado suelo de calidad
para la agricultura, se debería extraer y apilar. Es importante que la compactación de la
base sea uniforme para proteger la integridad de la membrana de posteriores actividades
de construcción (por ejemplo, la colocación de la membrana impermeabilizante, el
depósito de grava, etc.) así como de la tensión a la hora de rellenar el humedal. La mayoría
de los humedales se construye de forma nivelada o con una ligera pendiente de alrededor
de 1% en la dirección del caudal. Las bermas deben construirse en conformidad con las
consideraciones geotécnicas estándar. Se debe proporcionar una cantidad adecuada de
borde libre que pueda contener una cierta cantidad de precipitación de tormenta. Las
fotograf ías 17 a 21 muestran la construcción de la cubeta.
6.2 Impermeabilización de la cubetaEs necesario impermeabilizar la cubeta en caso de que la permeabilidad del suelo sea
superior a 10-6 m/s. Se debe seleccionar la membrana atendiendo a los aspectos de
disponibilidad y costo. Hay que tomar cuidado con el fi n de evitar que ésta se perfore
durante la colocación y las posteriores actividades de construcción. Si la base contiene
rocas angulares, se debe colocar una capa de arena por debajo de la membrana y nivelarla.
La fotograf ía 22 muestra la membrana impermeabilizante de la cubeta.
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Método in-situ (en campo) a escala reducida para determinar la
permeabilidad
El método abarca dos grupos: el utilizado para determinar la permeabilidad del substrato
por encima de la napa freática y, por otro lado, el usado para determinar la permeabilidad
del substrato por debajo de la napa freática.
Por encima de la napa freática, el suelo no está saturado. Para medir la conductividad
hidráulica saturada, se debe verter el agua necesaria para conseguir condiciones cercanas
a la saturación. Este método se llama “método de
infi ltración”. Por debajo de la napa freática, el suelo
está saturado por defi nición. Por tanto, tan sólo
hace falta extraer agua del suelo, creando un pozo
y observar la velocidad del fl ujo de agua hacia el
pozo junto con la carga hidráulica inducida. Este
método se denomina “método de extracción”.
Método de extracciónSe perfora un pozo en el suelo hasta una cierta
profundidad por debajo de la napa freática. Una
vez que el agua dentro del pozo se nivele con el
agua subterránea, se extrae una parte para lograr
que el agua subterránea comience a fi ltrarse
dentro del pozo y así poder medir la velocidad a la
que va subiendo. La conductividad hidráulica del
suelo se calcula utilizando la siguiente fórmula:
K = C x (H0 – Ht)/t
donde,
• K = conductividad hidráulica del suelo saturado (m/d)
• C = factor dependiente de la profundidad de la capa impermeable situada por debajo
de la parte inferior del pozo y de la profundidad promedio del nivel de agua en el pozo
por debajo de la napa freática
• t = tiempo transcurrido desde la primera medición del nivel de elevación del agua en
el pozo
• Ht = profundidad del nivel de agua en el pozo de monitoreo por debajo del nivel de
referencia en un tiempo t (cm)
• H0 = Ht cuando t = 0
Cuando D > ½ D2, entonces
• C = (4000 x r/h’)/((20 + D2/r) x (2 – h’/D2)
Cuando D = 0, entonces
• C = (3600 x r/h’)/((10 + D2/r) x (2 – h’/D2)
capa freática
capa impermeable
nivel de referenciaestándar
cinta métrica
con fl otador
superfi ciedel suelo
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Método de infi ltración
Se perfora un pozo en el suelo a una profundidad concreta, se llena de agua y se deja
drenar libremente. Se llena el pozo de agua
varias veces hasta que el suelo circundante se
sature a una distancia considerable y se logre
que la infi ltración (velocidad) se mantenga a
un valor más o menos constante. Después del
último vertido de agua en el pozo, se mide la
velocidad de descenso del nivel de agua. Los
datos obtenidos (h+ ½r y t) se trazan en papel
semi-logarítmico. La gráfi ca debe producir
una línea recta. Si la línea es curva, se ha de
continuar mojando el suelo hasta que la gráfi ca
muestre una línea recta. Con cualquier de los
dos pares de valores de h+ ½r y t, el valor de K se
puede calcular de acuerdo a esta ecuación:
K = 1,15r ((log(h0 + ½r) – log(ht + ½r)/(t – t0)
donde,
• t = tiempo desde el inicio de la medición (s)
• ht = la altura de la columna de agua en el pozo en tiempo t (cm)
• h0 = ht en tiempo t = 0
6.3 Relleno del substrato
Una vez colocada la membrana impermeabilizante en la cubeta, se comenzará a rellenar
de substratos a la misma vez que se disponen los mecanismos de entrada y salida. Se debe
lavar el substrato para eliminar tierra y otros fi nos que pudieran bloquear los espacios
libres, lo cual contribuiría a la obstrucción del substrato. Es preferible el substrato de
cantos rodados al substrato triturado angular debido a que el primero queda más suelto
creando más espacios.
6.3.1 Humedales FH
Antes de disponer los substratos, se deben dividir las zonas de entrada y salida. Se han de
defi nir claramente las estructuras de salida a la misma vez que se disponen los substratos,
los cuales deben ser tamizados y lavados antes de colocarlos en las zonas de entrada y
salida así como en la de tratamiento. La fotograf ía 23 muestra la disposición de substratos
en un humedal FH.
6.3.2 Humedales FV
Antes de disponer los substratos en un humedal FV, se deben marcar adecuadamente las
capas de substrato de diferente tamaño dentro de la cubeta. Se deben lavar para eliminar
las partículas indeseadas y disponer una red de recolección en la base de acuerdo al diseño,
nivel de referenciaestándar
cinta métrica
con fl otador
superfi ciedel suelo
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antes de colocarlos. Se comenzará a rellenar una vez se hayan completado las actividades
anteriormente mencionadas. Puesto que la arena es el substrato escogido para la zona
principal de tratamiento, se deben analizar sus propiedades en un laboratorio acreditado.
Entre las pruebas a realizar se encuentran el análisis granulométrico y la determinación de
la conductividad hidráulica. La granulometría adecuada para humedales artifi ciales FV
se muestra en la fi gura 17. A falta de un laboratorio acreditado, la calidad de la arena se
puede determinar mediante el ensayo de calidad de la arena.
Ensayo de calidad de la arena
Se coloca una tubería de PVC de 300 mm de
longitud y 110 mm de diámetro sobre un lecho
de grava mediana y se rellena con 200 mm de la
arena a ser examinada, tal y como se muestra en
la fi gura 18. La arena debe ser humedecida pero
no saturada. Se coloca un pedazo cuadrado de
estropajo o algo similar para evitar que el agua
interrumpa el proceso. A continuación, se vierten
500 ml de agua del caño dentro de la tubería,
pero sin provocar demasiadas alteraciones en la
superfi cie de arena y se mide el tiempo que tarda
en drenar completamente. Tan pronto el líquido
haya drenado, se vierten otros 500 ml de agua
y se vuelve a medir el tiempo. Esto se repetirá
hasta que el tiempo se nivele. A continuación se
puede representar el tiempo como se muestra en
la fi gura 19. FIGURA 18
Arena a ser examinada
Ensayo de calidad de la arena(Cooper et al., 1996)
Grava mediana,
drenaje libre
Estropajo de nylon
100mm tubería de PVC
500ml de agua
FIGURA 17Granulometría (Guía alemana ATV – gráfi co de AKUT)
Gran
ulom
etría
> d
en
G%
Partículas de lodo Partículas del fi ltro
fi nos partículas de limo partículas de arena partículas de arena gruesa rocafi no medio grueso fi no medio grueso fi no medio grueso
Diámetro de la partícula en mm
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El gráfi co muestra resultados para algunos tipos de arena usados por Grant y Moodie
(1996) y da una idea de la gama de arenas adecuadas. Las muestras a y d son claramente
inadecuadas. La muestra e está cerca del límite de adecuación lo que puede implicar
un riesgo. La muestra c es claramente la mejor y las muestras b, g y h son satisfactorias.
Las arenas que drenan entre 50 y 150 segundos por 500 ml (una vez saturadas) son
satisfactorias.
Las fotograf ías 25 a 27 muestran el relleno de substratos en un humedal FV.
6.4 Estructuras de entrada y salidaSe deben colocar estructuras de entrada y salida, tal y como se menciona en el capítulo
5.9, de acuerdo al diseño. Las tuberías de entrada y salida de los humedales FH
deben disponerse perpendicularmente al caudal en el humedal. La fi gura 20 muestra
la disposición de los mecanismos de entrada y salida en un humedal artifi cial FH. Los
orifi cios de distribución en la red de entrada para humedales FV deben colocarse así para
garantizar la distribución homogénea de las aguas residuales por toda el área del humedal.
De forma similar, la red de salida debe colocarse de esta manera para garantizar que no
se produce corto circuito dentro del humedal. Las fotograf ías 24, 25 y 29 muestran la
construcción de estructuras de entrada y salida.
FIGURA 19
Fallo <1 semana
Arena de río – prueba satisfactoria
Arena fi ltrada
Arena de concreto, Hereford
Suelo arenoso, Aberdeen
Arena gruesa y angular lavada, Aberdeen
Sistema II Oaklands Park – arena gruesa y angular lavada
Arena gruesa, Devon
Resultados del ensayo de calidad de la arena (Cooper et al., 1996)
Ensayo de arenaTi
empo
en
dren
ar (s
egun
dos)
Número de dosis
Límite
FIGURA 20
a) MALO:
Canal de fl ujo
preferencial desde
la entrada a la salida
d) MEJOR:
Múltiples entradas
y diques de control
de fl ujo
Efecto de la confi guración del humedal en la distribución efectiva del caudal(Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, U.S.D.A. –
por su sigla en inglés -,2002)
c) BUENO:
Tubería principal con
múltiples salidas y
tubería de pie en zanja
rellena de rocas con
única tubería de salida
b) REGULAR:
Amplias zonas
muertas en las
esquinas, no en
la trayectoria del
fl ujo
Entrada
Plantas del humedal
Salida
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6.5 La plantación de vegetación
Establecer cómo plantar la vegetación es probablemente el aspecto menos familiar de
la construcción de humedales. Se puede conseguir que crezca vegetación en el humedal
de diferentes formas: transplantando raíces, rizomas, tubérculos, semillas o plantas ya
crecidas; esparciendo semillas compradas o de otros lugares; importando substrato y su
banco de semillas desde humedales cercanos o confi ando completamente en el banco de
semillas del emplazamiento original. La mayoría de los humedales se plantan con matas
o esquejes de rizomas extraídos de humedales naturales. La propagación de semillas y el
trasplante de plantas ya existentes son cada vez más populares.
Las dos principales técnicas para la plantación de rizomas son:
• Plantar matas
• Plantar esquejes
Se pueden extraer matas de una zona de juncos sin provocar daños importantes al humedal
existente. Para humedales pequeños, se puede cavar con una pala, pero en el caso de
proyectos a gran escala es necesario disponer de una excavadora. Las matas no pueden
apilarse cuando sean transportadas o almacenadas, pues esto dañaría los tallos. El espacio
entre plantas dependerá del tamaño de las matas obtenidas. Con la plantación de un 1 m2
de matas a intervalos de 10 m o de matas más pequeñas en 1 o 2 m2 se debe conseguir una
cobertura completa en un año dependiendo de la tasa de mortalidad (Cooper et. al., 1996).
Los esquejes de rizomas se pueden obtener de humedales existentes o de viveros. Deben
plantarse las matas de rizomas no dañadas de aproximadamente 100 mm de largo con al
menos un internódulo y un brote lateral o terminal. A la hora de plantar los rizomas, se
debe hacer con un extremo aproximadamente hasta la mitad bajo la superfi cie del medio
y el otro extremo expuesto al aire. El intervalo entre rizomas debe ser de alrededor de 4
rizomas por m2.
Las fotograf ías 24 a 29 muestran el humedal recién plantado, mientras que las fotograf ías
30 y 31 muestran el humedal después del crecimiento de la vegetación.
FIGURA 21
a) Extraer rizomas con
una pala o recogerlos
de entre las pilas de
rizomas dañados a
inicios de la primavera
c) Plante casi en horizontal
– 45° de ángulo, de tal
manera que al menos un
nódulo esté enterrado casi 4
cm. Plante a principios de la
primavera aproximadamente
4 esquejes/m2
d) Inunde superfi cialmente
(2 a 5cm) asegurándose
de que el esqueje queda
por encima del agua
superfi cial. Los brotes
aparecerán a principios del
verano
Internódulo sin dañar
Brote lateral
Nódulos
Técnica para plantar esquejes de rizoma (Hawke y Jose, 1996)
b) Seleccionar los rizomas con
un internódulo no dañado
y dos nódulos con brotes
laterales. Cortar el excedente
dañado. También se pueden
usar los rizomas con un brote
al término
4141
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6.6 Manejo del nivel hídrico para el crecimiento de la
vegetación
Se recomienda dejar que las plantas se desarrollen bien antes de introducir aguas
residuales al sistema; las plantas necesitan una oportunidad de superar la tensión de la
plantación antes de que se las someta a otras tensiones. Puede que también sea necesario
un incremento gradual en la concentración de residuo aplicado. Para que las plantas
arraiguen profundamente, el nivel de agua desde el principio no debe ser demasiado alto.
Demasiada agua crea más problemas para las plantas de humedales durante la primera
fase de crecimiento que su falta debido a que las raíces no reciben la cantidad adecuada
de oxígeno. Las especies emergentes deben plantarse en un substrato húmedo (pero no
inundado) debiéndose dejar que crezcan lo sufi ciente como para dar tallos con hojas. Las
fotograf ías mostradas a continuación ilustran la construcción de humedales artifi ciales en
Sunga, Municipio de Th imi, Nepal.
Una vista del lugar escogido
para el humedal artifi cial. Estaba
siendo usado como basural de residuos sólidos.
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Limpieza del sitio, trabajos
de preparación del terreno y
excavación en proceso
FOTO 18
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FOTO 19
Compactación de la base
FOTO 20
Construcción de las paredes de la cubeta
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Cubeta lista para la impermeabili-zación y relleno de substrato
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Colocación de membrana
impermeabili-zante en la
cubeta
FOTO 22
Relleno de substrato en
humedales de fl ujo horizontal
(observe las zonas de entrada y
salida)
FOTO 23
Humedal artifi cial de
fl ujo horizontal después de
plantar la vegetación
FOTO 24
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FOTO 25
Instalación de la red de recolección y relleno de substrato (capa de drenaje) en humedales artifi ciales de fl ujo vertical
FOTO 26
Relleno de substrato (capa principal) en humedales artifi ciales de fl ujo vertical
FOTO 27
Relleno de substrato (capa de protección) en humedales artifi ciales de fl ujo vertical
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Relleno de substrato
completo en humedales
artifi ciales de fl ujo vertical
FOTO 28
Humedal artifi cial de fl ujo vertical después de colocar la red de distribución de salida y plantar la vegetación
FOTO 29
Humedal artifi cial de
fl ujo horizontal después del
crecimiento de la vegetación
FOTO 30
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La construcción de lechos de secado de lodos es similar a la construcción de humedales
artifi ciales de fl ujo vertical salvo en la estructura de distribución del lodo. Generalmente,
este es introducido en los lechos de secado de lodos por un extremo del lecho y se esparce
lentamente por toda el área de lecho de secado por efecto de la gravedad.
FOTO 31
Humedal artifi cial de fl ujo vertical en operación y después del crecimiento de la vegetación
FOTO 32
Una vista del humedal artifi cial tras su fi nalización
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operación y mantenimiento
LA OPERACIÓN y el mantenimiento se pueden clasifi car en términos de puesta en
marcha, rutina y largo plazo. Hay importantes diferencias entre los tres; los requisitos
para la puesta en marcha varían de acuerdo a los emplazamientos, los detalles del diseño
infl uyen en las operaciones rutinarias y las operaciones a largo plazo dependen de la carga.
Además, se deben hacer revisiones minuciosas al menos dos veces al año para garantizar
la operación efectiva del humedal. La operación y el mantenimiento en el tratamiento
primario son de gran importancia para el funcionamiento efi caz del humedal.
7.1 Puesta en marcha
Los periodos de puesta en marcha son necesarios para poder establecer la vegetación
asociada a los procesos de tratamiento. Estos variarán dependiendo del tipo de diseño,
las características de las aguas residuales afl uentes y la estación del año. En el caso de los
humedales artifi ciales de fl ujo subsuperfi cial, el periodo de puesta en marcha no es tan
crítico ya que su rendimiento no depende tanto de la vegetación, sin embargo, no cabe
duda de que ésta añade un valor estético al humedal.
Durante el período de puesta en marcha, el operario es principalmente responsable del
ajuste del nivel de agua en el humedal. En general, éste tiene que llenarse hasta la superfi cie
del substrato tras plantar la vegetación. Tan pronto las plantas comienzan a enraizar,
el nivel de agua puede ir reduciéndose gradualmente hasta alcanzar el nivel operativo
señalado en el diseño.
7.2 Operaciones rutinarias
Puesto que los humedales artifi ciales son sistemas “naturales”, las operaciones rutinarias
son más pasivas y exigen poca intervención del operario. Este debe observar, tomar las
acciones necesarias cuando surja algún problema y realizar el monitoreo de la operación
siempre que sea necesario.
capítuloSIETE
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Los momentos críticos en los que la intervención del operario es necesaria son:
• Ajuste de los niveles de agua
• Mantenimiento de la uniformidad del caudal (estructuras de entrada y salida)
• Manejo y cuidado de la vegetación
• Control del olor
• Mantenimiento de las bermas (muros)
7.2.1 Ajuste de los niveles hídricos
El nivel del agua y el control del caudal son generalmente las únicas variables operacionales
que afectan de forma signifi cativa el rendimiento de un humedal artifi cial bien diseñado.
Los cambios en los niveles de agua infl uyen en el tiempo de residencia hidráulica y afectan
a la difusión atmosférica del oxígeno en la fase acuática así como a la cobertura de las
plantas. Se deben investigar inmediatamente los cambios signifi cativos en los niveles de
agua ya que se pueden deber a pérdidas, salidas obstruídas, bermas con brechas, drenaje
de aguas pluviales, entre otras causas.
7.2.2 Mantenimiento de la uniformidad del caudal
Es extremadamente importante mantener un caudal uniforme a través del humedal por lo
que es necesario ajustar los mecanismos de entrada y salida para conseguir el rendimiento
esperado en el tratamiento. Se debe inspeccionar con asiduidad los colectores de entrada
y salida y ajustarlos regularmente. Además se les debe limpiar y retirar los desechos
que puedan obstruir la entrada y salida. Será necesario llevar a cabo la remoción de
desechos y de limos bacterianos tanto de la compuerta como de los fi ltros. Asimismo,
los colectores sumergidos de entrada y salida deben ser purgados periódicamente. Puede
que también sean necesarias limpiezas adicionales con rociado de agua a alta presión
o por medios mecánicos. Los sólidos suspendidos en el afl uente tienden a acumularse
cerca de la entrada hacia el humedal y estas acumulaciones pueden reducir los tiempos
de detención hidráulica. Por tanto, a medida que vaya pasando el tiempo, será necesario
eliminar estos sólidos acumulados.
7.2.3 Manejo y cuidado de la vegetación
Las comunidades de plantas de humedal se mantienen por sí mismas y cada año crecen,
mueren y vuelven a crecer. El objetivo fundamental en la gestión de la vegetación es
mantener las comunidades de plantas deseadas dentro del humedal. Esto se consigue
tanto por medio de cambios en los niveles de agua como de la cosecha de plantas
indeseadas (por ejemplo, la maleza) cuando y donde sea necesario. Donde la cobertura
de plantas sea defi ciente, las actividades de gestión para mejorarla, incluyen el ajuste del
nivel de agua, cargas reducidas, aplicación de pesticidas y la replantación. Puede que sea
necesario, dependiendo del diseño del humedal, cosechar y eliminar restos de vegetación.
No obstante, un humedal de fl ujo subsuperfi cial bien diseñado y operado no debería
necesitar cosecha de rutina.
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Una vista de la obstrucción de
las perforaciones debido al
arrastre de lodos procedentes
del tratamiento primario
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Arrastre de lodos desde la unidad de tratamiento
primario
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Maleza indeseada en el humedal
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7.2.4 Control del olor
Rara vez los olores constituyen un problema molesto en los humedales adecuadamente
cargados. Los componentes olorosos se asocian generalmente a condiciones anaeróbicas,
que pueden ser originadas por cargas excesivas de DBO y de amoniaco. Existe olor si
el agua es inundada en la superfi cie del lecho, pero puede evitarse si ésta se distribuye
uniformemente dentro del lecho. Si la duración del tratamiento primario es demasiado
larga, entonces las aguas residuales pueden sufrir condiciones anaeróbicas que producirán
olor cuando entren al humedal artifi cial. Sin embargo, éste es insignifi cante puesto que
las aguas residuales se fi ltran hacia el lecho rápidamente siempre y cuando no haya
obstrucción.
FOTO 36
Cosechando vegetación de humedal
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Remoción manual de maleza dañina e indeseada
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7.2.5 Mantenimiento de bermas (muros)
Se debe realizar un mantenimiento apropiado de las bermas (muros). Cualquier erosión
o grieta en los muros al igual que las pérdidas o escapes a través de éstos deben repararse
mediante taponado, sellado, etc. tan pronto se perciban.
7.3 Operaciones a largo plazo
Las operaciones de rutina son esenciales para la gestión adecuada de un humedal. Además
de los requisitos normativos, las velocidades del afl uente y efl uente, la calidad de las aguas
residuales y los niveles de agua deben ser regularmente monitoreados y evaluados. Con
el tiempo, estos datos sirven de ayuda al operario para predecir potenciales problemas y
elegir las acciones correctivas apropiadas.
Generalmente, los sólidos procedentes de las unidades de tratamiento y los restos de
vegetación reducen gradualmente el espacio poroso en los humedales. La mayoría de los
sólidos se acumula en el borde de la entrada de los lechos FH donde el espacio poroso se
puede reducir sustancialmente en un par de años, lo cual puede producir fl ujo superfi cial.
Esta acumulación de sólidos depende de la carga.
Debe evaluarse el rendimiento del humedal cada cierto tiempo. Se deben recoger
muestras y analizarlas para confi rmar la efi cacia del tratamiento. Al menos los siguientes
parámetros han de ser analizados:
• Sólidos suspendidos totales (SST)
• Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5)
• Demanda química de oxígeno (DQO)
• Amoniaco
• Nitrato
• Fósforo
• Coliformes fecales
Los requisitos de operación y mantenimiento se resumen en las listas 5 a 7:
TABLA 5
Bermas/muros Inspección visual para ver si hay de maleza, erosión y daños •
Entrada Inspección visual para confi rmar la distribución adecuada y uniforme del afl uente e identifi car • obstrucciones y dañosMantenimiento y ajustes en caso de ser necesarios•
Salida Inspección visual para comprobar que no hay obstrucciones y daños y revisión visual del nivel • de agua así como de la calidad y cantidad del efl uente
Vegetación Inspección visual para ver si hay maleza y comprobar la salud de las plantas o de problemas de • pestes. Toma de acciones de recuperación siempre que sea necesario.
Lista de acciones quincenales de operación y mantenimiento
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TABLA 6
Bermas/muros Inspección para ver si hay maleza, erosión y/o daños. Toma de acciones de • recuperación en caso de ser necesario.
Salida Revisión del funcionamiento del sistema de descarga y salud del afl uente• Donde sea adecuado, segar o pastar (sólo ovejas) en terraplenes externos y • alrededores del humedal
Vegetación Control de malezas en los humedales mediante arrancado manual, aplicación • de herbicidas y/o incremento temporal del nivel de agua
Tratamiento primario
Inspección visual del tratamiento primario de fl ujo ascendente para garantizar • la integridad estructural así como la cantidad y la calidad del efl uente
Lista de acciones bi-mensuales de operación y mantenimiento
TABLA 7
Substrato Comprobar la obstrucción del substrato, extraerlo, limpiarlo y sustituirlo en caso • necesario
Entrada Quitar las tapas de la tubería de entrada y de la red de distribución, purgar y limpiar • minuciosamente para eliminar limos y obstrucciones
Salida Limpiar y quitar las plantas alrededor de la tubería de salida para proporcionar • acceso y evitar obstrucciones
Vegetación Cosechar vegetación y replantar en caso necesario•
Tratamiento primario Comprobar los niveles de lodo en el tratamiento primario y extraer el lodo • necesario para garantizar el rendimiento del tratamiento y evitar su arrastre hacia el humedal
Lista de acciones anuales de operación y mantenimiento
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capítuloOCHO
humedales artifi ciales para secado de lodos
LA UTILIZACIÓN de humedales artifi ciales para el secado de lodos se debe a la
reducción a largo plazo de su volumen debido al desaguado por medio del drenaje, a
la evapotranspiración y a la mineralización de sólidos orgánicos (Nielsen, 2003). Los
humedales artifi ciales para el secado de lodos se usan cada vez más debido a las siguientes
ventajas:
• Sencillos de operar y bajo costo de operación y mantenimiento
• Menor frecuencia de remoción de lodos desaguados del lecho permitiendo su
acumulación durante varios años antes del vaciado del mismo
• Incremento de la capacidad de desaguado debido a la evapotranspiración de la
vegetación e incremento de la estabilidad del lodo debido al oxígeno adicional
proporcionado por los rizomas
• El lixiviado está sometido a las reacciones microbiales dentro de los humedales
facilitando la nitrifi cación y un mayor grado de remoción
Los criterios básicos de diseño para los lechos de secado de lodos son la tasa de carga
(SLR – por su sigla en inglés-) y la frecuencia de aplicación de lodos. Los valores SLR
adoptados en varias investigaciones encontradas en la literatura técnica varían desde 20 a
250 kg TS/m2.año (Lienard et al., 1995, Cooper et al., 1996, Koottatep et al., 2001, Nielsen,
2005). Se debe tener en cuenta que los valores SLR son menores para las temperaturas
bajas y más altos para temperaturas altas. Se recomienda usar un SLR de 200 kg TS/
m2.año en Nepal. La frecuencia para la aplicación de lodos es generalmente de una vez
por semana y la profundidad de aplicación no debe ser de más de 30 cm.
El perfi l de substrato usado en lechos de secado de lodos es similar al usado en los
humedales artifi ciales de fl ujo vertical. La profundidad del substrato entre 0,4 m y 0,8 m
es la más ampliamente usada (Cooper et al., 1996, Shrestha, R.R., 1999, Nielsen, 2005).
El perfi l de substrato recomendado (desde la parte inferior a la superior) para lechos de
secado de lodos se muestra en la fi gura 22.
• 20 cm de grava gruesa (tamaño de partícula de 20 a 40 mm)
• 10 cm de grava media (tamaño de partícula de 5 a 10 mm)
• 10 cm de arena fi na (tamaño de partícula de 1 a 4 mm)
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FIGURA 22Perfi l de substrato para lecho de secado de lodos
Arena de 1 a 4mm
Grava de 5 a 10mm
Grava de 20 a 40mm
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capítuloNUEVE
estudios de caso
En esta sección se presentan seis estudios de caso correspondientes a seis humedales
artifi ciales en Nepal.
• Tratamiento de aguas residuales de hospital (Hospital Dhulikhel)
• Tratamiento de aguas residuales combinadas residenciales y de laboratorio (ENPHO)
• Tratamiento de aguas residuales institucionales (Universidad de Katmandú)
• Tratamiento de aguas residuales municipales (Sunga, Th imi)
• Tratamiento de aguas grises (Residencia privada)
• Tratamiento de lixiviados de fosas sépticas y rellenos sanitarios (Pokhara)
Cada estudio de caso incluye una descripción técnica del humedal usado, su rendimiento,
requisitos de operación y mantenimiento y consideraciones de costos.
9.1 Tratamiento de aguas residuales de hospital
(Hospital Dhulikhel)
9.1.1 Descripción técnica
El humedal artifi cial del hospital Dhulikhel se construyó en 1997. La planta de tratamiento
de aguas residuales está formada por un tanque de tres cámaras de sedimentación (16,5
m3) y un humedal artifi cial híbrido de fl ujo horizontal seguido de fl ujo vertical. El área
total del humedal artifi cial es 261 m2 (FH – 140 m2 y FV – 121 m2) y está construido en
una cubeta de terreno impermeabilizado con membrana.
FIGURA 23Representación esquemática del humedal artifi cial del Hospital Dhulikhel
Cámara de recolección
Flujo vertical
Tanque de alimentación Salida
Flujo horizontal
Tanque de alimentación
Tratamiento primario
(Tanque de sedimentación)
Entrada
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El humedal FH se rellenó (0,65 a 0,7 m) con grava triturada de 1 a 4 mm en la zona de
tratamiento, mientras que en las zonas de entrada y salida se utilizó grava de 10 a 20 mm.
La estructura de entrada, compuesta de una tubería de PVC de 100 mm de diámetro
con huecos de 20 mm de diámetro a una distancia de 2 m, está conectada a un tanque
de alimentación (0,9 m3 por alimentación). La estructura de salida está formada por una
tubería perforada de 100 mm de diámetro con perforaciones de 6 mm de diámetro.
El humedal FV (conformado desde la parte superior a la inferior por 0,75 m de arena, 0,10
m de grava de 5 a 8 mm, 0,15 m de grava de 10 a 20 mm y 0,05 m de arena – total 1,05 m)
se rellenó de arena como capa principal. El d10 y d60/d10 de arena fue de 0,40 mm y 1,5
respectivamente. La estructura de entrada está formada por una tubería de 100 mm de
diámetro, situada en el centro como tubería principal con 6 ramifi caciones de tuberías de
50 mm de diámetro conectadas a un tanque de alimentación (1,5 m3 por alimentación).
Se perforaron huecos de 8 mm y 6 mm en las tuberías ramifi cadas a una distancia de 1 m.
La estructura de salida está compuesta por 3 secciones de tubería perforada de 100 mm
de diámetro con perforaciones de 6 mm de diámetro.
Phragmites karka fue la vegetación elegida para plantar en los lechos, que se operaron con
carga intermitente. El sistema de carga intermitente se mantiene hidromecánicamente.
Cuando el nivel de agua alcanza una cierta altura en el tanque, un tapón impide que el cubo
se eleve. El nivel de agua sube y se llena el cubo. El cubo pesa más y se hunde haciendo
que el agua entre al lecho desde el tanque de alimentación (Ver fotograf ías 7 y 8).
En la actualidad, el humedal está en fase de rehabilitación para conseguir tratar alrededor
de 90 m3/día de aguas residuales.
TABLA 8
Ubicación Dhulikhel, distrito de Kavre
Año de inicio de operación 1997
Tipo de humedal artifi cial Flujo subsuperfi cial
Confi guración del humedal Flujo horizontal (FH) seguido de lecho de fl ujo vertical (FV)
Substrato del humedal Arena, grava
Tipo de aguas residuales Aguas residuales de hospital
Caudal de aguas residuales por día 10 m3 en 1997 | 75 m3 en 2006
Pre-tratamiento Tanque de sedimentación – 16,5 m3
Tipo de alimentación Intermitente
Población Equivalente (PE) 51 en 1997 | 386 en 2006
Área superfi cial total del humedal 261 m2 (lecho FH – 140 m2 y lecho FV – 121 m2)
Área superfi cial por PE 5,1 m2 en 1997 | 0,7 m2 en 2006
Área superfi cial por volumen (m3) de aguas residuales 26,1 m2 en 1997 | 3,5 m2 en 2006
Especies de plantas Phragmites Karka
Descripción técnica del humedal artifi cial del Hospital Dhulikhel
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9.1.2 Rendimiento
El rendimiento del humedal se muestra en la fi gura 24. Se puede apreciar que la efi cacia
en la remoción de DBO5, DQO y SST es mayor cuando se da un incremento del caudal
de aguas residuales desde 10 m3/día a 35 m3/día, pero disminuye cuando éste se eleva a
75 m3/día. Sin embargo, la calidad del efl uente se encuentra aún dentro de los límites
de tolerancia permitiendo que las aguas residuales puedan ser descargadas en las aguas
superfi ciales desde la planta combinada de tratamiento de aguas residuales como se
establece en el Estándar Genérico – Parte III, del Ministerio de Población y Medioambiente
del Nepal.
Humedal artifi cial del Hospital
Dhulikhel en 1997, justo al término de su
construcción(Shrestha R.R.,
1999)
FOTO 38
FIGURA 24
DBO DQOSST
Rendimiento del humedal artifi cial del Hospital Dhulikhel desde 1997 a 2006
Efi c
acia
de
rem
oció
n (%
)
Caud
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e ag
uas r
esid
uale
s (m
3 /día
)
Año
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9.1.3 Operación y mantenimiento
Se nombra un encargado que dedica 20% del tiempo a la operación y mantenimiento
del humedal artifi cial además de a otras tareas del hospital. Los trabajos regulares de
mantenimiento en el humedal consisten en extraer la vegetación no deseada de los lechos
y limpiar los sistemas de entrada y salida. La remoción de vegetación se lleva a cabo de
2 a 3 veces al año junto con los trabajos de limpieza generales. Se cosecha la vegetación
una vez al año. El lodo del tanque de depósito se extraía a intervalos de 3 a 6 meses al
principio. En la actualidad, ha pasado a ser extraido a intervalos de 1 a 2 meses. Ello se
debe al enorme incremento del caudal de aguas residuales. Se ha limpiado la superfi cie
del substrato del lecho una vez en los últimos diez años en el caso del lecho vertical.
El problema más importante durante la operación y mantenimiento del humedal fue el
robo de componentes del humedal tales como las tapas de las bocas de alcantarillado,
las tuberías, etc. debido a que el humedal está relativamente lejos de las instalaciones del
hospital.
9.1.4 Costos
El costo total de la construcción del humedal ascendió a 1.100.000 de rupias nepalesas
– 16.000 dólares americanos (es decir, 4.200 rupias nepalesas – 60 dólares americanos
por m2 del humedal). El costo promedio de su operación y mantenimiento es de
aproximadamente 10.000 rupias nepalesas – 150 dólares americanos al año. Alrededor
de 30.000 rupias nepalesas – 430 dólares americanos se han gastado en la reposición de
tuberías y tapas de bocas de alcantarillado en los últimos diez años.
9.2 Tratamiento y reutilización de aguas residuales
combinadas residenciales y de laboratorio (ENPHO)
9.2.1 Descripción técnica
El humedal artifi cial de la Organización para la Salud Pública y el Medioambiente
(ENPHO – por su sigla en inglés -) se construyó en 2002. Este humedal se compone de
un tanque de depósito (0,5 m3) y un humedal artifi cial de fl ujo vertical (15 m2). La cubeta
se construyó con ladrillos, el lecho está sellado con una membrana impermeabilizante y
se rellenó de arena como capa principal (desde la parte superior hasta la inferior – 0,60
m de arena, 0,10 m de grava de 5 a 8 mm y 0,10 m de grava de 10 a 20 mm – total 0,80
m). La estructura de entrada está formada por una tubería de 50 mm de diámetro en el
centro como tubería principal con dos ramifi caciones de tuberías de 50 mm de diámetro
conectadas al tanque de sedimentación con un mecanismo de alimentación intermitente
de 0,2 m3 por descarga. Se perforaron huecos de 6 mm en las tuberías de ramifi cación a
una distancia de 1 m. La estructura de salida se compone de una tubería perforada de 75
mm de diámetro y perforaciones de 6 mm de diámetro.
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Phragmites karka fue la variedad que se escogió para plantar en el lecho, que se opera con
sistema de carga intermitente y se mantiene hidromecánicamente, como se ha descrito
anteriormente.
9.2.2 Rendimiento
El rendimiento del humedal se muestra en la fi gura 26. Como se puede observar, la efi cacia
en la remoción de los contaminantes orgánicos es buena.
9.2.3 Operación y mantenimiento
Los trabajos regulares de mantenimiento del humedal consisten en extraer la vegetación
no deseada de los lechos y limpiar el sistema de entrada. La remoción de la vegetación no
deseada se lleva a cabo mensualmente junto con los trabajos generales de limpieza. Se
TABLA 9
Ubicación Ciudad metropolitana de Katmandú
Año de inicio de operación 2002
Tipo de humedal artifi cial Flujo subsuperfi cial
Confi guración del humedal Flujo vertical (FV)
Substrato del humedal Arena gruesa
Tipo de aguas residuales Aguas residuales combinadas de laboratorio y residenciales
Caudal de aguas residuales por día 0,7 m3
Pre-tratamiento Tanque de sedimentación – 0,5 m3
Tipo de alimentación Intermitente
Población Equivalente (PE) 6,8
Área superfi cial total del humedal 15 m2
Área superfi cial por PE 2,2 m2
Especies de plantas Phragmites Karka
Descripción técnica del humedal artifi cial de ENPHO
FIGURA 25Representación esquemática del humedal artifi cial de ENPHO
Flujo verticalCámara de recolección
Salida
Entrada
Tratamiento primario(Tanque de
sedimentación)
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Humedal artifi cial de ENPHO
FIGURA 26Rendimiento del humedal artifi cial de ENPHO desde 2002 a 2006
DBO DQOSSTEfi
cac
ia d
e re
moc
ión
(%)
Año
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cosecha vegetación 2 veces al año. El lodo del tanque de sedimentación se extrae cada 6
meses aunque algunas veces ha de hacerse un poco antes. Debido a la obstrucción en la
superfi cie del lecho, se extrajo su capa superior y se rellenó con arena gruesa en 2005.
9.2.4 Costos
El costo total de la construcción del humedal ascendió a 40.000 rupias nepalesas –
570 dólares americanos (es decir, 2.700 rupias nepalesas – 40 dólares americanos por
m2 de humedal). Se ha informado que los costos de operación y mantenimiento son
insignifi cantes. Además, la reutilización de las aguas residuales tratadas ha resultado en
un ahorro en los gastos de agua de ENPHO.
9.3 Tratamiento de aguas residuales institucionales
(Universidad de Katmandú)
9.3.1 Descripción técnicaEl humedal artifi cial de la Universidad de Katmandú se construyó en 2001. La planta de
tratamiento de aguas residuales está compuesta por un tanque de sedimentación (40 m3)
y un humedal artifi cial híbrido con lecho de fl ujo horizontal seguido por dos lechos de
fl ujo vertical. El área total del humedal artifi cial es 628 m2 (FH – 290 m2 y FV – 338
m2).
Las aguas residuales tratadas en ENPHO se reciclan para usos no potables tales como agua de cisternas, limpieza de vehículos, jardinería, etc. Además del reciclaje del agua residual, ENPHO ha instalado sistemas de recolección de aguas pluviales en su edifi cio, lo cual supone alrededor de 170 m2 de techo de agua recogida. Las aguas pluviales se recogen en un tanque subterráneo con una capacidad de 10 m3. El exceso de precipitación, especialmente en el monzón, se desvía a la poza de paso para recarga de agua subterránea. El reciclaje de aguas residuales y la recolección de aguas pluviales suponen un ahorro de 4.000 rupias nepalesas (60 dólares americanos) por mes, que, de otra manera, se gastarían en la compra de agua.
FIGURA 27Representación esquemática del humedal artifi cial de la Universidad de Katmandú
Cámara de distribución
Cámara de recolección
Cámara de recolección
Flujo vertical
Flujo vertical
Tanque de alimentación
Tanque de alimentación
Salida
Salida
Flujo horizontalTratamiento primario
(Tanque de sedimentación)
Entrada
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Los muros de los humedales se construyeron con ladrillo y se sellaron con membranas
impermeabilizantes colocadas encima de una capa de arcilla (100 mm de suelo de algodón
negro compactado).
El humedal FH (0,6 a 0,7 m) se rellenó con grava mediana de 5 mm en la zona de
tratamiento, mientras que en las zonas de entrada y salida se utilizó grava de más de 5mm.
La estructura de entrada se compone de una tubería de PVC de 100 mm de diámetro con
perforaciones de 20 mm de diámetro a una distancia de 0,6 m de centro a centro. Esta
tubería de entrada está colocada de 20 a 30 cm por encima del substrato y descansa sobre
bloques de concreto. La estructura de salida está formada por una tubería perforada de
100 mm de diámetro.
El lecho de fl ujo vertical se rellenó con arena con una porosidad de 37% como capa
principal. El d10 y d60/d10 de la arena fue de 0,40 mm y 1,5 respectivamente. La estructura
de entrada se compone de una tubería de 110 mm de diámetro en el centro como tubería
principal con 6 ramifi caciones de tuberías de 50 mm de diámetro conectadas al tanque de
alimentación (2,5 m3 por descarga).
Los lechos se plantaron con Phragmites karka. El lecho de fl ujo horizontal se carga de
forma continuada mientras que los lechos de fl ujo vertical se operan con un sistema de
carga intermitente, mantenido hidromecánicamente, como se ha descrito previamente.
9.3.2 Rendimiento
El rendimiento del humedal se muestra en la fi gura 28.
TABLA 10 Descripción técnica del humedal artifi cial de la Universidad de Katmandú
Ubicación Dhulikhel
Año de inicio de operación 2001
Tipo de humedal artifi cial Flujo subsuperfi cial
Confi guración del humedal Flujo horizontal (FH) seguido por Flujo vertical (FV)
Substrato del humedal Arena, grava
Tipo de aguas residuales Aguas residuales institucionales
Caudal de aguas residuales por día 30 m3
Pre-tratamiento Tanque de sedimentación – 40 m3
Tipo de alimentación Intermitente
Población Equivalente (PE) 193
Área superfi cial total del humedal 628 m2 (LFH – 290 m2 y LFV – 338 m2)
Área superfi cial por PE 3,3 m2 (El área del lecho se estimó en el momento de la operación.
Se reducirá con el incremento del fl ujo de aguas residuales puesto
que este humedal fue diseñado para más de 50 m3/día de aguas
residuales.)
Especies de plantas Phragmites Karka
6363
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Humedal artifi cial de la Universidad
de Katmandú (Shrestha R.R.)
FOTO 40
FIGURA 28Rendimiento del humedal artifi cial de la Universidad de Katmandú desde 2001 a 2006
DBO DQOSST Amoniaco-Nitrógeno
Año
Efi c
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oció
n (%
)
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6464
9.3.3 Operación y mantenimiento
Los trabajos regulares de mantenimiento del humedal consisten en la remoción de
vegetación no deseada de los lechos y en la cosecha de vegetación. La remoción de
vegetación no deseada se realiza cuatro veces al año mientras que la cosecha tiene lugar
dos veces al año. El lodo del tanque de sedimentación se extrajo una vez en el año 2006.
El substrato del lecho no ha sido cambiado aún, no obstante, éste está parcialmente
obstruído y necesita lavarse. El principal problema encontrado durante las labores de
operación y mantenimiento es el robo de componentes del humedal tales como las tapas
de las bocas de alcantarillado, tuberías, etc. También se han reportado problemas en el
mantenimiento del sistema de alimentación intermitente mediante sifón hidromecánico.
9.3.4 Costos
El costo total de la construcción del humedal ascendió a 1.800.000 rupias nepalesas –
26.000 dólares americanos (es decir, 2.900 rupias nepalesas – 40 dólares americanos por m2
de humedal). El costo promedio de operación y mantenimiento es de aproximadamente
20.000 rupias nepalesas – 290 dólares americanos al año.
9.4 Tratamiento de aguas residuales municipales
(Sunga)
9.4.1 Descripción técnica
El humedal artifi cial de Sunga, en el municipio de Th imi, fue construido en el año 2005.
La planta de tratamiento de aguas residuales está formada por un fi ltro de partículas
gruesas y una cámara de fi ltrado de polvo como tratamiento preliminar, además de un
reactor anaeróbico (42 m3), un humedal artifi cial híbrido – fl ujo horizontal seguido de
fl ujo vertical como tratamiento secundario y un lecho de secado de lodos (SDB- por su
sigla en inglés-) para el tratamiento de lodos. El área total del humedal es 375 m2 (FH –
150 m2, FV – 150 m2 y LSL – 70 m2).
FIGURA 29Representación esquemática del humedal artifi cial en Sunga
Cámara de fi ltrado de polvo
*HAFH (humedal artifi cial de fl ujo horizontal)
*HAFV (humedal artifi cial de fl ujo vertical)
HAFV
HAFVHAFH
HAFH
Salida
Salida
Tanque de distribución
Reactor anaeróbico
Lecho de secado de lodos
SDB
Filtro de partículas
gruesas
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Los muros de los lechos se construyeron con ladrillo y se sellaron con membrana
impermeabilizante extendida sobre la tierra compactada.
El lecho FH (0,4 a 0,5 m) se rellenó de grava de 10 a 20 mm en la zona de tratamiento,
mientras que en las zonas de entrada y salida se utilizó grava de 20 a 40 mm. La estructura
de entrada está formada por una tubería de PVC de 150 mm de diámetro con perforaciones
de 20 mm de diámetro a una distancia de 0,3 m de centro a centro y por una tubería de
PVC de 150 mm de diámetro con ranuras de 0,3 m. La tubería de entrada está colocada
justo sobre el substrato. La estructura de salida está formada por una tubería perforada
de 150 mm de diámetro con perforaciones de 6 mm.
El lecho FV (conformado desde la parte superior hasta la inferior por 0,05 m de grava
de 5 a 10 mm, 0,30 m de arena gruesa, 0,05 m de grava de 5 a 10 mm y 0,15 m de grava
de 10 a 20 mm como capa de drenaje – total 0,55 m) se rellenó con arena gruesa como
capa principal. El d10 y d60/d10 de la arena fue de 0,35 mm y 3,3 respectivamente. La
estructura de entrada está compuesta por una red de una tubería de 100 mm de diámetro
conectada a un tanque de alimentación (1,5 m3 por suministro). Se perforaron huecos de
6 mm en las tuberías a una distancia de 1 m. La estructura de salida se compone de una
tubería perforada de 100 mm de diámetro con perforaciones de 6 mm de diámetro en el
centro y 4 conexiones laterales de tuberías perforadas de 100 mm.
El lecho para secado de lodos se rellenó con substrato dispuesto como se señala a
continuación (desde arriba hacia abajo):
• 30 cm de arena gruesa
• 5 cm de grava mediana (tamaño de partícula de 5 a 10 mm)
• 15 cm de grava gruesa (tamaño de partícula de 20 a 40 mm)
TABLA 11 Descripción técnica del humedal artifi cial de Sunga
Ubicación Sunga, Municipio de Thimi
Fecha de inicio de operación oct-05
Tipo de humedal artifi cial Flujo subsuperfi cial
Confi guración del humedal Flujo horizontal (FH) seguido de Flujo vertical (FV)
Substrato del humedal Arena, grava
Tipo de aguas residuales Aguas residuales municipales
Caudal de aguas residuales por día 10 m3
Pre-tratamiento Reactor anaeróbico – 42 m3
Tipo de alimentación Continua en LFH e intermitente en LFV
Población Equivalente (PE) 285,7
Área superfi cial total del humedal 300 m2 (LFH – 150 m2 y LFV – 150 m2)
Área superfi cial por PE 1,05
Especies de plantas Phragmites Karka
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Uno de los lechos FH se plantó con Phragmites karka y el otro con Canna latifolia. Los
lechos FV se plantaron con Phragmites karka. Los lechos FH se cargan continuamente
mientras que los FV se operan mediante un sistema de carga intermitente, que se mantiene
hidromecánicamente, como se describió anteriormente.
9.4.2 Rendimiento
El rendimiento global del humedal se muestra en la fi gura 30. La efi cacia de tratamiento
de este humedal depende enormemente de la extracción puntual de lodo del reactor
anaeróbico (ABR – por su sigla en inglés -). La tabla 12 muestra la concentración de
contaminantes en agosto de 2006.
FOTO 41
Humedal artifi cial en SungaHumedal artifi cial FVHumedal artifi cial FH
FIGURA 30Rendimiento del humedal artifi cial de Sunga desde agosto de 2006 a agosto de 2007.
DBO DQOSST
Efi c
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oció
n (%
)
Fecha
6767
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9.4.3 Operación y mantenimiento
Se nombró un encargado para las labores de operación y mantenimiento del humedal
artifi cial. Los trabajos regulares de mantenimiento en el humedal consisten en la remoción
semanal de vegetación no deseada de los lechos y en la limpieza mensual de los sistemas
de entrada y salida. La cosecha de la vegetación se lleva a cabo dos veces al año. Se ha
extraido el lodo del reactor anaeróbico una vez.
9.4.4 Costos
El costo total de la construcción del humedal ascendió a 2.200.000 rupias nepalesas –
31.500 dólares americanos (es decir, 5.850 rupias nepalesas – 85 dólares americanos
por m2 del humedal). El costo de la operación y mantenimiento del humedal es de
aproximadamente 36.000 rupias nepalesas – 520 dólares americanos por año.
9.5 Tratamiento de aguas grises (Residencia privada)
9.5.1 Descripción técnica
En 1998 se construyó un humedal artifi cial para una residencia privada. Este humedal se
compone de un tanque de sedimentación (0,5 m3) y un humedal artifi cial de fl ujo vertical
(6 m2).
FIGURA 31Representación esquemática del humedal artifi cial en residencia privada
Salida
Cámara de recolección
Entrada
Tratamiento primario (Tanque de
sedimentación) Flujo vertical
TABLA 12 Concentraciones de contaminantes en Sunga (Agosto 2006)
SST mg/l 7 96 204 28 16
DBO5 mg/l 950 450 165 30
DQO mg/l 1.438 1.188 213 50
Amoniaco mg/l 145,5 408,9 214,1 21
Nitrato mg/l 4,1 36,8 32,6 566,2
Fósforo total mg/l 26,4 44,3 20,4 24,3
Coliformes fecales CFU/1ml 1,30E+05 1,30E+06 1,10E+06 8,10E+03
PARÁMETROS UNIDADES AGUAS NEGRAS ABR HAFH HAFV
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6868
La cubeta se construyó con ladrillo y el lecho se selló con membrana impermeabilizante.
Se rellenó con arena gruesa de 0,8 m como capa principal encima de una capa de 0,2 m
de grava de 20 a 40 mm que actúa como capa de drenaje. La estructura de entrada está
compuesta por una tubería de 25 mm de diámetro en el centro conectada a un tanque de
sedimentación con un mecanismo de alimentación intermitente de 0,2 m3 por suministro.
Se perforaron huecos de 6 mm en la tubería a una distancia de 1 m. La estructura de
salida se compone de una tubería perforada de 75 mm de diámetro con perforaciones de 6
mm de diámetro en el centro en dirección a un tanque de recolección. El lecho se plantó
con Phragmites karka y Canna latifolia y se opera con un sistema intermitente de carga,
que se mantiene hidromecánicamente, como se ha descrito previamente.
FOTO 43
Humedal artifi cial de fl ujo vertical en uso (Shrestha R.R., 1999)
FOTO 42
Humedal artifi cial
de fl ujo vertical en
construcción (Shrestha
R.R., 1999)
TABLA 13 Descripción técnica de humedal artifi cial en residencia privada
Ubicación Subdivisión N°15, KMC
Fecha de inicio de operación abr-98
Tipo de humedal artifi cial Flujo subsuperfi cial
Confi guración del humedal Flujo vertical (FV)
Substrato del humedal Arena, grava
Tipo de aguas residuales Aguas grises
Caudal de aguas residuales por día (diseño) 0,5 m3
Pre-tratamiento Tanque de sedimentación – 0,5 m3
Tipo de alimentación Intermitente
Población Equivalente (PE) 8
Área superfi cial total del humedal 6 m2
Área superfi cial por PE 0,7 m2
Especies de plantas Phragmites Karka y Canna latifolia
6969
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9.5.2 Rendimiento
El rendimiento del humedal se muestra en la fi gura 32.
9.5.3 Operación y mantenimiento
Se realizaron las siguientes labores de operación y mantenimiento para garantizar un
funcionamiento adecuado del humedal:
• Inspección regular del tanque de alimentación (combinado con el tanque de
sedimentación) para garantizar el funcionamiento adecuado del sifón y la alimentación
intermitente hacia el lecho de fl ujo vertical
• Remoción a intervalos regulares de vegetación no deseada en el lecho
• Cosecha anual de vegetación
• Extracción anual de lodo del tanque de sedimentación
9.5.4 Costos
El costo total de la construcción del humedal ascendió a 36.000 rupias nepalesas –520
dólares americanos (es decir, 6.000 rupias nepalesas – 85 dólares americanos por
m2 del humedal). Se ha reportado que los costos de operación y mantenimiento son
insignifi cantes. Además, la reutilización de aguas grises resultó en ahorro de gastos de
agua de la residencia.
FIGURA 32Rendimiento del humedal artifi cial en residencia privada
desde mayo de 1998 hasta mayo de 2000
DBO DQOSST
Efi c
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n (%
)
Fecha
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7070
9.6 Tratamiento de lixiviados de fosas sépticas y
rellenos sanitarios (Pokhara)
9.6.1 Descripción técnica
La planta de tratamiento de lixiviados de fosas sépticas y rellenos sanitarios en Pokhara,
perteneciente al Proyecto de mejora medioambiental de Pokhara se construyó en el año
2003. La planta de tratamiento se diseñó para tratar 35 m3/día de lixiviados de fosas
sépticas y 40 m3/día de lixiviados de rellenos sanitarios. La planta de tratamiento está
formada por las siguientes unidades:
• 7 lechos compartimentados de secado de lodos – SDB (1.645 m2);
• 2 humedales artifi ciales compartimentados de fl ujo horizontal (1.180 m2); y
• 4 humedales artifi ciales compartimentados de fl ujo vertical (1.500 m2).
El lecho de secado de lodos de 1,5 a 1,9 m de profundidad se rellenó de substrato dispuesto
como se indica a continuación (desde arriba hacia abajo):
• 20 cm de grava gruesa (tamaño de partícula de 20 a 40 mm)
• 10 cm de grava mediana (tamaño de partícula de 5 a 10 mm)
• 10 cm de arena fi na (tamaño de partícula de 0,1 a 1 mm)
El humedal FH (0,5 a 0,7 m) se rellenó con arena gruesa (tamaño de partícula de 3 a 6
mm) en la zona de tratamiento, mientras que en las zonas de entrada y salida se rellenó
con grava de 10 a 20 mm. La estructura de entrada está compuesta de una tubería de
PVC de 100 mm de diámetro con huecos de 20 mm de diámetro a una distancia de 2 m,
conectada a un tanque de alimentación (0,9 m3 por descarga). La estructura de salida
está formada por una tubería perforada de 100 mm de diámetro con perforaciones de 6
mm de diámetro.
FIGURA 33Representación esquemática de la planta de tratamiento de
lixiviados de fosas sépticas y rellenos sanitarios
Drenaje de agua superfi cial
ÁREA DEL RELLENO SANITARIO
Recolección
Cubeta de recolección de aguas superfi ciales
Hacia Kulo AlcantarillaAlcantarilla
Alcantarilla de recolección de lixiviados
Tanque intermitente
Lecho horizontal de juncos
Lecho vertical de juncos
Lixiviados
Lixi
viad
os
Lecho de secado de lodos
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El humedal FV de 0,9 m de profundidad se rellenó con substrato dispuesto como se
muestra a continuación (desde abajo hacia arriba):
• 20 cm de grava gruesa (tamaño de partícula de 20 a 40 mm) – capa de drenaje
incluyendo las tuberías de drenaje
• 10 cm de grava mediana (tamaño de partícula de 5 a 10 mm) – capa de transición
• 60 cm de arena mediana (tamaño de partícula de 1 a 4 mm) – capa principal
La estructura de entrada está formada por una tubería de 100 mm de diámetro en el
centro como tubería principal con varias ramifi caciones de tuberías de 50 mm de diámetro
conectadas a un tanque de alimentación (11,25 m3 por descarga).
Los lechos se plantaron con Phragmites karka y se operaron con carga intermitente.
9.6.2 Costos
El costo total de la construcción del humedal ascendió a 6.000.000 de rupias nepalesas –
85.700 dólares americanos (es decir, 1.400 rupias nepalesas – 20 dólares americanos por
m2 de humedal).
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FOTO 44
Lecho de secado de lodos (Shrestha R.R.)
FOTO 45
Humedal artifi cial de fl ujo horizontal (Shrestha R.R.)
FOTO 46
Humedal artifi cial de fl ujo vertical (Shrestha R.R.)
7373
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Programa Conjunto de OMS/UNICEF de Monitoreo del Abastecimiento de agua y
del Saneamiento (2004). Meeting the MDG drinking water and sanitation target: a mid-
term assessment of progress. http://www.who.int/water_sanitation_health/monitoring/
jm04.pdf
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anexoA
Cómo tratar aguas negrascon humedales artifi ciales:
una perspectiva generalde los sistemas franceses
P. Molle*, A. Lienard*, C. Boutin*, G. Merlin**, A. Iwema***
*Cemagref, Unidad de investigación: Calidad del agua y prevención de la contaminación,
3bis, quai Chauveau - CP 220, 69336 Lyon Cedex 09 - Francia (Correo electrónico: pascal.
[email protected]; a;[email protected])
** Laboratorio OCIE, Equipo de Biotecnología e Ingeniería de procesos para el
medioambiente/ Equipe Biotechnologies et Genie des Procedes pour l’Environnement
-ES1GEC Universidad de Savoie 73376 Le Bourget du Lac Francia (Correo electrónico:
*** Agencia del Agua /Agence de l’Eau Rhone Mediterranee Corse, 2-4 allee de Lodz, 69363
Lyon Cedex 07 -France (Correo electrónico: [email protected])
Resumen
El desarrollo de humedales artifi ciales de fl ujo vertical para tratar aguas negras ha
resultado ser muy exitoso durante los últimos veinte años en Francia. A raíz de esto,
se llevó a cabo un análisis en más de ochenta plantas para estudiar su rendimiento y el
diseño apropiado en caso de ser necesario. Este estudio demuestra que estos sistemas
consiguen respetar ambos objetivos: bajo nivel de DQO y de SS en la salida así como de
nitrifi cación. Se investigó el rendimiento en la remoción de contaminantes en relación a
las cargas manejadas y las características específi cas de las plantas. La nitrifi cación parece
ser el problema más sensible en estos sistemas y se discute su rendimiento en relación al
tamaño. Dichos sistemas, si son bien diseñados, pueden lograr un nivel de salida de 60
mg.L-1 de DQO, 15 mg.L-1 de SS y 8 mg.L-1 de NTK con un área de 2 a 2,5 m2.PE-1. El
depósito de lodos en la primera fase debe ser extraido después de aproximadamente 10 a
15 años.
Palabras clave
Humedales artifi ciales de fl ujo vertical, aguas negras, recopilación de datos, diseño,
rendimiento.
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Introducción
Entre los diferentes sistemas de humedales artifi ciales para el tratamiento de aguas
residuales residenciales, el humedal artifi cial de fl ujo vertical (VFCW – por su sigla en
inglés -) de dos fases es el diseño más común encontrado en Francia. La particularidad
de este sistema es que acepta aguas residuales directamente desde la primera fase. Ello
facilita el manejo de lodos si lo comparamos con el proceso de pasar el lodo por un
tratamiento primario en un tanque de sedimentación/digestión Imhoff . El uso de este
sistema, desarrollado por Cemagref hace más de 20 años (Lienard et al., 1987), despegó
cuando fue aplicado por la compañía SINT durante la década de 1990. Con el paso del
tiempo, este sistema ha ido forjándose una buena reputación en el área de tratamiento
de aguas residuales de pequeñas comunidades. En la actualidad está bien desarrollado
y varias compañías lo ofrecen. Las dimensiones de este sistema obedecen a la práctica
pues se basan en el conocimiento adquirido por Cemagref a lo largo de años de estudios
en laboratorio y experimentos a gran escala sobre medios de crecimiento. Se propusieron
líneas generales (Boutin et al., 1997; Lienard et al., 1998) con el fi n de evitar un mal diseño
conceptual que pudiera dañar el desarrollo del sistema. El tamaño de los fi ltros de lechos
de juncos se determina en base a una carga orgánica aceptable expresada en términos de
unidad superfi cial de fi ltro por población equivalente (PE – por su sigla en inglés -). En la
actualidad se recomienda que sean dos fases de fi ltros, el primero de los cuales se divide
en tres fi ltros y el segundo en dos. La confi guración de los fi ltros y el perfi l de los suelos
pueden observarse en las fi guras 1 y 2.
Cada unidad de la fase primaria recibe la carga orgánica total durante la fase de alimentación,
que suele durar de 3 a 4 días, antes de permanecer inactiva por el doble de tiempo. Estas
fases alternadas de descarga y descanso son fundamentales para el control del crecimiento
de biomasa adherida en los fi ltros, así como para mantener las condiciones aeróbicas
dentro del lecho de fi ltrado y mineralizar los depósitos orgánicos resultantes de los SS,
contenidos en las aguas negras y que son retenidos en la superfi cie de los fi ltros de la fase
primaria (Lienard et al., 1990b). A continuación, se envía el efl uente a la segunda fase para
completar el tratamiento y, en particular, la nitrifi cación. La superfi cie recomendada por
fase - que podría adaptarse de acuerdo al clima - el nivel de remoción de contaminantes
requerido por las autoridades y la carga hidráulica (HL – por su sigla en inglés -) debida
a, por ejemplo, la cantidad de agua limpia en la red de alcantarillado (incluso aunque los
humedales artifi ciales de fl ujo vertical hayan sido recomendados en su mayoría y hasta
el momento para redes separadas), pueden expresarse de la siguiente manera: un área
total de 1,2 m2 por PE, dividido por 3 unidades idénticas alimentadas alternadamente
en la primera fase (es decir, una carga orgánica de ≈ 300 g de DQO m-2.d-1, - 150 g
de SS m-2.d-1, y ≈ 25-30 g de NTK m-2.d-1 y una (HL) de 0,37 m.d-1 sobre el fi ltro en
operación), y 0,8 m2 por PE dividido por 2 unidades idénticas alimentadas alternadamente
para la segunda fase. Este diseño está basado en una proporción de 120 g de DQO.PE-1,
60 g de SS.PE-1, 10 a 12 g de NTK.PE-1 y 150 L.PE-1 como se observa en mayor medida
para las pequeñas comunidades en Francia.
Se depositan las aguas negras en los fi ltros en forma de cargas hidráulicas (mediante
un sistema de alta capacidad de almacenamiento y alimentación) para garantizar una
distribución óptima tanto de éstas como de los sólidos en suspensión por toda el área
de infi ltración disponible y mejorar la renovación del oxígeno. Cuando la diferencia de
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altura entre la entrada y la salida de la planta es sufi ciente, ésta opera sin una fuente de
energía gracias a la labor de sifones de cebado automático. Se sabe que esta confi guración
facilita una remoción signifi cativa de DQO, SST y una nitrifi cación casi completa (Boutin
et al., 1997).
A la vista del éxito de los humedales artifi ciales de fl ujo vertical para las pequeñas
comunidades y estando al tanto de que las recomendaciones para el diseño no habían sido
fi jadas aún, el recientemente creado Grupo Francés de Macrofi tos inició una investigación
para ofrecer una perspectiva general del número de plantas, sus diseños, efi cacia y los
posibles problemas que podrían surgir. El objetivo de este estudio era corregir los errores
que podrían haber ocurrido en el diseño. Este artículo relata la perspectiva ofrecida por el
análisis y las lecciones para el diseño que se pueden obtener de esta investigación.
Materiales y métodos
La recopilación de datos sobre la situación nacional fue realizada mediante el envío
de cuestionarios a los servicios técnicos locales de las plantas de tratamiento de aguas
residuales (SATESE) con el fi n de verifi car las diferentes características de concepción y
comportamiento de las plantas de humedales artifi ciales de fl ujo vertical en operación en
Francia. A partir de los datos obtenidos, se escogió una muestra de 72 plantas para evaluar
la efi cacia en la remoción de contaminantes y aumentar, de esta manera, la base de datos
sobre efi cacia de los humedales. La muestra escogida es representativa de la situación a
nivel nacional. El 60% de las plantas tienen de 4 a 6 años, el 60% trata solamente aguas
residuales residenciales, y la capacidad promedio de la planta es de 410 PE (mediana 325
PE). Tuvimos el cuidado de evaluar la situación a diferentes altitudes (entre 0 y 1.000 m).
El estudio de efi cacia se hizo mediante un muestreo a lo largo de 24 horas de un compuesto
de caudales en diferentes momentos del año (verano e invierno). En la medida de lo
posible, cada fase de las plantas de tratamiento fue evaluada para el DQO, DBO, SS, NTK,
N-NH4, TP y P-P04 en conformidad con los métodos estándares franceses.
Se midió el caudal con zanjas venturi o mediante la medición del tiempo de funcionamiento
de las bombas en caso de haberlas. Sabiendo que el porcentaje de N en los SS de aguas
residuales es aproximadamente del 3 al 5% y de alrededor de 0,7% en el depósito de
lodos (Molle, 2003), se supone que la remoción de NTK observada se debe solamente
a la nitrifi cación. Se considera más fi able este cálculo aproximado que aquellos basados
en la concentración de nitrato debido a la difi cultad de evaluar el balance de nitrógeno
FIGURA 1 FIGURA 2
Salida
Primera fase
> 30 cm de grava fi na
(2 a 8mm)
Capa de transición:
10 a 20cm tamaño
adaptado de partícula (de
5 a 20 mm)
Capa de drenaje:
10 a 20cm de 20 a 40 mm
Segunda fase
> 30 cm de arena
(0.25mm<d10
<0.40mm)
Capa de transición:
10 a 20cm de tamaño
adaptado de partícula
(3 a 10mm)
Capa de drenaje:
10 a 20cm de 20-40mm
Perfi les de tamaño de partículas
Conexión de aire
Una RBF (función de base radial) de primera fase típica
80cm
Capa de drenaje Tubería de drenaje
Segunda capa
Primera capa
Entrada de aguas residuales
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generado por el lixiviado de nitratos durante el período de inactividad. Todas las efi cacias
de remoción fueron calculadas en términos de kgs de contaminante eliminado. Es
necesario el análisis estadístico de los datos para comparar la efi cacia en relación con las
características del diseño, puesto que cierto número de fuentes de incertidumbre pueden
afectar la medida cuantitativa (diferentes operarios y métodos en algunos casos). Los
análisis de varianzas y comparación media se realizaron en p= 0,05 mediante la prueba de
Fisher F y la prueba Student t, tomando las dos muestras al mismo tiempo. El intervalo de
confi anza (95% de los valores) se determina a partir de ±2 SD/√N, donde N es el número
de valores y SD la desviación estándar.
Resultados y discusión
Situación de los humedales artifi ciales de fl ujo vertical
Alrededor de 200 plantas se encuentran en funcionamiento y más de 60 fueron construidas
en el año 2003 (fi gura 3). Los resultados no están completos debido a que sólo 61 de
los 95 departamentos respondieron el cuestionario. Sin embargo, éstos indican que los
humedales artifi ciales de fl ujo vertical se han hecho populares entre las comunidades
pequeñas. El análisis reveló la existencia de 213 plantas en Francia de tratamiento de
aguas residuales con humedales artifi ciales de fl ujo vertical (65% < 300 PE) con un diseño
cercano al recomendado por Cemagref con algunas desviaciones (mínimo a máximo en
la primera fase: 0,1 a 4,7m2. PE-1; segunda fase: 0,1 a 3,6 m2. PE-1). Las diferencias en el
tamaño de la superfi cie son el resultado de la adaptación a características infl uyentes como
la presencia de agua limpia, por ejemplo. Alrededor del 70% de estas plantas tratan aguas
residuales procedentes de sistemas en red separados: 10% de las aguas residuales de redes
separadas con una clara intrusión de agua limpia y 20% de aguas residuales de los sistemas
en red combinados. Los sistemas de alimentación se apoyan principalmente en la fuerza
de la gravedad (60% por medio de sifones en la primera fase y el 75% en la segunda fase),
evitando, de esta manera, la necesidad de una fuente eléctrica en la planta.
Se hizo un estudio de la efi cacia de remoción mediante 233 evaluaciones en 81 plantas
FIGURA 3Desarrollo de humedales artifi ciales de fl ujo vertical a lo largo del tiempo
Núm
ero
de p
lant
as c
onst
ruid
as p
or a
ño
Núm
ero
tota
l de
plan
tas
Plantas construidas por año Número total de plantas
1 0
0
4 0
5 0
6 0
7 0
3 0
2 0
250
200
19851990
19921995
19971999
20012003
150
0
100
50
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(Tabla 1). Concentramos nuestro análisis en el diseño vertical + vertical alimentado con
aguas negras. Esto signifi có que se consideraron todos los fi ltros verticales de la primera
fase alimentados con aguas negras con el fi n de enfocar nuestro análisis en el rendimiento
de esta primera fase independientemente de las fases posteriores. Los rendimientos de
los sistemas de fl ujo vertical de la segunda fase se examinaron separadamente.
Efi cacia global
En el diseño típico de fi ltro de fl ujo vertical de dos fases alimentado con aguas residuales
no sedimentadas, se observaron amplias variaciones en el fi ltro en operación en la primera
fase de carga hidráulica (HL media = 0,37 m.d-1; SD = 0,38; min-max = 0,03 a 3,9 m.d-1)
y carga orgánica (DQO media= 223 g.m-2.d-1; SD = 260; min-max = 17-1680 g.m-2.d-1).
Consecuentemente, y también debido a las diferencias en el diseño, número de años de
la planta, etc., la efi cacia de remoción varió. Si se excluyen los casos en los que una carga
hidráulica anormalmente alta dio como resultado un afl uente muy diluido, se puede observar
Tipos de plantas evaluadasTABLA 1
TIPO DE
PLANTA
NÚMERO DE
PLANTAS
NÚMERO DE
EVALUACIÓN
N° DE AÑOS DE LA PLANTA EN EL
MOMENTO DE LA EVALUACIÓN
V+V 53 134 0 a 7
V+H 2 33 1,2 a 8
V+SF 7 11 0,4 a 2
V 5 5 0,6 a 4,6
V+P 3 12 0,2 a 2,5
V+V+H 1 9 Inicio
V+H+P 1 6 11,6 a 15
V+H+H 2 3 0,6 a 2,3
V+H+P 2 3 1,2
V+P+V 1 2 1,6 a 8,5
V+H+V 1 1 2.6
P+V 1 9 0 a 1
P+V+V 1 3 ?
H+V+H 1 2 3,5 a 4
TABLA 2
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
2-6 Media (N) 91 ± 3 (48) 66 ± 13 (49) 95± 2 (49) 14 ± 5 (49) 85 ± 5 (49) 13 ± 5 (49)
SD 10.2 45.5 5 17.5 17.1 17.5
>2Media (N) 90 ± 2 (43) 65 ± 15 (51) 94± 4 (43) 15 ± 6 (51) 85 ± 6 (43) 12 ± 5 (49)
SD 7.1 51 12.2 19.7 18.4 15.7
Remoción y concentración de contaminantes en la salida de humedales artifi ciales de
fl ujo vertical de dos fases para cargas hidráulicas inferiores a 0,75 m.d-1
Número de años
de la planta
DQO NTKSS
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el potencial de los fi ltros para llevar a cabo una buena remoción de los contaminantes. La
Tabla 2 muestra la efi cacia de remoción y la concentración a la salida en plantas con cargas
hidráulicas inferiores a 0,75 m.d-1 sobre el fi ltro en operación en la primera fase (2 veces
la carga hidráulica en temporada seca). En general, los sistemas pueden lograr una buena
calidad de efl uente con la excepción de la remoción de fósforo y de la desnitrifi cación (la
desnitrifi cación no está presente debido a las mejoradas condiciones aeróbicas y la remoción
promedio del fósforo es de aproximadamente el 40%).
Muy a menudo los operarios mencionan la mejora en el tratamiento con la evolución del
depósito de lodos en la primera fase a lo largo de los primeros años de operación. Este
efecto no se observa a lo largo de las dos fases de tratamiento donde no destacan diferencias
signifi cativas entre las plantas más jóvenes y las más antiguas. La segunda fase de los fi ltros
garantiza la efi cacia del tratamiento. Se pueden observar algunas limitaciones en relación a
la nitrifi cación debido a su sensibilidad a la presencia de oxígeno y a la competición con la
remoción de DQO. Varios parámetros tales como la distribución del fl ujo, la frecuencia de
descargas, tipo y profundidad de los suelos, etc. pueden infl uir en la renovación del oxígeno.
Esto probablemente explica el rendimiento de la variación de nitrifi cación observado. Estas
variaciones en nuestras muestras se pueden correlacionar con las superfi cies usadas pero no
con las cargas hidráulicas o DQO. Con una carga hidráulica comparable HL (0.20 m.d-1) y
concentraciones en la entrada (NTKinlet= 80 ± 15 mg.L-1), las concentraciones de NTK en
la salida difi eren signifi cativamente de acuerdo a la superfi cie por PE. Las concentraciones
en la salida claramente muestran la limitación en el uso de superfi cies globales inferiores a
2 m2.PE-1 (Vea Tabla 3). En conclusión, no parece necesario diseñar plantas con un área
superior a 2,5 m2.p.e-1 para conseguir una mejor nitrifi cación, no obstante, 2 m2.PE-1 i es
un prerrequisito para conseguir 8 mg de NTK.L-1 (6 mg N-NH4.L-1).
Primera fase de tratamiento
Se utilizaron 46 pruebas para evaluar el rendimiento del tratamiento en su primera fase.
Puesto que el diseño de la planta y las cargas hidráulica y orgánica varían, no es fácil estimar
de forma precisa el impacto del diseño en la efi cacia de remoción. Sin embargo, se puede
observar que la primera fase del tratamiento se concentra principalmente en la remoción de
SS y DQO aunque la remoción de NTK no es imperceptible (ver tabla 4).
En la primera fase se obtiene un alto rendimiento en la remoción de SS debido principalmente
al depósito en la superfi cie del fi ltro. Esta capa de depósitos es de gran relevancia al
limitar la tasa de infi ltración y, por tanto, el caudal hidráulico que puede pasar a través del
fi ltro. El efecto de este factor restrictivo, que infl uye en la carga hidráulica que puede ser
aceptada a la vez que permite sufi ciente tiempo de aireación de la superfi cie, se reduce por
el crecimiento de juncos a lo largo del año (Molle, 2003). Sin embargo, no se han observado
diferencias signifi cativas en la remoción de contaminantes a lo largo del año incluso con
cargas hidráulicas de hasta dos veces el caudal en la estación seca.
Concentración de NTK en la salida de humedales artifi ciales de fl ujo vertical de dos fases de acuerdo al tamaño
TABLA 3
Área superfi cial total 1,5 a 2 m2.p.e-1 , 2 a 2,5 m2.p.e-1 , 2,5 a 3 m2.p.e-1
NTK en la salida (mg.L-1) (N) 16 ± 8 (28) 6 ± 2 (20) 5,6 ± 3 (10)
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Las fi guras 4 y 5 presentan los rendimientos de remoción en relación con la carga orgánica
(100% de la remoción está representada por la línea punteada). Incluso para las cargas
orgánicas superiores a las permitidas en el diseño, la remoción de DQO y de SS es aceptable.
Para las cargas hidráulicas bajas, se observa una mayor variación en la remoción de DQO
(80 ± 6%; N = 15). Esto se puede relacionar con el hecho de que durante una carga baja, la
distribución del agua y, por tanto, el depósito de lodos, no es homogéneo. La heterogeneidad
en la distribución puede llevar a algunas defi ciencias en la remoción de DQO debido al corto
circuito del caudal. La remoción del DQO se ve afectada por la velocidad de infi ltración
(Molle, 2003). La remoción de SS, sin embargo, parece relativamente estable y efi ciente.
Esto no se da en el caso de la nitrifi cación (ver fi gura 5). Se puede esperar una nitrifi cación
para cargas nominales de NTK (25 a 30 g.m-2.d-1) de aproximadamente 50%.
Las variaciones en la efi cacia de la nitrifi cación no se pueden relacionar con el diseño de la
planta, sus años o la profundidad del medio, para una demanda global de oxígeno (GOD =
DCO + 4.57*NTK) de entre 40 y 110% de carga nominal y cargas hidráulicas de entre 40 y
160% de la carga nominal. De hecho, observamos una tendencia a mejorar la remoción de
NTK a lo largo del año. El período invernal, con una mineralización menor del depósito
de lodos y bajas temperaturas, es el peor para la actividad biológica. La nitrifi cación es
probablemente la primera a sufrir las consecuencias de estas condiciones limitantes. Además,
el período de enero a abril se ve afectado por un período más largo de acumulación de lodos
(desde noviembre) lo que hace que se mantenga húmedo, produciendo una mineralización
inferior, lo que contribuye a una limitación en la velocidad de infi ltración y en la renovación
del oxígeno.
FIGURA 4
Carga de DQO y SS (g.m2.d-1)
DQO y SS tratados para concentraciones de DQO entre 520 a 1400mg.L-1; 0,15<HL<06m.d-1
300
250
200
150
0
35 0
100
300 4002000 100
50
Carg
a tr
atad
a (g
.m2 .d
-1)
SS: y=0,9219x
R2=0,9968
DQO: y=0,8175x
R2=0,976
TABLA 4
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
2-6 Media (N) 79 ± 3 (54) 131 ± 20 (54) 86 ± 3 (54) 33 ± 6 (54) 58 ± 5 (54) 13 ± 5 (54)
SD 10 71 12 19 17 17
>2Media (N) 82 ± 3 (34) 145 ± 24 (34) 94± 4 (43) 15 ± 6 (51) 85 ± 6 (43) 12 ± 5 (49)
SD 7 70 7 19 16 18
Remoción y concentración de contaminantes en la salida del primer humedal artifi cial de fl ujo vertical para cargas hidráulicas inferiores a 0,6 m.d-1
Número de años
de la planta
DQO NTKSS
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Segunda fase de tratamiento
Como se muestra en la Tabla 5, la segunda fase de tratamiento ofrece principalmente
una contribución de nitrifi cación. Debido a las bajas concentraciones de DQO y SS a la
entrada (aproximadamente 140 y 40 mg.L-1 respectivamente), esta segunda fase tiene tan
solo un efecto depurador en estos parámetros. No se observó relación entre la tasa de
remoción y el tamaño del fi ltro. En los casos de remoción de DQO, las cargas hidráulicas
altas parecen disminuir la efi cacia (fi gura 6). Esto fue demostrado por Molle (2003) con
experimentos con columna en laboratorio, concluyendo que la remoción del DQO es
sensible al tiempo de retención hidráulica.
No hubo relación entre la concentración de DQO en la salida y la carga hidráulica. La
carga hidráulica disminuye la remoción de DQO pero se ve compensada por el efecto de
la dilución. Por tanto, la concentración a la salida se mantuvo baja. Sería necesaria más
información para analizar de qué manera las características del diseño contribuyen a los
cambios en la efi cacia de remoción. En nuestro estudio la profundidad y características
del suelo no siempre se tuvieron en cuenta o fueron lo sufi cientemente precisas como para
permitir observar cómo los suelos infl uyen en los niveles de remoción. La distribución
total del caudal sobre la superfi cie del fi ltro es de gran importancia. Esta información
(fl ujo de los sistemas de alimentación) habría sido de gran valor para poder defi nir la
calidad de distribución en la superfi cie. Sin embargo, podemos observar que, en general,
la nitrifi cación presenta la misma tasa de efi cacia que la observada por Molle (2003) en un
estudio realizado bajo mejores condiciones controladas (Figura 8). Algunas evaluaciones
(9 de 53) se llevaron a cabo mediante la desviación SATESE de esta correlación para cargas
bajas de NTK (Figura 8). No se puede establecer ninguna razón clara o general debido
a las numerosas diferentes condiciones que podrían afectar las tasas de nitrifi cación
(concentración baja en la entrada debido a efl uente diluido, presencia de la industria, uso
de suelo natural, etc.).
Es importante tener en cuenta que parece esencial disponer de buenas condiciones de
fl ujo de alimentación. Es necesario llevar a cabo estudios más precisos para evaluar
de qué forma la distribución y la frecuencia de descarga pueden modifi car la tasa de
nitrifi cación.
Figura 5. NTK tratado para plantas de más de 1 año, 0,15<HL<0,6m.d-1
0 1 0
1 0
5
4 0
4 0
3 5
3 0
3 0
2 5
2 0
2 0
1 5
Carga de NTK (g.m2.d-1)
NTK
trat
ado
(g.m
2 .d-1
) y=7,4211Ln(x) – 10,32
R2=0,4381
130<GOD<350 g.m-2.d.-1
GOD> 350 g.m-2.d.-1
FIGURA 5
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Sin embargo, notamos que se lograron los objetivos del tratamiento para las cargas
inferiores a 15 g.m-2 .d-1 de NTK en el fi ltro en operación de la segunda fase. Para cargas
superiores a este nivel, se observó una disminución en la tasa de nitrifi cación. Esto no
es de importancia respecto a los niveles de salida si esta carga alta se debe una alta carga
hidráulica de afl uente diluido porque la concentración en la salida logrará los objetivos
de calidad. No obstante, si esto es debido a la pequeña área superfi cial de la unidad, sería
dif ícil conseguir el 90% de nitrifi cación en toda la planta.
Acumulación y manejo de lodos
Hasta el momento, sólo se ha extraido el lodo de una de las plantas diseñadas para 1600
p.e. formada por 8 humedales artifi ciales de fl ujo vertical anteriores a 3 estanques de
estabilización de residuos (WSP – por su sigla en inglés -) (con dimensiones de 5 m2/p.e.).
La planta comenzó a funcionar en 1987. Se necesitó eliminar el lodo en 1996, pero no
debido a la deterioración de la calidad del efl uente, sino a su altura desigual, creando,
de esta manera, problemas de distribución y poca disponibilidad de borde libre, lo cual
incrementaba el riesgo de desbordamientos en invierno. Se produjo una mala distribución
debido a una tasa de fl ujo de la estación de bombeo insufi ciente al encontrarse lejos de
la planta y a un canal de distribución inadecuado. Se estimó la altura promedio en 13 cm
(mínimo de 6 cm, máximo de 27 cm). En 1999, tras la remoción de lodo de 6 fi ltros, se
cambió el sistema de bombeo y distribución para conseguir una mejor distribución de los
SS sobre el área superfi cial.
En marzo de 2001 el lodo acumulado en los dos fi ltros que no se habían limpiado desde
la puesta en marcha del humedal (junio de 1987) había alcanzado aproximadamente 25
cm en toda la superfi cie de cada fi ltro y el borde libre no era sufi ciente para garantizar el
tratamiento de picos hidráulicos diarios. A partir de estas mediciones, se pudo confi rmar
que en esta planta la altura del lodo aumenta aproximadamente 15 mm por año. Se
analizaron varias muestras de las diferentes capas de lodo con el objeto de determinar
su grado de mineralización (Tabla 6). Debido a experimentos hidráulicos y al clima
húmedo, justo antes de la remoción del lodo, las condiciones de secado no fueron las
óptimas. Sin embargo, el contenido de materia seca fue siempre superior al 20% excepto
en la parte superior donde los depósitos eran más recientes. La mineralización que se
genera a lo largo del tiempo induce gradientes DM y OM sobre la altura del lodo. Los
análisis confi rman un contenido relativamente alto de DM en relación con las condiciones
húmedas que prevalecen en el momento. Probablemente, la mineralización proporcionó
una estructura al lodo que permitió la rápida fi ltración del agua y evitó que éste se
mantuviera demasiado húmedo.
Remoción y concentración de contaminantes en la salida de la segunda fase del
humedal artifi cial de fl ujo vertical para cargas hidráulicas <0,6 m.d-1TABLA 5
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
% de remoción Concentración a
la salida mg.l-1
Todas las
evaluaciones
Media (N) 56 ± 12 (44) 51 ± 7 (44) 65 ± 10 (44) 11 ± 3 (44) 71 ± 7 (44) 7 ± 2 (44)
SD 38 23 34 9 23 6
80<COD<280
(mean 140) mg.L-1
Media (N) 60 ± 8 (28) 55 ± 8 (29) 72 ± 7 (28) 11 ± 4 (29) 78 ± 7 (28) 6 ± 2 (29)
SD 21 21 19 9 18 5
DQO NTKSS
Man
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Art
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FIGURA 7Sólidos Suspendidos tratados en la segunda fase
FIGURA 8NTK tratado en la segunda fase (0,05 <hl<2,2 m.d-1)
FIGURA 6DQO y SS tratados para concentraciones de DQO entre 520 y 1400mg.L-1; 0,15<HL<0,6m.d-1
1 0
0
4 0
5 0
6 0
7 0
3 0
2 0
1 00 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 03 02 0
NTK
TRAT
ADO
(G.M
2 .D-1
)
CARGA DE NTK (G.M2.D
-1)
HL>0.4m.d-1
HL<0.4m.d-1
y=0.7667x
R2=0.9077
Carga de SS (g.m2.d-1)
Sólid
os su
spen
dido
s tra
tado
s SS
(g.m
2 .d-1
)
HL>0.4m.d-1
HL<0.4m.d-1
y=0,8123x
R2=0,9012
Carga de NTK (g.m-2.d-1)
NTK
trat
ado
(g.m
-2d-1
)
1 0
0
4 0
3 0
2 0
1 00 4 0 5 03 02 0
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Basándose en una carga diaria de SS de 16,3 kg y una tasa de remoción del 90%, el balance
de masa de entrada de SS en estos dos fi ltros a lo largo de 14 años se pudo calcular en
75.000 kg de SS. La masa evacuada (altura media de 22,5 cm, contenido de 25% de DM
y un área superfi cial de los 2 fi ltros de 520 m2) se estima en 29000 kg de SS, lo cual
representa casi 39% de los SS ingresados con las aguas residuales. De esta manera, la
tasa de mineralización alcanzada fue de 61%, similar a una estimación previa de 65% de
Boutin et al. (1997). Esta mineralización anaeróbica, como se evidencia por la presencia
de muchos gusanos terrestres Lumbricus, también se puede explicar por el hecho de
que, una vez casi desaguado (es decir, el 15% del contenido de SS), los SS retenidos en la
superfi cie del depósito representan una altura no superior a 1,5 mm por semana antes de
que tenga lugar cualquier proceso de mineralización. Esta capa delgada está en contacto
directo con la atmósfera la mayor parte del tiempo. Las bacterias en la capa de lodo, en
óptima higrometría y protegidas de los rayos UV por la acción de la sombra de los juncos,
pueden iniciar fácilmente su actividad aeróbica.
Esta capa de depósito se une a los medios efi cientes biológicamente y tiende a incrementar
las tasas de remoción del DQO, SST y NTK. El aumento en la capa de depósito no afecta
drásticamente la capacidad hidráulica del fi ltro. De hecho, debido al papel mecánico de
los juncos (Molle 2003), es solamente la capa delgada de depósitos más recientes la que es
hidráulicamente limitante. La extracción de lodos no afectó al crecimiento de los juncos
a partir de los rizomas. El análisis metálico de lodos (Molle 2003) mostró que su uso para
fi nes agrícolas es posible siempre y cuando las agroindustrias no hayan sido conectadas a
la red de alcantarillado (por ejemplo, cobre del tratamiento de viñedos).
* esta gran cantidad se explica por la ubicación de esta muestra, al fi nal del fi ltro, con muy poca alimentación
antes de 1999, debido al fallo del mecanismo de distribución, como ya se mencionó anteriormente.
** formado por varias muestras de lodo mezclado tomadas durante la extracción de un fi ltro.
Filtr
o 7
Filtr
o 6
Calidad del lodo en los dos fi ltros de Gensac la Pallue en 2001
Lodo almacenado desdela primera extracción en 1996
Capa superior
Capa intermedia
Capa inferior
Lodo extraído
Capa superior
Capa intermedia
Capa inferior
Lodo extraído
181.0
205.0
214.5 Promedio = 261,8
365.9*
291.6
284.0
154.0
213.2
218.1 Promedio = 264,3
310.5
217.8
583.0
61.2
54.9
51.5 Promedio = 42,96
22.5
39.8
34.3
54
48.3
45.3 Promedio = 41,5
37.8
49.2
10.4
TABLA 1
MATERIA SECA (G.KG-1) MATERIA ORGÁNICA (% OF DM)
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Conclusión
Este estudio nos ofrece una perspectiva general del rendimiento de las muchas y variadas características de diseño y funcionamiento de los humedales artifi ciales de fl ujo vertical en Francia. En general, este sistema es apropiado para comunidades pequeñas ya que el tratamiento es extremadamente efi ciente (90% para DQO, 95% para SS y 85% para la nitrifi cación) a pesar de las variaciones en las cargas hidráulicas y orgánicas (15% de las evaluaciones mostraron cargas orgánicas superiores a la carga nominal de DQO y el 25% de las cargas hidráulicas superiores a la carga nominal).
La primera fase del tratamiento realiza una remoción de DQO y SS mientras que la nitrifi cación es variable y de alrededor del 50% de NTK en la entrada. La segunda fase del tratamiento asegura la remoción del carbono (DQO y SS) y completa la nitrifi cación. No se puede probar de forma estadística el efecto del diseño en la tasa de remoción de contaminantes (tamaño, características del material, etc.). Sin embargo, al ser más sensible a la oxigenación y a las condiciones de funcionamiento, la nitrifi cación es un parámetro adecuado para observar la adecuación del diseño y/o funcionamiento de la planta al rendimiento en la remoción de contaminantes.
Para este estudio, no se obtuvieron los datos del diseño o, al menos, éstos no fueron lo sufi cientemente precisos en términos de profundidad de suelos, granulometría, volumen del sifón, fl ujo de la bomba, etc. como para determinar cómo la nitrifi cación puede mejorar con un diseño o una gestión óptima. Sin embargo, podemos afi rmar que 2 m2.PE-1 es un prerrequisito para lograr sufi ciente nitrifi cación. Los tamaños superiores a 2,5 m2.PE-1 no parecen aumentar la nitrifi cación. El rendimiento de cada fase en relación a las cargas orgánicas y, en algunos casos, hidráulicas, permiten que el potencial del sistema sea defi nido más claramente. Para las cargas nominales podemos afi rmar que 1,2 m2PE-1 en la primera fase y 0,8 m2.PE-1 en la segunda fase permite que se alcancen concentraciones de 60 mg.L-1 en DQO, 15 mg.L-1 en SS y 8 mg.L-1 en NTK. Las cargas hidráulicas pueden infl uir en la remoción de DQO (observada en la segunda fase del tratamiento). Sin embargo, la concentración en la salida se mantiene debido al efecto de dilución.
En relación a la tasa de remoción observada para cada fase, la nitrifi cación se puede mejorar mediante el incremento del tamaño de la primera fase a 1,5 m2.PE-1 para obtener una concentración en la salida de alrededor de 6 mg.L-1. Sin embargo, esto crearía más problemas de distribución de las aguas residuales. De hecho, la alimentación del fl ujo de la primera fase es de gran importancia para garantizar una distribución completa del agua hacia el fi ltro y así usar todo el reactor.
Se necesita llevar a cabo más estudios con el fi n de determinar de manera precisa las condiciones óptimas para la alimentación (caudal, volumen, frecuencia) para mejorar la nitrifi cación. Sin embargo, en nuestra experiencia, parece que un fl ujo de alimentación de 0,6 m3.m-2.h-1 es el mínimo. Este fl ujo garantizaría una distribución satisfactoria para la primera descarga después de un período de descanso, cuando las tasas de fi ltración pueden ser superiores a 1,4 10-4m.s-1 (Molle, 2003). Esta alimentación aseguraría un buen lodo y una buena distribución del agua en el fi ltro. La capa de depósito en la primera fase limita la tasa de fi ltración y mejora la distribución del agua. También suplementa la capa activa biológicamente. La mineralización (60%) conduce a un incremento en el lodo de aproximadamente 1,5 cm por año, el cual debe ser extraído una vez se alcance un máximo de 20 cm, es decir, aproximadamente cada 10 a 15 años. Este lodo se puede usar para fi nes agrícolas siempre y cuando no existan industrias conectadas al sistema de alcantarillado.
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Agradecimientos
Los autores desean agradecer a las autoridades de la Agencia del agua de “Rhone
Mediterranee Corse” por el apoyo fi nanciero, a SATESE por su contribución con la
aportación de datos y a H. Zowal y H. Burnett por la ayuda concedida.
Referencias bibliográfi cas
Boutin, C., Lienard, A. and Esser, D. (1997). “Development of a new generation of reed-
bed fi lters in France : First results”. Wat. Sci. Tech., 35 (5), pp 315-322.
Liénard, A. (1987). “Domestic wastewater treatment in tanks with Emergent Hydrophytes
: latest results of a recent plant in France”, Wat. Sci. Tech., 19, (12), pp 373-375.
Liénard, A., Boutin, C. and Esser, D. (1990a). “Domestic wastewater treatment with
emergent hydrophyte beds in France” en Constructed Wetlands in Water Pollution
Control (Adv. Wat.Pollut. Control n°11). Ed. Cooper P.F. and Findlater B.C. Pergamon
Press, Reino Unido, pp 183-192.
Liénard, A., Esser, D., Deguin, A. and Virloget, F. (1990b) « Sludge dewatering and
drying in reed beds: an interesting solution ? General investigation and fi rst trials in
France”, en Constructed Wetlands in Water Pollution Control (Adv. Wat. Pollut. Control
n°11). Ed. Cooper P.F. and Findlater B.C. Pergamon Press, Reino Unido, pp 257-267.
Liénard, A., Boutin, C. and Esser, D. (1998). “Constructed wetlands for wastewater
treatment in Europe.”, Ed. Vymazal J., Brix H., Cooper P.F., Green M.B., Haberi R., 1998,
Backhuys Publishers, Leiden, Países Bajos, pp.153-168.
Molle P., (2003). Subsurface fl ow constructed wetlands: Phosphorus retention and
hydraulic limit of vertical subsurface fl ow CWs. (en francés) Tesis Dcotoral de Ingeniería
de Procesos, Universidad de Montpellier, 267 pp.
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