El papel de Humedales Artificiales como tratamientos ...
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El papel de Humedales Artificiales como tratamientos terciarios
Miguel Martín Monerris, Instituto de Ingeniería del Agua y del Medio Ambiente. Universitat Politècnica de València
Reutilización de aguas. Contexto.
• Los Humedales Artificiales como sistemas de tratamiento secundario en pequeñas poblaciones.
• Pequeños caudales 10 – 100 m3 d-1 (0,00365-0,0365 Hm3 año-1 frente a aprox. 108 Hm3 año-1 reutilizados actualmente en CV).
• Características de agua de salida:
• Nemátodos intestinales < 1
• 1000 < E. Coli < 100000 NMP/100 ml
• SST < 5 mg L-1; PT > 2 mg P L-1; NT > 15 mg L-1
• Reutilización para riego. Uso 2.3 (leñosos), tipo calidad D.
• Riego de bosques. Uso 5.3, tipo calidad E.
• Ambientales. Uso .5.4, tipo calidad F.
Reutilización de aguas. Condicionantes.
• Económico: costes analíticas, bombeos…
• Técnico: elevada evapotranspiración (carrizo: hasta 17 mm d-1 …)
• Incremento de la salinidad.
• Oportunidad a “vertido cero”: lixiviados de vertederos…
• Aclimatación de las plantas.
• Sustratos especiales: biochar, suelos naturales…
Reutilización de aguas. Posibilidades.
• Mejora de la calidad microbiológica.
• Reducción de nutrientes.
• Reducción de contaminantes emergentes.
• Mejora biológica/ambiental.
Reutilización de aguas. Mejora de la calidad microbiológica
• Efluente de un filtro percolador:
• SST: 94 mg L-1; DQO: 83 mg L-1; NT: 25,5 mg N L-1; P-PO43-: 3,9 mg P L-1; E. Coli: 5,6
• SST: 7 mg L-1; DQO: 26 mg L-1; NT: 10.0 mg N L-1; P-PO43-: 3,0 mg P L-1; E. Coli: 2,8
• Carga hidráulica 360 mm d-1; TRH: 13 horas; Dim: 3,0 x 1,5 x 0,6 m.
• Grava volcánica (10-15 mm).
Reutilización de aguas. Mejora de la calidad microbiológica
Carrícola
• Caudal 10-20 m3 d-1.
• Carga orgánica 4,66 g DBO5 m-2 d-1
• TRH: 4-8 días
• Grava (2-3 cm).
• Calados 0,35-0,40 m.
P1 P2 P3 P4
P5
P6 TI-1 TI-2
HAFS-1
HAFS-2 HAFV
CHS = 50 mm/d CHS = 100 mm/d
Reutilización de aguas. Mejora de la calidad microbiológica
Carrícola
2014-17 (n=32) Influente HAH Efluente HAFS Efluente HAFV
DQO (mg L-1) 238 71 51
DBO5(mg L-1) 124,3 18,4 13,8
SST (mg L-1) 48,9 6,1 4,5
NT (mg N L-1) 47,3 38,9 32,4
NH4+ (mg N L-1) 42,4 38,0 32,0
PT (mg P L-1) 5,66 4,94 4,84
E. Coli (u log10) 4,9 3,9
Reutilización de aguas. Mejora de la calidad química
• Efluente de EDAR: DQO, 29 mg L-1; DBO5, 2,8 mg L-1;
• Condiciones aerobias. Flujo ascendente. Arenas 0,21-0,297 mm.
• CHS: 288 mm d-1; TRH, 9 horas;
• Eliminaciones: 41,7 % diclofenac ; 94% propanolol; 17% propiconazol
• 50 mm d-1; TRH, 52 horas; casi el 100% de eliminación.
• Atención a los metabolitos producidos.
Contaminantes Emergentes
¿Filtros lentos
de arena?
Reutilización de aguas. Mejora de la calidad química
• Pequeñas poblaciones: 100-280 he; Gravas 4-16 mm.
• 16 - 37 mm d-1; TRH 5,4-12,9 d.
• Eliminaciones: 74-99 % ibuprofeno; 47-91% ketoprofeno; 17-95% diclofenac; 95-100% paracetamol; 93-99% cafeína…
Contaminantes Emergentes
Humedales
Artificiales
Reutilización de aguas. Mejora de la calidad ambiental
• Waterharmonica (Kampf et. Claassen, 2005, Holanda), Humedales Artificiales Integrados (ICW. Scholz et al. 2007a, Irlanda).
• Doble función: tratamiento de aguas y mejora de la biodiversidad.
• Puente entre el sistema de tratamiento de aguas y el medio receptor final.
• Dar tiempo y espacio para que la vida se desarrolle. Reconstruir la Naturaleza.
• Ejemplo pionero (1998): EDAR de Empuriabrava (Girona) + Aiguamolls artificials de l’Empordà (Lluis Sala, Enric Pallarés, Consorci Costa Brava).
Reutilización de aguas. Mejora de la calidad ambiental
• Humedales artificiales del PN del l’Albufera (desde 2009).
• Proyecto LIFE12 ALBUFERA. (2013-16).
• No ARU.
• Pendiente: estudios de eliminación de
Contaminantes emergentes.
• Oportunidades en Castellón.
• Lagunas margen izqda. Mijares - EDAR Almassora.
• Lagunas transición PN Cabanes-Torreblanca –EDAR Torreblanca
Reutilización de aguas. Eliminación de NT
• Efluente nitrificado.
• Humedal artificial de flujo superficial.
• Condiciones aerobias/anóxicas.
• Aporte de C desde las plantas.
• Ecuaciones empíricas para velocidad de eliminación:
Velocidad de eliminación (mg N/m2 d) = 50,9 [NT]entrada + 1287,1 CHS – 82,3
Ejemplo: 40 m3/d; [NT]entrada = 40 mg N/L
Conc.salida (mg N/L)
CHS (m3/m2 d) Velocidad eliminación (mg N/m2 d)
Superficie (m2)
5 0,058 2028 690
10 0,068 2041 588
15 0,082 2059 486
Reutilización de aguas. Eliminación de PT
• La eliminación de PT desde ARU en los HHAA subsuperficiales es muy baja:
• Asimilación de plantas para su crecimiento: 1,9 – 18,2 g P m-2 año -1.
• Reducción de concentración PT entre 0,1 y 1,0 mg L-1 (50 - 100 mm d-1)
• Necesidad de cosechar la parte aérea (posible 2 veces al año).
• Empleo de materiales adsorbentes:
• Materiales naturales. Óxidos de hierro y aluminio,zeolitas, caliza, dolomitas...
• Materiales artificiales:
• Productos industriales: Filtralite
• Residuos. Cenizas volantes, residuos de demolición triturado, conchas de moluscos bibalvos, fangos de ETAP.
Humedal Artificial V30 (2011-12)
• Colaboración con AcuaMed.
• Objetivo: eliminar PT tras el tratamiento terciario en EDAR Pinedo.
• ¿Es muy alta la concentración media anual de 0.63 mg P L-1?
• Depende del medio receptor y del caudal aportado.
Humedal Artificial V30 (2011-12)
• Ensayos de laboratorio:
• Mezclas de arena (sustrato soporte) y óxidos de hierro (agente adsorbente).
Humedal Artificial V30 (2011-12)
• Celda 9 (Oct 2011-Sept 2012):
• Superficie: 2400 m2.
• Volumen útil: 158 m3.
• Profundidad: 0.9 m.
• 68 mm d-1
• Un ciclo diario (de 2 posibles).
• Rendimientos:
• 77% PT; 95% N-NH4+;; 24.4% NT
Estudio fangos ETAP (2016-17)
• Colaboración con Aguas de Valencia.
• Fases:
• Manipulación del material. 4 Granulometrías: polvo hasta 9,5 mm.
• Evaluación de la capacidad de adsorción. Desde 8 hasta 15 g P-PO43-/kg ss
• Evaluación de la conductividad hidráulica. 158 m/día
• Aclimatación de plantas a ese sustrato.
• Ensayos en laboratorio. Modelos matemáticos.
Reutilización de aguas. Eliminación de PT
Carrícola. Ejemplo aplicación.
• Carga de fósforo 41,32 kg P-PO43- año-1
• 10 años: 35332 kg de fango ETAP.
• Superficie: 102 m2.
• Espesor activo 0,50 m.
• Intermitente: 1,2 ciclos/día.
P1 P2 P3 P4
P5
P6 TI-1 TI-2
HAFS-1
HAFS-2 HAFV
CHS = 50 mm d-1
CHS = 190 mm d-1
CHS = 100 mm d-1
¡Muchas gracias por su atención!
Lagunas Mijares- EDAR Almassora
PN Prat Cabanes-Torreblanca- EDAR Torreblanca
Humedal Artificial V30 (2011-12)
2.8 ha
120 m
20 m Horizontal. Carrizo. Gravas
Horizontal. Carrizo. Gravas
Horizontal. Carrizo. Gravas
Horizontal. Enea. Gravas
Horizontal. Enea. Gravas
Horizontal. Enea. Gravas
Vertical. Enea. Gravas
Vertical. Carrizo. Gravas
Vertical. Carrizo. Arena
EDAR
Pinedo Cargas hidráulicas:
108 mm d-1 (3 l/s)
54 mm d-1 (1.5 l/s)
27 mm d-1 (0.75 l/s)
Humedal Artificial V30 (2011-12)
Humedal Artificial V30 (2011-12)
Humedal Artificial V30 (2011-12)
Granulometrías. Fangos ETAP.
Capacidad de adsorción. Fangos ETAP.
10
11
11
8
Conductividad hidráulica. Fangos ETAP.
Porosidad: 33%
Humedad: 7.7%
Densidad aparente: 0.69 g/cm3
SSV= 26.2%
Adaptación de las plantas. Fangos ETAP.
Carrizo común
Importancia: Alarga la vida útil del material adsorbente. Aporte de oxígeno. Soporte para el desarrollo de
microorganismos. Aislamiento térmico. Genera hábitat.
Filtros laboratorio. Modelos matemáticos. Fangos ETAP.
Días de operación = 180 días CHS = 120 – 400 mm d-1 Q = 0,7 – 1,2 l/d Cin = 3,3 – 10 mg P-PO4
3- L-1
Cout< 0,01 mg P-PO43- L-1
Volumen tratado: 150 L % eliminación NH4
+ = 64% % eliminación NID = 31%
Modelo biocinético ASM Software AQUASIM