Los HUMEDALES artificiales en flotación como alternativa a la depuración en las pequeñas poblaciones - Carmen Carbonell Rodríguez-Viñals

Los HUMEDALES artificiales en flotación como alternativa a la depuración en las pequeñas poblaciones

04/07/2017

Los HUMEDALES artificiales en flotación como alternativa a la depuración en las pequeñas poblaciones


Carmen Carbonell Rodríguez-Viñals

Carmen Carbonell Rodríguez-Viñals

  • Ingeniera de Industrias Agrarias y Alimentarias
  • Máster en Ingeniería y Gestión del Agua
  • Consultor en OGESA®
  • CEO en QUARQ ENTERPRISE S.A.


 
"Siendo profesionales y serios, podemos afirmar que la depuración mediante humedales artificiales en flotación debe tenerse muy en cuenta a la hora de dar soluciones a los vertidos de pequeñas aglomeraciones debido a su eficiencia, robustez y naturalidad, asegurándole un largo recorrido y muchos éxitos"
 
El uso de humedales artificiales para depurar ha experimentado un gran desarrollo en los últimos años, siendo esta depuración similar a la que se produce en la naturaleza.
 
Los humedales son zonas saturadas de agua, con una profundidad aproximada de 70 cm y plantas emergentes. La vegetación permite la formación de películas bacterianas, facilitando la degradación, la filtración y adsorción de los contaminantes del agua residual mediante la transferencia de oxígeno al medio contaminado por parte de las plantas. Además limita la penetración de la luz solar controlando el crecimiento de las algas.
 
Las funciones principales de los humedales artificiales son:
 
  • Retener de forma física los contaminantes y la materia orgánica.
  • Transformar los elementos por medio de los microorganismos que se desarrollan en el tamiz o filtro. Las bacterias degradan la materia orgánica y los contaminantes sirven de nutrientes a las plantas.
  • Inyectar oxígeno al medio de forma natural por lo que precisa un bajo consumo de energía y de mantenimiento.
  • Permitir la digestión anaeróbica de los lodos.
  • Eliminar la mayor parte de los agentes patógenos con la simbiosis de plantas - bacterias aerobias - bacteriófagos.
 
Hace 66 años que la Doctora Seidel del Instituto Max-Planck inicia en Alemania la primera investigación sobre Humedales Artificiales como alternativa de tratamiento observando que la arena común es capaz de reducir gran cantidad de sustancias orgánicas e inorgánicas contenidas en las aguas contaminadas.
 
Posteriormente en la década de los 70 y los 80 el Doctor Kickuth promovió el interés de la tecnología de Humedales Artificiales como depuradoras de aguas residuales en Europa.
 
Y no es hasta 2016 cuando se desarrolla la primera modelización hidráulica y cinética de sistemas de helófitos en flotación para el tratamiento de agua residual urbana. El proyecto que concluye con dicha modelización tuvo lugar en Badajoz (España).
 
En la actualidad esta tecnología extensiva presenta un alto grado de implantación a nivel mundial.
 
Y en este artículo quiero profundizar en los humedales artificiales mediante tamices de helófitas en flotación (THF).
 
Imagen 1. EDAR con humedal artificial de tamiz de helófitas en flotación recién plantadas
 
Estos humedales artificiales emplean plantas acuáticas de lugares encharcados con la mayor parte de su aparato vegetativo emergente. Suelen presentar un sistema de rizomas que permite su expansión subterránea. Además presentan un cierto valor ecológico y funcionan como indicadores de la calidad de los ecosistemas.
 
La helófita capta oxígeno de la atmósfera y lo conduce hasta el sistema radicular a través de los múltiples canales aeríferos internos de la planta, inyectándolo en el medio acuático a través del sistema rizomático que conforma el tamiz vegetal y consiguiendo un sistema aerobio muy rico en oxígeno. La existencia de un medio aerobio con suministro permanente de oxígeno y materia orgánica permite el desarrollo de bacterias aerobias que degradan la materia orgánica y el desarrollo de bacteriófagos en la rizosfera que fagocitan a los agentes patógenos del agua a tratar.
 
 
   Imagen 2. Composición fotográfica de los detalles
 
 
 
Imagen 3. Dibujo de las partes que constituyen el sistema y los procesos llevados a cabo
 
 

Diseño de los humedales de helófitas

 
Desde 2014, QuarQ Enterprise S.A. posee la única planta puramente experimental de sistemas de depuración mediante helófitas en flotación.
 
Su desarrollo fue posible gracias a la  financiación de ICEX/Invest in Spain y a la colaboración tanto de ACUAES como del Ayuntamiento de Badajoz. Desde ella se ha llevado a cabo un proceso continuo de optimización del sistema mediante modelización de los procesos naturales de depuración, lo que ha permitido gracias a la colaboración de la Universidad Politécnica de Cataluña y a los investigadores Joan García, Cristina Ávila y Alessandro Solimen, el desarrollo de un nuevo modelo racional de dimensionamiento del sistema, fundamental para el correcto funcionamiento de las plantas depuradoras.
 
Para ello se han realizado ensayos de trazador de bromuro en las balsas que conforman la planta piloto utilizada en el estudio, recibiendo ésta el agua ya pretratada.
 
En el proyecto de investigación de biotecnología para el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante fitodepuración en Badajoz se ha investigado el comportamiento de la tecnología de tamices vegetales de helófitas en flotación en la depuración de aguas residuales urbanas, con objeto de obtener conclusiones científicas que permitan posteriormente la replicación masiva de esta tecnología como alternativa de depuración en pequeñas y medianas aglomeraciones. Se trata de obtener conclusiones científicas que permiten mejorar la tecnología y la fiabilidad de estos sistemas como medio para depurar las aguas residuales.
 
La robusta herramienta obtenida, se presenta en formato EXCEL y permite el desarrollo de dimensionamientos basados en términos estadísticos suponiendo un claro avance en el conocimiento científico y técnico de los sistemas de humedales artificiales de tamices de helófitas en flotación.
 
Las experiencias llevadas a cabo anteriormente en España no seguían criterios de diseño ni de dimensionamiento, se basaban en datos empíricos de eliminación de carga no validados científicamente y que se han extrapolado a partir de escasas experiencias sin realizarse ningún proyecto de investigación que persiga la optimización del diseño y, por tanto, del proceso de depuración. Las depuradoras implantadas a partir de ensayo y error, han provocado la falta de confianza en esta tecnología ampliamente reconocida en el mundo.
 
Para el correcto funcionamiento de cualquier depuradora es indispensable disponer de un diseño adecuado y de un pretratamiento que funcione correctamente.
 
En España se han construido en la última década más de 100 depuradoras con este sistema. En Castilla La-Mancha se implantaron muchas de ellas en poblaciones de menos de 1000 h.e. las cuales se diseñaron sin un modelo matemático que garantizara su funcionamiento y por tanto no cumplían parámetros de salida por sí solas. Actualmente estas plantas han sido mejoradas por las empresas explotadoras y técnicos de Infraestructuras del Agua de Castilla-La Mancha y funcionan en la mayoría de los casos.  
 
A pesar del hándicap de dimensionarse sin criterio, unido a las experiencias negativas de estructuras flotantes que se abren y crean flujos preferenciales, esta tecnología ha conseguido, según los datos de las empresas explotadoras, cumplir siempre en el 75% de los casos la Autorización de Vertido.
 
Estudios realizados muestran en cuanto a la eliminación de Nitrógeno y  Fósforo un rendimiento de remoción del 50% y el 25% respectivamente, que contradice a lo publicado hasta la fecha (eliminación de N y P del 90%), dato erróneo que han creado falsas expectativas y confusión en este tipo de depuración extensiva, que no cumpliría estos parámetros exigibles por la normativa para vertidos de aguas depuradas en zonas sensibles.
 
Actualmente Quarq Enterprise S.A., empresa de base tecnológica, ha desarrollado el único modelo matemático-cinético-hidráulico de dimensionamiento de las balsas al igual que la estructura soporte AQ3M (estructura modular para plantas helófitas que ha sido reconocida como “Novedad Técnica sobresaliente” en SMAGUA 2016).
 
Esta estructura mejora enormemente las experiencias anteriores gracias a su flexibilidad, ergonomía y rigidez variable. Diseñada para facilitar la formación del tamiz, favoreciendo el entramado radicular de las plantas de forma natural sin forzar la parte aérea en su desarrollo.
 
 
Imagen 4. Composición fotográfica con la patente AQ3M. Sistema
modular de suspensión con plantones de Typha domingensis
 
La estructura está fabricada en polipropileno flexible de baja densidad y un expansor para mejorar flotabilidad, mediante una sola colada de inyección en caliente y en una sola pieza. Su densidad es inferior a  0,75 g/cm3.
 
El sistema modular comprende una pluralidad de módulos iguales que por interacoplamiento forman una superficie flotante. Rigidizados mediante brazos y siguiendo una estructura reticular de patrón triangular para el crecimiento de las helófitas sobre los vasos da como resultado la depuración de las aguas en las que se sitúe la superficie de la estructura flotante.
 
 
Imagen 5.  Detalle del ensamblaje secuencial de las teselas
que conforman la estructura AQ3M
 
La selección de las variedades vegetales idóneas que permiten unos mayores rendimientos de depuración es otra de las grandes apuestas necesarias para la robustez del sistema.
 
 
Imagen 6. Composición fotográfica EDAR de Pozorrubio y EDAR Hontanaya (CLM)
 
Es un hecho que todas las helófitas no son iguales, ni las variedades dentro de la misma especie funcionan igual, por ello se han llevado a cabo estudios de selección de variedades de typhas idóneas para la formación y flotación del tamiz rizomático, permitiendo que éste sea uniforme y compacto, lo que imposibilita la formación de flujos preferenciales y la invasión de otras especies vegetales en las balsas que conforman la instalación.
 
La selección de variedades resulta en la disposición de material vegetal de espectacular crecimiento radicular, una importante producción de masa vegetal y una mayor resistencia al frío, lo que hace que estas variedades puedan utilizarse donde las no seleccionadas no se pueden aclimatar. Las plantas seleccionadas pertenecen al género Typha, se caracterizan por su rápido desarrollo, sobresaliente capacidad depuradora junto con su estabilidad y resistencia en los medios líquidos altamente contaminantes.
 
Su selección vegetal ha sido el trabajo de muchos años de investigación en el departamento de I+D+i en colaboración del Centro de Investigación La Orden-Valdesequera, referente científico en Extremadura y con el investigador Francisco Vázquez. Los resultados son 3 variedades de elevado rendimiento en depuración registradas en la Oficina Comunitaria de Variedades Vegetales, siendo las únicas typhas destinadas a depuración con protección comunitaria.
 
 
 
 
Esta tecnología es natural y sostenible, mejora otros tipos de humedales artificiales ya que evita la colmatación del lecho, lo que hace que su coste de explotación y mantenimiento sea aún menor. Además, abre un gran campo de investigación en materia de eliminación de contaminantes emergentes en depuradoras y otros elementos singulares como puede ser el Boro en desaladoras.
 
Para estandarizar todo el proceso que supone la construcción de este tipo de sistema se han elaborado cuatro manuales necesarios para la correcta implantación de los humedales artificiales de tamices de helófitas en flotación, estos son:
 
 
  • Manual de dimensionamiento
El manual explica detalladamente los pasos a seguir para dimensionar correctamente los HUMEDALES ARTIFICIALES EN FLOTACIÓN y en concreto el Sistema aQuarQ.
 
Se trata de un nuevo modelo racional de dimensionamiento del sistema, fundamental para el correcto funcionamiento de la planta.
 
El documento Excel empleado está constituido por una serie de tablas que en conjunto conforman la denominada “Herramienta de dimensionamiento única”.
 
 
  • Manual de mantenimiento
En el manual se establecen y planifican las acciones encaminadas a asegurar el adecuado funcionamiento del tamiz de helófitas en flotación y el buen estado de la balsa que acoge a dicho tamiz vegetal.
 
Se establecen una serie de acciones encaminadas a preservar el buen estado de la instalación mediante un adecuado mantenimiento preventivo.
 
También se recoge una previsión de acciones incluidas en el denominado mantenimiento correctivo y centradas en los daños que pudieran producirse en la instalación como consecuencia de acciones no controlables por el hombre.

 
  • Manual de producción de plantas
Manual que establece las acciones necesarias para llevar a cabo la germinación y multiplicación de helófitas del género Typha.

 
  • Manual de ensamblado AQ3M y plantado
Manual que establece las acciones encaminadas a asegurar el adecuado funcionamiento del tamiz de helófitas en flotación resultado de la correcta instalación de la estructura y la adecuada plantación.
 

 

Conclusiones

 
Existe un manual de depuración para pequeñas poblaciones elaborado por CEDEX-CENTA, publicado hace ya más de 10 años y que por tanto no recoge todos los avances que se han desarrollado en estas tecnologías extensivas, entre ellos lo expuesto anteriormente.
 
Por tanto, considero esencial su actualización y/o su manejo prudente teniendo en cuenta que hoy es la única base de referencia y de partida de todos los técnicos, masters y universidades que diseñan y proponen este tipo de tecnologías extensivas.
 
Es un detalle muy importante a tener en cuenta y más cuando El Director científico del CENTA y Médico del Agua, Juan José Salas, coautor del mismo, en sus últimas ponencias, se refiere a los humedales artificiales de tamices de helófitas en flotación como una solución viable y apropiada para la depuración de las aguas residuales en las pequeñas aglomeraciones urbanas.
 
Siendo profesionales y serios, podemos afirmar que la depuración mediante humedales artificiales en flotación debe tenerse muy en cuenta a la hora de dar soluciones a los vertidos de pequeñas aglomeraciones debido a su eficiencia, robustez y naturalidad, asegurándole un largo recorrido y muchos éxitos.
 
 
Carmen Carbonell Rodríguez-Viñals
 
 

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Comentarios Publicar comentario
06/02/2018
Carmen Carbonell escribió:
Hola Pedro,
El sistema funciona adecuadamente como terciario, para concretar la respuesta necesitaríamos parámetros de salida de tu sistema y parámetros de salida del terciario. Para más información, carmencarbonell@hotmail.es
Un saludo
05/02/2018
Pedro María Polo Cañas escribió:
Carmen: me gustaría conocer experiencias sobre macrofitas flotantes en lagunas de afinamiento tras un BNR convencional.
Saludos,
Pedro María Polo Cañas

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