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Guía de dimensionamiento para zonas tropicales
Humedales artificiales para el tratamiento
de aguas residuales domésticas
en zona tropical
© xxxxx
Autores
Rémi LOMBARD LATUNE: ingeniero investigador (Irstea, Epure—Lyon),
remi.lombard-latune@irstea.fr
Pascal MOLLE: director de investigaciones en tecnologías de tratamiento de aguas
residuales de comunidades pequeñas y medianas (Irstea, REVERSAAL Lyon),
pascal.molle@irstea.fr
Traducción
Laura Delgado-González
Agradecimientos
Los autores agradecen por su amable contribución a las personas que siguen.
nPor la evaluación y seguimiento de los diferentes sistemas de tratamiento en los DFU:
Hugues DELANNAY (Office de l'eau Guadalupe), Nicolas FINA (COTRAM
Assainissement), Sarah GOBERT (Office de l'eau Guadalupe), Bruno GREZILLER (DEAL
Mayotte), Gérald LACOMBE (Étiage Guyane), Olivier LAPORTE-DAUBE (Étiage Guyane),
Frédéric L’ETANG (SICSM–Espace Sud), Andinani M’GUEREZA (SIEAM), Lucas PELUS
(Office de l'eau Martinica), Christophe RIEGEL (SIEAM), Leslie VEREPLA (CANGT).
nPor transmitir la experiencia adquirida durante las fases de construcción:
Antoine BAJEUX (Mayotte Bureau d’Études), Nicolas FINA y Patrick LANES (COTRAM
Assainissement), Gérald LACOMBE (Étiage Guyane), Julien PHILIPPE (ETG 976).
nPor sus relecturas y contribuciones a la guía:
Véronique BARRE, Claire LEVAL y Béatrice GENTIL-SALASC (Agence française pour la
biodiversité), Nicolas FINA (COTRAM Assainissement), Laurence HAMONT (CANGT),
Gérald LACOMBE (Étiage Guyane), Frédéric L’ETANG (SICSM–Espace Sud), Lucas PELUS
(Office de l'eau Martinica).
Los autores quieren también agradecer a la Agencia Francesa de la Biodiversidad por
el apoyo financiero y la edición de esta guía, así como a Béatrice SAUREL por el diseño
gráfico y la composición.
Guía de dimensionamiento para zonas tropicales
Humedales artificiales para el tratamiento
de aguas residuales domésticas
en zona tropical
Rémi LOMBARD LATUNE
Pascal MOLLE
© xxxxx
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FPR y HA
En Francia Metropolitana se habla de FPR,
filtros plantados con carrizos (roseaux en
francés), porque la planta utilizada es el
carrizo común (
Phragmites australis
).
En la zona tropical,
Phragmites australis
es
considerada una especie invasiva. Se utilizan
por ello otras plantas (parte 4 p. 46) y la
tecnología adopta el nombre de HA (hume-
dales artificiales).
Introducción
Esta guía tiene como objetivo presentar los humedales artificiales (HA) adaptados a la zona tropical.
Las reglas de dimensionamiento
fueron establecidas y validadas a partir del seguimiento de los
rendimientos de siete estaciones de tamaño real, especialmente equipadas para el seguimiento
científico y presentes en cuatro Departamentos Franceses de Ultramar (DFU): Guadalupe, Guyana,
Martinica y Mayotte. Se realizaron casi un centenar de balances de materia durante un periodo de 24
horas durante más de una década, en el ámbito de proyectos de investigación. Estos han permitido
validar las decisiones técnicas que aquí se presentan.
En esta guía, no se presentan todas las posibles configuraciones de HA, sino únicamente aquellos
procesos que parecen particularmente adaptados para el tratamiento de aguas residuales domésticas
en los DFU y en el medio tropical. Dado que la “tropicalización” de los filtros es relativamente reciente
(máximo una década), las prescripciones y recomendaciones pueden evolucionar con los avances
técnicos, la experiencia adquirida y las investigaciones realizadas sobre estas tecnologías en zona
tropical.
Esta guía ha sido concebida como una herramienta de acompañamiento para el diseño de los HA en
zonas tropicales y ecuatoriales, y está destinada a los constructores y directores de proyecto. Los
aspectos vinculados con la explotación son objeto de una parte sucinta de la presente guía, y de las
fichas técnicas adjuntas. El problema del costo de las obras es delicado, dado que está necesariamente
vinculado con las especificidades de cada uno de los DFU, con las decisiones técnicas y con el desarrollo
de estos procesos alternativos. En consecuencia, en esta guía no se abordan los costes asociados a la
obra, pero se proporcionan algunos elementos y fichas complementarias que pueden solicitarse y
presentarse a través del sitio web del grupo de trabajo "Evaluación de nuevos procedimientos de
saneamiento para comunidades pequeñas y medianas, Epnac" (www.epnac.irstea.fr/DOM/). Por lo
demás, esta guía no constituye una norma que estandarice el diseño de la tecnología:
recurrir a los
ingenieros de diseño o constructores especializados en estas técnicas de tratamiento seguirá siendo
indispensable para una óptima adaptación a cada contexto.
Esta guía contiene cinco capítulos.
En el capítulo
“Principios de funcionamiento de los HA”
se presentan las generalidades sobre los
filtros, detallando los procesos depurativos que se producen en los HA, así como el papel de los
vegetales y la gestión de los lodos en este tipo de obras. Se exponen las diferentes variantes de la
tecnología HA, y a continuación los rendimientos de los diferentes procesos presentes en la zona
tropical.
Las tareas a realizar para el
“Diseño de un sistema de saneamiento mediante HA”
se presentan en
el segundo capítulo. Se hace mención a los textos reglamentarios en vigor que permiten definir los
valores límites de emisión de contaminantes. En función de éstos últimos, un cuadro de síntesis
permitirá seleccionar el proceso alternativo mejor adaptado. Por último, frente a la constatación
unánime del sobredimensionamiento de las obras en todos los DFU, se proponen algunos puntos
claves para la evaluación de las cargas a tratar.
El tercer capítulo, expone las
“Reglas de dimensionamiento”
que presiden la definición de las
características de los sistemas. Además, se detallan los requerimientos para la estanqueidad de la
obra y la composición de los lechos filtrantes.
La pregunta
“¿Qué plantas son las adecuadas para los HA en zona tropical?”
encontrará su
respuesta en el cuarto capítulo de este documento, donde se presenta la gestión realizada y los
resultados alcanzados en un estudio específico sobre el tema.
El último capítulo describe la
“Implementación y gestión del sistema”
. Se recoge información sobre
la experiencia adquirida por los constructores, y también las diferentes fases observadas en la vida de
un filtro. Como complemento de la guía de explotación de los HA publicada por el grupo de trabajo
Epnac en 2015, se abordarán aquí algunos puntos acerca de la gestión de la planta relacionados con
las limitaciones características de la zona tropical. Por último, se recuerdan algunos puntos claves de
las tareas de seguimiento y control reglamentario.
Para permitir diferentes niveles de lectura en función de los conocimientos del lector, los recuadros de
color verde definen o aportan precisiones sobre conceptos claves.
Ocasionalmente, pueden aparecer párrafos en un recuadro marrón que abordan conocimientos más
avanzados en este ámbito, con la indicación “Para mayor detalle”.
Con el fin de concentrarse en lo esencial, los datos o las informaciones importantes son resaltados en
negrita.
Por último, se coloca un asterisco (*) la primera vez que se menciona una palabra que se explica en
el glosario incluido al final de la guía.
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nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Resumen y palabras claves
L
os Departamentos de Ultramar presentan desafíos de saneamiento particularmente sensibles. Uno
de los mayores problemas proviene de la inadecuada aplicación de las tecnologías y de su adaptación
al contexto particular de los DFU.
Con el fin de mejorar el saneamiento en pequeñas y medianas comunidades de los DFU, la Onema y
la Agencia Francesa de la Biodiversidad (AFB) han apoyado un trabajo acerca de la adaptación de
los procesos alternativos de tratamiento fiables y adecuados al contexto tropical. Esta guía de
dimensionamiento de los humedales artificiales (HA) en zona tropical, recapitula la situación tras diez
años de investigaciones realizadas en los cinco DFU, destinadas a adaptar una tecnología ampliamente
evaluada ya en climas templados.
Los HA constituyen una familia de procesos relativamente variada en función de los tipos de flujo, los
niveles de saturación, etc., y de su asociación entre ellos o con procedimientos convencionales, todo
lo cual lleva a una multitud de posibles alternativas de tratamiento. El objetivo de los trabajos
realizados consistió en adaptar un determinado número de procesos con el fin de responder a
diferentes niveles de tratamiento, buscando al mismo tiempo la compacidad de la planta sin afectar
la fiabilidad y la robustez del tratamiento.
Los sistemas más implementados son los filtros de flujo vertical alimentados con aguas residuales
brutas para facilitar la gestión de los lodos. Los HA de flujo vertical son lechos de gravilla calibrada,
aislados del suelo, atravesados por una red de aireación y drenaje y sobre los cuales se plantan los
vegetales. Son sistemas de tratamiento en los cuales interactúan varios procesos (filtración, actividad
biológica, flujos, transferencia de gases, actividad vegetal, etc.) y en los que la durabilidad de su
funcionamiento reposa sobre el establecimiento de unas condiciones de equilibrio. Para ello tanto el
diseño como la gestión deben realizarse con conocimiento de causa.
Una de las particularidades de la adaptación de los HA al clima tropical, es la reducción de la superficie
del suelo ocupada por los filtros. En efecto, las temperaturas altas y regulares del clima tropical
permiten aplicar períodos de reposo de igual duración que los períodos de alimentación, garantizando
al mismo tiempo una buena mineralización de los lodos. Esto permite colocar únicamente dos filtros
en paralelo disminuyendo así el espacio ocupado por el sistema con respecto al espacio necesario en
Francia Metropolitana.
Del mismo modo, los esfuerzos tecnológicos se han orientado a desarrollar sistemas innovadores que
permitan trabajar con una sola etapa de tratamiento y respetando los valores límite de emisión de
contaminantes. Si bien el dimensionamiento de los HA se realiza en base a la carga (orgánica e
hidráulica) aceptable en el filtro en funcionamiento, los órdenes de magnitud de la superficie del filtro
por habitante-equivalente requerida, son conocidos. Ésta varía entre 0,8m2/HE y 1,6m2/HE, de acuerdo
con los requisitos de vertido. La configuración más simple garantiza rendimientos superiores al mínimo
reglamentario (75%, 80%, 80% y 60% de factor de reducción, respectivamente, para DQO, DBO5,
SST y NTK, con concentraciones de salida inferiores a 125 mg DQO/L). En función de las necesidades
y de las limitaciones, los HA pueden ser adaptados para garantizar un tratamiento del carbono superior
a 95%, una nitrificación total o un tratamiento del nitrógeno total del 70%. Estos dimensionamientos
permiten mantener una fuerte aceptación de las sobrecargas hidráulicas en temporada de lluvias, sin
comprometer la confiabilidad del sistema.
Las plantas ejercen una acción mecánica indispensable para el funcionamiento de los HA. La
Phragmites
australis
se utiliza tanto en Francia Metropolitana como en el extranjero. Sin embargo, esta especie no
se encuentra presente de forma natural en la zona tropical, donde representaría un gran riesgo de
invasión de la flora local, por lo que debe ser sustituida por otra especie apropiada para la zona
tropical. Un centenar de especies fueron evaluadas con este propósito gracias a un estudio desarrollado
en tres etapas: bibliografía, ensayos pilotos y comportamiento a gran escala.
Heliconia psittacorum
,
o ave del paraíso, ha mostrado ser la especie más interesante, si bien se han propuesto otras soluciones
para adaptarse a las exigencias de cada proyecto.
Una de las claves del éxito de los humedales en Francia Metropolitana radica en la simplicidad de la
explotación de las plantas. Con poco o incluso sin material electromecánico y, por lo tanto, sin elec-
tricidad si la topografía lo permite, las tareas de explotación son simples y los riesgos de fallas escasos.
Las tareas de mantenimiento de los vegetales son, sin embargo, más exigentes en zona tropical y
constituyen la principal ocupación del operador de la planta.
La compacidad del sistema tropical no sólo permite competir con los procedimientos convencionales
cuando el suelo disponible es limitado; sino que permite también ser competitivo por encima de la
capacidad económica límite definida en Francia Metropolitana (5 000 HE). El abanico de posibilidades
para el uso de los HA es amplio, desde instalaciones semi-colectivas para parcelas o aldeas aisladas,
hasta aglomeraciones urbanas de tamaño medio.
Las recomendaciones de esta guía, elaborada con base en investigaciones realizadas en los DFU
pueden aplicarse por extensión a toda la zona tropical.
Además de describir los procesos que actúan en estos sistemas y los rendimientos de los diferentes
procedimientos estudiados, esta guía presenta diversos aspectos que deben tomarse en consideración
al elaborar un proyecto de saneamiento. Así, se presentan:
nlas características de las aguas residuales de pequeñas comunidades de los DFU y la relación entre
habitante y habitante-equivalente;
nuna recapitulación de las reglas para determinar los requisitos de vertido;
nlas alternativas tecnológicas disponibles en función de las limitaciones locales y de las posibles
fases de construcción;
nlas reglas precisas de dimensionamiento y de diseño de la planta;
nlas diferentes especies vegetales que pueden utilizarse;
nlas tareas de explotación y vigilancia a realizar para una gestión óptima de la planta.
Palabras claves:
saneamiento, pequeñas comunidades, gestión de lodos, zona tropical, humedales
artificiales.
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Índice
Introducción
1. Principios de funcionamiento de los HA
1.1 Filtro de flujo vertical insaturado
1.2 Diferentes configuraciones del sistema tropical
Recirculación
Filtro vertical insaturado/saturado
Segunda etapa de tratamiento
1.3 Procesos depuratorios y control del sistema
Retención física y gestión de los lodos
Tratamiento biológico y aireación
Tratamiento del nitrógeno, filtración y espesor del lecho filtrante
1.4 Papel de los vegetales
1.5 Rendimientos depurativos de los HA en zona tropical
Características de las aguas residuales domésticas en los DFU; consideración del impacto de los episodios de lluvia.
Rendimientos de los diferentes sistemas de humedales artificiales en clima tropical
Rendimientos de los HA a la escala del proceso global
2. Diseño: objetivos de tratamiento, cargas a tratar y estrategia
2.1 Requisitos del vertido
Exigencias reglamentarias
El medio receptor
2.2 Elección del sistema a implementar
2.3 Estimación de las cargas a tratar
Definición del HE tropical
Coeficientes de corrección para el dimensionamiento del sistema
Fases temporales de los proyectos
3. Reglas de dimensionamiento y materiales
3.1 Protección de las instalaciones
3.2 Dimensionamiento de los filtros
Factores de dimensionamiento
Tipo de construcción
Altura de resguardo
3.3 Unidades del sistema y red de alimentación
Características de la alimentación en discontinuo
Alimentación por gravedad
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Alimentación mediante estación de bombeo
Red de alimentación
3.4 Red de aireación-drenaje
3.5 Estanqueidad y materiales
Estanqueidad artificial, natural e infiltración
Materiales de relleno de los filtros
3.6 Dimensionamiento de los filtros horizontales
Hidráulica
Degradación de los contaminantes
4. Qué plantas utilizar en los HA de la zona tropical ?
4.1 Resultados del estudio
Las Zingiberales
Las Ciperáceas
Las Poáceas
4.2 Herbario para los HA en los DFU
5. Implementación y gestión del sistema
5.1 Implementación de los HA
Experiencia adquirida en la construcción
Lista de los documentos que deben aportarse y las pruebas que debe realizar el constructor
Incidentes importantes con impacto sobre las estaciones
5.2 Diferentes fases de operación de los filtros
Plantación de los vegetales y fase de puesta en marcha de los HA
Funcionamiento normal
Funcionamiento degradado
Extracción de los lodos
Colmatación irreversible
5.3 Gestión de las obras en la zona tropical
Tropicalización de las instalaciones
Mantenimiento de los vegetales
Síntesis de las tareas a realizar
Resultados de la experiencia en Guyana
5.4 Seguimiento reglamentario
Producción de documentos
Metrología y realización de las mediciones de control y seguimiento
6. Conclusión
7. Glosario
8. Siglas y abreviaciones
9. Lista de figuras, cuadros y encuadres
10. Bibliografía
El sistema francés de HA plantados con carrizos (FPR, por sus siglas en francés) ha sido
desarrollado por el Instituto Nacional de Investigación en Ciencias y Tecnologías para el
Medio Ambiente y la Agricultura (Irstea1) desde los años 80. Dentro de la familia de los
constructed wetland
de la cual forman parte, los FPR presentan la particularidad de que son
alimentados con aguas brutas, lo que permite el tratamiento conjunto de las aguas y los
lodos en un mismo sistema. Actualmente, este sistema es el preferido por las pequeñas
comunidades: se estima que el 80% de las estaciones de menos de 2 000 habitantes-
equivalentes (HE) construidas cada año en Francia son FPR.
Los trabajos realizados por Irstea en la zona tropical se iniciaron en 2005 en asociación con
el Sindicato Intercomunal de Agua y Saneamiento de Mayotte (SIEAM, por sus siglas en
francés). Los dos primeros HA en zona tropical entraron en servicio en Mayotte en 2006
(Hachenoua: 110 HE, y Totorossa: 145 HE).
En 2010, la Oficina Nacional del Agua y de Medios Acuáticos (Onema, que en 2017 pasó a
ser la Agencia Francesa de la Biodiversidad, AFB) solicitó a Irstea trabajar en el desarrollo de
alternativas de tratamiento de aguas adaptadas a las pequeñas comunidades de ultramar.
Un diagnóstico de la situación en los diferentes departamentos muestra que la tecnología
que responde mejor a los desafíos de los DFU es la de los FPR (Eme, 2012).
Gracias a un trabajo conjunto con técnicos locales, se crearon varias estaciones en Guyana
(Bois d’Opale 1 [300 HE] en 2010 y Bois d’Opale 2 [480 HE] en 2012), Martinica (Mansarde
Rancée [1000 HE] en 2013 y Taupinière [900 HE] en 2014), Guadalupe (Les Mangles
[120 HE] en 2015), Mayotte (Champ d'Ylang 2 [180 HE] en 2015) y en La Reunión (Salazie
[90 HE] en 2017).
El proyecto Attentive (Saneamiento de aguas residuales adaptado al contexto tropical
mediante el tratamiento extensivo utilizando vegetales), que se focaliza en las Antillas, recibió
en octubre de 2014 de manos de la Ministra de Ecología, Desarrollo Sostenible y Energía, el
premio de ingeniería ecológica en la categoría “Gestión alternativa de aguas residuales y
pluviales”.
Este reconocimiento nacional de los HA en zona tropical facilitó su aceptación por parte del
ejecutivo local. En la figura 1A se muestra que en Francia Metropolitana fue necesario esperar
cerca de 15 años para que el número de filtros plantados se multiplicara. De forma similar
ha sucedido en Mayotte donde, después de 8-10 años, el sistema parece haber ganado la
confianza de las constructoras (Figura 1B). El esquema rector de saneamiento de Mayotte
de 2015 incluye los HA como el sistema más representado en número de estaciones en el
futuro parque de la isla.
En Guyana han sido construidos seis HA desde 2010, y la Comunidad de Comunas del Centre
Litoral convocó en 2017 a una licitación de obra para un filtro de 3 000 HE. El hecho de que
se haya solicitado una planta de HA con tal capacidad de tratamiento, demuestra un gran
aumento del interés de la comunidad a lo largo de estos últimos 10 años gracias a los
positivos resultados de este sistema.
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Introducción
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Habitante-equivalente (HE)
El HE es la unidad de medida
que permite evaluar la
capacidad de una estación
de depuración. Se basa en la
cantidad de contaminantes
emitidos por una persona en
un día. La directiva europea
del 21 de mayo de 1991
define el HE como “la carga
orgánica biodegradable
que tiene a los 5 días una
demanda bioquímica de
oxígeno (DB05) de 60
gramos de oxígeno al día”.
La cantidad real emitida por
una persona cambia en
función del contexto (parte
2.3.1 p. 32).
1- En esos años Cemagref, Centro
Nacional de Mecanización Agrícola,
Ingeniería Rural y de Aguas y Bosques,
que pasó a ser Irstea en 2011.
9
Los HA son de gran interés para la zona tropical y aportan garantías a la Autoridad
Contratante:
-
proceso robusto,
con respecto a la capacidad para mantener una calidad de tratamiento
elevada (parte 1.5 p. 19), incluso en presencia de importantes variaciones de cargas
orgánicas e hidráulicas;
-
simplicidad de explotación,
ya que el mantenimiento de este tipo de estación no requiere
conocimientos técnicos particulares y exige poco tiempo (aproximadamente 300 horas de
trabajo por año para una estación de 1 000 HE; parte 5.3 p. 57);
-
utilización de materiales locales
para la construcción, dado que el soporte para el
desarrollo de la biomasa es gravilla y que son necesarios pocos equipos electromecánicos
(exógenos) en comparación con otras tecnologías;
-
fácil gestión de los subproductos,
ya que los filtros son alimentados con las aguas
residuales brutas y el tratamiento de lodos se realiza en la superficie del filtro (parte
1.3 p. 17). En Francia Metropolitana, los lodos deben ser retirados cada 10-15 años y
pueden ser valorizados directamente en agricultura;
-
sobriedad, ya
que no utiliza productos químicos y puede incluso prescindir de electricidad
cuando la topografía del sitio lo permite (flujo por gravedad; parte 3.3 p. 39);
-
aceptación de grandes cargas hidráulicas características de la temporada de lluvias
lo cual es
posible cuando se trata de una red de saneamiento unitaria. Se han enviado
ocasionalmente láminas de agua de más de 5 m sobre los filtros, esto es, ¡15 veces la
carga nominal! (Arias López, 2013);
-
Compacidad relativa del sistema
(0,8 a 1 m²/HE) en relación con otros sistemas
extensivos (lagunaje natural: 5 a 6 m²/HE en clima tropical) o incluso en relación con el
sistema clásico utilizado en Francia Metropolitana (2 a 2,5 m²/HE);
-
división de los proyectos en fases temporales
(parte 2.3.3 p. 33 y Figura 17 p. 34).
Los filtros son divididos en lechos que pueden ser construidos o puestos en servicio a
medida que evolucionan las necesidades. Esto resulta particularmente interesante en los
DFU, donde el crecimiento demográfico es importante y donde las inversiones se hacen
a largo plazo.
A B
Figura 1. Evolución del número de humedales artificiales (HA) en Francia Metropolitana (A) y en Mayotte (B) (Base de datos ERU,
SIEAM).
En esta primera parte se presentan las generalidades acerca del proceso HA adaptado al
clima tropical y sus diferentes variantes. Se describen los procesos depurativos de las
diferentes etapas del tratamiento. Se presenta una síntesis del conjunto de seguimientos
realizados ilustrando los rendimientos de depuración del sistema. Por último, se aborda el
problema de los lodos y su gestión.
Este tipo de sistemas se denominan a menudo de “fitodepuración” ya que utilizan
vegetales para el tratamiento de la contaminación. Sin embargo, el papel de los vegetales
(Epnac, 2014) en la depuración del agua es insignificante comparado con la acción de
las bacterias.
1.1. Filtro de flujo vertical insaturado
Los humedales artificiales se inspiran de la capacidad natural de depuración de los
ecosistemas de zonas húmedas (humedales naturales). Iniciada en Alemania entre
1960-1980, la investigación acerca de estos sistemas de tratamiento extensivos por cultivo
fijo sobre soporte fino, se extendió en el continente norteamericano y en el norte de Europa
(Dinamarca, Reino Unido) en la década de los 70. En 1980, Irstea (en esa época Cemagref)
inicia un estudio experimental para establecer las reglas de dimensionamiento de lo que
se convertirá en el bien conocido sistema francés. Su originalidad estriba en el tratamiento
conjunto de las aguas residuales y los lodos en un mismo sistema, de flujo vertical, aeróbico
y que produce un depósito orgánico estable que puede ser valorizado en la agricultura.
10
Principios de funcionamiento
de los HA
1
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Figura 2. Corte transversal esquemático de un filtro plantado con vegetales (HA) de flujo vertical
(Dibujo Saurel para AFB).
Un HA de flujo vertical es un lecho de gravilla aislado artificialmente del suelo, atravesado
por una red de aireación-drenaje y sobre el cual se plantan vegetales (Figura 2). Las aguas
residuales brutas son alimentadas en discontinuo* (en
batch
) sobre la superficie del filtro
(*el volumen alimentado equivale al de una lámina de agua de 2,5 cm repartida sobre
toda la superficie del filtro). El agua percola a través del lecho filtrante y es recogida por
el sistema de drenaje.
Los sólidos en suspensión (SS) contenidos en el efluente son filtrados por la capa de gravilla
más fina y retenidos en la superficie del filtro. Ésta se acumula formando una capa de
depósito que refuerza la capacidad de retención física del filtro. Se trata de una capa
biológicamente muy activa, que se mineraliza rápidamente.
Los sólidos disueltos son degradados por la biomasa bacteriana que se
desarrolla sobre la gravilla que compone el lecho filtrante y sobre el depósito
orgánico. El sistema ha sido diseñado para garantizar una buena oxigenación
del lecho, favoreciendo así el desarrollo de las bacterias con metabolismo
aeróbico. Las plantas presentes en la superficie del filtro facilitan mecánica-
mente la oxigenación del filtro. El movimiento de los tallos generado por la
acción del viento abre anillos en la capa de lodos acumulados en la superficie
del filtro (Figura 3). Estos anillos evitan que la superficie del sistema se
colmate, facilitando así la infiltración de las aguas residuales y el intercambio
de gases.
La biomasa bacteriana utiliza para su metabolismo el oxígeno del aire
presente en el lecho y la materia orgánica disuelta., El desafío en la gestión
de los filtros para garantizar la perennidad de la estación, consiste en
controlar este crecimiento bacteriano, que tenderá naturalmente a ocupar
la porosidad del lecho hasta colmatar el sistema. En ese caso, las aguas residuales ya no
podrían infiltrarse y no se produciría el intercambio de gases. Por esta razón los filtros
verticales son alimentados en alternancia. El sistema tropical* incluye dos filtros que son
alimentados por turnos durante 3,5 días (Figura 4) distinguiéndose, por lo tanto, una fase
de alimentación del filtro y una fase de reposo. Durante esta última, en ausencia de aguas
residuales, la población bacteriana se autorregulará, controlando, así, la biomasa
producida.
*Nota: en el texto se habla de sistema tropical para hacer referencia a los humedales
artificiales que incluyen elementos de adaptación al clima tropical, ya sea a nivel de diseño
como de gestión del proceso.
11
Figura 3. Ilustración del papel mecánico de los
vegetales en los lechos de secado de lodos
plantados con carrizos.
© Irstea
Figura 4. Esquema del sistema tropical (Esquema de un humedal artificial adaptado a la zona tropical)
12
Figura 5. Esquema del sistema clásico metropolitano.
El sistema clásico metropolitano
En Francia Metropolitana, la actividad bacteriana es menor debido a las bajas tempe-
raturas del invierno y, en consecuencia, los períodos de reposo para permitir que la bio-
masa se reequilibre son más largos. El sistema se compone de tres filtros en paralelo a
fin de obtener un período de reposo que sea el doble del período de alimentación.
En comparación con el sistema clásico metropolitano (Figura 5), el sistema tropical
simple incluye una única etapa de tratamiento, compuesto por dos filtros que funcionan
alternativamente. Las temperaturas medias más altas favorecen la actividad biológica
y evitan en muchos casos (de acuerdo con los requisitos de vertido) la necesidad de recurrir
a una segunda etapa de tratamiento. La ventaja es consecuente en términos del área
ocupada sobre el suelo y simplifica, además, las necesidades de materiales: por ejemplo, una
segunda etapa de tratamiento implicaría el uso de arena como material filtrante, materia
prima difícil de conseguir en los DFU.
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
1.2. Diferentes configuraciones del sistema tropical
En función de los requisitos de vertido, pueden modificarse algunos parámetros del sistema
para mejorar los rendimientos. Así, es posible incluir:
- un circuito de recirculación;
- un fondo saturado;
- una segunda etapa de tratamiento o un módulo de desinfección.
El párrafo 2.2 p. 29 describe en detalle la elección de la variante a aplicar en función de
los objetivos de tratamiento.
1.2.1 Recirculación
Se puede instalar un circuito de recirculación de aguas tratadas en una única etapa de
tratamiento. Para ello, se requiere de una trampilla de recirculación y, en algunos casos,
de un pozo o estación de bombeo que envía parte de los efluentes a la cabeza de la
planta.
La recirculación permite:
-
diluir las aguas brutas
y así disminuir la producción de H2S en el pozo de bombeo que
es, por lo general, propicio a la emisión de malos olores en los DFU;
-
aumentar el tiempo de residencia de las aguas residuales
en el sistema y así mejorar
una parte del tratamiento (DQO, DBO5);
- asegurar una hidratación adecuada de los vegetales, cuando la estación opera a baja
carga hidráulica; en particular durante la temporada seca.
En contrapartida, la recirculación aumenta la altura de lámina de agua clara aplicada
sobre el filtro y amplifica los fenómenos de sobrecarga hidráulica, frecuentes durante la
temporada de lluvias. Prost-Boucle y Molle (2012) mostraron que, en clima metropolitano,
no interesa aumentar la tasa de recirculación por encima del 100%, ya que puede afectar
negativamente la nitrificación (carga hidráulica inferior a 75 cm/d en el filtro en servicio).
Este valor límite de la tasa de recirculación no se ha verificado aún en clima tropical.
En cualquier caso, la recirculación limita la aceptación de la sobrecarga hidráulica en
temporada de lluvia en comparación con un sistema sin recirculación.
La recirculación implica, además, la necesidad de suministrar electricidad a la estación
para hacer funcionar el pozo de bombeo, ya sea en cabeza de estación, para enviar la
alimentación (la recirculación es entonces por gravedad), o bien a la salida del filtro para
controlar la recirculación. Cuando la recirculación se realiza por
gravedad, se utiliza una lámina dentada regulable, accesible a nivel de la
trampilla de recirculación (Figura 6). En caso de recirculación mediante pozo de
bombeo, se aconseja encarecidamente que las aguas tratadas se evacúen por
gravedad para evitar la inundación de los filtros en caso de avería o de corte
de corriente.
En cuanto al control de los rendimientos de la instalación, la presencia de un
circuito de recirculación exige calcular los rendimientos a dos niveles:
- los rendimientos de la estación, entre aguas brutas y aguas tratadas;
- los rendimientos del filtro en operación, entre las aguas aplicadas (aguas
brutas + aguas recirculadas) y las aguas tratadas.
1.2.2 Filtro vertical insaturado/saturado
Los HA de flujo vertical clásicos son sistemas enteramente aeróbicos. En estas condiciones,
no pueden producirse los procesos de degradación anóxicos (en particular la desnitrifica-
ción). Establecer una zona saturada en el fondo del filtro permite que éste opere en
condiciones anóxicas en dicha región del filtro, logrando un tratamiento más intensivo
de algunos compuestos (Figura 7). Esto equivaldría a superponer un filtro de flujo vertical
insaturado sobre un filtro de flujo horizontal.
13
Cálculo de la tasa
de recirculación
Tasa de recirculación (%) =
(caudal recirculado/caudal
saliente) x 100
Una tasa de recirculación de
100% significa que hay tanta
agua recirculada como agua
que sale de la estación; lo
que equivale a duplicar la
carga hidráulica que recibe el
filtro en operación.
Figura 7. Esquema de un filtro vertical insaturado/saturado (Dibujo Saurel para AFB).
© Irstea
Figura 6. Lámina dentada para recirculación
manual.
Figura 8. Alimentación de la 2ª etapa de la estación de Mansarde Rancée (Martinica) antes de la plantación,
febrero de 2014.
Además de requerir una mayor altura del lecho, un filtro insaturado/saturado requiere:
- una red de aireación intermedia a 5 o 10 cm por encima del nivel alto de la parte
saturada, para mantener las condiciones aeróbicas en la parte superior del filtro;
- una trampilla de nivel con la cual pueda ser controlada la altura del nivel de agua de la
zona saturada.
La altura del nivel de agua de la zona saturada, influye sobre las condiciones de óxido-
reducción, el tiempo de residencia hidráulico del efluente en el sistema y la velocidad de
flujo en la porosidad. Además, la zona saturada debe vaciarse parcialmente cada año para
evitar la colmatación del filtro. Las aguas de vaciado son enviadas a cabeza de planta
para que los depósitos queden retenidos en la superficie de los filtros.
El uso de una zona saturada en el filtro permite, fundamentalmente:
-
potenciar el tratamiento del nitrógeno total
al establecer una zona anóxica, condición
indispensable para la desnitrificación;
- mejorar los rendimientos de la
degradación del carbono
gracias a un consumo
suplementario asociado a las reacciones de desnitrificación;
-
capturar los SS
residuales y garantizar así una concentración de sólido suspendidos
totales (SST) en el efluente inferior a 25 mg/L, condición indispensable para el funciona-
miento de módulos UV.
1.2.3 Segunda etapa de tratamiento
El sistema tropical simple está constituido de una única etapa de tratamiento, pero es
posible añadir una segunda etapa en aquellos casos en los que los valores límites de
emisión de contaminantes son muy exigentes. En estos casos, pueden valorarse diferentes
opciones tecnológicas.
nFiltro de flujo vertical insaturado
En la segunda etapa, el filtro vertical sigue las mismas reglas de dimensionamiento que
la primera etapa (parte 3.2 p. 37), pero con las siguientes cargas aplicadas: carga hidráulica
0,37 m/d, 70 gDQO/m²/d, 20 gDBO5/m²/d, 30 gSST/m²/d y 15 gNTK/m²/d.
La red de alimentación es en cambio diferente: se compone de una red superficial de
canalizaciones en carga, perforadas con orificios de más de 8 mm de diámetro (Figura 8).
La alimentación se realiza en discontinuo (en
batch
), como en la primera etapa.
Existen diferencias en la composición de las tres capas de gravilla en comparación con un
filtro de la primera etapa de tratamiento (parte 3.5.2 p. 42):
- capa de filtración: 30 cm de arena (0,25 < d10 < 0,4 mm, d60/d10 < 5) ;
- capa de transición: 10–20cm of 3/10mm gravel;
- capa de drenaje: 10–20cm of 20/60mm gravel.
14
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
© Irstea
Figura 9. Esquema de un filtro de flujo horizontal (Dibujo Saurel para AFB).
Una segunda etapa vertical
potencia el tratamiento del amonio
(> 90%), así como
garantiza bajos valores límites de emisión en SST
(< 25 mg/L) y en DQO (< 90 mgO2/L).
Sin embargo, la dificultad para encontrar arena en los DFU podría limitar el uso de filtros
verticales en la segunda etapa. Esta configuración puede ser interesante para aquellos
emplazamientos con suelos poco profundos: se pueden así utilizar dos etapas de filtración
con filtros de 60 cm de profundidad. Además, si el desnivel lo permite, con este sistema
permite operar por gravedad, permitiendo así un tratamiento aeróbico más intenso.
n Filtro de flujo horizontal
En los filtros de flujo horizontal, el lecho filtrante está totalmente saturado con agua.
El efluente se reparte por todo lo ancho y alto del filtro gracias a un sistema de distribución
ubicado en un extremo del estanque; a continuación, el efluente fluye a través del sustrato
en sentido horizontal principalmente. En la mayoría de los casos, la alimentación es conti-
nua porque la carga orgánica aportada es baja y la superficie relativamente importante
(Figura 9).
La evacuación de las aguas tratadas se realiza con un sistema de drenaje situado en el
fondo, en el extremo opuesto del filtro, enterrado bajo una capa de piedras drenantes.
Este tubo está conectado a un sumidero de control de nivel que permite regular la altura
del rebosadero y, por lo tanto, la del agua en el compartimento* de manera que éste esté
saturado. El nivel del agua debe mantenerse aproximadamente 5 cm por debajo de la
superficie del material, lo que evita los flujos preferenciales en superficie y asegurar un
flujo homogéneo.
15
El filtro de flujo horizontal debe estar precedido obligatoriamente por una etapa de
tratamiento primario. En Mayotte (estación de Totorossa) se estudió su asociación con un
decantador. Sin embargo, el filtro se colmató rápidamente debido a una explotación poco
rigurosa del decantador. Esta experiencia muestra claramente la fragilidad de los filtros
de flujo horizontal, en particular cuando se sitúan a continuación de un tratamiento
primario sensible a las variaciones de carga (episodios lluviosos, en particular). Sin
embargo, un segundo nivel horizontal bien dimensionado colocado después de un filtro
de flujo vertical, podría ser una solución interesante. Se detallará únicamente esta
última combinación, más confiable, especialmente en el contexto tropical en el que las
sobrecargas hidráulicas pueden ser consecuencia de episodios lluviosos intensos.
Considerando la saturación del medio, el aporte de oxígeno es relativamente bajo y se
hace esencialmente mediante difusión desde la superficie; pero también en menor medida
por liberación de oxígeno desde las raíces de las plantas (efecto rizosfera). Estas
condiciones conllevan el desarrollo de un medio anóxico y de una flora microbiana
adaptada al mismo. Los procesos de degradación anóxica permiten la reducción de los
nitratos a nitrógeno gaseoso (desnitrificación).
Una segunda etapa de tipo flujo horizontal permitiría una desnitrificación completa
(si el carbono no es limitante) y, por lo tanto, una
reducción del nitrógeno total en las
mismas proporciones que el nitrógeno que ha sido nitrificado. Además, completaría el
tratamiento del carbono y de los SST (< 25 mg/L).
n Lecho bacteriano de muy baja carga
La estación de Taupinière en Martinica incluye un lecho bacteriano de muy baja carga
como segunda etapa de tratamiento. Se trata de un lecho de 150 cm de altura constituido
por roca volcánica de 20/60 mm. El sistema de alimentación está compuesto por dos
redes de canalizaciones perforadas con orificios dispuestos en tresbolillo (Figura 10).
La alimentación por batch se hace alternando cada una de estas redes, y utilizando un
volumen correspondiente al de una lámina de agua de 3 cm, cada 5 minutos. Este modo
de alimentación permite despegar el exceso de biopelícula que se desarrolla sobre los
bloques. Los compartimentos situados en el fondo del lecho permiten la separación entre
las aguas tratadas y los lodos secundarios. Estos últimos son extraídos de 1 a 4 veces al
día y se recirculan a cabeza de estación.
El lecho bacteriano se dimensiona con muy baja carga: con una altura de 1,5 m de material
y superficie específica de 150 m²/m3, la carga superficial es de 3,5 g DBO5/m²/d.
En este tipo de sistemas, el aporte de oxígeno es importante para permitir un
tratamiento
más intenso del nitrógeno reducido
(NTK < 10 mg/L). Su carácter compacto (en torno a
0,1 m²/HE) y el hecho de que se evita el uso de arena lo convierten en una opción
interesante. Pero también presenta inconvenientes. El principal es que, para asegurar
una alimentación suficiente, es indispensable un circuito de recirculación. En caso de
sobredimensionamiento de la estación (muy frecuente), puede resultar que las aguas sean
recirculadas varias decenas de veces antes de salir de la estación. Además, por lo general,
es necesario un segundo sistema de bombeo para devolver los lodos extraídos a cabeza
de estación.
16
Figura 10. Lecho bacteriano de baja carga como segunda etapa de tratamiento (Fuente: sistema Combipur).
© de Epur Nature
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
17
1.3 Procesos depuratorios y control del sistema
En esta parte, se detallan los diferentes mecanismos que participan en el tratamiento de
aguas por un HA, así como la manera de conducir el sistema manteniendo las condiciones
indispensables para el buen funcionamiento del proceso.
1.3.1 Retención física y gestión de los lodos
Las aguas residuales brutas son vertidas sobre la superficie del filtro. La fracción particulada
de la materia orgánica queda retenida en la superficie del filtro a través de un mecanismo
físico de filtración. La capa de lodos que se crea, es muy rica en microorganismos que
rápidamente van a mineralizar la materia orgánica.
El espesor de la capa aumenta 2,5 cm por año en Francia Metropolitana, lo que contribuye
a una mejora del rendimiento del sistema con el tiempo (retención física, actividad
biológica). Sin embargo, la acumulación de lodos en la superficie del filtro perturba el flujo
de las aguas residuales a través del mismo y los intercambios gaseosos entre la atmósfera
y el filtro. Tres componentes del sistema permiten combatir este efecto de colmatación a
corto, medio y largo plazo:
- los tallos de las plantas gracias a su acción mecánica sobre la capa de depósitos,
mantienen permanentemente la conductividad hidráulica y los intercambios gaseosos del
sistema (parte 1.4 p. 19);
- la alternancia entre los diferentes filtros permite respetar los períodos de reposo,
indispensables para la mineralización de la materia orgánica acumulada durante la fase
de alimentación;
- la capa de lodos acumulada en la superficie del filtro debe retirarse cuando alcanza una
veintena de centímetros (en la práctica, en Francia Metropolitana cada 10 a 15 años).
En la zona tropical, la velocidad de mineralización de la materia orgánica es mucho mayor,
a tal punto que no ha sido posible evaluar con precisión la acumulación de lodos con el
tiempo durante los seguimientos realizados hasta el presente. Una cosa es indudable: la
acumulación es menor que en Francia Metropolitana, lo que tiene consecuencias sobre
las tres operaciones de gestión de los lodos:
- el papel mecánico de los vegetales sigue siendo fundamental, pero una menor cantidad
producida de lodos, debería extender la variedad de especies para incluir plantas con una
menor densidad de tallos;
- la mayor velocidad de mineralización de la materia orgánica implica una reducción del
período de reposo entre dos ciclos de alimentación. El período de reposo tiene, así,
la misma duración que el período de alimentación, lo que permite reducir a dos el
número de filtros en paralelo (en lugar de tres como en el sistema clásico de Francia
Metropolitana);
- la frecuencia de extracción de los lodos dismi-
nuye y, por lo tanto, el periodo de acumulación
de lodos podría aumentar por encima de los
15 años.
La retención física en la superficie del filtro es
una etapa muy importante del tratamiento. Es
el mayor factor responsable de la
reducción de
los SST
en el sistema. La fracción particulada de
la polución de carbono se retiene en la superficie
de los filtros y representa más de un tercio
de
la carga en DQO
. También se eliminan las
formas particuladas
nitrogenadas y fosfatadas
.
Por último, es en esta capa de lodos donde se
encuentran determinados
microcontaminantes
que son retenidos por el sistema (Choubert, 2011).
© Étiage Guyane
Figura 11. Operación de extracción de lodos en Bois d’Opale 1,
Guyana. Estos lodos pueden ser valorizados en agricultura
(Epnac, 2014).
1.3.2 Tratamiento biológico y aireación
Los HA forman parte de la familia de los tratamientos biológicos por cultivo fijo sobre
soporte fino. La biomasa depuradora se desarrolla en la gravilla que compone el lecho
filtrante y forma una matriz: la biopelícula. Ésta es un amasijo de materia orgánica
compuesta de polisacáridos secretados por las bacterias depuradoras. Sirve de interfase
entre las bacterias y el medio externo. La materia orgánica disuelta/nutriente penetra en
la biopelícula por simple difusión en función del gradiente de concentración. Los HA son
sistemas aeróbicos, esto es, las bacterias utilizan el oxígeno disuelto para su metabolismo.
Existen varios tipos de bacterias en el interior del filtro. En los primeros centímetros se
encuentra la principal actividad de las bacterias heterótrofas, responsables de la
degradación de la materia carbonada. Su metabolismo, muy dinámico, les permite ganar
la delantera a las bacterias autótrofas, que degradan el nitrógeno amoniacal en procesos
más lentos. Estas últimas se encuentran en un rango más amplio de profundidades.
Es fundamental mantener las condiciones aeróbicas en el interior del filtro. Para hacerlo,
las aguas residuales se aportan puntualmente en grandes volúmenes. Este sistema de
alimentación en discontinuo permite que el agua se reparta sobre toda la superficie del
filtro. La infiltración de esta napa de agua remueve una parte del aire empobrecido en
oxígeno que está contenido en el lecho, y permite su renovación por convección. Los
fenómenos de difusión desde la superficie o desde el fondo del filtro a través de la red de
drenaje conectada a la atmósfera, completan la aireación del lecho. El volumen de los
batch
y la densidad de la red de aireación-drenaje son los parámetros claves del diseño, y
determinarán la capacidad de aireación del sistema.
La biopelícula se desarrolla en el espacio intersticial entre los diferentes granos que
componen el lecho. Cuando las condiciones son propicias, su crecimiento es continuo
conduciendo a la colmatación en el seno del lecho filtrante. Como en el caso de la gestión
de los depósitos superficiales, los períodos de reposo son indispensables para regular la
materia orgánica de la biopelícula en el interior del filtro.
Los primeros 40 centímetros del filtro (así como la capa de lodos) son el lugar donde se
produce el tratamiento de la mayor parte de la materia carbonada aportada al sistema.
También es oxidada una parte de la carga nitrogenada. El metabolismo bacteriano
consume el fósforo en una proporción del 1 al 2% de la masa de DBO5consumida.
1.3.3 Tratamiento del nitrógeno, filtración y espesor del lecho
filtrante
Teniendo en cuenta que la distribución de bacterias autótrofas en el filtro puede alcanzar
cotas más profundas, es posible variar la altura de la capa filtrante entre 30 y 80 cm,
según los objetivos de nitrificación. Sin embargo, por encima de los 60 cm, se recomienda
instalar una red de aireación intermedia, en medio de la capa, que asegure la aireación
por difusión en medio del filtro.
La instalación de un fondo saturado (capítulo 1.2.2 p. 13) permite maximizar el tratamiento
del nitrógeno global con un sobrecoste modesto, al permitir que se lleve a cabo la desni-
trificación. Esto se consigue aumentando la altura de la capa drenante para poder crear
una zona saturada utilizando un codo que permita la puesta a nivel del agua en el fondo
del filtro (Figura 7). De esta forma, las condiciones anaeróbicas necesarias para que se
produzca la desnitrificación, tienen lugar en esta parte saturada. La ausencia de carbono
disponible podría limitar, sin embargo, la desnitrificación en este tipo de sistemas.
Existen diversas configuraciones de filtros posibles en función de los requisitos de vertido.
La altura de la capa filtrante permite mejorar más o menos la
nitrificación
y también,
aunque en menor medida, la retención de las SST. La presencia de una zona saturada
permite la
desnitrificación
de las formas oxidadas del nitrógeno, así como asegura
la calidad de
los vertidos en términos de SST
(< 25 mg/L) y en DQO. El desafío consistiría
entonces, en adaptar la profundidad de las capas no saturadas y saturadas de manera a
optimizar el tratamiento, especialmente del nitrógeno global.
Independientemente de la elección, el tiempo de residencia de los efluentes en el sistema
es relativamente corto (inferior a un día) y no permite el tratamiento de los gérmenes
patógenos (factor de reducción de 2 a 3 unidades log máximo).
18
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Autótrofos y heterótrofos
Esta distinción se basa en la
capacidad de los organismos
para producir su propia
materia orgánica a partir de
minerales o de gases
(= autótrofos; por ejemplo, las
bacterias nitrificantes), o su
dependencia frente al
carbono orgánico (= heteró-
trofos). Las bacterias nitrifi-
cantes son quimioautótrofas:
producen su materia orgánica
a partir del carbono presente
en el aire, pero utilizan la
energía química que
recuperan de la oxidación
del amonio en nitratos para
sintetizar sus compuestos.
1.4 Papel de los vegetales
El rol que juegan los vegetales se presenta estratégicamente en esta sección, aparte de
los procesos depurativos. En efecto, los vegetales tienen como función mantener las
condiciones necesarias para que los procesos depurativos se produzcan, pero no participan
directamente en la depuración para los sistemas aquí descritos.
El papel principal de los vegetales en los humedales artificiales de flujo vertical
alimentados con aguas residuales brutas, es el de la acción mecánica, impidiendo que
se colmate el depósito orgánico formado en la superficie de los filtros.
Por acción
del viento, los tallos de las plantas se mueven dibujando anillos en la capa de lodos
(Figura 3 p. 11). Esos anillos permiten la infiltración de las aguas residuales y el intercambio
gaseoso entre la atmósfera y el interior del lecho filtrante. El crecimiento homogéneo de
los tallos en toda la superficie de los filtros (lo contrario a un desarrollo en manojos densos)
y una alta densidad de tallos, son la garantía para asegurar una transferencia óptima de
gases con el fin de mantener la capacidad depurativa de los filtros.
Las raíces de las plantas secretan compuestos orgánicos (exudados radiculares*) y peque-
ñas cantidades de oxígeno. En consecuencia, en la superficie de las raíces se desarrolla
una flora bacteriana más variada y más densa que en el resto del lecho. En los sistemas
saturados (filtros de flujo horizontal), estas bacterias desempeñan un papel nada despre-
ciable en el tratamiento de los efluentes (Gagnon, 2007).
Las plantas participan en el desarrollo de la biodiversidad microbiana en el interior del fil-
tro, pero en el caso de los filtros de flujo vertical el impacto sobre el tratamiento es de es-
casa importancia.
El tratamiento de las aguas residuales por los HA descritos aquí es, por lo tanto, efecto de
la biomasa microbiana contenida en el lecho y no de los vegetales, cuya extracción con
fines metabólicos es insignificante. El término comercial de fitodepuración es, en este caso,
considerablemente exagerado.
1.5 Rendimientos depurativos de los HA en zona
tropical
Los proyectos iniciados en los DFU con el apoyo de la AFB han permitido estudiar siete
estaciones (Cuadro 1). Se realizaron un centenar de balances de materia durante un
periodo de 24 horas con un muestreo proporcional al caudal.
19
Cuadro 1.
Presentación de las diferentes estaciones pilotos en zona tropical
Hachenoua
Bois d'Opale 1
Bois d'Opale 2
Mansarde Rancée
Taupinière
Les Mangles
Champ d'Ylang 2
Mayotte
Guyane
Guyane
Martinique
Martinique
Guadeloupe
Mayotte
110 EH
300 EH
480 EH
1 000 EH
900 EH
120 EH
190 EH
Abril 2006
Mayo 2010
Marzo 2012
Enero 2014
Noviembre
2014
Octubre 2015
Noviembre
2015
16
9
13
3
31
17
7
53 %
33 %
29 %
10 %
84 %
4 %
81 %
65 %
139 %
169 %
16 %
98 %
15 %
105 %
1 nivel: 2 HA
NS capa filtrante de 80 cm
1 nivel: 2 HA
NS 0 y 100% de recirculación
1 nivel: 2 HA
NS 100% de recirculación
1er nivel: 2 x 3 HA NS/S
2º nivel: 2 x 2 HA NS
1er nivel: 2x2 HA NS/S
2º nivel: LB carga baja
1 nivel: 2 HA NS/S
1 nivel: 2 HA NS
Capa filtrante de 30 cm
Nombre Departamento Capacidad Sistema Puesta en
servicio
Número
de balances
Tasa de carga media
(% carga nominal)
Orgánica
Hidráulica
IS: insaturado; IS/S: insaturado/saturado; LB: lecho bacteriano.
Las tasas de carga se calculan para cargas aplicadas de 350 g DQO/m²/d y una lámina de agua de 0,37 m/d,
lo que corresponde a un factor de dimensionamiento de 0,8 m²/HE
* Los términos señalados con un asterisco*
están definidos en el glosario al final del libro.
Extracción por los vegetales
Dependiendo de la especie,
los tejidos vegetales pueden
presentar entre 20 y 200 g de
nitrógeno por metro cuadrado
y por año, y entre 3 y 15 g de
fósforo. Un HE corresponde a
la producción diaria de 15 g
de nitrógeno Kjeldahl y 2,5 g
de fósforo total. Con un
diseño de 0,8 m²/HE, la
participación directa de los
vegetales en el tratamiento a
través de su metabolismo se
limita, por lo tanto, como
máximo, a 2,9% para el
nitrógeno y 1,3% para
el fósforo.
Estas estaciones han sido dimensionadas con un factor de 0,8 m²/HE, lo que corresponde
a una carga aplicada de 350 g DQO/m²/d y una lámina de agua de 0,37m/d en el filtro
en funcionamiento. Las tasas de carga orgánica medias son a veces bajas, pero, por lo
general, las cargas hidráulicas son altas y hasta muy altas. Las conclusiones del estudio
de este panel de estaciones serán representativas de un nivel de carga normal.
En primer lugar, se describirán las características de las aguas residuales brutas observadas
en las pequeñas comunidades del medio rural de Francia Metropolitana. Posteriormente,
dado el desequilibrio observado entre las cargas orgánicas e hidráulicas recibidas por las
estaciones, se desarrollará la problemática de la estación de lluvias y sus consecuencias
para los filtros. Por último, se presentarán los rendimientos de los HA a dos niveles: por
sistemas (filtro vertical insaturado y filtro vertical insaturado/saturado), y después a nivel
del proceso global de tratamiento, a partir de las diferentes configuraciones de los HA
observados en los DFU.
1.5.1 Características de las aguas residuales domésticas en los
DFU; consideración del impacto de los episodios de lluvia.
El conjunto de los resultados de los análisis de aguas brutas de los DFU se presenta
sintetizado en el Cuadro 2. La calidad de los efluentes a la entrada de las estaciones es
muy variable, lo que es característico del saneamiento en pequeñas comunidades. En época
seca, los efluentes están un poco más concentrados de lo que se ha podido observar
en las zonas rurales metropolitanas (Mercoiret, 2010). En cambio, están más diluidos
durante los períodos lluviosos. En ambos casos, las
aguas residuales domésticas brutas
observadas en los DFU se mantienen en la gama de los estándares metropolitanos
y pueden ser tratadas sin problemas por los HA.
El cuadro confirma que el período de lluvias trae consigo una dilución muy importante de
los efluentes a tratar. Se observa un factor de dilución de 2 para el nitrógeno y el fósforo,
de sólo 1,5 para el carbono y de 1,2 para las SST. Comúnmente la dilución durante los
episodios de lluvia afecta de forma asimétrica a los diferentes contaminantes, esto se
explica porque durante la escorrentía, las aguas de lluvia se cargan fundamentalmente
con materias minerales y carbonadas (hidrocarburos en las carreteras, etc.).
La relación de caudales entre los periodos lluviosos y secos indica que, durante los
episodios de lluvia, la carga hidráulica a tratar aumenta a más del doble.
Cuáles son la frecuencia y la amplitud de estas sobrecargas hidráulicas? Cómo se
comportan los filtros durante estos episodios?
20
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Cuadro 2.
Presentación de las características de las aguas residuales brutas de los DFU en periodo seco y durante
los periodos de lluvia, y comparación con los datos de periodos secos de pequeñas comunidades rurales
metropolitanas (Mercoiret, 2010)
Periodo seco
(n = 73)
Periodo lluvioso
(n = 15)
Pequeñas
comunid. metrop.
(n = 10 275)
Máx
Promedio
Mín
ET
Máx
Promedio
Mín
ET
Máx
Promedio
Mín
ET
680
319
32
195
580
209
30
178
1 230
265
5
171
DBO5 (mg/L)
1 394
674
92
340
1 051
449
109
307
2 930
646
30
395
DQO (mg/L)
700
281
28
175
519
223
49
148
2 100
288
2
226
SST (mg/L)
130
83
33
25
87
40
7
27
223
67
1
35
NTK (mg/L)
23,4
10,7
2,7
4,0
11,2
5,7
1,7
2,8
39,2
9,4
0,2
5,3
PT (mg/L)
4,4
2,8
1,9
1,2
Factor carga
hidráulica período
lluvioso/seco
Carga hidráulica nominal
aplicada en el filtro en
funcionamiento
Se expresa en altura de
agua (m), correspondién-
dose con un volumen (m3)
aplicado sobre una
superficie (m²). El factor de
dimensionamiento de los HA
es de 0,8 m²/HE. Como los
dos filtros funcionan
alternativamente, la carga
aplicada sólo se ejerce
en realidad en uno de
los dos filtros, es decir,
0,4 m²/HE.
Para la carga hidráulica, eso
corresponde a:
Recordatorio: se considera
que el volumen de aguas
residuales producido por un
HE es de 150 L/d, es decir,
0,15 m3.
P
ara mayor detalle
En condiciones de carga “normal”, es posible que sólo algunos episodios lluviosos a lo
largo del año (2%) tengan un impacto sobre el funcionamiento de los filtros en cuanto
al nitrógeno se refiere. Bajo ciertas condiciones (sobrecarga orgánica, recirculación),
esta proporción puede aumentar hasta un 15%
(Figura 12). Dichas proporciones deben
modularse en función de la calidad de la red y de la pluviometría local.
La Figura 12 se realizó a partir del registro diario de las cargas hidráulicas
recibidas por la estación de Taupinière (Martinica) entre el 1 de enero de 2015 y
el 31 de mayo de 2017. Los filtros operan sin recirculación y el sistema colector
que lleva el agua hasta la estación es nuevo. Este seguimiento permitió el estudio
de las cargas hidráulicas recibidas por la estación, y la frecuencia y amplitud de
las sobrecargas provocadas por los episodios lluviosos.
Al comenzar el estudio, la tasa de carga orgánica recibida por la estación era
baja (en torno a 30% de la carga orgánica nominal), y aumentó posteriormente.
En ese momento, uno de los filtros se dividió en dos y sólo una mitad se mantuvo
en funcionamiento. De esta manera fue posible estudiar el funcionamiento de la
estación a baja carga (32%, fase de inicio), en condiciones normales (85% de la
carga orgánica nominal, en el filtro completo) y a alta sobrecarga (164% de la
carga orgánica, en el filtro dividido).
A partir del registro de los caudales y de la superficie de los filtros en funciona-
miento, se calculó la lámina de agua diaria aplicada. Estas láminas de agua son
clasificadas en orden creciente. Dado que todas tienen la misma frecuencia de
ocurrencia, la curva de frecuencia acumulada permite representar la dispersión
de las láminas de agua aplicadas y visualizar con qué frecuencia se superan los
valores umbral.
Prost-Boucle y Molle (2012) consideran que cuando la lámina de agua diaria
supera 75 cm, los procesos de nitrificación comienzan a disminuir. Las curvas
indican que, para una carga normal, el 15% de los episodios son superiores a la
carga hidráulica nominal y el 2% de ellos se encuentran por encima del límite a
partir del cual la nitrificación puede resultar afectada. En caso de sobrecarga
orgánica, las frecuencias son mucho más altas: el 95% de los episodios son
superiores a la carga hidráulica nominal y el 15% de ellos se encuentran por
encima del límite de impacto sobre la nitrificación. Una tasa de recirculación del
100% implica una duplicación de la carga aplicada sobre el filtro en operación;
por lo tanto, en términos hidráulicos, a lo que se observa en el filtro con sobre-
carga orgánica.
21
Figura 12. Distribución de las cargas hidráulicas aplicadas en los filtros de la estación de Taupinière (Martinica) entre
el 1/01/2015 y el 31/05/2017. Las barras corresponden a los valores máximos registrados en cada serie.
El 28 de septiembre de 2016, la Martinica fue azotada por la tor-
menta tropical Matthew. Los datos registrados por la estación de
Taupinière permitieron hacer un balance sobre el funcionamiento
del filtro en condiciones extremas.
Entre el 28 a las 13 horas y el 29 a las 3 horas, el pluviómetro de
la estación registró 88,6 mm de lluvia. Se aplicó una lámina de
agua de 2,39 m sobre el filtro en servicio ese día, es decir, 7 veces
la carga nominal. A la salida del filtro, en períodos normales, las
aguas tratadas son bombeadas hacia el lecho bacteriano. Sin em-
bargo, el caudal de las bombas fue insuficiente durante el paso
de Matthew y los filtros se inundaron. La altura de agua máxima
en el pozo de bombeo alcanzó 3 m, lo que corresponde a una
veintena de centímetros de agua en la superficie de los filtros,
como se puede observar en la Figura 13. La estación se fue va-
ciando después paulatinamente para volver a un estado normal
tras apenas 24 horas del fin de la tormenta.
Los únicos daños constatados en la estación afectaron a los vegetales (Figura 14).
Los HA tienen, por lo tanto, capacidad para absorber sobrecargas hidráulicas generadas por
las tormentas tropicales. Para evitar la inundación de los filtros y favorecer el retorno a un
funcionamiento normal apenas terminan las lluvias, se aconseja instalar un by-pass a la
salida del filtro para, en caso de que sea necesario, evacuar el agua sin realizar el tratamiento
complementario de la segunda etapa.
La evaluación de las aguas brutas que llegan a los HA de los DFU demuestran que:
-
las aguas residuales brutas medidas en los DFU se encuentran dentro de la gama
estándar de concentraciones observadas en zona rural metropolitana;
- durante los episodios lluviosos, los caudales de agua a tratar se multiplican en promedio
por un factor superior a 2;
- para sistemas correctamente cargados (> 70% de la carga nominal), no es poco frecuente
que la carga hidráulica aplicada se encuentre próxima a los límites a partir de los cuales
los procesos de nitrificación podrían verse afectados;
- por último, los HA soportan bastante bien el paso de tormentas tropicales a pesar de
dar lugar a láminas de agua aplicadas superiores a 7 veces la carga nominal.
1.5.2. Rendimientos de los diferentes sistemas de humedales
artificiales en clima tropical
En la parte 1.2 se presentan diferentes configuraciones de HA. Estos incluyen, de hecho,
dos categorías de sistemas:
- los filtros plantados de flujo
vertical completamente insaturados (HAv IS)
, en los cuales
los procesos de tratamiento son completamente aeróbicos;
22
Figura 13. Inundación de los filtros de la estación de
Taupinière durante la tormenta Matthew. Son los filtros de
la 2ª línea de la estación que todavía no están en servicio
y, por lo tanto, no han sido plantados por falta de carga
suficiente.
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Figura 14. Vegetales plantados en los filtros en servicio de la estación de Taupinière después del paso de la tormenta
Matthew. En primer plano a la izquierda los Cyperus alternifolius habían sido segados poco tiempo antes y resistieron
bien. Los Heliconia psittacorum del fondo sufrieron en particular por el viento, pero pudieron reponerse. A la derecha,
los Costus spiralis que ya se encontraban en mal estado antes de la tormenta, no pudieron reponerse tras su paso.
© Cotram assainissement
© Cotram assainissement
- los filtros plantados de flujo
vertical insaturados/saturados (HAv IS/S), en los cuales,
además de los procesos aeróbicos
, tienen también lugar los procesos de tratamiento
anaeróbicos gracias a la presencia de una zona anóxica. Esta distinción entre los
procesos de tratamiento se conservará a lo largo de toda la exposición de resultados de
rendimientos. Éstos se discuten en primer lugar a escala de filtro y posteriormente a nivel
de estación.
En el Cuadro 3 se presentan las concentraciones de aguas brutas y tratadas, así como los
factores de reducción correspondientes a los principales parámetros de calidad del agua,
para los dos sistemas de HA (IS, IS/S). En la Figura 15 se presentan las concentraciones
medidas en los balances y la dispersión asociada en forma de percentiles acumulados,
por sistema (tipo de filtro).
A pesar de la gran variabilidad de calidad de los efluentes a la entrada de las estaciones, el
factor de reducción es consecuente y estable para la polución carbonada (83% para los
sistemas IS y 85% para los sistemas IS/S), las SST (86% y 93%) y el nitrógeno orgánico
(68% y 79%).
Las diferencias entre los dos sistemas son claras: añadir un fondo saturado sólo permite una
ligera mejoría en el tratamiento del carbono, en cambio mejora los rendimientos para los
SST y especialmente en el caso del nitrógeno (+20% sobre NT).
23
Cuadro 3.
Síntesis de los análisis realizados en las muestras de entrada y salida del filtro (1era etapa de
tratamiento)
DBO5
DQO
DQOf
SST
NTK
N-NH4
N-NO3
NT
PT
560
1240
671
648
123
120
1.5
124
23,4
245
585
244
263
65
52
0,7
66
10,2
Aguas brutas (mg/L)
HA IS (n = 45)
30
109
36
49
7
6
0.45
7
1.7
163
296
135
165
32
31
0,34
33
4.8
Máx Prom Mín ET
90
184
114
81
45
35
66
74
11,3
17
75
50
28
16
13
21
36
4,9
Aguas tratadas (mg/L)
3
23
15
3
2
0
0.1
11
1,3
16
32
22
20
11
9
16
17
2
Máx Prom Mín ET
98 %
96 %
93 %
99 %
98 %
100 %
75 %
91 %
90 %
83 %
75 %
86 %
68 %
68 %
42 %
46 %
Factor de reducción (%)
74 %
50 %
45 %
35 %
12 %
4 %
2 %
2 %
6 %
10 %
12 %
12 %
23 %
26 %
18 %
26 %
Máx Prom Mín ET
n: número de datos; Máx: valor máximo; Mín: valor mínimo; Prom: promedio; ET: desviación típica.
DBO5
DQO
DQOf
SST
NTK
N-NH4
N-NO3
NT
PT
680
1394
558
700
130
110
9,32
131
20,7
344
696
241
282
85
64
0,71
85
9.3
Aguas brutas (mg/L)
HA IS/S (n = 48)
32
92
74
28
31
21
0,01
31
2.7
205
371
116
175
25
21
1,28
25
3,6
Máx Prom Mín ET
60
196
97
70
51
44
75
66
11
12
85
59
15
18
16
13
29
5,6
Aguas tratadas (mg/L)
2
15
9
3
3
2
0
13
0,7
10
46
28
12
14
13
17,3
14
3
Máx Prom Mín ET
98 %
94 %
91 %
98 %
96 %
97 %
86 %
88 %
93 %
85 %
72 %
93 %
79 %
76 %
62 %
42 %
Factor de reducción (%)
68 %
66 %
12 %
64 %
39 %
24 %
19 %
-4 %
5 %
7 %
15 %
5 %
15 %
19 %
16 %
26 %
Máx Prom Mín ET
Durante las campañas de medición, no se ha observado ningún incumplimiento de los
requisitos de vertido (rendimientos mínimos del decreto del 21 de julio de 2015 o decisión
prefectoral específica).
A la salida del filtro en operación, los vertidos respetan también las concentraciones
redhibitorias2para las estaciones de más de 2 000 HE, con excepción de la DBO5para la
que se obtuvieron tres balances con muy alta carga en Taupinière (antes de la segunda etapa
de tratamiento).
24
Figura 15. Dispersión de los valores de las muestras en función de las concentraciones.
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
2- Concentraciones redhibitorias
en el sentido del decreto del 21
de julio de 2015. Las exigencias
reglamentarias se recuerdan
en el epígrafe 2.1.
25
Figura 16. Cargas tratadas en función de las cargas aplicadas para los parámetros DQO, SST y NTK para los dos tipos de procesos. Las
rectas grises representan los valores de referencia para los rendimientos depurativos.
La reducción del factor de dimensionamiento del sistema entre Francia Metropolitana y la
zona tropical (parte 1.1 p. 12) plantea el problema de los límites del sistema: esta mejora
de la compacidad ¿no se obtiene en detrimento de sus rendimientos o de la robustez del
proceso?
En los gráficos de la Figura 16 se presentan las cargas tratadas en función de las cargas
aplicadas al filtro en funcionamiento, lo que permite evaluar la calidad del tratamiento en
función de las cargas aplicadas.
Para la DQO y las SST, las cargas obtenidas hasta ahora no permiten la apreciación de los
límites de los filtros, ya que los rendimientos se mantienen estables incluso para valores
por encima de la carga nominal. Para el NTK, en cambio, se observa que los rendimientos
comienzan a degradarse a partir de 30 g/m²/d. Hasta 50 g/m²/d, la reducción parece
superior a 60%, pero podría llegar a ser inferior por encima de este valor.
Estos gráficos permiten, además, evaluar el impacto de los períodos de lluvia y de las
sobrecargas hidráulicas correspondientes: independientemente de la carga aplicada,
los rendimientos menos buenos se observan en los períodos de lluvia. Esto se explica
principalmente por dos razones: primero, como se muestra en el Cuadro 2, durante los
episodios lluviosos los efluentes son diluidos. No es posible mantener un tratamiento
elevado con efluentes diluidos, ya que esto implicaría descender hasta concentraciones
muy bajas, más allá de los límites biológicos o químicos. Así mismo, las sobrecargas
hidráulicas traen consigo una disminución de los intercambios gaseosos entre el filtro
y la atmósfera (encharcado* prolongado), y a la vez, una reducción del tiempo de
residencia de las aguas residuales en el sistema. Las sobrecargas hidráulicas aproximan
el sistema a sus límites.
En estos gráficos no se observa diferencia notable entre los sistemas. Las cargas recibidas
en las estaciones de flujo vertical insaturado son bajas y se mantienen inferiores a la carga
nominal. En esta zona de confort, los rendimientos son muy buenos, independientemente
del sistema considerado. Sin duda es fuera de ésta en donde pueden haberse observado
diferencias. Por otra parte, en lo que concierne al NTK, los rendimientos de las estaciones
de flujo vertical insaturado son heterogéneos. Dado que el número de sistemas estudiados
es reducido, cualquier conclusión podría ser aventurada.
Las reglas de dimensionamiento del sistema tropical permiten garantizar un nivel de
tratamiento estable, incluso en caso de sobrecarga orgánica del sistema (hasta 165%
de la carga nominal en Taupinière). En este caso, hubiera sido posible reducir más la
superficie de los filtros. Sin embargo, durante los episodios de lluvia, tal y como ocurre
para otros sistemas, los resultados de los HA en cuanto a los rendimientos depurativos,
se reducen porque las concentraciones son más bajas. Para garantizar altos rendimien-
tos incluso en caso de sobrecarga hidráulica, se ha determinado que no conviene reducir
la superficie por debajo de 0,8 m²/HE.
1.5.3 Rendimientos de los HA a la escala del proceso global
Después de haber descrito los rendimientos de cada uno de los sistemas, resulta
interesante evaluar los rendimientos de las estaciones en su globalidad, es decir, para las
diferentes configuraciones de HA o en caso de combinación de procesos.
26
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Figura 17. Comparación de los rendimientos de las diferentes configuraciones de los humedales artificiales (HA). Las
barras negras verticales representan la incertidumbre (desviaciones típicas). IS: insaturado; IS/S insaturado/saturado;
B: lecho bacteriano.
En la Figura 17 se presenta el factor de reducción de los principales parámetros de calidad
de agua para las diferentes configuraciones estudiadas en los DFU. La configuración que
incluye dos etapas de tratamiento de filtros verticales en serie (2HA IS/S + 2HA IS en
Mansarde Rancée) no ha sido integrada debido a la falta de representatividad de los datos,
ya que la tasa de carga de la estación era demasiado baja (10% en promedio).
El tratamiento de la polución carbonada es muy bueno, independientemente de la
configuración elegida (factor de reducción superior al 80%).
Los SST son, en cambio, peor retenidos en los filtros verticales insaturados con poca altura
de capa filtrante con respecto al resto. Con rendimientos mínimos superiores al 75%,
los rendimientos mínimos del decreto de 2015 quedan sólidamente garantizados.
La instalación de un fondo saturado o de una altura de materiales de filtración más
importante, permite rendimientos muy estables y, por lo general, superiores al 90%.
En lo que se refiere al tratamiento del nitrógeno, con las configuraciones más simples
la nitrificación está limitada a un 50-60%. El aumento de la altura de la capa filtrante
y la instalación de un sistema de aireación intermedio mejoran significativamente la
nitrificación. El fondo saturado permite el desarrollo de procesos anaeróbicos y la
desnitrificación, y, en consecuencia, el factor de reducción es más importante para el
nitrógeno global.
En cualquier caso, estos resultados deben ser relativizados considerando el escaso número
de estaciones o de balances para algunas de las configuraciones (existe una única estación
equipada con una capa filtrante de 80 cm).
Las configuraciones con dos etapas de tratamiento permiten mantener requisitos de
vertidos importantes: 90% de factor de reducción en DBO5, DQO, SST y NTK o 20 mg/L
DBO5, 125 mg/L DQO, 30 mg/L SST y 8 mg/L NTK. Los rendimientos de la segunda etapa
son menores que en la primera etapa, pero siguen siendo indispensables para alcanzar
rendimientos de depuración exigentes.
En relación con lo observado en Francia Metropolitana, los rendimientos
alcanzados por un HA IS con 30 cm de capa filtrante son comparables a los de
la primera etapa de tratamiento de los FPR, incluyendo todas las alturas de
filtración (Molle, et al., 2005, Morvannou, et al., 2015). La configuración a 80
cm, presenta factores de reducción equivalentes e incluso superiores a los de los
sistemas metropolitanos de dos etapas, para el NTK.
Por último, la configuración con un nivel IS/S alcanza rendimientos comparables
a lo observado en Francia Metropolitana para el carbono y los SST, y niveles
levemente superiores para el NTK y NT (Morvannou, et al., 2017).
27
Tratamiento del fósforo
Ninguna de estas configura-
ciones ha sido diseñada para
el tratamiento del fósforo. Sin
embargo, la fase particulada
quedará atrapada en la capa
de lodos, y el tratamiento de
la parte disuelta se limita al
del metabolismo bacteriano
(disminución de aproximada-
mente 2% de la carga de
DBO5) y a fenómenos de
adsorción en los materiales
que componen el lecho.
La capacidad de adsorción
de la gravilla no se regenera
y disminuye con el tiempo.
Así, los rendimientos sobre
el fósforo pueden ser
importantes en los primeros
meses (incluso años) de vida
de la estación (> 70%), para
disminuir y estabilizarse
posteriormente en torno a
un 30-40%.
P
ara mayor detalle
Durante el diseño de una estación de tratamiento de aguas residuales, la primera preocu-
pación es la de seleccionar el punto de vertido de la estación, lo que determinará la calidad
que deben alcanzar las aguas tratadas. Los valores límites de emisión orientarán la elección
del sistema de tratamiento a implementar. Se propondrá, más adelante, un cuadro de toma
de decisiones para ayudar a elegir entre las diferentes variantes de HA. El problema de la
población que se conectará a la red y el ritmo de la puesta en funcionamiento previsto,
condicionarán la capacidad de tratamiento de la obra, su diseño y las eventuales fases del
proyecto.
2.1. Requisitos del vertido
2.1.1 Exigencias reglamentarias
Además de las exigencias complementarias que pueden ser impuestas por el medio receptor,
los requisitos de vertido han sido fijados por el decreto del 21 de julio de 2015 (según la
reglamentación francesa). En el Cuadro 4 se retoma el anexo 3 del decreto, y se presentan
los rendimientos mínimos de las estaciones de tratamiento de aguas residuales que deben
tratar una carga bruta superior o igual a 1,2 kg/d de DBO5 (lo que corresponde a una carga
de 20 HE).
Los resultados deben alcanzarse en cuanto a concentración o a rendimiento. Sin embargo,
más allá de determinadas concentraciones, dichas redhibitorias, el balance es declarado no
conforme independientemente de los rendimientos asociados. En caso de balance no
conforme, deben realizarse (y validarse) un determinado número de campañas adicionales
en el año para eliminar la no conformidad.
28
Diseño: objetivos de tratamiento,
cargas a tratar y estrategia 2
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Cuadro 4.
Rendimientos mínimos de tratamiento esperados para los parámetros DBO5, DQO
y SST definidos por el decreto del 21 de julio de 2015
DBO5
DQO
SST
< 120
≥ 120
< 120
≥ 120
< 120
≥ 120
35 mg (O2)/L
25 mg (O2)/L
200 mg (O2)/L
125 mg (O2)/L
/
35 mg/L
60 %
80 %
60 %
75 %
50 %
90 %
70 mg (O2)/L
50 mg (O2)/L
400 mg (O2)/L
250 mg (O2)/L
85 mg/L
85 mg/L
Parámetro CARGA BRUTA de
polución orgánica
recibida por
la estación en kg/d
de DBO5
CONCENTRACION
máxima a respetar,
promedio diario
RENDIMIENTO
MINIMO requerido,
promedio diario
CONCENTRACION
redhibitoria,
promedio diario
La reglamentación no prevé la obligación de tratamiento del nitrógeno y del fósforo en
aquellas estaciones con capacidad inferior a 10 000 HE (600 kg/d DBO5) cuando éstas se
encuentran en zona sensible. En función del uso posterior de las aguas tratadas, los servicios
de policía del agua (SPE) tienen la posibilidad de definir valores límites de emisión de
contaminantes más exigentes en el decreto prefectoral de autorización de la estación de
tratamiento.
2.1.2 El medio receptor
El punto de vertido de las aguas tratadas en el medio natural (masa de agua superficial,
arroyo, emisario en el mar, infiltración, etc.) será el punto de partida de los trámites de la
SPE para definir los requisitos de vertido.
El problema es muy sensible, porque los rendimientos depurativos que debe garantizar la
estación provienen de los valores límites de emisión de contaminantes. Son siempre los
últimos porcentajes del factor de reducción o mg/L los más difíciles – y los más caros –
de alcanzar. Requisitos de vertido muy exigentes tienen repercusiones directas sobre el
coste del proyecto.
En los casos en los que se requiere un tratamiento muy ambicioso, puede ser preferible
explorar las alternativas de localización de la estación y encontrar así un medio receptor
menos sensible, con el fin de tener valores límite de emisión de contaminantes menos
exigentes. En determinados casos, es incluso más interesante revisar la zona de
saneamiento de la población para recalificar algunas zonas como saneamiento no colectivo
(ANC). Para mayor información, se aconseja remitirse a la nota sobre los requisitos de
vertido realizados por el grupo de trabajo MEDDE-Epnac (2015).
Algunos requisitos pueden repercutir sobre otros parámetros. En los DFU, considerando
la proximidad de playas y la importancia del sector turístico, frecuentemente se demanda
un tratamiento complementario para los gérmenes patógenos. Con excepción del lagunaje
natural, el factor de reducción de los patógenos necesita con frecuencia recurrir a un
tratamiento terciario. Lo que se usa, por lo general, es un tratamiento con UV. Para que
sea eficaz, es necesario que las concentraciones de SST en los efluentes sean inferiores a
25 mg/L. Garantizar permanentemente valores límite de emisión tan bajos en SST hace
necesario adaptar este sistema (Cuadro 5, página siguiente). Por lo tanto, para el
tratamiento de los patógenos, el sobrecoste no está sólo vinculado con el módulo UV
sino también con una reducción más extrema de los SST.
2.2. Elección del sistema a implementar
En el Cuadro 5 se sintetiza la información que va a orientar la elección entre las diferentes
variantes de HA en función de las limitaciones del proyecto. Se presentan esencialmente
las variantes que han sido evaluadas en los DFU hasta la fecha.
La configuración mínima es de una sola etapa con dos filtros en paralelo de 30 cm de
capa filtrante. Permite alcanzar el mínimo exigido por el decreto de 2015 para las
estaciones de menos de 2 000 HE. No es la más adecuada en caso de actividad
intermitente (refugio, escuela, etc.), ya que la ausencia de efluentes a tratar sería perjudicial
para las plantas. Tampoco permite el tratamiento de los gérmenes patógenos por un
módulo UV, dado que no puede garantizar vertidos de concentración inferior a 25 mg/L
de SST de manera permanente.
29
30
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Cuadro 5.
Síntesis de la información para la selección de las variantes de humedales artificiales (HA) a implementar.
3
= possible
7
= not possible
2 HA NS
capa filtrante 30 cm
2 HA NS
capa filtrante 30 cm
+ recirculación
2 HA NS/S
capa filtrante 30 cm
2 HA NS
capa filtrante 80 cm
2 HA NS/S + 2 HAv
2 HA NS/S + LB
2 HA NS + HAh
3
7
3
3
3
7
3
3
3
(lámina de
agua diaria < 70 cm)
3
3
3
3
3
Red unitaria
7
3
(atención al
consumo eléctrico)
3
3
posible si hay
recirculación
3
posible si hay
recirculación (estrés
hídrico en la
segunda etapa)
3
3
Actividad
intermitente
0,8 m²/HE
0,8 m²/HE
0,8 m²/HE
0,8 m²/HE
1,6 m²/HE
0,9 m²/HE
1,8 m²/HE
Área
requerida
Autonomía
eléctrica (salvo
limitaciones
topográficas)
Variantes de HA
75 %
(125 mg/L)
75 %
(125 mg/L)
85 %
(125 mg/L)
90 %
(100 mg/L)
90 %
(75 mg/L)
90 %
(75 mg/L)
85 %
(125 mg/L)
80 %
(50 mg/L)
85 %
(30mg/L)
90 %
(25 mg/L)
90 %
(25 mg/L)
95 %
(15 mg/L)
95 %
(15 mg/L)
90 %
(25 mg/L)
60 %
(40 mg/L)
60 %
(40 mg/L)
60 %
(40 mg/L)
80 %
(15 mg/L)
90 %
(6 mg/L)
90 %
(6 mg/L)
70 %
(20 mg/L)
NTK
Rendimientos de tratamiento garantizados:
factor de reducción % (concentraciones límites mg/L)
20 %
(60 mg/L)
20 %
(60 mg/L)
50 %
(50 mg/L)
20 %
(60 mg/L)
70 %
(35 mg/L)
70 %
(35 mg/L)
70 %
(35 mg/L)
NT
7
7
3
3
3
3
3
Tratamiento
de gérmenes
patógenos
(módulo UV)
SST
DQO
P
ara mayor detalle
Añadir un circuito de recirculación permite asegurar la calidad de los vertidos en cuanto
a los SST y alcanzar, así, el mínimo exigido por el decreto de 2015 para las estaciones de
más de 2 000 HE (< 35 mg SST/L), sin embargo, requiere la instalación de un pozo de
bombeo. Si la red es unitaria, la tasa de recirculación debe poder ajustarse fácilmente en
caso de chubascos de manera a no amplificar la sobrecarga hidráulica vinculada a los
períodos de lluvia.
El circuito de recirculación garantiza, en cambio, la presencia de agua en la estación incluso
en caso de actividad intermitente. La tasa de recirculación debe estar bien ajustada:
durante esos períodos de inactividad, los consumos eléctricos no se corresponden ya con
los del tratamiento de los efluentes sino al riego de las plantas en los filtros. Incluso
mejorados, los rendimientos en los SST no permiten asegurar el buen funcionamiento de
un módulo UV.
La implementación de un fondo saturado permitirá superar el límite de 25 mg/L de SST
y así asegurar la desinfección a través de un módulo UV. La zona anaeróbica elimina
los nitratos y mejora los vertidos con respecto al nitrógeno total.
En ausencia de
efluentes, las plantas recuperan el agua de la zona saturada y la estación puede entonces
quedar completamente detenida.
El aumento de la altura de la capa filtrante hasta 80 cm con la instalación de una red
de aireación intermedia a 40 cm permite alcanzar un 90% de factor de reducción y 100
mg/L en DQO, 85% y 15 mg/L en NTK y superar la barrera de los 25 mg/L de SST.
Una segunda etapa de tratamiento puede ser necesaria para garantizar valores
límites de emisión de contaminantes muy bajos. Aquí, una vez más, existen múltiples
configuraciones posibles.
No todas las configuraciones han podido ser estudiadas. Por
ejemplo, instalar un fondo saturado bajo un filtro con 80 cm de capa filtrante parece
prometedor, y podría llegar a alcanzar excelentes resultados: 90% de factor de reducción
en DQO y en SST, 85% en NTK y 60% en NT.
Para esta última configuración (80 cm IS/S), dado que la desnitrificación es
consumidora de carbono, es posible que una reducción muy extrema de la carga de
carbono debido a la acción de la parte no saturada del filtro, provoque una relación
C/N limitante para la desnitrificación.
2.3. Estimación de las cargas a tratar
Las cargas recibidas por las estaciones son, por lo general, inferiores al 50% de la carga
nominal, tanto en los DFU como en Francia Metropolitana. Esta constatación se explica
por una mala estimación de las cargas a tratar, y por una previsión sobreestimada del
crecimiento demográfico de la población.
La estimación de las cargas a tratar es un ejercicio delicado, incluso en los casos de
proyectos inmobiliarios con propietario privado donde el número de viviendas está, sin
embargo, perfectamente controlado. A menudo el propietario no tiene ningún medio
de conocer la carga, porque la red no ha sido todavía construida. Dado que la duración
de una estación es de 25 años como mínimo, la estimación se basa en el hábitat construido
y en las impactantes proyecciones demográficas del INSEE: el crecimiento demográfico
previsto para todos los DFU juntos es de un 34,6% para el periodo comprendido entre
2011 y 2030, contra el 5,1% de toda la población francesa (Richez, 2011). Estas
previsiones deben relativizarse, ya que, por ejemplo, en 2016 la población de la Martinica
disminuyó en un 1%, mientras que el INSEE prevé un crecimiento de 7,5% para 2030 con
respecto a 2011.
31
Más allá de las proyecciones demográficas y con el objetivo de hacer confiables las
estimaciones de las cargas a tratar, sería interesante recordar la diferencia entre habitante
y equivalente-habitante, los coeficientes de corrección utilizados para definir las
capacidades de los establecimientos colectivos (escuela, hotel, etc.) para, finalmente,
recordar la posibilidad que ofrecen los HA de establecer distintas fases en los proyectos.
2.3.1 Definición del HE tropical
La capacidad de tratamiento de una estación se expresa en habitante-equivalente (HE).
La directiva europea del 21 de mayo de 1991 define el HE como “la carga orgánica
biodegradable que tiene una demanda bioquímica de oxígeno en 5 días (DB05) de 60
gramos de oxígeno diarios”.
La polución real emitida por una persona cambia en función del contexto, pero se sitúa
más bien entre 40 y 50 g DBO5/d. La guía ERU del MEDDE (Morin,
et al.
, 2013) considera
que “en las pequeñas comunidades sin actividad industrial, un habitante produce 40 g
de DBO5/d”. En esas condiciones,
asimilar el habitante al HE se traduce en la práctica
en un sobredimensionamiento de la estación de un 50%.
La constatación es idéntica en los DFU y ha llevado al Sindicato Intercomunal del Agua y
Saneamiento de Mayotte (SIEAM) a definir el HE de Mayotte, 1 HEm = 0,75 HE. Si bien
tiene al menos la ventaja de tomar en cuenta la diferencia entre habitante y HE, el HE
produce confusión al dar la impresión de que existe una diferencia verificada entre la
carga orgánica producida por un habitante de Mayotte y uno de la metrópoli.
Mercoiret (2010) analizó los resultados de más de 10 000 balances de materia de
24 horas realizados en más de 2 700 estaciones de menos de 2 000 HE en Francia
Metropolitana. En dicho estudio calculó un cierto número de factores (p. ej., DQO/DBO5),
que presentan la ventaja de ser representativos de las aguas residuales brutas del medio
rural, al mismo tiempo que son poco dependientes de la tasa de carga de la estación.
Al aplicar esos factores a la definición del HE, se pueden entonces definir las cargas
equivalentes a un HE para los diferentes contaminantes (Cuadro 6).
Este mismo trabajo se está realizando actualmente a partir del conjunto de datos de
monitoreo generados en los DFU desde 2012. Nuestra base de datos incluye más
de 9 500 balances de materia de 24 horas realizados en todo el parque de estaciones de
ultramar*. Este estudio permite definir el HE tropical en su globalidad, que puede no ser
necesariamente representativo de las aguas residuales brutas en zona rural (los efluentes
industriales de las grandes aglomeraciones urbanas están incluidos en la muestra).
También resulta pertinente considerar los modos de vida de determinadas comunidades
étnicas.
En Guyana o en Mayotte en particular, algunas comunidades (conectadas con el sistema
colector público), por tradición, lavan la ropa o cocinan fuera de la vivienda, lo que
representa una fracción de efluentes no recolectados. En estos casos tan específicos,
se solicita a la empresa proyectista adaptar, de acuerdo con su conocimiento social del
terreno, los coeficientes para que acerquen la estimación de las cargas contaminantes a
la realidad.
32
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
HE rural
metropolitano
HE tropical (todos
los tamaños)
60
60
150 (157,2)
125 (127,5)
DQO (gO?/d)
Parámetro
15 (15,5)
15 (13,5)
NTK (gN/d)
11 (11,5)
11 (10,25)
NH?(gN/d)
2,5 (2,1)
2,5 (1,85)
PT (gP/d)
75 (72)
75 (66,9)
SST (g/d)
DBO?(gO?/d)
Cuadro 6.
Comparación del HE metropolitano y tropical para pequeñas comunidades
(< 2 000 HE). El valor entre paréntesis corresponde al valor calculado; los valores mostrados
son valores redondeados (Datos Francia Metropolitana según Mercoiret 2010)
A excepción del valor de la DQO, para el cual la diferencia entre el HE metropolitano y el
tropical es superior al 20%, para el resto de parámetros las diferencias son muy bajas y no
son significativamente diferentes en cuanto a la dispersión de los valores de la muestra se
refiere. Lo que es perfectamente normal: el metabolismo humano es idéntico en todas partes.
En cambio, los hábitos de consumo pueden generar variaciones en la polución de origen
químico (DQO, PT). La diferencia constatada en la DQO está, sin duda, subestimada por el
hecho de que la evaluación del HE tropical comprende también los balances realizados en
estaciones urbanas donde está incluida la polución de origen industrial, rica en contaminantes
químicos. Podría decirse entonces que la población de los DFU produce menos polución de
origen químico que la zona rural metropolitana.
El diseño de los sistemas de saneamiento se apoya sobre los valores de este cuadro.
2.3.2 Coeficientes de corrección para el dimensionamiento del
sistema
La circular del 22 de mayo de 1997 relativa al saneamiento no colectivo, aporta
coeficientes correctores en función del tipo de instalación (Cuadro 7). A falta de estudios
más recientes, éstos se utilizan todavía en la actualidad para estimar las cargas de
pequeños establecimientos colectivos.
Son valores de referencia que deben ser adaptados por el director del proyecto en
función de la realidad del terreno.
A veces se encuentran disponibles referencias interprofesionales de este tipo para
determinadas actividades específicas.
2.3.3 Fases temporales de los proyectos
Cuando existen grandes incertidumbres con respecto a la estimación de las cargas a tratar
(proyección demográfica, conexiones de red hipotéticas, inicio de una actividad turística),
es posible dividir el proyecto en varias fases para ajustar las inversiones a la evolución de
las necesidades.
33
Uso permanente
Escuela (pensionado), regimiento o casa de reposo
Escuela (media pensión) o similar
Escuela (externado) o similar
Hospital, clínica, etc. por cama (incluyendo personal de salud y de explotación)
Personal de planta industrial (por puesto de 8 hrs.)
Personal de oficina y tiendas
Hotel-restaurante, pensión de familia (por habitación)
Hotel, pensión de familia sin restaurante, por habitación
Terreno de camping
Usuarios ocasionales (lugar público)
1
1
0,5
0,3
3
0,5
0,5
2
1
0,75 à 2
0,05
Parámetro Coeficiente corrector
Cuadro 7.
Coeficientes correctores para evaluar la capacidad de pequeños colectivos, según la
circular del 22 de mayo de 1997
Figura 18. Fases de un proyecto de construcción de un filtro plantado con vegetales (HA) por división o
adición de una nueva línea de agua.
FASE I (MEDIA CARGA)
FASE II, DUPLICACION DE LA CAPACIDAD DE LA ESTACION
DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
3.5d
Alternancia
3.5d
3.5d
Alternancia
Alternancia
1 batch de
cada 2
1 batch de
cada 2
3.5d
3.5d
Válvulas eléctricas o manuales
Pozo de alimentación Vm3
Pozo de alimentación Vm3
Pozo de
alimentación 2xVm3
Válvulas manuales
Electroválvulas
Alternancia
1 batch de
cada 2
1 batch de
cada 2
3.5d
t
t
t
t
Los HA pueden evolucionar fácilmente (Figura 18):
- creando una segunda línea* de aguas, en paralelo a la primera, lo que requiere una
evolución de la capacidad del sistema de alimentación o la instalación de un juego de
válvulas automáticas para alimentar las dos filas;
- construyendo sólo uno de los dos filtros inicialmente previstos, y dividiéndolos. La
separación puede ser más o menos definitiva (muro, Onduline, etc.); lo importante es que
las capas filtrantes de las dos mitades del filtro estén hidráulicamente separadas para
respetar estrictamente los períodos de reposo. Hay que prever, asimismo, la división del
sistema de alimentación para poder instalar la alternancia.
Independientemente de la solución escogida, es importante prever la extensión de terreno
necesaria para la ampliación.
34
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Del mismo modo, una vez realizados los filtros es posible poner en servicio una sola parte,
lo que permite economizar en gastos de explotación.
Por un coste modesto, es posible dividir cada compartimiento con planchas Onduline y
colocar bridas en el sistema de alimentación para aislar los puntos de alimentación no
utilizados (Figura 19).
Puede ser útil adoptar disposiciones para controlar el poblamiento vegetal de plantas
adventicias* en los filtros no utilizados. En Guyana, un compartimento virgen puede
convertirse en un año en un verdadero bosque arbustivo. Incluso si el desarrollo vegetativo
es más lento en otros DFU, se recomienda cubrir el filtro no utilizado con un geotextil
permeable y asegurar un control y mantenimiento regulares, si así fuera necesario. Permitir
un desarrollo vegetal indeseable sería perjudicial para la futura puesta en servicio, creando
grandes limitaciones al desarrollo de las plantas del filtro dada la competencia con las
plantas adventicias residuales: sus redes radiculares, las semillas dispersadas, etc.
35
Figura 19. Ejemplo de división en la estación de Taupinière (Martinica).
En primer plano, el filtro se ha dividido utilizando planchas Onduline. Se instaló
una brida para aislar los puntos de alimentación que llegan a la mitad del filtro
que no está en servicio. Detrás, los compartimentos que forman la segunda línea
de aguas de la estación no están en servicio y no han sido plantados.
© Irstea
36
Reglas de dimensionamiento
y materiales
3
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Una vez que se ha seleccionado el sistema de tratamiento, se definen las características
de las diferentes unidades que lo componen utilizando factores de dimensionamiento.
Estos factores permiten obtener la superficie de los filtros que se utilizará a su vez
para calcular el volumen del sistema de alimentación, y la configuración de la red de
alimentación y drenaje. En este capítulo se presentan también las características de los
diferentes materiales utilizados en cada una de las unidades del sistema.
3.1. Protección de las instalaciones
Independientemente de la variante de HA elegida, la alimentación se hace con aguas
residuales brutas y, por lo tanto, no se lleva a cabo un pretratamiento de las aguas
residuales domésticas. No obstante, es necesario realizar un desbaste o cribado para
proteger las instalaciones (canalizaciones y equipos) y para asegurar que no se presentan
obstáculos para el flujo de las aguas en la estación. Esto es, además, una obligación
reglamentaria³.
Teóricamente, las velocidades de paso a través de las rejas deben estar comprendidas
entre 0,3 y 1,2 m/s, de manera que se evite que las materias más pesadas se depositen
en el canal, así como el paso de objetos voluminosos flexibles (p. ej., botellas de plástico).
En la práctica, el cribado puede realizarse en el canal de alimentación, ya sea manual
o automático, y en el caso de que la alimentación se haga mediante un pozo de
bombeo, puede estar integrado a este último (cesta de desbaste). La elección del equipo
electromecánico debe contemplar las exigencias climáticas, puesto que el clima tropical
tiende a degradar prematuramente las piezas de desgaste y las partes oxidables.
La protección contra el sol y el agua será siempre beneficiosa a largo plazo.
En todos los casos, el sistema de cribado debe cumplir las siguientes condiciones:
- un
entrehierro de 20 a 40 mm
(en el caso de un entrehierro de 20 mm, el desbaste debe
ser automático);
- un
canal de derivación, que debe preverse en caso de
obstrucción del enrejado;
- una herramienta de raspado adaptada al entrehierro;
- un
tanque de escurrido y
almacenamiento de residuos del cribado. 3- Artículo 22 del decreto del 21
de junio de 1996.
37
3.2. Dimensionamiento de los filtros
3.2.1 Factores de dimensionamiento
Ejemplos de dimensionamiento
Ejemplo 1: creación de una urbanización
La promotora de un complejo urbano de 40 viviendas, que teóricamente representan
unos 180 habitantes, desea instalar un sistema de saneamiento mediante HA. Como
no es posible realizar una campaña de mediciones en la red puesto que todavía no se
ha construido, el dimensionamiento se basará en la definición de HE y en los datos
teóricos promedio de producción de aguas residuales (parte 2.3.1 p. 32): 45 g
DBO5/hab/d.
180 hab x 45 g DBO5hab/d ?8 100 g DBO5/d
8 100 g DBO5/d / 60 g DBO5/HE/d ?135 HE
135 HE x 0,8 m²/HE ?108 m²
En ausencia de datos de campo, el dimensionamiento a partir de valores teóricos resulta
en la instalación de dos filtros de 54 m² para una superficie total de 108 m².
El dimensionamiento de los HA está basado en las cargas admisibles sobre el filtro en
operación. Se utiliza un factor de dimensionamiento de 350 g DQO/m²/d que se aplica
sobre el filtro en servicio. Las cargas admisibles están consignadas en el Cuadro 8. Éstas
permiten la implementación de filtros de una superficie unitaria cercana a 0,4 m²/HE para
aguas residuales domésticas clásicas.
Sin embargo, conviene precisar que el dimensionamiento
se hace sobre la base de las
cargas aplicadas y no de la superficie por HE
. El uso de la superficie como parámetro de
diseño puede llevar a dimensionamientos erróneos según las características de las aguas
a tratar (por ejemplo, la presencia de un sector de actividad concreto en el territorio de la
comunidad). Por ello, cuando los datos están disponibles, conviene verificar las superficies
obtenidas a partir de estas relaciones para cada uno de los parámetros, especialmente
para la carga hidráulica, que puede llegar a ser muy alta en los DFU (parte 1.5.1 p. 21).
El límite de carga hidráulico incluye también las cargas regulares no vinculadas a períodos
de lluvia (por ejemplo, las aguas claras parásitas). Prost-Boucle y Molle (2012) indicaron
que para valores superiores a 75 cm/d, los rendimientos de la nitrificación disminuyen en
invierno. Por esto, incluso en clima tropical, se aconseja ajustar la superficie de los filtros
para mantener la lámina de agua clara aportada cada día al filtro por debajo de ese límite.
En caso de recirculación, la carga hidráulica admisible del filtro en operación debe tener
en cuenta el volumen de agua recirculado.
g/m²/d 150 350
DQOParámetro
150
DBO5
30
NTK
< 0,75
CH (m/d)SST
Cuadro 8.
Cargas de dimensionamiento del filtro en operación para un filtro de flujo vertical
de drenaje libre en la primera etapa de tratamiento
+
38
3.2.2 Tipo de construcción
Existen dos tipos principales de construcción: los tanques de hormigón o la zanja
enterrada. Por razones de coste se elige a menudo el segundo. La superficie ocupada en
el suelo es algo más importante debido al talud. La superficie calculada corresponde a la
superficie en el punto más alto del relleno del filtro. En algunas configuraciones (altura
de filtración importante, fondo saturado), es preferible aumentar al máximo la pendiente
de los taludes, en particular si los filtros son pequeños, lo que permite mantener
un volumen adecuado para el desarrollo de las bacterias autótrofas o para la zona
anaeróbica.
La pendiente de los taludes es de 3 horizontal por 2 vertical en el caso de colocar
una geomembrana; el ideal sería 1 por 1, pero su viabilidad depende de la calidad de los
suelos.
Los tanques de hormigón tienen la ventaja de limitar la colonización del filtro por las
plantas adventicias que vienen del exterior.
3.2.3 Altura de resguardo
La altura de resguardo, que se define como la distancia entre el nivel alto de la capa
superficial del filtro y el punto alto del borde del filtro, debe determinarse para responder
a dos objetivos:
- asegurar el almacenamiento de los lodos en la superficie, hasta 20 centímetros;
- contener las láminas de agua aplicadas en períodos de lluvia. En las regiones lluviosas
de Francia Metropolitana, los filtros que tratan también el agua de lluvia (redes unitarias),
tienen resguardos de 70 cm para limitar el número de sobrevertidos anuales (Arias López,
2013).
En la zona tropical se recomienda una altura de resguardo de 70 cm. Esto limitará el
número de sobrevertidos, incluso cuando el sistema sea antiguo, y contará con 20 cm de
lodos acumulados en la superficie.
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Ejemplo 2: rehabilitación de lodos activados
Después de constatar pérdidas de lodos repetidas debido a sobrecargas hidráulicas
(episodios lluviosos) en una de las unidades de lodos activados, la comunidad desea
reemplazar uno de los tanques por un HA. Los valores promedios de las últimas mediciones
son los siguientes: 220,8 m3/d, 344,6 mg DQO/L, 163 mg DBO5/L.
344,6 mg DQO/L x 220,8 m3/d ?76 088 g DQO/d
76 088 g DQO/d / 350 g DQO/m²/d ?217,5 m²
Sobre la base del flujo de DQO a tratar, son necesarios dos compartimientos de 217,5
m². A continuación, se debe verificar que esta superficie sea suficiente para el tratamiento
de los otros parámetros.
163 mg DBO5/L x 220,8 m3/d ?35 990 g DBO5/d
35 990 g DBO5/d / 150 g DBO5/m²/d ?240 m²
220,8 m3/d / 217,5 m² ?1,02 m/d
220,8 m3/d / 240 m² ?0,92 m/d
220,8 m3/d / 0,75 m/d ?294,5 m²
En este ejemplo, debido a un desequilibrio (DQO/DBO5) y a una importante dilución de
los efluentes (se sospecha de la existencia de aguas claras parásitas), el dimensionamiento
obtenido a partir del flujo de DQO no permite tratar la carga de DBO5ni aceptar las
cargas hidráulicas. Es el parámetro limitante el que impone el dimensionamiento (en este
caso, la carga hidráulica). Se aconseja, por tanto, realizar dos filtros de 295 m².
siguiente
+
Para economizar costes, se puede realizar una zanja común para los dos filtros en paralelo
(Figura 20). En ese caso, se utiliza un tabique para separar ambos filtros. El tabique está
anclado en los taludes que forman los bordes del filtro. Debe ser estrictamente impermeable
para evitar transferencias de un filtro a otro, de manera que se respeten los períodos de
reposo. Idealmente, la parte enterrada debe tener la altura de la capa de filtración, con un
mínimo de 70 cm de resguardo en la superficie. Las capas de transición, el drenaje y la red
de aireación pueden ser comunes.
La parte superior del tabique debe alcanzar como mínimo el nivel del resguardo.
39
Figura 20. Tabique de separación de 2 filtros en el mismo compartimento.
Se advierte que el tabique podría haber sido un poco más alto (20-30 cm)
para establecer una altura de resguardo más importante. Estación de
Champ d’Ylang 1, durante su inauguración en noviembre de 2015,
comuna de Combani (Mayotte).
© Irstea
3.3. Unidades del sistema y red de alimentación
Con el fin de asegurar una buena oxigenación del lecho filtrante y una buena repartición
de las aguas brutas, la alimentación de los filtros se hace con un caudal bastante superior
al caudal que entra en la estación. Esta alimentación en discontinuo (
batch
) se hace desde
un pozo que almacena los efluentes durante el tiempo necesario para acumular el volumen
del
batch
, para luego ser enviado rápidamente, con un caudal importante, hacia el filtro
en funcionamiento a través de la red de alimentación.
3.3.1 Características de la alimentación en discontinuo
De acuerdo con la topografía del lugar y con las decisiones técnicas (Cuadro 5), la
alimentación puede ser por gravedad o accionada por una estación de bombeo. En todos
los casos, esta alimentación en discontinuo debe presentar las siguientes características:
- enviar
un volumen
correspondiente a una
lámina de agua de 2,5 a 5 cm
sobre toda la
superficie del filtro que está en alimentación. Si la lámina es inferior a 2,5 cm, no se
produce encharcamiento y esto limita la repartición de los efluentes. Por encima de 5 cm,
el tiempo de acumulación del
batch
en el pozo aumenta y, en consecuencia, puede generar
molestias olfativas. Igualmente, si se crea un camino preferencial al interior del filtro
demasiado importante, la velocidad de infiltración aumenta y esto afecta los rendimientos.
En el caso de una alimentación mediante estación de bombeo, el volumen de los
batch
debe tener en cuenta el volumen muerto de las canalizaciones, volumen que volverá al
pozo cuando se detengan las bombas;
- un
caudal instantáneo
superior a
0,5 m3/h/m² de filtro en alimentación
. Este caudal de
alimentación permite asegurar la autolimpieza de los conductos de alimentación y la buena
repartición del efluente.
En estaciones de gran capacidad, los filtros tienen superficies importantes, lo que implica
40
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
generar
batchs
con caudales de alimentación muy altos. En consecuencia, los equipos
adecuados son costosos. Una manera de reducir este coste es instalando varias líneas de
tratamiento en paralelo, con una sola unidad de alimentación. La superficie de los filtros
alimentados es, por lo tanto, menor, y el volumen y el caudal de alimentación del
batch
quedan divididos por el número de líneas. En contrapartida, hay que instalar un sistema de
electroválvulas controladas por autómata, lo que permitirá alternar cada
batch
entre las
líneas, o contar con varias bombas en el pozo de bombeo (una por cada línea como
mínimo), que funcionarán alternativamente. Las fases de alimentación/reposo no varían
(3,5 d/3,5 d).
Las electroválvulas reducen la robustez del sistema. Si el Agente Contratante hace esta
elección técnica, deberá entonces contar con el personal competente que sea capaz de
intervenir rápidamente en caso de avería.
3.3.2 Alimentación por gravedad
Existen tres tipos de dispositivos: los sifones autocebantes, las descargas de agua mediante
válvula y las descargas de agua mediante tanque pendular. Las descargas de agua con
válvula deben evitarse para las aguas residuales brutas (pero pueden utilizarse en la
segunda etapa).
El dispositivo elegido es instalado en un tanque o pozo de almacenamiento de agua de
capacidad igual al volumen deseado. La capacidad está determinada por el caudal
instantáneo que puede entregar el dispositivo y que se calcula tomando en consideración
las pérdidas de carga en la red de alimentación de la sección posterior. El vaciado del pozo
debe ser completo para evitar que se acumulen depósitos en el fondo. En los DFU se han
instalado diferentes tipos de pozos de alimentación que operan en discontinuo. Funcionan
de manera satisfactoria y las piezas de desgaste son reemplazadas con frecuencias que
se corresponden con lo indicado por el fabricante. Existe además la posibilidad de asociar
al dispositivo un contador mecánico de
batchs
de alimentación, y conocer así el número
de
batchs
diarios enviados durante un monitoreo.
3.3.3 Alimentación mediante estación de bombeo
Cuando la topografía o la presencia de un circuito de recirculación lo impone, la alimen-
tación de los filtros se realiza a través de una estación o pozo de bombeo.
Este último está equipado con dos bombas que funcionan alternativamente. En caso de
avería de una de ellas, puede mantenerse la alternancia de los filtros recurriendo a un
juego de válvulas. Las bombas son, por lo general, activadas con flotadores de nivel.
El diámetro mínimo de las canalizaciones y de las bombas es DN80. El volumen muerto
perdido en las canalizaciones, y que vuelve al puesto después de cada alimentación, debe
tomarse en cuenta para ajustar los niveles de activación de las bombas, con el fin de enviar
el volumen adecuado al filtro en operación. También podría considerarse la instalación de
válvulas anti-retorno; el inconveniente es que los efluentes pueden permanecer largo
tiempo en las canalizaciones durante la alternancia.
También puede ser interesante instalar contadores horarios en las bombas, que una vez
calibradas, permiten una evaluación bastante precisa de los volúmenes bombeados
(una evaluación no es lo mismo que una medición según el decreto del 21 de julio de
2015; parte 5.4.2 p. 63).
3.3.4 Red de alimentación
Para optimizar la repartición de los efluentes en la superficie del filtro alimentado, el
número de puntos de alimentación se determina de modo que se cuenta con, como
mínimo,
un punto cada 50 m²
de filtro. Por razones de geometría, son por lo general en
pares, incluso en múltiplos de 4. Una placa anti-derrubio* se coloca sobre el filtro
verticalmente a cada punto de alimentación, de manera que se divide el flujo de aguas
residuales y se protege el lecho (Figura 21).
Figura 21. Red de alimentación aérea con la placa anti-derrubio (a la izquierda), o enterrada durante un batch de
alimentación (a la derecha).
AB
© Irstea
© Saurel para AFB
7-10mm
10 cm
1/3 de x
Aireación
Drenaje
x
41
Figura 22. Esquema de las canalizaciones de aireación-drenaje.
En función del tipo de sistema de alimentación en discontinuo utilizado, las redes de
alimentación son diferentes.
En el caso de una alimentación por gravedad, la red es aérea (Figura 21). Se puede
inspeccionar en su totalidad y es desmontable. Debe realizarse en PHED o incluso en acero
inoxidable para resistir los UV.
Si la alimentación se hace mediante una estación de bombeo, la red puede estar enterrada.
Sólo debe protegerse del sol la parte terminal; el resto puede ser de PVC. La red adopta,
por lo general, la forma de una doble H. Las canalizaciones tienen un diámetro decreciente,
como mínimo DN100. La red está diseñada para vaciarse enteramente en cada entoldado,
evitando así el estancamiento del agua, la acumulación de materias, la proliferación de
olores o el riesgo de obstrucción. Las aguas residuales brutas deben circular en todos los
puntos de la red con un caudal superior a 0,6 m/s-1 (velocidad de autolimpieza).
3.4. Red de aireación-drenaje
La red de drenaje está conectada en sus extremos con la atmósfera a través de tubos
rectos que forman respiraderos, cubiertos con una campana. Es el camino que utiliza el
aire contenido en el lecho y que es expulsado durante un
batch
. Es también gracias a ella
que se realizan las transferencias por difusión desde el fondo del filtro (Petitjean,
et al.
,
2011). Por eso se denomina red de aireación-drenaje, ya que cumple ambas funciones.
La red se compone de tubos de PVC (con excepción de los respiraderos y de sus campa-
nas), mínimo DN100, que presentan cortes de 1 cm de ancho cada 10 cm orientados hacia
abajo en un tercio de la circunferencia del tubo (Figura 22). Se deben evitar los codos en
ángulo recto. La utilización de tubos de una clase de resistencia alta (CR8) limitará los
riesgos de deterioro durante las operaciones de mantenimiento pesado (extracción y
limpieza del depósito generado en la superficie del filtro). No deben utilizarse canaliza-
ciones de drenaje agrícolas dado que sus orificios son demasiado pequeños.
42
El fondo del filtro, sobre el que descansa el colector principal de la red, presenta una
pendiente superior a 0,5%. Según las configuraciones (capa filtrante > 50 cm, IS/S), para
aumentar la aireación del lecho se instalan canalizaciones de drenaje a niveles intermedios
que presentan características idénticas.
La densidad de las canalizaciones de drenaje se calcula a partir de la superficie de los
filtros y debe ser superior a 0,25 m lineal por m² de filtro.
3.5. Estanqueidad y materiales
Compuesto de diferentes capas de gravilla, el lecho filtrante es aislado del suelo con un
envoltorio artificial (geomembrana) o natural (suelo compactado).
3.5.1 Estanqueidad artificial, natural e infiltración
El fondo de los filtros es estanco gracias a un revestimiento sintético. Debe ser opaco,
resistente a los UV y resistente a la perforación (rizomas y materiales), lo que exige añadir
un geotextil por debajo y por encima de la geomembrana.
El Comité Francés de Geosintéticos (1991) recomienda para las membranas espesores
mínimos en función de su composición. Espesores de 1 mm para el PVC y el PP (polipro-
pileno), de 1,5 mm para el PEAD, y 1,14 mm para el EPDM. Se prohíbe una estanqueidad
bituminosa porque es sensible a su perforación por rizomas. Estas recomendaciones fueron
completadas por el Laboratorio de Puentes y Caminos/Setra (2000), que precisó las
modalidades de ensamblaje, el recubrimiento de las bandas, las obras de ingeniería civil
o las canalizaciones. La colocación de la geomembrana debe ser realizada por instaladores
con certificación ASQUAL, en particular para la soldadura entre membranas.
La geomembrana debe cubrir las orillas hasta una altura por lo menos igual a la del
resguardo y estar anclada en la parte alta. Las partes aéreas de la membrana en la cara
interna de los taludes son protegidas de las radiaciones UV con una capa de gravilla de
protección. Se recomienda verificar que se ha previsto un dispositivo de drenaje de gases
bajo la membrana, así como prever medidas en caso de que suba el nivel de la capa
freática, en función del contexto.
3.5.2 Materiales de relleno de los filtros
La calidad de los materiales de relleno de los compartimentos es fundamental para la
duración del sistema. Los materiales deben tener una granulometría homogénea y lavarse
de manera que presenten un contenido de partículas finas (d < 63 µm) inferior a 3% en
masa. La presencia en exceso de granos finos puede llevar a una colmatación irreversible
del fondo del filtro. La utilización de gravilla triturada o de materiales volcánicos requiere
una atención particular para asegurar su homogeneidad y la ausencia de granos finos.
El constructor debe suministrar las características (granulometría, dureza del material y
contenido de calcáreo [expresado en CaCO3]), la proveniencia de los materiales y un
esquema de aplicación de las capas (según los espesores).
La resistencia a la fragmentación de los materiales debe ser tomada en consideración.
Durante el transporte en camiones y el revestimiento del filtro, los materiales chocan entre
sí y sufren presiones. Si son demasiado quebradizos, la granulometría va a disminuir y
aumentará considerablemente la fracción de granos finos. La calidad del material puede
modificarse significativamente entre el momento de su producción y una vez instalado.
Por esa razón se aconseja lavar los materiales antes de instalarlos en el lugar, varias veces
si fuera necesario, hasta que el agua de lavado ya no arrastre material fino. Los tests de
Los Angeles (NF 1097-2 materiales gruesos) y micro-Deval (NF 1097-1 materiales finos)
permiten determinar la resistencia de los materiales a la fragmentación. Su escala va de
0 (muy duro) a 100 (muy quebradizo). Se aconseja no seleccionar materiales con valores
superiores a 35.
El agua, en particular cuando es ácida, disuelve el material calcáreo, lo que afecta el
comportamiento de los materiales con el tiempo. La nitrificación también puede tener ese
efecto. El contenido límite de caliza ha sido fijado en 20% de la masa del material.
Los HA están compuestos de 3 capas de gravilla, de granulometría en orden creciente con
la profundidad del lecho:
-
capa filtrante.
Es responsable del tratamiento de las partículas sólidas gracias a su
capacidad de retención física y sirve de soporte para el desarrollo de la biomasa
depuradora. Tiene un
espesor de 30 a 80 cm
en función de la variante elegida (Cuadro 5
p. 30). A partir de un espesor de 60 cm, conviene colocar en medio de la capa de filtración
una canalización de aire intermedio. Ésta se encuentra conectada con el resto de la red
de aireación, y sus ranuras se encuentran orientadas hacia abajo. La capa filtrante está
compuesta de
gravilla de 2 a 6 mm
que presenta un coeficiente de uniformidad (CU)
inferior a 5;
-
capa de transición.
Su papel es impedir el desplazamiento de la gravilla fina desde la
capa filtrante a la capa drenante. De 10 a 20 cm de espesor, su granulometría es definida
a partir de la granulometría de la capa filtrante y de la siguiente regla de transición
granulométrica derivada de las reglas de Terzaghi:
d15 capa de transicion ≤ 5 x d85 capa filtrante.
La granulometría de las capas superiores e inferiores es por lo general gravilla de 5/20 mm;
-
capa drenante.
Está recorrida por la red de aireación-drenaje, que recupera y evacúa los
efluentes tratados. Es esta capa la que incluye la pendiente de 0,5% en el fondo del filtro.
En ausencia de zona saturada, su espesor es de 10 a 20 cm. Para la variante NS/S, su
espesor será de 10 a 20 cm más que la altura de saturación. Está compuesta de gravilla
gruesa, de
20 a 60 mm
. También debe aplicarse la regla de Terzaghi enunciada más
arriba.
3.6. Dimensionamiento de los filtros horizontales
Las reglas de dimensionamiento de los filtros de flujo horizontal en zona tropical se
basan en dos nociones: una vinculada con la hidráulica y la otra con la degradación de
los contaminantes.
3.6.1 Hidráulica
Si bien parece simple, el dimensionamiento hidráulico de los filtros plantados de flujo
horizontal presenta varias dificultades que pueden llevar a cambios drásticos de las
condiciones de funcionamiento, e incluso a su mal funcionamiento.
La aparición de flujos de superficie es el ejemplo más característico. Se han observado en
la mayoría de los países pioneros en este tipo de obras (EE.UU., Reino Unido, Dinamarca),
y en especial cuando se utiliza el suelo del lugar (Alemania).
43
44
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Aunque no se puede aplicar perfectamente a las condiciones hidráulicas de los filtros, la
ecuación de Darcy se utiliza a menudo para determinar la sección hidráulica (ancho y
profundidad) del filtro para asegurar que el agua fluya al interior del lecho filtrante.
Se representa como sigue:
donde:
q: caudal de entrada en relación a la sección de paso, m/d
Q: caudal de agua, m³/d
As: sección de paso, m²
dH/dx: gradiente hidráulico, adimensional.
ks: permeabilidad del medio, m/d
Todo filtro de flujo horizontal se colmata con el tiempo por acumulación de materia
orgánica refractaria, depósito de SS inertes, precipitados, desarrollo de la biomasa o del
sistema radicular, etc. El resultado es una disminución de la porosidad y, por lo tanto, de
la permeabilidad del medio. El diseño hidráulico de los filtros debe por lo tanto prever
esta colmatación de manera a evitar que con el tiempo se generen flujos de superficie.
Lo que implica prever la influencia de esa colmatación sobre la permeabilidad del medio.
Cuando el filtro de flujo horizontal se coloca posteriormente a la primera etapa de filtro
plantado de flujo vertical, debe considerarse una pérdida de permeabilidad de un factor
de 10 en relación con la permeabilidad original. Se insiste en la necesidad de utilizar
materiales de una granulometría de tipo 3/6 mm a 15/20 mm.
3.6.2 Degradación de los contaminantes
El dimensionamiento vinculado con los rendimientos depurativos equivale a fijar el tiempo
de residencia del efluente dentro del sistema para garantizar la eficacia del tratamiento.
Habiendo sido ya fijados el ancho y la altura (dimensionamiento hidráulico), se requiere
entonces determinar la longitud del filtro. Para ello se han propuesto diferentes modelos
de los cuales el más utilizado es el modelo k-C*. Este modelo se basa en una degradación
de primer orden (k) y en una concentración ruido de fondo vinculada a un flujo de retorno
de los contaminantes en el agua, y en un flujo pistón. Aunque imperfecto, permite una
aproximación del tiempo de residencia a implementar en un filtro para la calidad de
depuración requerida.
Donde:
C and C*: concentración (in: entrada) y concentración ruido de fondo (C*) de un contaminante, g/m³
kv: constante volumétrica de degradación de un contaminante J-1: tiempo de residencia, J
Los efectos de la temperatura sobre la constante kv pueden ser expresados conforme a
una ley de tipo Arrhenius:
kT= k20.(T-20)
Una superficie de 1 m²/HE implementada después de la primera etapa de filtro plantado
de flujo vertical insaturado, permite alcanzar concentraciones inferiores a 25 mg DBO5/L.
Esta configuración no ha sido evaluada dentro del marco de los proyectos realizados para
los Departamentos de Ultramar. Por lo tanto, no es posible asegurar que ese dimensiona-
miento esté optimizado.
El lector puede remitirse a otras referencias más detalladas para adaptar el dimensiona-
miento (Dotro,
et al.
, 2017).
45
Las plantas, debido a su acción mecánica, son indispensables para el funcionamiento de
los HA.
Phragmites australis
se utiliza tanto en Francia Metropolitana como en el
extranjero. Sin embargo, esta especie no se encuentra de forma natural en la región
tropical, donde presenta un marcado riesgo de invasión. La adaptación de los HA pasa,
por lo tanto, por seleccionar especies endémicas de los trópicos que puedan sustituir a
Phragmites australis
.
Se llevó a cabo un estudio específico que permitió evaluar un centenar de especies
(Lombard-Latune y Molle, 2016). A continuación, se presentan las conclusiones del informe
final.
La búsqueda de una planta de sustitución requirió, en un primer momento, explicitar de
manera clara las necesidades. A partir de éstas, se definieron los criterios de selección que
asegurarían que las plantas se adaptaran al biotopo particular que forman los filtros, al
papel mecánico que se busca y a la ecología (en el sentido de equilibrio entre las especies
vivas) del medio en el cual se insertan los filtros.
El mismo medio del HA impone:
- el desarrollo en un sustrato areno-gravilloso insaturado y bien drenante;
- la resistencia a aportes importantes de materia orgánica poco evolucionada, con la
posible instalación transitoria de un medio anóxico;
- la resistencia al estrés hídrico: alternancia marcada entre fases de alimentación (> 400
mm/d durante 3,5 días) y de reposo (3,5 días sin aportes);
- la facultad de crecer a pleno sol (ausencia de sombra).
En relación con el papel que se espera cumplan los vegetales, éstos deben presentar im-
perativamente las siguientes características intrínsecas:
- plantas perenes no leñosas;
- desarrollo rápido y homogéneo para colonizar rápidamente la superficie del filtro y evitar
el desarrollo “en manojos” que limitaría la superficie del filtro realmente activa;
- plantas rizomatosas, idealmente con importantes rizomas en los 50 primeros centímetros
del filtro;
- no ser consideradas invasivas, con una baja producción de semillas (para limitar la
diseminación);
- altura superior a 60 cm y diámetro de tallos entre 0,5 y 2 cm con el fin de garantizar
tanto un efecto mecánico importante como una fácil siega* manual;
- las hojas, brácteas y otros órganos aéreos no deben retener agua de lluvia con el fin de
evitar todo riesgo sanitario vinculado en particular con los mosquitos;
46
Qué plantas utilizar en los HA
de la zona tropical ?
4
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
- la planta no debe presentar riesgo de irritación o intoxicación durante la siega.
También debe tomarse en cuenta el estatuto local de las especies:
- las plantas no deben presentar riesgo invasivo;
- las plantas no deben ser especies protegidas.
4.1 Resultados del estudio
A partir de los criterios ya expuestos, se estudiaron un centenar de especies. Una primera
fase bibliográfica permitió descartar la mayor parte de las plantas candidatas. Un estudio
a escala piloto comparó los vegetales sobre la base de los principales estreses generados
en los HA: estrés hídrico y anóxico. La última fase del estudio permitió evaluar, en un HA
de tamaño real, el comportamiento de las especies restantes en cuanto a su competencia
con las adventicias ("malezas"), su ciclo vegetativo y su desarrollo, elementos que sirven
de base para la discusión sobre las frecuencias de siega.
Los vegetales más interesantes pertenecen a tres grupos botánicos diferentes: las
Zingiberales, las Ciperáceas y las Poáceas.
4.1.1 Las Zingiberales
Las Zingiberales pertenecen a un orden botánico relativamente restringido de plantas que
se encuentran en estado natural sólo en los trópicos. Este orden incluye ocho familias y sólo
algunas decenas de especies. Algunas de estas especies son cultivadas por sus características
ornamentales y cuentan con cultivares* muy numerosos. Heliconia psittacorum contaría con
más de 1 200.
Las cinco especies mejor adaptadas al estrés durante la fase piloto del estudio pertenecen a
este orden, que parece, por lo tanto, particularmente interesante. En este sentido y dado el
tamaño relativamente pequeño del orden, su estudio se realizó con cierta exhaustividad (Fi-
gura 23).
47
Figura 23. Conclusiones del estudio sobre el orden de las Zingiberales.
Ciclo vegetativo
El ciclo vegetativo se define
como la sucesión de etapas
en el desarrollo de las
plantas.
Se distinguen esquemática-
mente 4 fases:
•
El crecimiento vegetativo,
desde que germina una semilla
o después de la aparición de
un hijuelo en el caso de la
multiplicación vegetativa.
Dura hasta que la planta ha
alcanzado un nivel de
desarrollo que le permite
producir suficiente energía
para reproducirse.
•
La floración, que
corresponde a la multiplicación
sexuada de la planta.
•
La granazón o fructificación,
que lleva a la producción de un
huevo (semilla).
•
La senescencia:
habiendo
cumplido su función
reproductora, la planta
muere paulatinamente.
Orden de las Zingiberales
Entre las ocho familias que pertenecen al orden de las Zingiberales, tres de ellas no han
sido estudiadas por diferentes razones: riesgo fitosanitario (Musáceas: los bananeros),
tamaño (Stelitziáceas: el árbol del viajero) o limitaciones geográficas (Lowiáceas: presentes
esencialmente en Asia). Se estudiaron, por lo tanto, representantes de las cinco familias
restantes y dos de ellas fueron descartadas:
- las Costáceas (
Costus spiralis et Costus speciosus
), debido a una competencia demasiado
débil en los filtros y a la sensibilidad de los rizomas en caso de aguas estancadas;
- las Zingiberáceas (
Alpinia purpurata
) que no soportaron las condiciones de los filtros
(insolación, sustrato).
Al terminar el estudio, los representantes de las tres familias restantes demostraron ser
los más interesantes. Se caracterizan por un desarrollo relativamente lento comparado
con el de otras especies evaluadas: esto representa una ventaja en cuanto a la limitación
del número de siegas anuales, tarea de explotación que demanda mucho tiempo. Su
instalación en cambio es más lenta y requiere acompañamiento en el inicio, arrancando
las malezas. Una vez instaladas estas familias, su follaje genera una sombra muy densa a
nivel del suelo, lo que las convierte en plantas muy competitivas que dejan poco espacio
a las adventicias.
Se trata de las familias mencionadas a continuación.
n
Heliconia psittacorum
, de la familia de las Heliconiáceas (Figura 24).
Su desarrollo es quizás el más lento de las tres, pero se compensa con una mejor
repartición en la superficie de los filtros. Actualmente es la mejor alternativa para los HA.
Sin embargo, es una familia genéticamente más cercana al banano que a otras familias.
Por ello, puede transformarse en un reservorio de patógenos o plagas, acarreando, así, un
importante riesgo fitosanitario para los bananos de los alrededores. Según la Fredon
(Federación Regional de Defensa contra Organismos Perjudiciales) de la Martinica, las
Heliconiáceas podrían representar un riesgo y no deberían plantarse a menos de un
kilómetro de una plantación. A la inversa, las Cannáceas suponen un menor riesgo y deben
ser privilegiadas en este caso.
48
Figura 24. Filtro plantado con Heliconia psittacorum.
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
© Irstea
n
Canna indica
y
Canna glauca
, de la familia de las Cannáceas..
Su desarrollo es muy denso, más cercano a un desarrollo en manojos que las otras. Son
menos interesantes que la
Heliconia
, pero son recomendadas para los HA cercanos a
plantaciones de bananos (< 1 km). Si bien no existe ningún problema en Mayotte (
Canna
indica
) ni en Guyana (
Canna glauca
), en cambio los filtros plantados de
Canna indica
en
Martinica y en Guadalupe sufren cada año entre noviembre y enero ataques de orugas
(Figura 25). Los ataques no parecen poner en peligro la supervivencia de las plantas en
los filtros, pero seguramente afectan su desarrollo.
49
Figura 26. Acodo en Clinogyne comorensis. El acodo* es una
propiedad de los tallos de algunas plantas cuyas células
epidérmicas tienen la capacidad de diferenciarse en tejidos
radiculares en contacto con el suelo.
© Cotram assainissement
© Cotram assainissement
Estas plantas aportan una robustez extra al sistema porque pueden adaptarse a un am-
plio espectro de condiciones (resistencia al estrés hídrico y al estrés anóxico) y son poco
exigentes en su mantenimiento (baja frecuencia de siega, alrededor de 18 meses).
En cambio, exigirán un acompañamiento durante la fase de inicio para limitar la
competencia con las adventicias. Su ciclo vegetativo no ha podido determinarse con
precisión, pero es en todo caso superior a 12 meses. Se aconseja realizar una siega cada
año, justo antes de la temporada de ciclones o antes de la temporada seca en Guyana. En
efecto, una de las consecuencias del paso de la tormenta Matthew fue la caída* de las
Heliconia presentes en la estación. Una siega preventiva antes de la temporada de ciclones
protegería los vegetales de los vientos violentos.
4.1.2 Las Ciperáceas
Las Ciperáceas son una familia botánica ampliamente representada en todo el mundo
(más de 5 000 especies), esencialmente en las regiones cálidas. Forman parte del orden
de las
Poales
. El comportamiento de las tres especies estudiadas frente al estrés era menos
bueno que el de las Zingiberales, pero aun así comparable al de las plantas utilizadas
hasta ese momento en los filtros de la zona tropical (cuyo problema era el de un desarrollo
heterogéneo “en manojos” y no el de una incompatibilidad con las condiciones de
los HA).
Figura 25. Ataque de orugas en Canna indica en la estación des Mangles, en Guadalupe.
n
Clinogyne comorensi
s de la familia de las Marantáceas.
Se desarrolla bastante rápido, pero el tallo que sostiene las flores tiene tendencia a aco-
darse (Figura 26), lo que podría implicar un riesgo de formación de un “tapiz” sobre el
suelo. Esta planta es endémica de Mayotte, donde se encuentra amenazada de extinción.
Su utilización en los filtros permitiría valorizarla.
n
Cyperus alternifolius
y
Cyperus involucratus
.
De acuerdo con las clasificaciones botánicas, estas dos especies pueden ser distintas o
formar una sola variedad. Sus diferencias son menores. Presentan un desarrollo relativa-
mente rápido. Su follaje cubre rápidamente el conjunto de los filtros, limitando el desarrollo
de las adventicias en el suelo. Al cabo de algunos meses, se forma una espesa capa de
vegetales muertos en el suelo. Es necesario realizar dos siegas al año para mantener una
buena densidad de vegetales y exportar toda la materia vegetal generada.
n
Cyperus papyrus
es menos denso que
C. alternifolous/involucratus
.
Sus tallos son más altos y parece resistir mejor que sus primas las condiciones anóxicas.
En la literatura ha sido utilizada en lechos de secado plantados con vegetales (tratamiento
de lodos de depuración y de lodos fecales provenientes de fosas sépticas). Algunos
botánicos estiman que presenta un riesgo no despreciable de diseminación fuera de los
filtros y que debe ser vigilada. Por el momento no ha sido seleccionada para ser utilizada
en los HA.
Las Ciperáceas estudiadas han demostrado ser una alternativa interesante para los HA,
incluso ofreciendo menos garantías que las Zingiberales en caso de condiciones extremas.
Requieren menos mantenimiento inicial, pero posteriormente una siega más regular.
Sus tallos son más resistentes y exigen material adaptado, tipo podadoras de setos, para
la siega.
4.1.3 Las Poáceas
Las Poáceas, o gramíneas, forman también parte del orden de las
Poales
. Representan un
20% de la vegetación global del planeta y comprenden más de 12 000 especies, lo que las
convierte en la 5ª familia botánica por el número de especies. Las especies evaluadas no pa-
recen disponer de mecanismos eficientes de adaptación al estrés.
Dado que
Phragmites australis
es una Poácea, puede deducirse que hay especies mejor adap-
tadas que otras. Esta familia botánica se caracteriza por un desarrollo muy rápido, lo que
puede ser una ventaja.
n
Arundo donax
y
Echinochloa polystachia
parecen interesantes por la densidad de sus tallos
y su rápido desarrollo. Pero debido a sus ciclos vegetativos muy cortos (3-4 meses), habría
que aumentar la frecuencia de las siegas (a 3 veces por año) para mantener una densidad
importante. El principal problema que presentan proviene de su excesiva afinidad por el
medio de los filtros: desarrollo acelerado, se salen muy rápidamente de los filtros. Se
desarrollan por acodo, lo que acelera su velocidad de colonización y provoca la formación
de un tapiz muy denso de tallos entretejidos que bloquea cualquier acción mecánica sobre
la capa de lodos. Deben prohibirse, porque incluso con mantenimiento, suponen un riesgo
invasivo.
n
Thysanolaena maxima
se desarrolla en manojos, lo que se trata de evitar.
n
Brachiaria decumbens
es una planta forrajera. Es demasiado pequeña para ejercer una
acción mecánica importante si la capa de lodos es gruesa. Es, además, bastante sensible
a las diferentes formas de estrés.
Ninguna de las Poáceas estudiadas fue seleccionada finalmente. El orden de las Poáceas
es muy amplio y las especies no estudiadas pueden ser indudablemente interesantes, en
particular si se diseñan sistemas con valorización agrícola (plantas forrajeras).
4.2 Herbario para los HA en los DFU
Al terminar este estudio, las plantas seleccionadas para los HA en los DFU son las
presentadas en el Cuadro 9.
50
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
51
Cuadro 9.
Síntesis de las especies seleccionadas para los humedales artificiales (HA) en los DFU
Desarrollo muy homogéneo, colonización progresiva
del conjunto del filtro
Densidad promedio: hasta 250 tallos/m²
Muy alta competitividad con adventicias
Requiere acompañamiento en la instalación:
desmalezado durante 3 meses 1 a 2 veces al mes
Siega anual antes de la temporada de ciclones
Observaciones
existen 1 200 cultivares con una alta heterogeneidad
(¡incluso al interior de los filtros!). Privilegiar los cultivares
más pequeños. Proximidad genética con el banano acarrea
riesgos fitosanitarios si el HA se encuentra a menos de 1 km
de una plantación de bananos
Heliconia psittacorum Canna indica, canna glauca Cyperus alternifolius/involucratus
Leve tendencia a desarrollo en manojos
Colonización lenta del conjunto del filtro
Densidad promedio: hasta 250 tallos/m²
Muy alta competitividad con adventicias
Requiere acompañamiento en la instalación:
desmalezado durante 3 meses, 1 a 2 veces al mes
Siega anual, antes de la temporada de ciclones
Observación
En Canna indica en Guadalupe y Martinica se observan
ataques de orugas de diciembre a marzo. No destruyen
por completo las plantas, pero las debilitan
Crecimiento rápido pero muy lenta
colonización del conjunto del filtroDesarrollo en manojos
Muy alta densidad: hasta 600 tallos/m²
Fuerte competitividad con adventicias
No requiere acompañamiento en la plantación
Siega cada 6 meses para eliminar tallos muertos
y favorecer la colonización del conjunto del filtro
Familia de las Heliconiáceas, orden de las Zingiberales Familia de las Cannáceas, orden de las Zingiberales
© Irstéa
© Irstéa
© Irstéa
Familia de las Ciperáceas, orden de las Poales
Esta última parte es una síntesis de los resultados obtenidos en los estudios de campo
con respecto a la implementación y gestión de los HA en zona tropical. Se detallarán los
incidentes que han llevado a un deterioro más o menos importante de los sistemas. Se
presentarán las diferentes fases de la vida de los filtros y también ejemplos de metrología
adaptada a este sistema dentro de las tareas de control y seguimiento de la estación.
5.1 Implementación de los HA
5.1.1 Experiencia adquirida en la construcción
El problema de la calidad de los materiales es una cuestión fundamental para la realización
de los HA. Si se descarta la inclusión de una segunda etapa de tratamiento se evitan las
dificultades derivadas del aprovisionamiento de arena de calidad. No obstante, las carac-
terísticas de los materiales que se buscan siguen siendo bastante específicas (parte 3.5.2
p. 42), lo que lleva, por ejemplo, a las canteras a invertir para adaptar su producción. En
2016 se construyó el primer HA en La Reunión. Actualmente hay HA en cada uno de los
DFU y, por lo tanto, existen diferentes soluciones para el aprovisionamiento de materiales.
Sin embargo, es interesante que el director de proyecto prevea un análisis granulométrico
complementario a las informaciones que aportan los proveedores. Si la diferencia con lo
recomendado es demasiado importante, se aconseja solicitar a la cantera que produzca
un nuevo lote de materiales.
Por último, es indispensable el lavado de los materiales in situ antes de su instalación en
los filtros. El transporte de materiales triturados puede producir su deterioro y generar gra-
nos finos que deben eliminarse.
La realización de los filtros debe pensarse de manera a garantizar su durabilidad en el
tiempo. La llegada de materias minerales al sistema supone un riesgo mayor, que puede
acelerar la colmatación en el seno del filtro y reducir considerablemente su vida útil. Por
esta razón los filtros deben ser protegidos de la escorrentía (Figura 27).
52
Implementación y gestión del sistema 5
Figura 27. Colada de lodo en el filtro plantado con vegetales (HA) de Salazie en La Reunión.
A B
© ODE de la Réunion
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Resultaría ventajoso que las geomembranas, incluso si han recibido protección contra los
UV, sean protegidas contra los rayos del sol, por ejemplo, con una capa de gravilla. Hay
que pensar entonces en el acondicionamiento de uno o varios accesos a la superficie de
los filtros para la explotación y el seguimiento.
En función del tamaño de los compartimentos, debe acondicionarse un camino para
vehículos al menos en uno de los costados con el fin de permitir el acceso a las máquinas
para la limpieza de los filtros.
5.1.2 Lista de los documentos que deben aportarse y las pruebas
que debe realizar el constructor
Se propone una lista indicativa y no exhaustiva de los documentos que debe aportar el
constructor y de las pruebas que debe realizar durante la construcción y la fase de puesta
en marcha de los HA (Cuadro 10). El “Cadre guide pour un CCTP filtres plantés de
roseaux” (Pôle d’appui technique aux services déconcentrés du ministère de l’Agriculture,
2007) aporta complementos valiosos para realizar las pruebas.
53
Geomembrana: ficha de proveedor, espesor, resistencia
(para geotextil: resistencia a la tracción, al alargamiento,
a la perforación)
Gravilla: ficha de proveedor, granulometría, dureza, contenido
en granos finos, análisis granulométrico complementario
Red de alimentación: ficha proveedor con características
de canalizaciones, planos de ejecución, manual de intervención
para la limpieza de la red
Red de drenaje: ficha de proveedor de las características
de las canalizaciones, esquema y fotos de la preparación
del drenaje, planos de ejecución
Para todos los equipamientos: justificación de su adecuación al
proyecto en base a sus características, respeto a exigencias de
instalación y empleo, modo operativo en caso de mal funcionamiento
Gravity-flow feeding infrastructure: mode of operation,
frequency and form of maintenance
Valving and electromechanical valving: frequency
and form of maintenance
Vannes et électrovannes : fréquence et mode d'entretien
Name and source of the species (supplier), rationale for the species
chosen, planting density, frequency of thinning–waterweed harvesting,
detailed plantation schedule during the bedding-in period
(hand-weeding, watering), best window for planting
Verificación de las uniones de las
membranas, prueba de estanqueidad
Lavado in situantes de instalación, verificación
de planeidad después de la instalación
Verificación de los sistemas
de repartición (flujo equivalente
en todos los puntos de alimentación)
Control visual de los conductos
Prueba de drenaje, control
visual de la red de drenaje
Calibración de bomba/sifón,
medición de caudal
Prueba de funcionamiento
y estanqueidad de válvulas
Evaluación de la tasa de recuperación
a 1 y 3 meses
Características, esquema
y procedimiento de implementación
de las capas
Características, planos de ejecución
y procedimiento de implementación,
cálculos técnicos e hidráulicos
Manuales de mantenimiento
y operación, plan de pruebas de
aceptación de planta, acta de
conformidad eléctrica, cálculos
técnicos e hidráulicos
Layout and planting procedure
Justificativo constructor Objeto Prueba asociada
Materiales
Redes
Material mecánico
y electromecánico
Vegetales
Cuadro 10.
Lista de los documentos a aportar y de las pruebas por realizar por el constructor
durante la fase de puesta en marcha de la estación
5.1.3 Incidentes importantes con impacto sobre las estaciones
A lo largo de los diez años de experiencia de que disponemos, sólo dos incidentes han
tenido un fuerte impacto sobre el funcionamiento de los HA.
El primero se produjo por un ingreso de lateritas* a la red de colectores previa a la
estación. Por una parte, la red era de mala calidad, con casi un 50% de aguas claras
parásitas; por otra parte, los vecinos habían acondicionado las redes de drenaje de sus
parcelas directamente conectadas con las cajas de conexión de la red.
Las partículas minerales finas se retienen difícilmente en la superficie de los filtros, sobre
todo cuando no existe capa de lodos. En consecuencia, se acumularon en la superficie y
penetraron parcialmente en el lecho, produciendo su colmatación (Figura 28). La capa de
depósito fue retirada para recuperar una permeabilidad aceptable, pero la acumulación
en el seno del filtro requería un lavado o un reemplazo del material.
Esta experiencia muestra la necesidad de mantenerse vigilante con respecto a la llegada
potencial de laterita al filtro (a través de la red o por flujo de superficie a nivel de la parcela
de la estación); es necesaria una mayor vigilancia en la fase de obras.
54
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
Figura 28. Colmatación del filtro de Bois d’Opale 1 con lateritas.
A B
© Etiage Guyane
Figura 29. Muerte de las Thysanolaena maxima a nivel de los puntos
de alimentación, estación de Mansarde Rancée en Martinica.
© Irstea
El segundo incidente tuvo consecuencias mucho menos dramáticas para el sistema. Con
ocasión de una marea particularmente fuerte en Martinica, entró agua de mar al sistema
colector a través de un by-pass (conducto de evacuación hacia un emisario) que no contaba
con válvula anti-retorno. Las plantas del filtro en servicio no soportaron la salinidad y
murieron algunos días después (Figura 29). A pesar de realizar una siega, las plantas no
fueron capaces de brotar nuevamente. No tuvo consecuencias sobre los resultados de los
filtros y fue necesario replantar los vegetales.
En cada uno de los dos casos fue la mala calidad de la red la que afecto el buen
funcionamiento de la estación. Esta es responsabilidad de la Autoridad Contratante.
Cabe destacar que determinados animales presentes en los filtros pueden alterar su
funcionamiento, como reptiles tipo iguanas que anidan en los filtros y aplastan los
vegetales con su peso. Esta problemática requiere una siega de los vegetales para evitar
que se pudran en la superficie del filtro.
5.2 Diferentes fases de operación de los filtros
Durante su vida, los HA pueden pasar por hasta cinco fases de operación diferentes: puesta
en marcha, funcionamiento normal, funcionamiento degradado, extracción y colmatación
definitiva.
5.2.1 Plantación de los vegetales y fase de puesta en marcha de
los HA
Los vegetales se plantan con una densidad entre 4 y 8 plantas/m², en función de la
velocidad de crecimiento de la especie elegida (Cuadro 9) y de la carga esperada al poner
en marcha la estación. Las plantas se colocan con su cepellón, lo que facilita su
recuperación. Puede añadirse una capa de compost si se espera una puesta en marcha
con carga muy baja: actuará como un acolchado para las plantas jóvenes, manteniendo
una buena humedad en el suelo y mejorando la repartición del agua en la superficie de
los filtros. En función de la calidad del compost, este puede liberar algo de SS, e incluso
colorear levemente el agua (ácidos húmicos). Estos efectos son temporales; pero es
importante aplicar un compost que no incluya muchas partículas finas: lo ideal sería realizar
un cribado que deje sólo la fracción superior a 1 mm. Durante los primeros seguimientos
en Taupinière, donde los vegetales habían sido plantados con un compost, se observó
un aumento no despreciable de la DQO. Esto duró sólo algunos meses.
En el caso de que exista un desfase temporal entre la plantación y la puesta en marcha
de la estación, es necesario regar regularmente los vegetales para favorecer su
crecimiento.
La fase de puesta en marcha, es un período durante el cual el seguimiento del desarrollo
vegetal debe ser riguroso. Si la estación está insuficientemente cargada, los vegetales
pueden tener problemas para desarrollarse. En caso de estrés hídrico, hay que mantener
un regadío con aguas claras (posibilidad de recircular), o, en caso de un proceso NS/S,
aumentar al máximo el nivel de saturación. La alternancia de los filtros, con una frecuencia
de 3,5 días de alimentación y después reposo, siempre es necesaria. En el caso de que la
puesta en marcha de una estación se lleve a cabo a carga nominal, y si el papel mecánico
de los vegetales todavía no es efectivo, es posible que tenga lugar un encharcamiento del
filtro. Será conveniente asegurar que no se vuelva excesivamente problemático: no debe
haber agua en la superficie de los filtros durante las fases de reposo. Si ocurre, escarificar
el depósito de lodos facilitará que las aguas puedan infiltrarse.
En todos los casos, los trabajos de desmalezado deben aplicarse como mínimo una vez al
mes mientras los vegetales plantados no hayan colonizado densamente el conjunto de
los filtros. A partir de una densidad de 100 tallos por m², ya no es necesario intervenir, a
menos que aparezcan nuevas plantas invasivas que se vayan imponiendo paulatinamente
a las especies plantadas. En cada DFU existen especies indeseables exuberantes que tienen
tendencia a "acostar" los vegetales presentes, etapa que es indispensable evitar.
5.2.2 Funcionamiento normal
Durante la fase de funcionamiento normal, los filtros son alimentados alternativamente
con una frecuencia 3,5 d/3,5 d. Se aplica entonces el mantenimiento normal de los filtros.
Las inmediaciones se limpian cada dos meses y las malezas del interior de los filtros se
arrancan con mayor regularidad en función de las necesidades.
55
La siega de los vegetales tiene como objetivo eliminar los vegetales muertos y mantener
una alta densidad en la superficie de los filtros. En el Cuadro 9, p. 51 se proponen
frecuencias indicativas en función de las especies. La siega es una tarea que puede
demandar mucho tiempo y es indispensable utilizar materiales profesionales como
podadoras de setos o desbrozadoras.
Es indispensable retirar la biomasa vegetal que se
produce sobre los filtros. Si se dejara sobre los filtros
, puede degradarse muy lentamente
y provocar la colmatación de superficie. Una vez que las plantas han brotado nuevamente,
es muy complicado intervenir. Por esta razón, algunos operadores prefieren intervenir con
un machete y cortar las plantas una por una, retirándolas a medida que sea necesario, en
vez de cortar todo y encontrarse con una masa vegetal difícil de retirar.
La siega es una tarea de explotación normal y no exige adaptar el modo de funcionamiento
de la estación. El rebrote de los vegetales se produce en pocas semanas.
5.2.3 Funcionamiento degradado
El funcionamiento degradado corresponde a un funcionamiento mínimo de la estación
después de una avería (fallo, corte de corriente, etc.). Normalmente ha sido previsto du-
rante el diseño de la estación.
Los HA pueden funcionar enteramente por gravedad si la topografía lo permite, utilizando
válvulas manuales, lo que impide problemas graves de funcionamiento. Si fuera indispen-
sable el uso de una estación de bombeo, ésta debe colocarse en cabeza de estación para
que no altere el flujo de las aguas en la estación en caso de avería. En funcionamiento
degradado, los rendimientos sobre la fracción carbonada (DQO, DBO5, SST) se mantienen,
pero pueden verse afectados los concernientes al nitrógeno.
5.2.4 Extracción de los lodos
Cuando el depósito orgánico alcanza una acumulación de 20 cm, la conductividad
hidráulica de los filtros disminuye, provocando una disminución de los intercambios
gaseosos. Es necesario proceder a la extracción o limpieza de la capa de depósito. Estos
lodos están fuertemente mineralizados y, por lo tanto, estabilizados (no susceptibles de
fermentación). El grupo de trabajo Epnac publicó una guía para la extracción, la toma de
muestras y el análisis de los lodos de HA con vistas a su valorización como compost
agrícola (2014). El documento detalla las diferentes tareas a realizar.
Si el sistema de alimentación es aéreo, debe ser desmontado antes de introducir las
máquinas. La extracción puede realizarse con una tracto-pala equipada con un vaso
de limpieza de fosa dotado de una cuchilla relativamente cortante (sin dientes). Las
máquinas tienen acceso sólo a la periferia de los filtros: en efecto, si entraran en el filtro
mismo producirían compactación y deterioro del sistema, en particular de la red de
aireación-drenaje. Por lo tanto, debe preverse un camino de acceso en la periferia de los
filtros.
Las plantas deben ser segadas antes de esta fase de limpieza. El rebrote de los vegetales
se hace directamente desde los rizomas contenidos en la capa de lodo residual y en los
primeros centímetros del lecho filtrante. Es por esta razón que se eligen plantas con
rizoma.
Con excepción de las operaciones curativas que fueron necesarias tras la aparición de los
problemas de intrusión de materias minerales en las redes (ver 5.1.1 y 5.1.3), nunca se
ha realizado una limpieza de los lodos en los HA de los DFU. Los elementos aquí
mencionados provienen de la experiencia obtenida en Francia Metropolitana. A excepción
de la velocidad de acumulación de los lodos, todavía por determinar para la zona tropical,
no existen
a priori
diferencias con las condiciones metropolitanas y pueden aplicarse las
mismas recomendaciones.
56
nHumedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en zona tropical - Octubre 2017 n
5.2.5 Colmatación irreversible
El sistema de los HA tiende naturalmente a colmatarse. Las diferentes tareas de explotación
y gestión de las obras permiten retrasar el plazo. Accidentes (intrusión de materias minerales
en la red), mala calidad de los materiales (proporción de minerales finos > 3%) o mala
explotación (alternancia no respetada) tienden a acelerarlo.
Actualmente, el HA más antiguo de Francia Metropolitana tiene más de 30 años y ha sido
limpiado a fondo sólo dos veces...
5.3 Gestión de las obras en la zona tropical
En el sitio web Epnac se encuentra disponible una guía de explotación de los filtros
plantados. No es específica de la zona tropical. Como complemento se han compilado
aquí los resultados de los operadores en los DFU. Las especificidades de la explotación de
los HA en zona tropical se refieren fundamentalmente a la protección del material
electromecánico y al mantenimiento de los vegetales.
5.3.1 Tropicalización de las instalac