Humedales construidos. Estado del arte. (II)

INGENIERÍA HIDRÁULICA Y AMBIENTAL , VOL. XXIV, No. 3, 2003
Humedales construidos. Estado del arte. (II)
UTILIZACIÓN DE LOS HUMEDALES
CONSTRUIDOS
Flujo libre
Los humedales con flujo libre son quizás los más
antiguos desde el punto de vista conceptual. Este tipo de
sistema ha sido utilizado como tratamiento secundario,
así como tratamiento de pulimento a sistemas secundarios.
Generalmente, estos sistemas son diseñados con cargas
superficiales bajas. La profundidad de las aguas en estos
sistemas varía entre 5 y 90 cm, sin embargo el valor más
común se encuentra entre 30 y 40 cm.1
En Norteamérica los humedales con flujo libre son el
tipo más usado para el tratamiento de las aguas residuales
y según Knight, el número de humedales con flujo libre en
Norteamérica representa dos tercios del total de los
humedales construidos que se encuentran en
funcionamiento.
En el caso de Europa, este tipo de sistema se ha
desarrollado más lentamente. Los sistemas más antiguos
se encuentran en Holanda donde han sido utilizados por
más de 30 años, dichos sistemas están formados por
zanjas de 3 m de ancho y 100 m de largo, con una
profundidad de entre 0,30 y 0,40 m y las plantas sembradas
son Scirpus lacustris. El agua residual entra por un extremo
de la zanja y se descarga por el extremo opuesto. En
estos humedales se emplea un área de 20 m 2 por persona
equivalente (PE) y las remociones obtenidas para los
distintos contaminantes son elevadas (96 % SST; 96 %
DBO; 87 % DQO; 40 % NTK y 30 % PT). Por otra parte,
en el año 1993 se desarrolló en la región Escandinava el
primer sistema, a gran escala, de un humedal con flujo
libre, el sistema tiene un área superficial de 21 ha y tiene
como objetivo la remoción del 50 % del nitrógeno presente
en las aguas residuales tratadas en una planta de
tratamiento las cuales eran vertidas al mar Báltico. Durante
el primer año de operación del humedal se habían removido
Resumen / Abstract
En este trabajo se presenta información acerca del
estado del arte actual de los humedales construidos
para el tratamiento de las aguas residuales. Este se ha
dividido en dos partes. En esta segunda parte se
presentan los distintos tipos de humedales construidos
así como los criterios utilizados para su diseño.
Palabras clave: humedales construidos, aguas
residuales, diseño
This paper gives some information on the Art State of
Constructed Wetland for wastewater treatment. It has
been divided in two parts. In the second part the
information on different tipe of Constructed Wetland
and design criteria.
Key words: constructed wetlands, wastewater, desing
720 kg . ha-1 de nitrógeno total de una carga total de
1 810 kg . ha-1 lo que significa una remoción del 40 %
aproximadamente, observándose que la nitrificación fue
el paso limitante en la remoción del nitrógeno; los factores
que potencialmente fueron considerados como las posibles
causas de esta baja eliminación de nitrógeno en este
sistema fueron: falta de superficie para que se adhieran
las bacterias nitrificantes y deficiencia de fósforo. 4
Flujo subsuperficial horizontal
Estos sistemas se diseñan con el objetivo de lograr
tratamiento secundario y tratamiento avanzado a las aguas
residuales. A estos sistemas se les ha llamado también
Celia Rodríguez Pérez de Agreda, Investigadora Auxiliar, Centro de Invertigaciones Hidráulicas (CIH), Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría, Ciudad de La Habana e-mail: [email protected]
de root zone o rock-reed filters y generalmente son
estanques o canales con el fondo relativamente
impermeable rellenos con un medio poroso, el cual es
sembrado con plantas emergentes. Se han utilizado
diferentes métodos de pretratamiento de las aguas
residuales, así como diferentes dispositivos de entrada y
salida. El medio poroso suele ser suelo o grava y el agua
residual pretratada entra al lecho por un extremo del sistema
y sale por el extremo opuesto.
En Europa se han construido varios cientos de
humedales con flujo subsuperficial empleando suelo o
grava y se considera que en este continente esta
tecnología se está diseminando rápidamente. La mayoría
de los sistemas construidos emplean como planta
acuática emergente al Phragmites australis pero se debe
señalar que en algunos sistemas se emplean otras
especies de plantas comunes de estos sitios. En la
mayoría de los sistemas que se encuentran en operación
en Dinamarca y Alemania se ha utilizado suelo, como
medio poroso; mientras que en el caso de Norte América
y el Reino Unido la mayoría de los sistemas emplean
grava. 3
En Australia y Sudáfrica los humedales con flujo subsuperficial han sido aplicados para el tratamiento de una
amplia variedad de aguas residuales.5,6
El diseño actual de estos sistemas varía en los
diferentes lugares donde son utilizados, la mayoría de
los sistemas se construyen como sistema único de forma
rectangular con una relación largo:ancho de 0,3-3. Algunos
se construyen con una estructura semejante a un tejado
con dos aguas, con inclinación a ambos lados y el agua
residual se añade en la zona media para tratar de maximizar
el área de la sección transversal de esos sistemas. Otros
sistemas consisten de dos o más lechos colocados en
serie, pero con la posibilidad de poder ser cargados de
forma paralela. En el primero de estos estanques se
adicionan sales de calcio, aluminio o hierro para tratar de
precipitar el fósforo y el segundo lecho es entonces
utilizado principalmente para reducir esos compuestos de
fósforos precipitados.
Uno de los problemas que presentan los humedales
con flujo subsuperficial horizontal, que emplean suelo, es
su baja conductividad hidráulica, lo cual hace que se
puedan producir flujos del agua residual por la superficie
del lecho, reduciéndose así los tiempos de retención; este
problema se ha podido resolver mediante el empleo de
grava como medio poroso, no obstante, en ocasiones se
han observado problemas de obstrucciones en este tipo
de sistema lo cual se ha asociado al mal funcionamiento
en el pretratamiento de las aguas residuales. Los sistemas
que emplean grava tienen poca capacidad de adsorción
de fósforo, de aquí que su remoción sea menor. En
Alemania para tratar de mejorar este problema se han
empleado arenas enriquecidas con hierro, este tipo de
medio tiene una conductividad hidráulica mayor que la del
suelo y además permite fijar el fósforo. 7
Otro problema es la transferencia de oxígeno por las
raíces de las plantas, teóricamente se ha considerado
que la concentración de oxígeno traslocado a las raíces
es suficiente para satisfacer la demanda de oxígeno
para la degradación aerobia de los contaminantes
presentes en las aguas residuales incluyendo la
oxidación del amonio a nitrato, sin embargo, estudios
realizados demuestran que el oxígeno desprendido por
las raíces es mucho menor que las cantidades
necesarias para la degradación aerobia de los distintos
contaminantes.8
Los humedales con flujo subsuperficial horizontal son
sistemas eficientes en la remoción de DBO y SST, sin
embargo, no son eficientes en la remoción de nutrientes.
En Inglaterra y Dinamarca se utilizan áreas de
aproximadamente 10 m2 por PE y la calidad de los
efluentes depende de la calidad del agua residual
afluente, aunque se plantea que las eficiencias medias
logradas son de: 91 % para los SST; 89 % para la DBO;
33 % NT y 32 % PT.3
Flujo vertical y sistemas combinados
En los humedales con flujo vertical el agua residual es
aplicada uniformemente sobre la superficie del lecho y el
efluente tratado sale por unos tubos perforados que se
encuentran en el fondo del lecho, colocados paralelamente
al eje longitudinal de este. El criterio conceptual
empleado para estos sistemas se basa en los trabajos
de la Dra. Seidel y en la actualidad este tipo de sistema
es muy utilizado en varias partes de Europa.
Un sistema típico consiste en dos grupos o etapas, de
celdas con flujo vertical en serie seguido por una o más
celdas con flujo horizontal, estas últimas con el objetivo
de lograr el pulimento de los efluentes. Cada grupo de
celdas con flujo vertical contienen a su vez varias celdas
en paralelo, donde el agua es aplicada intermitentemente
y rotando entre las celdas, los sistemas que se encuentran
en operación en Europa utilizan efluentes primarios y en
algunos casos emplean directamente aguas residuales
crudas. En estos sistemas las aguas residuales son
dosificadas por 2 días y luego las celdas se mantienen
secas de 4 a 8 días. El número de celdas en paralelo
estará en dependencia de los ciclos de aplicación que se
vayan a utilizar. 9
La principal ventaja de este tipo de sistema radica en
la restauración de las condiciones aerobias durante el
período seco. Esto permite que la remoción de la DBO y
del nitrógeno amoniacal se realice a mayor velocidad que
la que se presenta en los sistemas con flujo subsuperficial
horizontal, pues al estar estos últimos constantemente
inundados las condiciones son más bien anaerobias. Como
resultado de lo anteriormente explicado, para una calidad
de efluente determinado, los lechos con flujo vertical
pueden ser algo menores en área que los sistemas con
flujo horizontal.
Humedales construidos. Estado del arte. (II)
La carga hidráulica aplicada durante el período de
dosificación de las aguas residuales sobre los lechos de
la etapa I es típicamente de 0,3 m/d para efluentes
primarios y el doble para las celdas de la etapa II. En los
sistemas con dos etapas pueden lograrse eficiencias en
remoción de más del 90 % para la DBO y los SST.
En los últimos años en Alemania se ha desarrollado un
nuevo sistema con flujo vertical conocido como
PHYTOPILT. El sistema consiste en un lecho multicapa
al cual se le adiciona mediante un pulso automático, por
un sistema de sifones, las aguas residuales sobre la
superficie del lecho. El lecho consta de cuatro capas, una
capa superior de suelo con un espesor de 0,3 m donde
son sembradas las plantas, una capa filtrante superior
con un espesor de 0,4 m consistente en arena o grava
con alta conductividad hidráulica, una capa filtrante
intermedia con un espesor de 0,7 con una conductividad
hidráulica relativamente baja, pero una alta capacidad de
adsorción de fósforo y la capa filtrante más baja con un
espesor de 0,4 m constituida por arena y grava.
La diferencia en la conductividad hidráulica entre la capa
intermedia del filtro y la capa de filtro que se encuentra
más abajo se utiliza para la aereación automática de la
capa más baja de filtro mediante un sifón que se encuentra
conectado a la salida del sistema. Cuando el agua, que
se encuentra en la capa de filtro más baja, es arrastrada
por el sifón, el aire es chupado desde la atmósfera a través
del sistema de drenaje y los tubos de aereación.
Precisamente estas condiciones aerobias en la capa más
baja hace que se mejore la nitrificación, la combinación
con sistemas con flujo horizontal permitiría la denitrificación
y así podría lograrse una mayor eficiencia en la remoción
de los nutrientes. El área considerada para este tipo de
sistema es de aproximadamente 5 m2 por PE.8
PROCEDIMIENTO GENERAL UTILIZADO
PARA EL DISEÑO DE LOS HUMEDALES
Los humedales construidos pueden ser considerados
como reactores biológicos de biomasa adherida y su
funcionamiento para la remoción de la DBO y el nitrógeno
puede ser estimado de acuerdo con una cinética de primer
orden para un reactor con flujo pistón. Las relaciones
básicas para los reactores con flujo pistón son las
siguientes:9
Ce
= exp( −KTt )
Co
...(1)
donde:
Ce: Concentración del contaminante efluente. (mg/L)
Co: Concentración del contaminante afluente. (mg/L)
KT: Constante de velocidad de reacción de primer orden,
dependiente de la temperatura. (d-1)
t: Tiempo de retención hidráulica. (d)
44
El tiempo de retención hidráulica en los humedales
puede ser calculado usando la siguiente ecuación:
t =
LWdn
Q
...(2)
donde:
L: Longitud del estanque (m).
W: Ancho del estanque (m).
d: Profundidad del agua en el estanque (m).
n: Porosidad, o espacio utilizado por el agua para fluir a
través del humedal. En los humedales con flujo libre (FL)
la vegetación y las plantas secas ocupan un espacio,
mientras que en los humedales con flujo subsuperficial
(FSS) el medio, las raíces y otros sólidos hacen lo mismo.
La porosidad es un porcentaje y se expresa en forma
decimal.
Q: Flujo promedio a través del humedal (m3/d).
Para determinar el flujo promedio se aplica la siguiente
ecuación:
Q =
Qa + Qe
2
...(3)
donde:
Qa: Flujo afluente.
Qe: Flujo efluente.
Para hacer un diseño preliminar usualmente se asume
que Qa y Qe son iguales.
Combinando las ecuaciones (1) y (2) se puede
determinar el área superficial del humedal.
As = LW =
Q ln(C o / C e )
KTdn
...(4)
donde:
As: Área superficial del humedal (m2).
El valor de K usado tanto en la ecuación (1) como
en la (4) depende del tipo de contaminante removido y de
la temperatura.
MODELO DE DISEÑO PARA LA REMOCIÓN
DE LA DBO
Todos los humedales construidos pueden ser
considerados como reactores biológicos con biomasa
adherida y su funcionamiento puede ser descrito,
aproximadamente, por una cinética de primer orden para
un reactor con flujo pistón. Estudios realizados con
trazadores demuestran que realmente el patrón de flujo
no se ajusta totalmente a un flujo pistón ideal, pero se
acerca más a un flujo pistón que a mezcla completa. En
la práctica las condiciones de flujo no ideal pueden ser
modelados por una cinética de primer orden con dispersión
C. Rodríguez
axial o mediante el uso de un número de reactores en
serie, completamente mezclados.10
Humedales construidos con flujo libre
A partir de datos obtenidos en sistemas que se
encuentran en operación Reed y otros autores, plantean
que la ecuación (1) puede ser aplicada para el diseño de
estos sistemas:
Ce
= exp( −K T .t )
Co
donde:
Ce: DBO efluente (mg/L).
Co: DBO afluente (mg/L).
Kt : Constante de velocidad de reacción de primer orden
(d -1).
Siendo:
(T -20)
K T = K 20 (1,06)
...(5)
K20= 0,678 d-1
...(6)
El área superficial del humedal puede determinarse
usando la ecuación (4):
As =
Q ln(C o / C e )
KTdn
donde:
KT: Constante de velocidad de reacción de las ecuaciones
(5) y (6) (d-1).
d: Profundidad de diseño del agua en el sistema (m).
n: Porosidad del humedal (0,65-0,75).
La profundidad en estos humedales puede estar en un
rango que va desde unos pocos centímetros hasta un
metro. El rango de profundidad típica de diseño para estos
sistemas se encuentra entre 0,1 m a 0,46 m en
dependencia de la época del año y de la calidad del agua
esperada en el sistema. El uso de estas ecuaciones debe
hacerse con reserva debido a que se requiere tener mayor
información sobre ellas.
Knight 2 propuso la siguiente ecuación basándose en
un análisis de regresión aplicando los datos obtenidos en
distintos sistemas en operación en Norteamérica.
Ce = (0,192)(Co) + (0,097)(CH)
...(7)
donde:
Ce: DBO efluente (mg/L).
Co: DBO afluente (mg/L).
CH: Velocidad de carga hidráulica (cm/d).
Esta ecuación puede ser utilizada para predecir
calidades de efluentes en humedales con configuraciones
típicas y condiciones de temperatura ambiente semejante
a las de los lugares donde fueron obtenidas. Sin embargo,
tiene como inconveniente que no incluye un factor de
corrección para la temperatura.
Por otra parte, Crites y Tchobanoglous,11 plantean los
criterios que se resumen en la tabla 1 para el diseño de este
tipo de sistema.
Tabla 1
Criterios de diseño de los humedales con flujo
libre y la calidad de los efluentes esperados
Parámetros
de diseño
Unidad
Valor
Tiempo
de retención
d
2-5 (DBO)
7-14 (N)
Velocidad
de carga orgánica
Profundidad
del agua
Tamaño mínimo
kg/ha . d
< 110
m
0,06-0,45
m2 /m3 . d
5,3-10,7
Relación L:W
2:1-4:1
Control
de mosquitos
Requerido
Intervalo
de cosecha
año
3-5
DBO5
mg/L
< 20
SST
mg/L
< 20
NT
mg/L
<10
PT
mg/L
<5
Calidad esperada
para los efluentes
Humedales construidos con flujo subsuperficial
En los humedales con flujo subsuperficial los
mecanismos básicos de remoción son los mismos que
para un sistema con flujo libre, sin embargo, en el sistema
con flujo subsuperficial la velocidad de remoción puede
ser mayor debido a que en este tipo de sistema hay una
mayor área superficial sumergida y por tanto, presentará
un potencial mayor para el crecimiento de los
microorganismos adheridos. Según Reed, 1 m 3 de un lecho,
con humedal que contiene grava con tamaño de 25 mm
45
Humedales construidos. Estado del arte. (II)
puede presentar un área superficial de al menos 146 m2,
además de la superficie que proporcionan las raíces;
mientras que en un sistema con flujo libre con un volumen
semejante pudiera contener entre 15 y 50 m2 de área
superficial utilizable.
Las ecuaciones planteadas (1-4) pueden ser aplicadas
para un sistema con flujo subsuperficial y las únicas
diferencias son la magnitud de la porosidad (n) y la
constante de velocidad de reacción. Para los sistemas
con flujo subsuperficial la porosidad varía con el tipo de
medio usado en el sistema.
En la tabla 2 se indican las características de los medios
normalmente empleados en sistemas con flujo
subsuperficial.
Tabla 2
Características de los medios empleados en los
sistemas con flujo subsuperficial
Tamaño
efectivoD10
(mm)
Porosidad
(n)
Conductividad
hidráulica
(ks)(m3/m2 . d)
Arena
gruesa
2
28-32
100-1000
Arena
gravosa
8
30-35
500-5000
Grava fina
16
35-38
1000-10 000
Grava
media
32
36-40
10 000-50 000
Roca
gruesa
128
38-45
50 000-250
000
Tipo de
medio
La ley de Darcy describe el régimen de flujo en un medio
poroso y es aceptada para ser utilizada en el diseño de
los humedales con flujo subsuperficial que utilizan como
medio en el lecho, suelo o grava. Dicha ecuación es la
siguiente:
Q = ks . As . S
...(8)
donde:
Q: Flujo promedio a través del humedal (m3/d).
Ks: Conductividad hidráulica de un área unidad del
humedal, perpendicular a la dirección del flujo (m3/m2 . d).
Ac: Área de la sección transversal perpendicular al flujo (m2).
S: Gradiente hidráulico o pendiente del lecho (como una
fracción decimal).
46
El área de la sección transversal del lecho en el humedal
puede ser calculada por sustitución en la ecuación de
Darcy:
Ac =
Q
ks.S
...(9)
Según Metcalf y Eddy,12 los humedales con flujo
subsuperficial horizontal deben ser diseñados para que la
velocidad del flujo definida por el producto (k s . S) no sea
mayor de 6,8 m/d para minimizar el arrastre de la película
biológica.
El ancho del lecho se calcula en función del área
superficial y de la profundidad del lecho, empleando la
siguiente ecuación:
W =
Ac
d
...(10)
La profundidad del medio en los sistemas con flujo
subsuperficial está directamente relacionada con la
profundidad de penetración de las raíces y rizomas de las
plantas, pues estas son las que suministran el oxígeno al
sistema. La penetración de las raíces de las principales
plantas utilizadas en los humedales construidos son las
que se muestran en la tabla 3.
Tabla 3
Penetración de las raíces de las plantas
emergentes más utilizadas en los humedales
con flujo subsuperficial
Plantas emergentes
Penetración de las raíces
en el medio
(cm)
Scirpus
76
Phragmites
>60
Typha
30
El área de la sección transversal del lecho así como el
ancho del mismo son independientes de la temperatura y
de la carga orgánica ya que ellos son controlados por las
características hidráulicas del medio.
Para el caso del valor de la K20 en los sistemas con
flujo subsuperficial, esta constante presenta un valor de
1,104 d-1, mientras que el valor de K20 depende del valor
de la porosidad del medio, variando desde un valor de
1,84 para arena gruesa, hasta un valor de 0,86 para arena
gravosa. 12
Los criterios de diseño propuestos por Crites y
Tchobanoglous,11 para el diseño de los humedales con
flujo superficial se muestran en la tabla 4.
C. Rodríguez
Tabla 4
Criterios típicos para el diseño de los humedales
con flujo subsuperficial y la calidad de los
efluentes esperados
Parámetros de diseño
Unidad
Valor
Tiempo de retención
d
3-4
6-10
Velocidad de carga
orgánica
kg/ha . d
<110
Velocidad de carga de
SST que entran
kg/m2 . d
0,04
Profundidad del agua
m
0,3 - 0,61
Profundidad del medio
m
0,46 - 0,76
Control de los
mosquitos
No se
requiere
Esquema de cosecha
No se
requiere
Calidad esperada para
los efluentes
BDO5
mg/L
< 20
SST
mg/L
< 20
NT
mg/L
< 10
PT
mg/L
<5
ANÁLISIS DE LAS CONSTANTES DE VELOCIDAD DE
REMOCIÓN PARA LOS DISTINTOS CONTAMINANTES
La remoción de los distintos contaminantes presentes
en las aguas residuales pueden ser modelados
matemáticamente, no obstante, hay que señalar que en
el desarrollo de estos modelos para los humedales
construidos se han encontrado una serie de problemas
entre los que se encuentran que los contaminantes están
constituidos por partículas de tamaños muy diferentes.11
Modelación de la remoción de la DBO
Uno de los problemas encontrados en la modelación
de la remoción de la DBO en los humedales construidos
es que la DBO afluente al sistema puede estar en forma
soluble, en forma coloidal o en forma de partículas
suspendidas. Además, la remoción puede ocurrir por
mecanismos aerobio/anóxicos/anaerobios y por
floculación/sedimentación.
Como consecuencia de todo lo anteriormente explicado,
la constante de velocidad de remoción de la DBO depende
de su distribución de la DBO en las tres fracciones, además
de considerar que las zonas aerobia/anóxicas/anaerobia
existen simultáneamente en la columna de agua. Así, la
constante de velocidad de remoción de la DBO utilizada en
el diseño de los humedales es una constante de velocidad de
remoción total o completa de la DBO y debe ser modificada
para reflejar la naturaleza de la DBO específica aplicada.
Otro aspecto que se debe tomar en cuenta, también, es
que al modelar la remoción de la DBO no se toma en cuenta
que esta puede estar compuesta por partículas de distintos
tamaños de aquí que la constante de velocidad de remoción
de la DBO variará a medida que el agua residual pase a
través del humedal. Debido a que la respuesta al tratamiento
decrece a medida que los contaminantes son removidos,
se debe utilizar una expresión que tome en cuenta la
velocidad de retardo. Una forma típica para expresar la
velocidad de retardo es la siguiente:
K total
...(11)
(1 − rt )n
donde:
K: Constante de velocidad de remoción al tiempo t (d-1).
Ktotal : Constante de velocidad de remoción total inicial al
tiempo t = 0 (d-1).
r: Coeficiente de retardo (d-1).
t: Tiempo t = L/v.
n: Exponente relacionado con el contaminante que está
siendo removido.
L: Longitud (m).
v: Velocidad (m/d).
Cuando los valores de r y n son igual a cero el valor de
K/Ktotal es igual a 1, y el coeficiente de velocidad de
remoción total es constante. Por ejemplo, el coeficiente
de velocidad de remoción completa de la DBO será
constante si toda la DBO fuese soluble o coloidal o
suspendida, pero de un tamaño específico, para este caso
el valor del exponente n será cero. Para el caso de un
agua residual típica que contiene DBO soluble, coloidal y
suspendida, el valor de n es aproximadamente 1,0. Por
otra parte, para un agua residual típica el coeficiente de
retardo, el cual varía con la densidad de plantas es
aproximadamente igual a 0,2 d-1 . La importancia del
coeficiente de retardo dependerá de la distribución de los
componentes de la DBO en las fracciones solubles,
coloidales y suspendidas. No obstante, se debe señalar
que en la literatura no se cuenta con suficientes datos
para aplicar con confianza el coeficiente de velocidad de
remoción con retardo.
Se debe señalar que en un estudio experimental
realizado por la autora, 13 en el que se analiza el efecto de
la biomasa adherida al medio soporte en los humedales
con flujo subsuperficial, se demuestra que el crecimiento
de la biomasa influye en la remoción de la DQO variando
la constante de velocidad de remoción K a medida que se
incrementaba el crecimiento de la biomasa.
K =
Efecto de la temperatura
Los microorganismos son los máximos responsables
de la remoción de la DBO en los humedales construidos y
se conoce que la velocidad de remoción depende de la
temperatura donde:
K2
= θ(T 2 −T 1)
K1
...(12)
47
Humedales construidos. Estado del arte. (II)
El rango de θ para los humedales construidos se
considera que se encuentra entre 1,02 y 1,06 d-1.
construidos son en realidad coeficientes aparentes y no
necesariamente tienen una base teórica.
Impacto de las plantas muertas
sobre los humedales
Otro aspecto que influye sobre las características de
los efluentes en los humedales es el hecho de que las
plantas que se encuentran en el mismo, mueren,
comenzando así su degradación. La degradación de la
materia orgánica de las plantas trae consigo que al agua
pasen una serie de sustancias solubles principalmente
aminoácidos, azúcares, ácidos grasos y otras sustancias
que son fácilmente degradados por los microorganismos,
contribuyendo a incrementar la DBO de los efluentes. Se
ha observado incluso que en humedales en los que no se
suministra agua residual sus efluentes mantienen una
concentración de DBO variables que puede estar entre 2 y
10 mg/L, siendo el valor típico entre 3 y 5 mg/L. Lo anterior
demuestra que la DBO en los efluentes de los humedales
está compuesta por la DBO remanente del residual afluente
y de la DBO aportada por las plantas al ser degradadas. La
DBO aportada por la degradación de las plantas y otros
detritos ha sido llamada como la DBO background (C*) y ha
sido incluida en modelos de diseño propuestos.14
REFERENCIAS
1. REED, S. AND D. BROWN: Constructed Wetland
Desing. The Second Generation, presentado en la
Conferencia de la WPCF 1991, 1-10, 1991.
2. KNIGHT, R.; R. KADLEC AND S. REED: Database:
Northamerican Wetland for Water Quality Treatment,
US Environmental Protecction Agency, Risk Reduction
Environmental Laboratory, Cincinnati, OH, 1993.
3. BRIX, H.: Constrructed Wetland for Municipal
Wastewater Treatment in Europe. Global Wetlands: Old
World and New. Misch w. J. (Ed), Elsevier Science,
1994c.
4. WITTGREN H. B. AND S. TOBIASON: Nitrogen
Removal from Pretreated Wastewater in Surface flow
Wetland. Wat. Sci.Tech 32., 3, 69-78, 1995.
5. BAVOR, H. J.; D. J. ROSER AND S.A. MCKERSIE:
"Treatment of Wastewater Using Artificial Wetland: Large
Scale, Fixed Film Bioreactors". Aus. J. Biotech. 1, 1-24,
1987.
6. DAVIES, T. H. AND T. HART: "Reed Bed Treatment in
a Pilot Scales Facility", in Cooper P. F. And Findlater
B. C. (ed) Constructed Wetlands in Water Pollution
Contrrol. Pergamon Press Oxford UK 517-520, 1990.
7. NETTER, R. AND W. BISCHOFSBERGER: Sewage
Treatment by Planted Soil Filters. En Cooper P. F. and
Findlater B. C. (Ed), Constructed Wetland in Water
Pollution Control. Advances in Water Pollution Control,
Pergamon Press, Oxford, UK, 245-255, 1990.
8. BRIX, H.: "Función of Macrophytes in Constructed
Wetlands", Wat Sci Techn, Vol. 29, No 4, 71- 78,
1994b.
9. REED S. C.; R. W. CRITES AND E. J. MIDDLEBROOKS Natural Systems for Waste Management
and Treatment, 2da. ed., McGraw-Hill, New York, 1995.
10. KADLEC, R. H.; W. BASTIAENS AND D. T. URBAN
Hydrological Design of free Water Surface Treatment
Wetland. En Moshiri (Ed) Constructed Wetland for Water
Quality Improvement, Lewias Publishers, Chelsea M.I.
77-86, 1993.
11. CRITES, R. AND G. TCHOBANOGLOUS: Small and
Decentralized Wastewater Management Systems.
WCB/MacGraw-Hill, 1998.
12. METCALF AND EDDY: Ingeniería de aguas residuales.
Tratamiento, vertido y reutilización. McGraw-Hill/
Interamericana de España S. A., 1995.
13. RODRÍGUEZ PÉREZ DE AGREDA, C.: Humedales
artificiales. En Memorias del Primer Curso Regional
sobre Sistemas Integrados para el Tratamiento de Aguas
Residuales Domiciliarias. Mérida, Venezuela, 2000.
14. KADLEC R. H AND R. L. KNIGHT: Treatment Wetland.
CRC Lewis Publishers, CRC Press LLC, 1996.
Constante de velocidad de reacción basado
en el área o en el volumen
La determinación de las constantes de velocidad de
remoción de la DBO así como de otros contaminantes
pueden ser obtenidas en base al volumen o en la base al
área superficial de un volumen control, de aquí que hay
que tener cuidado cuando se van a utilizar las constantes
y saber en qué base se encuentran.
El coeficiente de velocidad de remoción basado en el
volumen como el propuesto por Reed:
rDBO = -K(DBO)
...(13)
donde:
rDBO: Velocidad de remoción de la DBO por unidad de
volumen por unidad de tiempo (ML-3L-1).
K: Coeficiente de velocidad de remoción de la DBO (t -1).
DBO: Concentración de la DBO carbonacea (ML-1).
Mientras que en el modelo de remoción basado en el
área, propuesto por Kadlec y Knight:
rDBO = -KA(A/V)(DBO) = - (KA/d)(DBO)
...(14)
donde:
rDBO: Velocidad de remoción de la DBO por unidad de área
por unidad de tiempo (ML-2 T-1).
KA: Coeficiente de velocidad de remoción de la DBO (LT-1).
A: Área superficial (L-2).
V: Volumen (L-3).
d: Profundidad (L).
Estos dos coeficientes cinéticos están relacionados
directamente solo en el caso en el que la profundidad del
agua sea la misma. De aquí que la dificultad de utilizar
uno u otro coeficiente ocurre cuando el valor obtenido para
una profundidad es aplicado para otra. Debido a que los
conocimientos acerca de los mecanismos reales de
remoción de los distintos contaminantes es limitado en la
actualidad, los coeficientes de velocidad de remoción
obtenidos y utilizados en el diseño de los humedales
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Recibido: junio del 2003
Aprobado: julio del 2003