EFICIENCIA DE UN HUMEDAL CONSTRUIDO PARA EL

EFICIENCIA DE UN HUMEDAL CONSTRUIDO PARA EL TRATAMIENTO
DE EFLUENTES DOMICILIARIOS, DURANTE LA FASE INVERNAL, EN
URUGUAY
Autor: Lic. Inti Carro
Institución: CEUTA
.Introducción
Los Sistemas de Flujo Sub-Superficial (SFSS), llamados también Humedales Construidos,
son mundialmente utilizados para el tratamiento de efluentes tanto a nivel domiciliario como
industral (Cooper 1996). En los SFSS el efluente circula por dentro de un canal relleno de
grava (piedras de 5-10 cm de diámetro) donde se implantan macrófitas del tipo emergente:
Typha sp., Phragmites sp, entre otras. Cooper (1996) plantea que por su circulación subsuperficial, este tipo de sistemas de tratamiento impiden el contacto del efluente con los seres
humanos, evitando el riesgo de propagación de enfermedades de origen hídrico (e.g. cólera,
hepatitis, dengue). La tecnología de Humedales Construidos es destacada por su buen
rendimiento en el tratamiento secundario y terciario de diversos efluentes cloacales. Perdomo
et al. (1999) señalan eficiencias de remoción mayores a 90 % para SFSS instalados a escala
piloto en Uruguay. Sin embargo a nivel local, no existen hasta el momento antecedentes
publicados sobre el desempeño de este tipo de sistemas bajo condiciones reales de
utilización.
Este trabajo presenta un monitoreo realizado al SFSS de una escuela ubicada en la localidad
de Rincón de la Bolsa, departamento de San José, Uruguay (34º 46´ S, 56º 21´ W) (Figura 1).
Este sistema fue construido en el año 2001 como parte del proyecto Jardín de Totoras:
Sistema natural para el tratamiento de aguas servidas en escuelas rurales y suburbanas
(Latchinian, 2001).
El objetivo del presente trabajo fue evaluar el desempeño de la tecnología SFSS en Uruguay,
bajo condiciones reales de funcionamiento, durante el periodo invernal.
Figura 1: Perspectiva del SFSS y sus componentes. Las proporciones reales del sistema han
sido modificadas en la imagen para permitir su mejor visualización.
.Metodología
Se realizaron 6 muestreos en las siguientes fechas: 9/6, 2/7, 10/7, 30/7, 14/8, 11/9. En cada
oportunidad las actividades de muestreo fueron efectuadas en la mañana (ca. 10:00 AM). Se
evaluaron parámetros químicos, físicos y biológicos a la entrada y salida del sistema de
totoras: dentro de la cámara séptica y de recolección respectivamente. Mediante el uso de
sensores de campo Horiba y Cole Parmer, se cuantificaron in situ: pH, temperatura (T) y
oxígeno disuelto (OD). Se extrajeron muestras por triplicado de entradas y salidas para su
examen ex situ. Se realizaron análisis de DBO y DQO (APHA 1999) en los laboratorios de
Obras Sanitarias del Estado. La cuantificación de coliformes totales (APHA, 1999) se efectuó
en la Dirección Nacional de Medio Ambiente. Por último los análisis de concentración de
nitrógeno (NT), fósforo (PT) (Valderrama, 1981) y sólidos en suspensión (SS) (APHA, 1985)
fueron realizados en el laboratorio de la Sección Limnología de la Facultad de Ciencias
(Universidad de la República).
.Resultados
Los valores de pH registrados fueron en todo momento y en ambas cámaras cercanos a la
neutralidad. El OD registrado siempre fue cero para ambas cámaras. La T del efluente
experimentó un descenso continuo desde el comienzo hasta el final del período de monitoreo
(Figura 2). La T del efluente presento un comportamiento sensiblemente distinto a los
registros de temperatura ambiente, la T del efluente fue siempre mayor que la ambiental y a
diferencia de esta última no presento marcadas fluctuaciones (Figura 2).
18
a m b ie n t e
e n tra d a
s a l id a
temperatura (ºC)
16
14
12
10
8
6
J
J
A
S
O
MES
Figura 2: Temperatura ambiente y del efluente de entrada y de salida en cada muestreo.
Todas las variables de laboratorio analizadas evidencian, hacia el final de las actividades de
muestreo, una tendencia común al aumento de concentración tanto para la entrada como para
la salida del sistema (Figura 3). Esto significa que de junio en adelante la capacidad de
remoción del SFSS disminuyó, haciendo que la calidad del efluente final disminuyera
consecuentemente.
Se constató que la eficiencia promedio del SFSS (para todo el conjunto registros) para DBO y
DQO superó el 50 % y coliformes totales fue el parámetro que alcanzó los mayores valores
de remoción (84 %) (Tabla 2).
Tabla 2: Eficiencia porcentual del SFSS para cada variable cuantificada.
NT
SS
48
PT
20
38
DQO
61
DBO
58
Coliformes
84
300
160
SS
Coliform es
totales
Entrada
Salida
Entrada
Salida
140
concentración UFC/100 ml 10
5
250
-1
concentración (mg l )
120
200
100
150
80
60
100
40
50
20
600
Entrada
Salida
060
Entrada
Salida
DBO
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
-1
-1
concentración (mg l ) 10
-1
-1
concentración (mg l ) 10
DQO
80
80
PT
Entrada
Salida
Entrada
Salida
60
60
40
40
20
20
-1
-1
concentración (mg l ) 10
concentración UFC/100 ml 10
5
NT
0
0
1
2
3
4
5
evento de m uestreo
6
1
2
3
4
5
evento de muestreo
6
Figura 3: Concentraciones de entrada y salida de los distintos parámetros para cada actividad
de muestreo.
.Conclusiones
El desempeño del SFSS mostró variaciones respecto al rendimiento para cada parámetro
analizado, pudiendo diferenciarse dos grupos de variables según las eficiencias de remoción:
NT, PT y SS, los cuales presentaron porcentajes menores a 50 % y coliformes totales, DBO y
DQO, los que presentaron valores por encima de 50 %.
Efectos de la variación térmica en la eficiencia del SFSS
La circulación sub-superficial del efluente y la cobertura de los canales provista por las
totoras definieron que la temperatura en el interior del SFSS fuera mayor respecto a la
ambiental durante toda la investigación. En base a los patrones de ambas curvas de
temperatura se puede afirmar que el diseño del sistema permite una efectiva regulación
térmica en el interior de los canales, atenuando los cambios que ocurren a nivel de la
temperatura ambiente.
Vymazal et al. (1998) y Kadlec (1999) señalan la estrecha relación del factor térmico con la
eficiencia de los procesos de remoción microbiológicos. La investigación aquí presentada se
realizó durante los meses en que la temperatura ambiental alcanzó los valores mínimos del
año. Esto determinó la reducción progresiva de la temperatura del efluente hacia el final del
monitoreo, causando posiblemente la disminución de la actividad microbiana dentro del
SFSS. Esto tuvo incidencia directa sobre la calidad del efluente. Así, las bajas temperaturas
registradas a nivel ambiental y en el efluente, coinciden con la etapa crítica (peor desempeño)
del SFSS en el 2003. Si el monitoreo hubiera continuado a lo largo de setiembre y meses
posteriores posiblemente, con el aumento de las temperaturas, la eficiencia del sistema
hubiera sido cada vez mayor.
En Dinamarca (56º N), SFSS sujetos a variaciones térmicas sensiblemente más importantes a
las expuestas en este trabajo (entre 5 y 15 ºC), presentaron concentraciones en el efluente y
eficiencias de remoción constantes a lo largo del año (75 % sólidos en suspensión y 80 %
demanda bioquímica de oxígeno). La explicación que subyace a este hecho es que la
microflora de los sistemas posee la capacidad de adaptarse (cualitativamente y
cuantitativamente) a los cambios estacionales (Brix, 1998). Esta referencia permite aseverar
que un SFSS en latitudes menores, como es el caso de Uruguay, funcionando en condiciones
normales, debería ser capaz de mantener al menos una actividad depuradora homogénea
durante todo el año y no presentar las caídas que mostró el sistema de la escuela Nº 89
durante el invierno.
Evidencias del mal funcionamiento del SFSS
El SFSS instalado en la escuela presentó ciertas evidencias de mal funcionamiento, notables
al inspeccionar a simple vista el sistema. Se sugieren estos aspectos como potenciales causas
de las bajas eficiencias registradas.
La más importante fue la ausencia de cobertura de totoras en prácticamente el 50% de la
superficie de los canales. La falta de cobertura es destacado por Vymazal et al. (1998) como
factor de incidencia negativa sobre:
•
el aporte de oxígeno al sistema a través de las raíces de las plantas.
•
el asentamiento del componente microbiológico dentro de los canales.
•
la capacidad de amortiguación térmica del sistema respecto a la temperatura
ambiente.
Eventualmente, si toda la superficie de los canales hubiese estado cubierta de plantas durante
la investigación, el efluente de salida hubiera presentado una menor carga de contaminantes y
consecuentemente valores de eficiencia mayores.
Existen algunas cuestiones de diseño y detalles constructivos que pueden haber incidido en el
magro desempeño del SFSS registrado:
•
la ausencia de filtros (ramales “T”) en la salida de la cámara séptica hacia los
humedales construidos.
•
La ausencia de caños de distribución en la zona de entrada de los humedales que
permitiera la circulación del efluente a lo ancho de todo el canal.
•
la relación entre el largo y ancho que poseen los canales supera el coeficiente 2:1,
resaltado como el más conveniente en el diseño de los SFSS según varios autores
(Metcalf & Eddy, 1998 entre otros).
La suma de las características enumeradas junto con la bajas temperaturas seguramente
incidieron de forma negativa en el desempeño del SFSS. Probablemente, con la mejora en la
cobertura del sistema aumentarían las eficiencias para la remoción de la demanda bioquímica
de oxígeno y los sólidos en suspensión. A modo de referencia, los sistemas daneses citados
por Brix (1998) muestran para dichas variables eficiencias de remoción cercanas a 80 %. Si
sistemas en Dinamarca (56º N) alcanzan esos valores de eficiencia, entonces la introducción
de mejoras en el SFSS de la escuela Nº 89 con certeza deberían mejorar su rendimiento.
Eventualmente con medidas sencillas de manejo, como plantar y mantener toda la superficie
de los canales cubierta con totoras ó con la colocación de filtros y caños de distribución, el
SFSS podría optimizar su funcionamiento, desarrollando un desempeño constante y evitando
la disminución en la eficiencia de depuración durante los meses fríos del año.
Si bien el SFSS instalado en la escuela presento un magro desempeño durante el monitoreo,
es importante subrayar que la construcción del sistema significó una solución al problema
antes presente de exposición de los niños a las aguas cloacales provenientes de la cámara
séptica que anteriormente inundaba el patio de la escuela.
Perspectivas de la tecnología SNT
Es importante recordar que la causa por la cual fue realizado el proyecto Jardín de Totoras es
que la escuela, como varias otras en todo el país, poseía una cámara séptica que
frecuentemente inundaba su patio, lo que generó varios casos de hepatitis entre los niños
debido a su exposición y contacto con las aguas cloacales. La construcción del SFSS en ese
marco significó una alternativa que permitió solucionar el problema de la disposición y el
tratamiento de las aguas negras en el recinto escolar.
Los SFSS y otros sistemas de tratamiento alternativos presentan una solución real y
alcanzable al problema sanitario al que se hace mención. En el ámbito rural o en
asentamientos irregulares de la periferia urbana, los SNT plantean la posibilidad de abordar el
problema de las aguas residuales a un menor costo que los sistemas convencionales, con
materiales accesibles a nivel local y con la ventaja agregada de que con ciertas referencias de
diseño, su construcción es relativamente sencilla (Cooper, 1996).
Los SFSS permiten manejar la posibilidad de la reutilización del efluente de manera de
aprovechar su alta carga de nutrientes, siempre y cuando ésta y la concentración de
coliformes, estén dentro de valores estipulados por la norma para su uso con otros fines. Esto
introduce un valor agregado al SFSS y el efluente puede resultar en un nuevo insumo en
alguna actividad productiva, punto de vista que resulta especialmente importante para el
medio rural. Así lo demuestran publicaciones latinoamericanas sobre la reutilización de aguas
residuales a nivel agropecuario (Rodríguez, 1996; Moscoso, 1998).
Dado que los sistemas de tratamiento con plantas acuáticas han sido básicamente dominio de
la Ingeniería, elementos de diseño vinculados a la organización espacial de distintas especies
de macrófitas dentro de los SFSS y sus rendimientos diferenciales (Fica et al., 2004) no han
sido de los aspectos más abordados, debido al hecho que ese tópico en particular no hace al
cuerpo de dicha disciplina. La inclusión de una visión ecosistémica en las disciplinas
tradicionales que evalúan y diseñan este tipo de tecnologías aporta el enfoque necesario para
poder incursionar en la investigación sobre variedades o combinaciones de plantas que
puedan optimizar el funcionamiento de los SNT.
Los SNT se presentan como una tecnología de alto potencial, donde la conjugación de varias
disciplinas (e.g. Ingeniería, Arquitectura, Biología, entre otras) es fundamental para
desarrollar sistemas más eficientes y que consideren todos los aspectos implicados en su
diseño, realización y funcionamiento.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Vymazal, J., Brix, H., Cooper, P., Haberl, R., Perfler, R., Laber, J., 1998. Removal
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