Humedales Construidos

Tecnologías de tratamiento de

Aguas Residuales para Reuso

RALCEA – Agosto 2013

CETA

Instituto de la

Universidad de

Buenos Aires

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Humedales

El termino “Humedales” abarca una amplia gama de

ambientes húmedos, incluyendo pantanos, ciénagas,

praderas húmedas, llanuras de inundación y humedales

ribereños a lo largo de los canales de flujo.

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Humedales Construidos

Estos sistemas consisten normalmente en un monocultivo o

policultivo de hidrófitas, dispuestas en lagunas, tanques o

canales poco profundos. El efluente, en general después de

recibir un tratamiento primario, pasa a través del humedal

durante un tiempo adecuado, donde es tratado por varios

procesos físico-químicos y biológicos.

Introducción:

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Humedales Construidos

• Tratamiento de aguas residuales domésticas, industriales, drenajes

ácidos de minas, desechos agrícolas y ganaderos, lixiviados de rellenos

sanitarios.

• Eliminación de metales y metaloides en agua.

• Eliminación de compuestos orgánicos persistentes.

• Restauración y remediación de suelos contaminados.

• Tratamiento de aguas subterráneas contaminadas con compuestos

orgánicos volátiles (VOC’s).

• Remediación de sitios contaminados con Aceites e Hidrocarburos

Poliaromáticos (PAH’s).

• Tratamiento de bioresiduos.

Uso de los humedales Construidos:

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Humedales Construidos

• Flujo libre superficial (Flujo Horizontal)

• Flujo Sumergido (Flujo vertical y horizontal)

• Sistemas híbridos (Flujo sumergido vertical, seguido de flujo

sumergido horizontal)

Tipos de Humedales Construidos:

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Humedales Construidos

La vegetación está parcialmente sumergida en el agua, cuya

profundidad varía entre 4 y 18 pulgadas. El flujo es

principalmente sobre el suelo.

Este tipo de sistema consta con canales o tanques con una

barrera natural o artificial para permitir la percolación del

agua.

Tipos de Humedales Construidos:

Flujo Libre Horizontal

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Humedales Construidos

Tipos de Humedales Construidos:

Flujo Libre Horizontal

Inconvenientes:

• Olores

• Vectores

• Enfermedades

• Distantes a centros poblados 7

Algunos de estos sistemas se diseñan de manera que haya

retención completa del agua que se aplica a través de

percolación y la evapotranspiración.

Las bacterias adheridas a las plantas tratan el agua residual

a medida que esta fluye a través de la vegetación por medio

de procesos físicos-químicos.

Humedales Construidos

El agua se trata a medida que fluye lateralmente a través de un medio

poroso.

La vegetación emergente se planta en el medio, puede ser grava gruesa

hasta arena. La profundidad del lecho va desde 0,45 a 1 m y pendiente de

0 a 0,5%.

Tipos de Humedales Construidos:

Flujo Sumergido Horizontal

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Humedales Construidos

Tipos de Humedales Construidos:

Flujo Sumergido Horizontal

• 45 cm o más de un medio permeable que soporte las raíces de las

plantas.

• Flujo de agua debajo de la superficie del medio

• Barrera impermeable para prevenir la contaminación del acuífero.

Requerimientos:

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Humedales Construidos

Tipos de Humedales Construidos:

Sistemas Híbridos (Primero flujo vertical y luego horizontal)

Requerimientos:

• Flujo sumergido seguido de un sistema de flujo horizontal

• Celdas en serie y con gradiente

• El efluente de cada celda fluye hacia el inicio de la siguiente celda

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Humedales Construidos

Tipos de Humedales Construidos:

Según las necesidades del sistema:

Flujo Libre

superficial

Tratamiento terciario

Tratamiento secundario con carga orgánica <

100 mg/L

Flujo Sumergido

Horizontal Segunda etapa de un sistema híbrido

Etapa final de un sistema de tratamiento

aeróbico

Flujo Sumergido

Vertical Primera etapa de un sistema híbrido

Tratamiento secundario, usando 2 etapas en

un sistema de flujo vertical en serie

Sistemas híbridos Tratamiento secundario, con la primera celda

con flujo vertical y la segunda con flujo

horizontal

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Humedales Construidos

Recirculación y Componentes:

Recirculación:

En general en los humedales no se implementa la recirculación pero se

puede considerar en el diseño e implementar.

Componentes:

- Estructura de entrada al humedal.

- La salida del efluente debe contar con una válvula, con esto se controla

el caudal de salida y por lo tanto el nivel de líquido en el humedal.

- El humedal debe ser impermeabilizado.

- Se debe evitar formar zonas muertas, es decir, sin que circule el líquido.

- Un drenaje debe ser considerado.

- La vegetación debe ser típica de la zona. 12

Humedales Construidos

Componentes:

Soporte Granular

En las zonas de entrada y salida se colocan piedras que permiten

diferenciar estas zonas de lo que es el medio granular principal. El

conjunto medio granular-biopelícula-plantas debe ser considerado como

el principal constituyente de los humedales.

En el medio granular ocurren múltiples

procesos, retención y sedimentación de la

materia en suspensión, degradación de la

materia orgánica, transformación y

asimilación de los nutrientes y la inactivación

de los microorganismos patógenos.

Se recomienda una profundidad del medio

granular entre 0,3 y 0,9 m.

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Humedales Construidos

Amortiguamiento de las variaciones

Una vez que las plantas alcanzan un determinado tamaño, estás evitarán

el paso de la luz y por lo tanto la variación de temperatura del medio

granular, evitando problemas en los procesos del tratamiento.

Para la selección de los vegetales se deberá tener en cuenta:

• Las especies deben ser colonizadoras activas.

• Deben ser especies tales que sus rizomas se extiendan ampliamente

para asegura un buen tratamiento.

• Las especies deben ser fáciles de encontrar en la zona.

• La vegetación tiene que tolerar fácilmente los contaminantes en cuestión.

• La biomasa subterránea debe poseer una gran superficie específica para

potenciar el crecimiento de la biopelicula e incrementar las diferentes

posibles reacciones.

• El transporte de Oxígeno debe ser eficiente. 14

Humedales Construidos

Las plantas en los Humedales pueden ser:

Emergentes: Tienen gran capacidad de

fotosíntesis y crecimiento.

Flotantes: Gran productividad, poseen la

habilidad de utilizar CO2 fotorespiratorio

almacenándolos en los espacios llenos de

aire.

Sumergidas: Menor productividad por lo que

se encuentran bajo el agua y no llega

demasiada luz. 15

Humedales Construidos

Procesos que intervienen:

• Sedimentación en partículas en suspensión

• Filtración

• Precipitación química

• Reacción química

• Adsorción

• Intercambio Iónico

• Degradación y transformación de contaminantes por microorganismos y

plantas

• Depredación y muerte natural de los patógenos

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Humedales Construidos

Procesos que intervienen:

Sólidos Suspendidos: Sedimentación, filtración, degradación aeróbica y

anaeróbica.

Principales procesos físicos-químicos y biológicos:

Orgánicos Solubles: Absorción por la planta, adsorción en la matriz,

mineralización en la materia orgánica.

Nutrientes (N y P): Absorción por la planta. Asimilación vegetal e

inmovilización microbiana de compuestos.

Amonificación, nitrificación y desnitrificación.

Volatilización del amonio desde las capas superficiales del sedimento.

Adsorción y precipitación química del fosfato con Al, Fe, Ca y minerales de

la arcilla.

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Humedales Construidos

Procesos que intervienen:

Patógenos: Sedimentación, filtración, decaimiento natural, de predacción,

exudados de las raíces de las plantas.

Principales procesos físicos-químicos y biológicos:

Metales y Metaloides: Adsorción e Intercambio Iónico, acomplejación,

precipitación, absorción por la planta, oxido-reducción microbiana. Fijación

de metales en los sedimentos.

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Humedales Construidos

Consideraciones generales:

• Substrato con diferentes velocidades de conductividad hidráulica.

• Plantas que puedan ser adaptadas a sustratos anaeróbicas saturados de

agua.

• Columna de agua fluyendo

• Poblaciones microbianas aerobias y anaerobias

Aspectos característicos del diseño:

• Espacio

• Tiempo

• Población Activa

• Requerimientos de Energía 19

Humedales Construidos

Parámetros de Dimensionamiento

Balance Hídrico: Se contabilizan entradas y salidas de agua del Humedal

y la capacidad de almacenamiento.

:

:

:

:

:

:

*)(

A

I

ET

P

Q

Q

AIETPQQdt

dV

s

e

se

Caudal del afluente (m3/t)

Caudal del efluente (m3/t)

Tasa de precipitación (m/t)

Tasa de evapotranspiración (m/t)

Infiltración (m/t)

Área superficial del humedal m2

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Humedales Construidos

Parámetros de Dimensionamiento

Balance Hídrico:

Humedales Construidos

Parámetros de Dimensionamiento

Balance Hídrico: AIETPQQ

dt

dVse *)(

Componentes del Balance Hídrico de Humedales 21

I

Infiltración

Humedales Construidos

Parámetros de Dimensionamiento - Factores Hidrológicos e

hidráulicos

Infiltración: Se incrementa el área de infiltración, por esta razón es

necesario aislarlos.

Resistencia al flujo: El flujo de agua a través del sustrato de grava y roca

difiere del flujo a través de los tallos y plantas y genera una resistencia.

Precipitación pluvial: La lluvia puede diluir el agua residual y en

consecuencia la concentración de los contaminantes.

Evaporación: La pérdida de agua a través de la evaporación puede

aumentar la concentración de los contaminantes en el humedal y por lo

tanto en el efluente.

Porosidad (ɛ): Es el índice del volumen teórico respecto de volumen

actual disponible para el agua en el humedal.

Tiempo de retención hidráulico: Es la relación entre el flujo del sistema y

el volumen de agua disponible del humedal para que esta fluya, tomando

en cuenta el efecto de la porosidad. 22

Humedales Construidos

Parámetros de Dimensionamiento – Dimensionamiento

Biológico

Humedales Construidos

:

:

*

k

C

Ckdt

dC kte

C

C 0

:

:

:

:

:

**

t

h

Q

S

Q

hS

Q

Vt

Concentración del contaminante

Constante de cinética de primer orden

Porosidad

Sup. del Humedal

Caudal medio

Profundidad media

tiempo

Parámetros de Dimensionamiento – Dimensionamiento

Biológico

Humedales Construidos

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Parámetros de Dimensionamiento – Dimensionamiento

Hidráulico

Humedales Construidos

Se aplica la ley de Darcy:

:

:

:

**

i

A

k

iAkQ

s

s

ssConductividad hidráulica del medio en una unidad de sección

perpendicular a la dirección del flujo, en m3/m2d

Sección del humedal perpendicular a la dirección del flujo, en m2

Pendiente

Con el área de la sección transversal, se selecciona la profundidad y se

determina el ancho del humedal:

:W

h

AW s

Ancho (m) Longitud (m) :L

W

iL

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Humedales Construidos

Ventajas y Desventajas

Ventajas Desventajas

Sistema práctico para comunidades pequeñas Requieren grandes extensiones de terreno

Bajo costo de inversión El rendimiento puede ser menos constante que el

de un tratamiento convencional

Bajo costo de mantenimiento y operación Los componentes biológicos del humedal son

sensibles al NH3 y pesticidas

Soporta variaciones de caudal Necesitan agua casi en forma constante

Facilitan la reutilización de un efluente El tiempo necesario para estabilizar un sistema es

de 1 año

Se puede usar como tratamiento secundario o

terciario dependiendo del clima

En climas fríos se reduce la remoción de materia

orgánica

La remoción de DBO, DQO, SST, metales,

metaloides, compuestos orgánicos, N y P, puede

ser muy eficiente si el tiempo de retención es el

indicado

Los metales y algunos compuestos orgánicos

pueden acumularse

Se pueden construir en concordancia con el medio

ambiente que los rodea.

Mosquitos y otros insectos vectores de

enfermedades pueden ser un problema

El tema de humedales construidos es muy nuevo,

es por ello que sobre la información de su diseño

falta un consenso general

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Muchas Gracias por

su atención!!!

Centro de Estudios

Transdisciplinarios del Agua

(CETA)

CETA

Instituto de la

Universidad de

Buenos Aires

ceta@fvet.uba.ar

corroto@fvet.uba.ar

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