Experimental basis for the design of horizontal subsurface-flow treatment wetlands in naturally aerated channels with an anti-clogging stone layout

Abstract

INTRODUCCIÓNLa utilización de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas se ha generalizado en las últimas décadas a pesar de que su empleo tienen origen en el Max Planck Institute (Alemania) en los años 50. Se muestran como sistemas flexibles, con gran inercia ante cambios de caudales y cargas, amplia integración en el medio y de enorme simplicidad de explotación y de operación, sin costes energéticos. En particular los sistemas de flujo subsuperficial (SubSuperficial Flow Treatment Wetland SSF TW) al no presentar lámina de agua en contacto con la atmósfera tienen la ventaja adicional del bajo riesgo de exposición directa a personas y de aparición de insectos así como menor producción de olores y protección térmica que reduce la posible estratificación del agua evitando flujos preferenciales (García et al.; 2003). Todo ello los hace especialmente indicados para utilizar en pequeños y medianos núcleos urbanos. Sin embargo, a día de hoy, su aplicación se ve amenazada por los grandes problemas de colmatación que presentan a corto plazo especialmente los de flujo horizontal (SSHF) causando encharcamientos, by--pass del agua, disminución generalizada de los Tiempos de Retención Hidráulicos (HRT), efluentes insuficientemente tratados (Caselles--Osorio and García, 2007; Nivala and Rousseau, 2009), generación de olores, mosquitos e inutilización del sistema de depuración. Debido a las pequeñas cargas organicas que soportan los requerimientos de espacio para su implantación son elevados y debe sumarse que la recuperación de los mismos una vez colmatados es difícil.Figura 1. Efecto de la colmatación en SSHF TW La magnitud del problema de los atascos en los SS humedales horizontales hace que las causas de colmatación de los SSHF TW hayan sido ampliamente estudiadas por distintos investigadores desde hace varias décadas existiendo numerosos estudios relacionados así como recientes y completos trabajos de revisión (Knowles et al. 2011; Nivala en 2012). Dichas causas han de ser analizadas una a una con el objetivo de establecer un diseño de humedal fiable incluyendo aquellos cambios que se estimen necesarios. Si el atasco es causado por la reduccion drastica de la Conductividad hidráulica hasta niveles prácticamente cero, puede decirse que este es el parámetro fundamental de diseño. En todos los estudios esta bien documentada su disminución en los primeros metros de los humedales debido a la sedimentación de las partículas de mayor tamaño y al gran desarrollo de biopelícula. Esta última además, excreta un fango polimérico (Madigan et al. 2006), análogo a un gel (Rittman and McCarty, 1980; Tanner and Sukias, 1995) relativamente impermeable (Taylor et al., 199; Vandervivere and Vaveye, 1992) y con gran contenido en agua. Las recomendaciones de diseño en este sentido se refieren a limitación de carga horizontal en el humedal, basadas en correlaciones encontradas entre las colmataciones y las cargas de Sólidos Totales en Suspensión (SST) y de Materia Orgánica (COD).