Depuración de augas residuais mediante zonas húmidas: proyecto para a sua aplicación nun núcleo rural

DEPURACIÓN DE AUGAS RESIDUAIS MEDIANTE ZONAS HÚMIDAS. PROXECTO PARA A SUA APLICACIÓN NUN NÚCLEO RURAL

Manuel Soto Castiñeira. Universidade da Coruña Mariano Gómez López. Aquagest S.A. Javier Presas Marco. Aquagest S.A.

ÍNDICE: 1. RESUMO 2. COMPONENTES DUNHA ZONA HÚMIDA COMO SISTEMA DEPURADOR 2.1. O SOLO: COMPONENTE BÁSICO 2.2. AS PLANTAS : A SÚA FUNCIÓN EQUILIBRADORA E OXIXENANTE 2.3. AS BACTERIAS E OUTROS MICROORGANISMOS 3. EXEMPLOS DE DEPURACIÓN DE DIFERENTES VERTIDOS MEDIANTE ZONAS HÚMIDAS 3.1. EFLUENTES QUÍMICOS 3.2. EFLUENTES AGROGANDEIROS 3.3. AUGAS RESIDUAIS URBANAS 4. PROBLEMAS DE CONTAMINACIÓN E SOLUCIÓNS 4.1. EUTROFIZACIÓN: A NECESIDADE DE TRATAMENTOS AVANZADOS 4.2. ZONAS SENSÍBEIS 4.3. PROPOSTAS PARA PREVENIR A CONTAMINACIÓN DAS AUGAS 5. TRATAMENTO DE AUGAS RESIDUAIS MEDIANTE ZONAS HÚMIDAS 5.1. ESTUDIOS BÁSICOS DA DEPURACIÓN EN ZONAS HÚMIDAS 5.2. PRINCIPAIS TIPOS DE ZONAS HÚMIDAS CONSTRUÍDAS

2

6. PROXECTO DE ZONAS HÚMIDAS ARTIFICIAIS PARA A DEPURACIÓN DE AUGAS RESIDUAIS URBANAS EN SANTIAGO DE COMPOSTELA 6.1. CONSIDERACIÓNS XERAIS 6.2. MÉTODO PARA O CÁLCULO DA ÁREA NECESARIA 6.3. LOCALIZACIÓN DA ZONA HÚMIDA PROPOSTA 6.4. ALTERNATIVA 1: ZONA HÚMIDA TIPO SFS 6.5. ALTERNATIVA 2: ZONA HÚMIDA TIPO FWS 6.6. CONSTRUCCIÓN DA ZONA HÚMIDA 6.7. PRESUPOSTO 7. BIBLIOGRAFÍA 8. APÉNDICE 8.1. CRITERIOS PARA A DETERMINACIÓN DE ZONAS SENSÍBEIS E MENOS SENSÍBEIS. (REAL DECRETO 509/1996.) 8.2. REQUISITOS DE VERTIDOS DE AUGAS RESIDUAIS (DIRECTIVA 91/271/CEE). 8.3. PRESUPOSTO PARA A ZONA HÚMIDA SFS 8.4. PRESUPOSTO PARA A ZONA HÚMIDA FWS

3

1. RESUMO O sistema de tratamento en zonas humidas (wetlands) construídas ou artificiais con especies vexetais de arraigo e xunqueiras ou cañaverais, utilízase amplamente en Europa para tratar grandes caudais e cargas contaminantes. O sistema ten o seu fundamento na tecnoloxía desenvolvida polo profesor Kikuth, da Universidade de Kassel, Alemania, quen en 1973 deseñóu a primeira zona húmida con criterios enxeñeris para o tratamento de desagües. Os sistemas Kikuth aplícanse con excelentes resultados en todo o mundo no tratamento (primario, secundario e terciario) de efluentes residuais urbanos, agrícolas e da industria alimentaria, papeleira, química ou metalúrxica. Un sistema de xuncal ou cañaveral de arraigo, instalado correctamente, proporcionará un tratamento prolongado eficaz e sustentábel, cun mínimo custo de mantenemento posterior á etapa de implementación. Dado que o sistema se alimenta de enerxía solar a través das plantas, e carece de partes electromecánicas, os seus custos operativos son practicamente nulos. Considerando o valor presente neto do fluco de custos a 10 anos, os custos de construcción e operación do sistema representan apenas o 10% dos correspondentes a outros sistemas con componentes electromecánicos. Por basear o proceso de depuración en elementos naturais (solo, plantas e microorganismos autóctonos), por tratarse de tecnoloxias brandas e de baixo custo, e por non requerir a presencia de expertos para o seu mantenemento e operación (pode abondar cunha inspección estacional), as zonas húmidas constituen unha das mellores alternativas para a depuración dos efluentes de pequenos núcleos e áreas rurais. No presente traballo analísanse os principios básicos desta tecnoloxía e descríbense diferentes exemplos prácticos que ilustran o seu potencial, para, a continuación, proceder ao deseño

4

dunha zona húmida pensada para o tratamento dos efluentes urbanos do núcleo de A Peregrina, no Concello de Santiago. A estes efeitos, consideranse duas das alternativas mais desenvolvidas: as zonas con fluxo subsuperficial (SFS) e as zonas completamente inundadas (FWS). No primeiro caso, é necesario evacuar o terreo no que se vai crear o vaso e reenchelo con material granular, xeralmente grixo fino e area, o que garante o fluxo subsuperficial. A aportación deste material, xuntamente coa necesidade dunha maior área, dá lugar a custos de construcción maiores que os do outro sistema. Para o mencionado núcleo, cunha poboación de 550 habitantes e 110 m3 /d de caudal residual, resulta necesaria unha superficie de 2703 m2 para o sistema SFA e 2035 m2 para o sistema FWS. Os orzamentos resultantes, á sua vez, son de 17,6 millóns de pesetas para o primeiro (SFS) e 8,9 millóns de pesetas para o segundo (FWS). Sen lugar a dúbidas, este último constitue a opción de depuración mais económica de cantas podemos imaxinar, coa única excepción de que xa dispuxeramos no lugar dunha zona húmida natural que non requerise adaptación. As condicións do efluente tratado cumpren con todos os requerimentos de vertido exixidos pola Directiva europea para zonas sensíbeis (elevadas eliminacións de materia orgánica, sólidos en suspensión, nitróxeno e fósforo) , obténdose ademais unha hixienización completa, pola eliminación dos microorganismos fecais presentes nos vertidos dométicos. Por outra banda, as zonas húmidas construídas tamén son de interese como postratamento avanzado dun efluente procedente dunha instalación de tratamento secundario. A eutrofización das augas provocada polo vertido de elementos nutrientes, presentes mesmo nos efluentes sometidos a tratamentos primarios e secundarios, deteriora a calidade das augas superficiais, xerando problemas medioambientais e dificultando o proceso de potabilización. 5

A Comunidade Europea obriga, mediante a Directiva 91/271/CEE, a limitar o contido de nutrientes responsábeis da eutrofización (nitróxeno e fósforo) nos vertidos de augas residuais urbanas depuradas a zonas sensíbeis, polo que son necesarias tecnoloxías para complementar os actuais sistemas de tratamento. As zonas humidas naturais poseen unha elevada capacidade para eliminar estes nutrientes, existindo experiencias sobre zonas humidas artificiais como tratamento terciario eficaz de baixo custo, aínda que non se coñecen en profundidade os procesos implicados. Neste sentido, a realización do proxecto que aquí se presenta ofrecerianos unha importante experiencia para abordar nun futuro non lonxano o tratamento integral completo dos efluentes residuais urbanos de todo o Concello.

6

2. COMPONENTES DUNHA ZONA HÚMIDA COMO SISTEMA DEPURADOR O sistema de zonas humidas con xuncos ou plantas de bañado (reed bed) ten compoñentes simples que interactúan en forma complexa para conformar un medio ideal para o tratamento de desagües. Habitualmente, a área de tratamento é un leito superficial (de 0,5 a 1,0 m de profundidade) no que se plantan os xuncos ou outras especies acuáticas, illado por unha capa ou membrana impermeábel para evitar o escorrimento de efluente fora do sistema. Os microorganismos (fungos ou bacterias) que se desenvolven no solo cultivado encárganse da maior parte do tratamento. As raíces e os sistemas rizomáticos das plantas son os responsábeis de levar ar ao solo inmediatamente ubicado ao seu redor. Máis alá deste, o ambiente é anaeróbico, creando un verdadeiro mosaico de esferas de tratamento. Estas son as responsábeis da asombrosa capacidade das plantas de eliminar contaminantes complexos e historicamente intratábeis. Grande parte do tratamento débese aos microorganismos do solo, se ben certos contaminantes (como metais pesados, sulfuros ou fósforo) elimínanse directamente por procesos químicos do solo. O método de construir xunqueiras onde o solo actúa como medio para o cultivo de plantas e para a circulación do líquido a tratar, permite unha alta relación superficie de contacto/volume, e crea un hábitat favorábel para as bacterias e fungos que degradan os contaminantes. Un leito de fluxo subsuperficial consiste na combinación de tres elementos independentes: solo, plantas e microorganismos. Un sistema que combina equilibradamente estes tres componentes ofrece capacidades sustentábeis de tratamento prolongado, mentres que cuando a combinación é incorrecta ou se intenta operar cada componente por separado, obtense un tratamento parcial pouco sustentábel a longo prazo. Os elementos que fundamentan esta conclusión son relativamente simples e desenvólvense á continuación. 7

2.1. O SOLO: COMPONENTE BÁSICO Fundamentalmente, o solo constitue o componente básico de todo sistema de tipo “natural”. As súas características incluen grandes cantidades e diversas clases de bacterias de orixen natural. En condicións terrestres normais, o oxíxeno da atmósfera fai que as bacterias aeróbicas actúen cerca da superficie mentres que as bacterias anaeróbicas traballan en níveis inferiores. A concentración de oxíxeno redúcese bruscamente coa profundidade. Ao inundarse un solo que non sustenta plantas, limítase a presencia de oxíxeno e cesa toda actividade aeróbica, quedando operativos únicamente os ciclos anaeróbicos, o cal limita drásticamente a eliminación potencial

de contaminantes. Así, por exemplo, para a

eliminación do amoníaco, que exixe procesos tanto de oxidación como de reducción, un sistema simple do tipo “solo-solo” é insuficiente. Sen embargo, a aplicación no solo dunha leitada de amoníaco permite unha boa depuración da mesma. Esto débese ás características de adsorción propias da terra, a diferencia de, por exemplo, a area e o grixo, que non poseen ditas propiedades. Desta maneira, unha terra de alto contido en arxila intercambiará ións de amonio con outros ións, retendo o amoníaco e facendo pensar que este foi eliminado; pero unha vez esgotada esa capacidade de intercambio de ións, a estructura da arxila colapsará e liberará grandes cantidades de amoníaco na fase acuosa. Dunha maneira similar, poden reterse temporalmente muitos contaminantes, concentrándose os contaminantes no solo en vez de degradarse por mecanismos derivados da acción dos microorganismos do solo e dando lugar a un proceso non sustentábel.

8

Para evitar todo este tipo de problemas é necesario favorecer o desenvolvemento das especies de plantas mais axeitadas. 2.2. AS PLANTAS: A SUA FUNCIÓN EQUILIBRADORA E OXIXENANTE As especies vexetais elexidas para estes sistemas caracterízanse por cumprir tres funcións principais. A primeira deriva dunha diferencia fundamental entre unha planta acuática e unha terrestre: a capacidade de transportar oxíxeno cara o sistema radicular. Polo tanto, este proceso pode aportar á terra un gradiente positivo de oxíxeno, á inversa do que ocorre nun solo sen plantas deste tipo. Así, o efecto superficial de transporte de oxíxeno que existe en sistemas terrestres, continúa nun xuncal ou cañaveral ata o final do sistema radicular. Este aporte de oxíxeno dá lugar ao establecimento de grandes cantidades de bacterias aeróbicas ao redor da zona radicular, con poboacións de bacterias anaeróbicas limitadas á matriz do solo alonxada das raíces. Esto fai que o sistema funcione como un conxunto de ciclos integrados por procesos aeróbicos/anaeróbicos mui eficiente para reducir as concentracións de todas as especies contaminantes. A segunda función das plantas é integrar os procesos catabólicos de transferencia de nutrientes. Estes procesos consisten na captación de NPK (nitróxeno-fósforo-potasio) normais, pero tamén poden provocar a asimilación de diversos compostos orgánicos no tecido celular da planta en crecimento. Sen embargo, estes procesos non chegan a representar mais do 2 ao 5% da eliminación dos contaminantes, e o ciclo NPK tende a ser reversíbel, segundo as estacións, agás cando se fai recolección da biomasa producida. A terceira función das plantas é a de desenvolver unha estructura secundaria que mellora a matriz do solo, permitindo a circulación permanente do líquido durante toda a vida do sistema. Como se sinala anteriormente, as terras suxeitas a cargas de DQO tenden a

9

degradarse xa sexa por intercambio de ións ou por neutralización das cargas na estructura da arxila, que é a que conserva a natureza particular do solo.

2.3. AS BACTERIAS E OUTROS MICROORGANISMOS Os microorganismos son os axentes finais da depuración, polo que o deseño correcto da zona húmida, a través da combinación adecuada de auga, solo e plantas, teñen como obxectivo o de crear as condicións que favorezan o seu desenvolvimento. A capa superior dunha terra agrícola ten unha actividade microbiolóxica mui alta e nela existe un ciclo medíbel de “respiración”. Cando se inunda este solo superior prodúcese a inhibición do ciclo aeróbico e a terra vólvese anóxica. A introducción de especies acuáticas nun horizonte de solo recrea e aumenta o alcance do ciclo aeróbico/anaeróbico equilibrado e permite a colonización de todo o solo polas bacterias. Esto implica que o desenvolvemento correcto das plantas xerará mecanismos aeróbicos e anaeróbicos singulares e permitirá desenvolver un co-metabolismo mui eficaz para depurar os vertidos residuais.

3. EXEMPLOS DE DEPURACIÓN DE DIFERENTES VERTIDOS MEDIANTE ZONAS HÚMIDAS A aplicación de efluentes residuais no terreo e a utilización de filtros verdes tivo e continua a ter unha grande relevancia na depuración de vertidos residuais, existindo por tanto centenares de exemplos en uso. Sen embargo, nas últimas décadas estanse a desenvolver novos sistemas, como son as denominadas zonas húmidas construidas , que son deseñados con base a fundamentos enxeñerís. A modo de exemplo, resumimos a continuación tres proxectos

10

novedosos de aplicación das zonas húmidas á depuración doutros tantos vertidos de diferente tipo: químico, gandeiro e urbano. 3.1. EFLUENTES QUÍMICOS En Gran Bretaña, para depurar os efluentes líquidos xerados por unha fábrica, dispúxose a plantación de cañaverais segundo o previsto na implementación dun riguroso proxecto de xestión de efluentes. Optouse por sistema de cañaverais ao considerarse como a solución mais flexíbel e económica para esta fábrica multi-producto. A primeira etapa consistiu en efectuar probas piloto co efluente durante doce meses, paralelamente ás obras preliminares das instalacións. As conclusións destas probas piloto serviron de base para deseñar o sistema a grande escala. O sistema ocupa 5 ha en total, parceladas en cinto sectores independentes e está deseñado para un total de 3000 m3 de efluente. Actualmente, só dous tercios da área total do cañaveral aliméntase con efluentes (a fábrica produce aproximadamente 1000 m3 /día de efluentes). A magnitude e operación da fábrica multi-producto cambiou sustancialmente a partir da plantación do cañaveral, polo que este debeuse adaptar para tratar un efluente cun contido maior de aminas, en lugar dun efluente con base de fenois, para o cal había sido concebido orixinalmente. Este cambio realizouse sen custos adicionais e as canas lograron eliminar grande cantidade de contaminantes, incluso antes de chegar á sua madurez (ver táboa 1). 3.2. EFLUENTES AGROGANDEIROS Nun criadeiro estatal de porcinos en Nordhausen, Alemania, cunha capacidade de 55.000 animais de diversas idades, os efluentes xerados son conducidos ata dous dixestores anaeróbicos de gran tamaño e o gas xerado almacénase nun tanque instalado no lugar, desde o que pasa á empresa de abastecimento municipal de Nordhausen. 11

Táboa 1. Tratamento de Efluentes de Productos Químicos mediante un cañaveral Parámetro

Carga Ingresante (kg)

Reducción Promedio (%)

Fenois

35

95

DQO

624

80

Metanol

118

>99

Etanol

270

85

MMA

13

97

DMA

17

>96

TMA

27

95

Parte do producto dos dixestores anaeróbicos procésase para obter enmendas para o solo e fertilizantes. O resto do producto, xunto con outras fraccións líquidas, pasa por un tanque de sedimentación. De ahí, envíase ás lagoas de lodos activados, onde a gran carga de amoníaco propria deste tipo de efluentes é convertida en nitratos e onde se elimina unha parte da demanda bioquímica de oxíxeno. Despois deste tratamento, os lodos resultantes distribuense sobre o solo. Desde hai tres anos estase desenvolvendo un programa de transición do sistema de disposición de Nordhausen ao sistema en base a cañaverais. A comenzos de 1999 xa se tiñan construido 12 módulos, cubrindo unha superficie total de 2500 m2 . Un eventual cambio nas características do efluente exixiría un período de adaptación inferior aos 12 meses e con apenas uns custos menores. Actualmente, o sistema está funcionando con barros líquidos e atópase mui próximo ao seu rendimento de deseño para remover amoníaco, principal componente da carga. O rendimento para o nitróxeno e otros componentes indícase na táboa 2.

12

Tanto en efluentes con amoníaco como con nitratos, a carga descomponse en nitróxeno atmosférico, á diferencia do que ocorre co proceso de lodos activados aplicado ata o presente. O líquido que sae do sistema cumpre coas normas de descarga nos cursos de auga locais. Táboa 2. Tratamento de Efluentes Agrogandeiros Composto

Entrada (mg/l)

Saída (mg/l)

Reducción (%)

N Total

1573,80

173,80

88,9

NH4

1363,60

92,70

93,2

NO3

34,10

2,3

93,2

PO4

133,51

0,49

99,6

K

884,6

116,5

86,8

Cu

1,14

0,08

93,0

3.3. AUGAS RESIDUAIS URBANAS Para a realización dun estudio experimental construiuse no recinto da E.D.A.R. de MojácarGarruita-Turre, unha planta experimental financiada por GALASA. O deseño experimental combina tratamentos que diferen con relación ás variábeis: tipo de fluxo hidráulico, tipo de substrato, tempo de retención e especie de helófito. A planta experimental consta de 4 series de tratamentos, cada unha por duplicado, para asegurar a fiabilidade dos resultados, o que fai un total de 8 series. O réxime de traballo é continuo, alimentando a planta con augas procedentes de lagoas anaerobias (en 3 das series), ou con auga procedente de lagoas de maduración (nunha das series). Con isto quérese testar a carga máxima admitida polo sistema e a viabilidade do uso das zonas humidas como tratamento terciario. A alimentación de auga ás series está automatizada e controlada por un sistema de motoválvulas dirixidas por un autómata programábel.

13

Na seguinte táboa ofrécense algúns datos iniciais obtidos para os parámetros exixidos pola Directiva 91/271/CEE, e para os coliformes fecais, pola sua importancia na reutilización da auga, para o tratamento nunha zona húmida alimentado con auga procedente da primeira lagoa de maduración da EDAR de Mojácar-Garruita-Turre Táboa 3. Tratamento de Efluentes Urbanos DBO5 DQO (mg 02 /l) (mg 02 /l)

S. S. (mg/l)

N-Total (mg/l)

P-Total Col. Fecais (mg/l) UFC/100 ml

Influente EDAR

420

914

385

84

8.9

8.3 x 106

Efluente EDAR

22

110

56

63

2.5

89

Efluente zona húmida

3

93

15

6

1.6

0

Directiva 91/271/CEE

25

125

150

15

2.0

-

Obsérvase que o efluente tratado na EDAR cumpre coa normativa no referente a DBO 5 , DQO e sólidos en suspensión, pero non no relativo a nitróxeno total e fósforo total para "zonas sensíbeis". No periodo analizado, a zona húmida, ademais da diminución eficaz da carga orgánica e dos sólidos, consegue concentracións de nitróxeno e fósforo total suficientemente baixas como para cumprir a actual lexislación de vertido a "zonas sensíbeis". A depuración de augas residuais urbanas mediante zonas humidas artificiais tamén consegue espectaculares reduccións de microorganismos patóxenos. Por outra banda, o efluente é totalmente transparente, alcanzando calidade de auga cristalina, a diferencia do procedente das lagoas que presenta coloracións verdosas debidas ás microalgas que transporta.

14

4. PROBLEMAS DE CONTAMINACIÓN E SOLUCIÓNS

4.1. EUTROFIZACIÓN: A NECESIDADE DE TRATAMENTOS AVANZADOS A deterioracióno da calidade da auga supón un grave problema, medioambiental e socioeconómico, ao tratarse dun recurso limitado, polo que se debe conseguir que un determinado uso da auga no imposibilite outros posteriores. Asi, o uso da auga para abastecimento urbano e industrial debe ir acompañado dunha correcta depuración que permita a sua reutilización para regadíos ou como elemento que non perturbe o equilibrio biolóxico das zonas de vertido; de igual manera o uso da auga na agricultura e gandeiría non debe supor unha contaminación de acuíferos subterráneos nin de masas superficiais de auga, continentais ou mariñas. Neste sentido as EDAR (Estacións Depuradoras de Augas Residuais) pasan a ser consideradas como instalacións capaces de transformar unha materia prima (a auga residual urbana) nun producto (a auga rexenerada), cunha calidade previamente especificada, apto para diversos usos, que deben terse en conta na xestión e planificación dos recursos hídricos dunha determinada rexión. Os biosólidos obtidos neste proceso, tamén constitui un producto aplicábel na mellora da calidade dos solos agrícolas e forestais. Desde o punto de vista medioambiental e do aproveitamento da auga para abastecimento urbano, unha das principais causas de empeoramento da calidade da auga é a eutrofización. A Directiva 91/271/CEE sobre o tratamento das augas residuais urbanas, define a eutrofización como: "o aumento de nutrientes na auga, especialmente dos compostos de nitróxeno e fósforo, que provoca un crecimento acelerado de algas e especies vexetais

15

superiores, co resultado de trastornos non desexados no equilibrio entre organismos presentes na auga e na calidade da auga á que afecta". En efecto, a relación media N:P na materia vexetal soe ser 16:1, mentras que nas augas non eutrofizadas é maior de 100:1, co resultado de que xeralmente é o fósforo (que no seu ciclo bioxeoquímico non ten unha reserva atmosférica) o elemento que actúa como limitador no crecimento da biomasa vexetal. En determinados ambientes acuáticos eutrofizados esta relación pode llegar a ser menor de 16:1, sendo entón cando o nitróxeno se converte no elemento limitador. Como xa se dixo, cando existe suficiente cantidade de N e P, prodúcese un crecimento masivo de algas na superficie das masas de auga, que ao morer caen ao fondo, onde se descompoñen agotando o oxíxeno en profundidade cando a auga presenta estratificación térmica. A estratificación térmica consiste nunha separación da auga en duas capas, unha quente superficial, de menor densidade, que flota sen mezclarse sobre outra fría inferior (mais densa). Na capa superficial penetran luz e CO2 , e prodúcese o crecimento masivo de algas que, a través da fotosíntese producen oxíxeno, que escapa á atmósfera cando alcanza a sobresaturación. A capa inferior, ao non mezclarse coa superior, nin ter contacto coa atmósfera, dispón dunha cantidade limitada de oxíxeno, que se vai agotando consumido pola descomposición bacteriana da materia orgánica, procedente en grande parte das algas mortas que sedimentan desde a capa superior. Cuando o agotamento do oxíxeno é total, iníciase a descomposición anaerobia da materia orgánica, baixo unhas condicións de oxidaciónreducción, que permitan acumulación de NH4 , CH4 , SH2 , etc., con solubilización de metais dos sedimentos (en especial Fe e Mn) e fósforo (coprecipitado con carbonato cálcico o hidróxido de ferro).

16

Nas nosas condicións climáticas, a estratificación térmica dase durante a primavera e o verán, a finais de outono e principios de inverno: a capa de auga superficial enfríase, ata alcanzar a mesma temperatura que a da auga profunda, e prodúcese unha mezcla e homoxeneización da auga, así como dos elementos sólidos e gaseosos que contén. Estes ciclos anuais poden verse modificados por episodios climáticos extraordinarios, avenidas e riadas. A eutrofización afecta sobre todo ás masas de auga estancada, en especial aos embalses, xa que presentan unha relación mui alta entre a superficie da conca e a superficie do embalse, o que implica un maior aporte de nutrientes, producindo efectos non desexábeis no medio natural, cun descenso da biodiversidade e da capacidade de autodepuración do ecosistema afectado. A eutrofización incide negativamente no proceso de potabilización da auga, con problemas estéticos por aumento da turbidez e da cor, sustancias producidas polas algas con olores e sabores desagradábeis, posíbel presencia de toxinas excretadas por algunhas algas, atascamento de filtros e maior custo de potabilización, presencia de precursores que tras a cloración poden orixinar trihalometanos tóxicos, potencial red-ox negativo con solubilización de metais dos sedimentos, en especial Fe e Mn, presencia de nitratos en grandes cantidades, etc. O grau de eutrofización en augas estancadas mídese a través do contido de fósforo total OECD (1982) e de clorofila "a", ainda que este último parámetro é unha medida indirecta, influida por variábeis como a turbidez, a temperatura, etc. As fontes contaminantes de N e P, poden ser puntuais ou de orixe difuso: alteración da cuberta vexetal natural, abuso de fertilizantes en prácticas agrícolas intensivas, gandería estabulada, vertidos de augas residuais urbanas e industriais, lixiviados de vertedeiros non controlados, etc. 17

4.2. ZONAS SENSÍBEIS A mencionada Directiva 91/271/CEE sobre o tratamento das augas residuais urbanas (transposta á lexislación española, entre outros, mediante o Real Decreto-Lei 11/1995 e o Real Decreto 509/1996), ten en conta o problema da eutrofización, definindo "zonas sensíbeis" propensas á eutrofización e "zonas menos sensíbeis" (ver o Cadro 1 no Apéndice). Tamén regula os vertidos a ditas zonas, limitando a concentración de Fósforo total e Nitróxeno total (ver o Cadro 2 no Apéndice). A Administración Xeneral do Estado, previa audiencia das Comunidades Autónomas e das entidades locais afectadas, declararán as "zonas sensíbeis" nas concas hidrográficas que excedan do ámbito territorial dunha comunidade Autónoma. Aas Comunidades Autónomas efectuarán dita declaración nos restantes casos e determinarán as "zonas menos sensíbeis" nas augas marítimas. As aglomeracións urbanas que conten con mais de 10.000 habitantesequivalentes e que vertan as augas residuais urbanas en "zonas sensíbeis" deberán dispor, antes do 1 de xaneiro de 1999, de instalacións adecuadas para que ditas augas sexan sometidas, antes do seu vertido, a un tratamento mais riguroso que o tratamento secundario. Aínda que en Galiza só temos constancia da declaración da Ria de Pontevedra como "zona sensíbel", existen, sen embargo, outras muitas zonas que poderían cumplir os requisitos de zona sensíbel. Este é o caso da Ria de Arousa, que conta cuna elevadísima poboación nas suas riberias e nas concas que verten á mesma (Santiago, Bertamiráns, Padrón, Caldas, etc), asi como cunha intensa actividade industrial ligada fundamentalmente aos sectores pesqueiroconserveiro, grandes xeradores de nutrientes. Dada a influencia dos aportes fluviais de contaminantes ás rias, as proprias augas fluviais, como o Rio Sar, poderian ser declaradas tamén como zonas sensíbeis. Por outra banda, é claro que unha boa parte do cauce do Rio Sar 18

pode ser considerado como unha masa de auga eutrofica, cuxa solucion requere unha depuración avanzada (terciaria) dos vertidos urbanos e industriais ao mesmo.

4.3. PROPOSTAS PARA PREVENIR A CONTAMINACIÓN DAS AUGAS As medidas correctoras para luitar contra a eutrofización na propia masa de auga, presentan inconvenientes económicos e técnicos, polo que as medidas preventivas destinadas a reducir as fontes de aporte de nutrientes son as mais recomendadas. Trata-se, entre outras, das seguintes: -

Xestión integral da conca para minimizar os aportes por escorrentía debidos á erosión do solo e aos fertilizantes agrícolas.

-

Identificación das zonas críticas en canto a contaminación difusa (deben-se ter en conta os trasvases entre concas).

-

Uso de deterxentes con baixo contido en polifosfatos.

-

Xestión dos residuos agrícolas e gandeiros, así como reducción no uso dos fertilizantes.

-

Tratamento adecuado das augas residuais domésticas e industriais.

-

Filtros verdes para a protección do dominio público hidráulico frente á eutrofización.

Centrados nas augas residuais urbanas, os tratamentos convencionais supoñen unha reducción de nitróxeno e fósforo insuficiente para cumplir a directiva europea no relativo a zonas sensíbeis, sendo necesarios tratamentos terciarios que, coas tecnoloxías actualmente ao uso, supoñen instalacións e mantenimentos mui custosos. Existe no nos país a necesidade de desenvolver tratamentos terciarios de baixo custo, e ensaialos baixo distintas condicións climáticas. As zonas humidas, naturais ou artificiais,

19

poden ser un deles, xa que se coñce, por estudios básicos, o seu efecto depurador sobre as augas que os atravesan. Por outra banda, ao seren as zonas húmidas sistemas naturais e de baixo custo, que non requeren praticamente gastos de mantenimento nen persoal con coñecimentos enxeñeris, constituen unha das alternativas mais adecuadas para o tratamento de efluentes de pequenos núcleos e áreas rurais.

5. TRATAMENTO DE AUGAS RESIDUAIS MEDIANTE ZONAS HÚMIDAS As zonas humidas son medios semiterrestres cun elevado grado de humidade e unha profusa vexetación, que reúnen certas características biolóxicas, físicas e químicas, que lles confiren un elevado potencial autodepurador. As zonas humidas naturais poden alcanzar grande complexidade, cun mosaico de lámina de auga, vexetación sumerxida, vexetación flotante, vexetación emerxente e zonas con nivel freático mais ou menos cercano á superficie. Nas zonas humidas artificiais ensaiáronse estas posibilidades: lagoas con microalgas (lagunaxe natural ou aireado), macrófitas flotantes (xacinto de auga), micrófitas flotantes (lentella de auga), macrofitas sumerxidas ou macrófitas emerxentes (helófitos). Demostrouse que un dos principais factores de depuración nas zonas humidas son os helófitos (plantas capaces de arraigar en solos anegados ou enitarcados, cunha parte sumerxida e outra aérea). Debido á sua particular fisioloxía e ecoloxía, estas plantas teñen a capacidade de depurar a auga mediante a asimilación directa de nutrientes (en especial N e P) e metais, que son retirados do medio e incorporados ao tecido vexetal. Ademais deste efecto directo, os helófitos son capaces de transportar oxíxeno en grandes cantidades desde os talos ás súas raíces e rizomas, onde é utilizado polos microorganismos heterótrofos que crescen sobre eles en forma de biopelícula, o que contribui á reducción de contaminantes a través de procesos 20

aerobios de degradación. Establécese unha especie de simbiose na que a planta suministra oxíxeno aos microorganismos e aproveita alguns productos resultantes do metabolismo dos mesmos, conseguindo en condicións adecuadas, crecer a ritmos mui elevados. Os helófitos mais usados en depuración son Typha, Scirpus, Phragmites e Carex. Outro elemento fundamental no proceso de depuración por zonas humidas é o sedimento orgánico, que ademais de ser sustrato para o crecimento microbiano, presenta unha elevada capacidade de cambio que asegura a retención e posterior transformación do material orgánico e inorgánico. Así mesmo, xoga un papel fundamental na dinámica do fósforo, cuxo principal mecanismo de eliminación é, xunto coa asimilación biótica, a sua adsorción ás arxilas e a precipitación e formación de complexos con Al, Fe e Ca presentes nos sedimentos. Ofrécese a continuación un resumo dos principais procesos físicos, químicos e biolóxicos que favorecen a depuración de augas residuais nas zonas humidas: - Sedimentación, filtración e degradación de sólidos en suspensión. - Fixación de metais pesados nos sedimentos. - Mineralización da materia orgánica. - Asimilación vexetal e inmobilización microbiana de compostos inorgánicos. - Amonificación, nitrificación e desnitrificación. - Volatilización do amonio desde as capas superficiais do sedimento. - Adsorción e precipitación química do fosfato con Al, Fe, Ca e minerais da arxila. - Reducción dos níveis de sulfato. - Eliminación de patóxenos por: sedimentación, morte gradual, radiación UV, excreción de antibióticos por outros microorganismos e polas raíces dos helófitos. Comprobado o positivo efecto das plantas sobre a calidade da auga, parece aconsellábel manter a vexetación en ribeiras e zonas húmidas en xeral, como método para amortiguar e

21

protexer correntes e masas de auga frente á eutrofización. Neste sentido, comprobuse que o encauzamento de ríos, con destrucción da vexetación das suas ribeiras, ocasiona un súbito empeoramento da calidade augas abaixo, ao aumentar a velocidade e desaparecer o filtro para os nutrientes que supoñen as macrófitas.

5.1. ESTUDIOS BÁSICOS DA DEPURACIÓN EN ZONAS HÚMIDAS Numerosos estudios confirman a posibilidade de usar estes procesos na depuración de augas residuais urbanas, (Hill, 1979; Radoux e Kemp, 1982; Brix, 1987; Radoux e Kemp, 1988; Brix e Sitierup, 1989; Martín e Fernández, 1992; Moore et al., 1994). O inicio desta tecnoloxía hai que situalo nas patentes do alemán K. Seidel do Max Planck Institute, cos sistemas coñecidos como "reed bed treatament system" (RBT) e "root zone method" (RZM), posteriormente, en Francia, Reino Unido, e outros países de Europa fóronse instalando plantas deste tipo, ata a creación en 1985 do Grupo Europeo de Sistemas de Tratamento mediante Hidrófitas Emerxentes (EHTS). Actualmente as zonas humidas artificiais son utilizados como sistemas depuradores, en diversos países: Dinamarca, Alemania, Reino Unido, Francia, Austria, Suiza, Bélxica, Luxemburgo, Holanda e Suecia. En Estados Unidos desenvolvéronse investigacións sobre o uso de zonas humidas, aplicando métodos lixeiramente diferentes aos europeos, os "Free Water System" (FWS) e "Subsurface Flow System" (SFS). Os estudios básicos sobre o potencial depurador das zonas humidas baixo diferentes condicións de deseño realízanse en estacións experimentais como as situadas en Viville (Bélxica); Lallaing (Francia), Cambérène (Senegal), Arcata (California), Emmitsburg (Maryland) en EEUU e Mansilla en León (España). Particularmente interesante resulta a experiencia da empresa Severn Trent Limited no Reino Unido, onde xestiona mais de 1000 depuradoras de augas residuais de pequenos núcleos de 22

población (inferior a 2000 habitantes), servindo a 8.5 millóns de consumidores, mediante Contactores Biolóxicos Rotativos e leitos de carrizo, cun mínimo mantenimento e 20 años de vida útil calculada (Findlay, 1997). En España comenzou a aplicarse esta tecnoloxía, nalgunas plantas de pequeno tamaño (García et al. 1997), e en duas EDAR co sistema de zonas humidas, que se construirán a cargo da Diputación Provincial de León, como fruito das experiencias da Facultad de Bioloxía da Universidade de León (Ansola e de Luis, 1994, Ansola et al. 1995). Pero destaca o proxecto, actualmente en execución, de "Recuperación ambiental do tramo final do río Besós", para o que a Comisión das Comunidades Europeas concedeu unha axuda do Fondo de Cohesión por valor de 3.325 millóns de pesetas. Este proxecto inclui a implantación na marxe do río dun tratamento terciario mediante unha zona húmeda artificial plantada con helófitos, para o efluente da planta depuradora de Montcada i Reixac que trata unha poboación equivalente de 360.000 habitantes (Alarcón et al., 1997). Hai controversia sobre a utilización de zonas humidas naturais para a depuración de augas residuais, e tamén sobre a necesidade de pretratamentos primarios e secundarios previos á zona húmida. Asi, algúns autores indican que as zonas humidas artificiais non admiten cargas orgánicas mui altas, polo que non deben ser alimentados directamente con auga bruta, nin con auga pretratada ou con só tratamento primario (eliminación de sólidos). Débense alimentar con influentes de baixa carga ou que recibiran un tratamento secundario. Sen embargo, as zonas humidas poden tratar caudais de auga variábeis. Sen embargo, a consideración anterior referese a aquelas zonas húmidas deseñadas como tratamento terciario avanzado. Ha de terse en conta, entón, que estes sistemas pódense deseñar especificamente para cada tipo de vertido e pódense combinar con calquera outro método de depuración, conseguindo a eliminación complementaria de nutrientes. Están

23

especialmente indicados para pequenas comunidades rurais, onde se poden colocar a continuación de fosas sépticas ou tanques de sedimentación. Por outra banda, existen algunhas experiencias de vertido directo de augas residuais a zonas humidas naturais para aproveitar o seu efecto depurador, pero este sistema só se debe usar en casos excepcionais, xa que é necesario un control para evitar danos irreversíbeis ao ecosistema e eliminar outros aspectos negativos, o que requere realizar o proceso dentro dun recinto cerrado e impermeábel, que permita elexir a ubicación, tipo de sustrato, fluxo e vexetación óptimos para o proceso. En todo caso, as zonas humidas presentan outras vantaxes como as seguintes: -

Proporcionan un alto nivel de tratamento: Adecuadamente deseñado, construido e controlado, a zona húmida pode proporcionar un tratamento eficiente para diferentes tipos de augas residuais.

-

Non xeran lodos, xa que estes mineralízanse totalmente.

-

Baixos custos de construcción, enerxía e explotación. Unha zona húmida require pouca ou ningunha enerxía e os equipos necesarios son mínimos. A auga circulará por gravedade se a zona húmida está ben deseñada.

-

Mantenimento sinxelo, aínda que precisan un adecuado seguimento.

-

Son sistemas flexíbeis e pouco susceptíbeis a cambios en caudais e carga do influente.

-

A biomasa vexetal actúa como illante do sedimento, o que asegura unha intensa actividade microbiana en todas as estacións do ano.

-

Non xeran olores, integrándose mui ben coa paisaxe.

-

Non soen aparecer problemas de moscas e mosquitos se non se deixa emerxer a capa de auga.

-

Incrementan a diversidade ambiental da zona coa creación dun hábitat para a fauna.

24

-

Pode converterse nunha área de recreo. Dependendo do deseño, localización e tipo de vexetación, a zona húmida construid pode mellorar a paisaxe.

Mentres, entre os inconvenientes, podemos enumerar: -

Os custos de construcción varian en función da topografía, de forma que para evitar elevados custos é necesario elixir unha zona adecuada, que teña unha pendente natural que favoreza a sua implantación.

-

A capacidade da zona húmida, como tal tratamento natural, está afectada polos cambios meteorolóxicos, polo que se debe deseñar para as condicións más desfavorábeis

-

Necesidade de duas ou tres estacións de crecimento das plantas para chegar ao máximo rendimento.

-

Perdas de caudal por evapotranspiración con aumento da salinidade do efluente, se ben este efeito se minimiza no noso clima.

-

Existe aínda un descoñecimento de parte dos procesos biolóxicos e hidrolóxicos que interveñen, o que aconsella iniciar unha implantación gradual deste tipo de procesos.

5.2. PRINCIPAIS TIPOS DE ZONAS HUMIDAS CONSTRUÍDAS Aínda que existen outros tipos, os dous máis comúns son os seguintes: •

FWS ou a zona húmida de fluxo libre

•

SFS ou a zona húmida de fluxo subsuperficial

Os sistemas FWS (ver figura 1) soen consistir en balsas ou canais coa superficie da auga exposta á atmósfera e o fondo constituido por solo relativamente impermeábel ou cunha barreira subsuperficial artificial, vexetación emerxente e níveis de auga pouco profundos.

25

Fig.1 Zona húmida FWS. Nas zonas humidas FWS, o tratamento prodúcese durante a circulación da auga a través dos talos e raíces da vexetación emerxente. Estes sistemas tamén se poden deseñar co obxectivo de crear novos hábitats para a fauna e flora ou para mellorar as condicións de zonas humidas naturais próximas, podendo incluir combinacións de espacios abertos e zonas ou illotes coa vexetación adecuada para proporcionar hábitats de cría para aves acuáticas (esto é más apropiado para as zonas humidas de gran tamaño).

Fig.2. Zona húmida SFS.

26

As zonas humidas SFS (ver figura 2) consisten en canais ou zanxas excavados e recheos de material granular, xeralmente grixo, onde o nível de auga se mantén por debaixo da superficie deste. O concepto SFS ten varias vantaxes. Como o nível de auga está por debaixo da superficie do medio granular, non está exposto, co que se evitan problemas cos mosquitos (nas zonas humidas FWS tamén se evitan poboando as augas con peixes que se coman as larvas). O recheo tamén proporciona protección térmica, aspecto a ter en conta en climas especialmente fríos.

27

6. PROXECTO DE ZONAS HUMIDAS ARTIFICIAIS PARA A DEPURACIÓN DE AUGAS RESIDUAIS URBANAS EN SANTIAGO DE COMPOSTELA

6.1. CONSIDERACIÓNS XERAIS Para implantar unha zona húmida artificial, co nível actual de coñecimentos, é mui conveniente realizar un estudio propio. Neste sentido, as zonas humidas artificiais experimentais a pequena escala son unha ferramenta mui útil, xa que permite un maior grado de control sobre as condicións de estudio. O obxectivo básico desta realización seria o de analizar o potencial e a viabilidade do uso de zonas humidas artificiais na depuración de augas residuais urbanas nas condicións ambientais de nosa zona xeográfica, usando especies vexetais autóctonas. A escala real, unha zona húmida artificial construida con fluxo subsuperficial, consistiría en dous o mais compartimentos, conectados en serie ou en paralelo (preferibelmente con ambas posibilidades), onde se plantan unha ou varias especies de helófitos (ver Figuras 1 e 2). Os compartimentos de forma rectangular o irregular (adaptándose ao terreo), tenrían unha profundidade de 60 a 80 cm, cun tratamento impermeabilizante (preferibelmente lámina sintética), recheo con grava ou pedra machacada de alto contido en calcio e ferro, de granulometría apropiada. A auga entra por un dos seus extremos, e repártese a través dun tubo ou canal con varias saídas, atravesando a zona de grava plantada cos helófitos. No outro extremo, a auga é recollida mediante unha tubería perforada situada no fondo. O nivel máximo do leito regulase variando a posición do tubo de saída, de maneira que non aflore a lámina de auga e se manteña uns centímetros por debaixo da grava. Para o correcto funcionamento, é fundamental asegurar un tempo de retención e unha distribución uniforme

28

do afluente, polo que se poden construir muros ou outras estructuras que forcen a auga a realizar un percorrido maior. Nas entradas e saídas sóense situar gavións de elementos grosos para evitar colmatacións. Débese dispor dunha zona de rebose para evacuar caudais en exceso, así como un desagüe de fondo. A bibliografia indica que a superficie necesaria sería de 2-5 m2 /habitante para influentes sen tratamento secundario ou mui cargados, e de 1-2 m2 /habitante para tratamentos terciarios.

6.2. MÉTODO PARA O CÁLCULO DA ÁREA NECESARIA Consideraremos a zona húmida como un reactor biolóxico de fluxo en pistón, e que a cinética é de primera orden. Deste modo, a ecuación cinética será a seguite:

(− rA ) =

− dC A = K .C A dt

mol L.θ

[Ec.1]

onde (-rA) é a velocidade de reacción, CA é a concentración e k é a constante cinética (dependente da temperatura) A sua vez, a ecuación de deseño dun reactor de fluxo en pistón é: L.θ mol

V dX A = FA 0 (− rA )

onde V é o volumen, XA é a conversión e FA0 é o fluxo molar. Tendo en conta que: V = h. Ah FA 0 = CA 0 .Q CA = C A0 (1 − X A ) ⇒ dC A = −CA .dX A 0

29

[Ec.2 ]

onde h é a profundidade do sistema, Ah é a área superficial e Q é o caudal volumétrico, e operando, obtense a ecuación 3, que permite o cálculo da área superficial da zona húmida:

Ah =

(

Q . ln C A0 − ln C Ae h.k

)

[Ec.3 ]

m2

Compróbase así que a área é directamente proporcional ao caudal é ao logaritmo do cociente de concentracións, e é inversamente proporcional á constante cinética (dependente da temperatura) e ao valor da profundidade da zona húmida.

6.3. LOCALIZACIÓN DA ZONA HÚMIDA PROPOSTA Elixiuse o núcleo rural de ‘A Peregrina’, pertencente ao Concello de Santiago de Compostela, xa que non conta con depuración das suas augas. As bases de cálculo utilizadas foron as seguintes: • Nº de habitantes (segundo NOMENCLATOR ano 1996): 510. Empregarase para o cálculo o dato de 550 habitantes. • Consumo de auga: 200 L.hab-1.día-1. • Caudal diario: 110 m3 .día-1. • DBO5-i = 200 ppm • SSTi = 175 ppm Os límites de vertido establecidos pola lexislación vixente (RD 509/1996) son: • DBO5-e < 25 ppm ou rendemento de depuración > 70 % • SSTe

< 35 “

“

“ 30

90 %

Para este caso deseñaranse os dous tipos de zonas húmidas máis comúns: •

FWS ou zona húmida de fluxo libre

•

SFS ou zona húmida de fluxo subsuperficial

6.4. ALTERNATIVA 1: ZONA HÚMIDA TIPO SFS Deseñarase a zona húmida nas condicións máis desfavorábeis, que serán as correspondentes ao inverno, no que a temperatura é menor (implica un valor baixo de k e, como consecuencia, un aumento da área superficial), e ademais é cando se dan as maiores precipitacións do ano, que se deberán ter en conta para sobredimensionar a zona húmida. Na E.D.A.R. de A Silvouta, a temperatura media da auga en inverno é de 13ºC, e será esta a que se tome para a zona en cuestión. Fixando a profundidade da zona húmida en 0,60 m (profundidade típica recomendada) e elixindo grixo de tamaño medio cunha porosidade do 30%, calcúlase a área necesaria segundo a ecuación 3, e aportando a ela o dato da constante cinética para a temperatura indicada. Así, o valor da área será:

As =

110 * ln 200 25 0,545 * 0,60 * 0,30

= 2331m 2

que corresponde ao valor estimado sen ter en conta as precipitacións. Segundo datos tomados do Instituto Nacional de Estadística, a cantidade media de chuvia recollida na zona en inverno é de 15 L.m-2 (media diaria do mes máis chuvioso entre 1900 e 1990). Con este valor, o novo caudal medio será 127,48 m3 .día-1, e a área resultante:

31

As = 2703 m2 . Unha vez que se calculou a área superficial real, temos que proceder ao dimensionamento do longo e ancho da zona húmida. Para esto fixarase un gradiente hidráulico do 2,5%, e tomarase unha velocidade da auga de 1.10-3 m.s-1. (tomando este valor mínimo, asegúrase a minimización de posíbeis efectos indesexados polo posíbel bloqueo das cavidades do recheo).

Desta forma, calcularemos a área da sección transversal ao fluxo: 127,48 AC = 24 * 60 * 60 = 59 m2 2,5 0,001* 100 Como a profundidade recomendada é de 0,60 m, o ancho resulta W=98,36 m. (99 m). Isto implica unha lonxitude de 27,48 m (27,50 m). Pódese dividir a área en duas celdas de 49,50 m de ancho e 27,50 m de longo. Agora hai que recalcular o gradiente hidráulico. Para unha pendente de 0,5% na base da zona húmida, a profundidade na parte final será: 0,60 + 27,50.0,5/100 = 0,74 m Esto da lugar a un gradiente hidráulico de (0,74/27,5)*100 = 2,69%. (Se tiveramos fixado ao principio un gradiente hidráulico do 2%, ao recalcular este dato como se acaba de facer, sairía do 3,2%) A profundidade media da zona húmida será de 0,67m, co que o volumen de grixo necesario será de: V = 1811 m3 .

32

Por último, compróbase a concentración de saída de sólidos, para o que é preciso calcular a carga hidráulica, que resulta de CH=4,7 cm.día-1. A concentración de saída de sólidos resulta de SSTe = 20 ppm, que cumpre coa lexislación.

6.5. ALTERNATIVA 2: ZONA HÚMIDA TIPO FWS Para o cálculo da área procédese igual que no caso anterior. Farase un primeiro deseño correspondente aos datos do inverno, e fixarase unha profundidade, e despois se comprobará a profundidade da zona húmida na época seca. Procedendo de maneira análoga á anterior, o valor da área sen contar as precipitacións é:

As =

110 * ln 200 25 0,451* 0,70 * 0, 40

= 1811 m2

Aplicando o dato de precipitacións diarias en inverno, e multiplicando pola área anterior, obtense o caudal de saída do sistema debido ás precipitacións. O caudal medio resultante é de 123,58 m3 .día-1. Con este caudal vólvese a recalcular a área, que resulta de : AS =2035 m2 . Aínda que se pode calcular o longo da zona húmida polo mesmo procedimento empregado anteriormente, por recomendacións de varios deseñadores e constructores, fixarase unha relación longo:ancho de 2:1. Desta maneira, o longo podería ser de 60 m e o ancho de 34 m. Daráselle unha pendente do 0,5 %. Pódense por varias zonas humidas en serie. Se se poñen duas, ambas terán unha lonxitude de 30 m e un ancho de 34 m.

33

Hai que proceder a comprobar a profundidade da zona húmida en verán. Para isto, calcúlase a profundidade da zona húmida a partir da ecuación de cálculo da área superficial, posto que o resto de parámetros é coñecido (temperatura de verán de 20ºC e caudal sen precipitacións). Este valor resulta de 0,27m (teñamos en conta, a modo de referencia, que en Australia as profundidades óptimas están no intervalo 0,20-0,30 m, correspondendo a un clima seco). Por último, calcularase a concentración de sólidos á saída, para una carga hidráulica CH = 6,07 cm.día-1 (condicións de inverno), resultando SSTe = 22,20 ppm, que cumplen a lexislación.

6.6. CONSTRUCCIÓN DA ZONA HÚMIDA Describimos a continuación os diferentes aspectos relativos á construcción da zona húmida. Estes son: preparación do solo, construcción da celda, colector-arqueta, bomba, tuberias, sistema de distribución de entrada e saída, plantas, plantación e mantenimento. •

Preparación do solo:

Prohibirase o tráfego, para evitar unha compactación indebida, colocando un valado temporal alrededor da zona considerada. Eliminaranse árbores, arbustos e demáis vexetación onde sexa necesario. No caso de ter que retirar o solo, se reservará para reutilizalo máis adiante. O terraplén estará libre de rochas, plantas e terróns de máis de 5 cm. Compactarase o terreo ata o requerido reenchendo as zonas máis baixas. É necesaria a compactación mecánica para asegurar a preparación da base. •

Construcción da celda:

A área superficial calculada refírese á área entre a entrada e a saída da zona húmida. Se o solo é impermeábel, compactarase co fin de asegurar a sua impermeabilización. No caso contrario, 34

unha vez preparada a base da zona húmida, procederase ao seu recubrimento cun material impermeabilizante que non permita intercambios de auga a través dos límites do sistema. O impermeabilizador soe ser de PVC, HPDE, PPE… O seu grosor soe ser de 20-30 mm, dependendo das condicións do proxecto. É importante que esta capa sexa resistente á luz solar e á intemperie, ou senón deberá cubrirse para protexela contra a radiación UV. Comprobarase que esta capa está libre de fisuras antes da sua colocación, dispoñendo auga sobre ela. Se a zona húmida é do tipo SFS, deixarase unha capa de auga de 30 cm sobre a base antes de colocar o grixo, para que non sufra danos na colocación deste. •

Colector-arqueta:

A auga residual que chegue á zona húmida, farao a través dun colector, e pasará primeiro por un tanque eliminador de flotantes (que serán recollidos nun cestón), e unha arqueta posterior que favoreza a sedimentación de areas, impedindo o paso destas á zona húmida (con posibilidade de limpeza con camión ou cisterna aspirante). •

Bomba:

O efluente fluirá á zona húmida mediante gravidade ou será bombeado. Utilizarase a gravidade sempre que sexa posíbel. Se se necesita unha bomba, seleccionarase unha para a distribución e elevación requeridas. Protexeranse as bombas contra posíbeis cargas térmicas. •

Tuberías:

As tuberías son xeralmente de PVC, aínda que se deberian empregar outros materiais mais ecolóxicos, como polietileno. Limparanse todas as xuntas e aberturas antes de unirse. Comprobaranse todas as xunturas en auga baixo condicións de presión antes da sua instalación. A instalación do elevador vertical realizarase tendo en conta a altura que poda chegar a ter a auga na zona húmida e posibilitando a sua drenaxe completa en caso necesario.

35

•

Distribucións de entrada e saída:

A tubería de entrada colocarase na parte superior da zona húmida e a de saída, sobre o terraplén. Ambas estarán inmersas nunha matriz de grixo groso (ver figuras 3 e 4)

Fig.3. Distribución de entrada.

Fig.4. Posíbeis distribucións á saída.

36

•

Plantas:

As especies máis usadas son Phragmites, Typha, Scirpus, Juncus e Carex. Elexiranse aquelas que mellor se desenvolvan, segundo o clima da zona. Seleccionaranse de duas a cinco especies diferentes, e plantaranse varias especies xuntas. Usaranse plantas locais sempre e cando sexa posíbel. Non se seleccionarán plantas ornamentais como os lirios para a área de tratamento. Requeren cuidados e poden incrementar a DBO. Se se desexan plantas ornamentais, plantaranse adxacentes á área de tratamento. •

Plantación:

Asegurarase que as plantas estén libres de enfermedade ou praga algunha. Manteranse as raíces húmidas en todo momento. As plantas insertaranse na terra (FWS) ou grixo (SFS) a unha profundidade de 5 a 10 cm. As raíces estarán en contacto coa auga. A plantación debe realizarse seis semanas antes da posta en marcha. Se ás seis semanas non se aprecia crecemento das plantas, replantaranse seguindo o esquema inicial. Dependendo do tamaño da mata, plantaranse unha ou duas matas por m2 . Despois dun ano de crecemento, atinxirase a cubrición total. • As

Mantemento: zonas

humidas

construidos

requeren

un

mantenimento

mínimo.

Aínda

así,

inspeccionaranse cada seis meses. As accións máis comúns de mantenimento son a eliminación de plantas non desexábeis, retirar vexetación morta, e limpar as tuberías. Outras accións de mantenimento requeren replanteo, fertilización, instalación de barreiras ou valos para evitar o paso de animais como coellos que podan danar a plantación.

37

6.7. PRESUPOSTO O cálculo detallado do presuposto móstrase no Apéndice para os dous tipos de zona húmida. Os resultados son os seguintes:

PRESUPOSTO PARA A ZONA HÚMIDA SFS O presuposto total para a zona húmida tipo SFS ascende á cantidade de 17609419 pesetas:

DEZASETE

MILLÓNS

SEISCENTAS

NOVE

MIL

CATROCENTAS

DEZANOVE PESETAS. PRESUPOSTO PARA A ZONA HÚMIDA FWS O presuposto total para a zona húmida tipo FWS ascende á cantidade de 8912090 pesetas: OITO MILLÓNS NOVECENTAS DOCE MIL NOVENTA PESETAS.

7. BIBLIOGRAFÍA ALARCÓN, A.; KOLB, P. & MARULL, J. 1997. Recuperación medioambiental del tramo final del río Besós. Bio 10:7-11. ANSOLA, G. & DE LUIS, E. 1994. Concentración de nutrientes en helófitos acuáticos utilizados en depuración de agua residual. Limnetica. 10 (1): 33-36. ANSOLA, G.; FERNÁNDEZ, C. & DE LUIS, E. 1995. Removal of organic matter and nutriens from urban wastewater by using an experimental emerxent aquatic macrophyte system. Ecoloxical Engineering. 5:13-19.

38

APHA, AWWA & WPCF. 1992. Métodos normalizados para el análisis de uguas potables y residuales. Ediciones Díaz de Santos. Madrid. BRIX, H. 1987. Treatment of wastewater in the rhizosphere of wetland plants-the root zone method. Water. Sci. Technol. 19: 107-118. BRIX, H. & SCHIERUP H.H. 1989. The use of aquatic macrophytes in water-pollution control. Ambio 18 (2):100-107. COLLADO, R. 1997. Aplicación de macrófitas a la depuración de aguas residuales. Curso de Aplicación de Tecnoloxías Blandas á depuración de augas residuais. Proyecto agua. EXEVASA. Valencia. COLMENAREJO, M. 1995. Tratamientos de aguas residuales urbanas (I+D). En: La calidad de las aguas continentales españolas. Estado actual e investigación. 235-239. XEOFORMA. Logroño. EPA. 1993. Subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatament. A technology Assessment. Municipal Technology Branit. Washington. ESTEINER, G.R.; WATSON, J.T. & CHOATE, K.D. 1993. General desing, Construction, Operation Guidelines for Small Constructed Wetlands Wastewater Treatment System. LEWIS PUBLISHER. 1993 FINDLAY, G.E. 1997. El proceso de CBR y lechos de juncos de Severn Trent. Curso de Aplicación de Tecnologías Blandas a la depuración de aguas residuales. Proyecto agua. EXEVASA. Valencia. GARCÍA, J. RUIZ, A. & JUNQUERTAS, X. 1997. Depuración de aguas residuales urbanas mediante humedales construidos. Tecnología da auga. 165: 58-65

39

HILL, B.H. 1979. Uptake and release of nutrients by aquatic macrophytes. Aquatic Botany. 7:87-93. MARTÍN, I. & FERNÁNDEZ, J. 1992. Nutrient dynamics and growth of a cattail crop (Typha latifolia) developed in an effluent with high eutrophic potential-application to wastewater purification systems Bioresource Technology 42:7-12. MOORE, B.C.; J.E. LAFER, W.H. FUNK. 1994. Influence of aquatic macrophytes on phosphorus and sediment porewater chemistry in a freshwater wetland. Aquatic Botany 49:137-148. OECD. 1982. Eutrophisation des eaux; Méthodes de surveillance, d’evaluation o de lutte. Organisation de Coopération et de Développement Economiques. Paris. RADOUX, M. & KEMP, D. 1982. Approite ecoloxique et expérimentale des potentialités épuratrices de quelques hélophytes: Phragmites australis, Typha latifolia et Carex acuta. Trib. Cebedau. 35:325-340 RADOUX, M. & KEMP, D. 1988. Epuration comparée des eaux usées domestiques par trois plantations hélophytiques et par un lagunaxeen un microphytes sous un même climat tempéré Acta Oecol. Applicata 9 (1):25-38.

40

8. APÉNDICE 8.1. CRITERIOS PARA A DETERMINACIÓN DE ZONAS SENSÍBEIS E MENOS SENSÍBEIS. (REAL DECRETO 509/1996.) I. Zonas sensíbeis Considerarase que un medio acuático é zona sensíbel se pode incluirse nun dos seguintes grupos: •

Lagos, lagoas, embalses, estuarios e augas marítimas que sexan eutróficos ou que poderían chegar a ser eutróficos nun futuro próximo se non se adoptan medidas de protección. Poderán tenerse en conta os seguintes elementos na consideración do nutriente que deba ser reducido cun tratamento adicional:

1º. Lagos e cursos de auga que desemboquen en lagos, lagoas, embalses, bahías cerradas que teñan un intercambio de augas escaso e nos que polo tanto, pode producirse unha acumulación. En ditas zonas convén prever a eliminación de fósforo a non ser que se demostre que dita eliminación non terá consecuencias sobre o nivel de eutrofización. Tamén poderá considerarse a eliminación de nitróxeno cando se realicen vertidos de grandes aglomeracións urbanas. 2º. Estuarios, bahías e outras augas marítimas que teñan un intercambio de augas escaso ou que reciban grande cantidade de nutrientes. Os vertidos de aglomeracións pequenas teñen normalmente pouca importancia en ditas zonas, pero para as grandes aglomeracións deberá incluirse a eliminación de fósforo e/ou nitróxeno a menos que se demostre que a sua eliminación non terá consecuencias sobre o nivel de eutrofización. •

Augas continentais superficiais destinadas á obtención de auga potábel que poderían conter unha concentración de nitratos superior á que establecen as disposicións pertinentes 41

do Real Decreto 927/1988, de 29 de xullo, polo que se aproba o Regulamento da administración Pública da auga e da Planificación Hidrolóxica. •

Masas de auga nas que sexa necesario un tratamento adicional ao tratamento secundario establecido no artículo 5 do Real Decreto-Ley e neste Real Decreto para cumprir o establecido na normativa comunitaria.

II. Zonas menos sensíbeis Un medio ou zona de auga marina poderá catalogarse como zona menos sensíbel cando o vertido de augas residuais non teña efectos negativos sobre o medio ambiente debido á morfoloxía, hidroloxía ou condicións hidráulicas específicas existentes nesta zona. Ao determinar as zonas menos sensíbeis, tomarase en consideración o risco de que a carga vertida poda desprazarse a zonas adxacentes e ser perxudicial para o medio ambiente. Para determinar as zonas menos sensíbeis teranse en conta os seguintes elementos: Bahías abertas, estuarios e outra augas marítimas cun intercambio de auga bo e que non teñan eutrofización ou agotamento do oxíxeno, ou nas que se considere que é improbábel que cheguen a desenvolverse fenómenos de eutrofización ou de agotamento do oxíxeno polo vertido de augas residuais urbanas.

42

8.2.

REQUISITOS

DE

VERTIDOS

DE

AUGAS

RESIDUAIS

(DIRECTIVA

91/271/CEE). Requisitos procedentes de instalacións de tratamento de augas residuais urbanas realizadas en zonas sensíbeis cuxas augas sexan eutróficas ou teñan tendencia a selo nun futuro próximo. Segundo a situación local, poderase aplicar un ou os dous parámetros. Aplicaranse o valor de concentración e a porcentaxe de reducción. Parámetros

Concentración

Fósforo total

Nitróxeno (2)

Entre 10000 e 1000 h.e.

Mais de 100000 h.e.

Porcentaxe mínima de reducción (1)

2 mg/l P

1 mg/l P

80

Espectrofotometría de absorción molecular

15 mg/l N

10 mg/l N

70-80

Espectrofotometría de absorción molecular

total

Método de medida de referencia

(1) Reducción relacionada con a carga de entrada (2) Nitróxeno total equivale á suma do nitróxeno Kjeldahl total (N orgánico + NH3 ), nitróxeno en forma de nitrato (NO3 ) e nitróxeno en forma de nitrito (NO2 ) (3) Alternativamente o promedio diario non deberá superar os 20 mg/l N. Este requisito reférese a unha temperatura da auga de 12 ºC ou mais durante o funcionamento do reactor biolóxico da instalación de tratamento de augas residuais. En sustitución do requisito relativo á temperatura, poderase aplicar unha limitación do tempo de funcionamento que teña en conta as condicións climáticas rexionais

43

8.3. PRESUPOSTO PARA A ZONA HÚMIDA SFS Descripción M2 desbroce e limpeza do terreo ata 25 cm de espesor, con medios mecánicos, incluso carga e transporte sobre camión de productos sobrantes a vertedeiro M3 excavación en cajeado en terreo compacto, por medios mecánicos, incluso carga e transporte de productos sobrantes a vertedeiro M2 de compactación e alisado do terreo, con medios mecánicos M2 lámina PF, incluso colocación M3 de pedra e canto rodado, incluso colocación M3 grixo fino, granulometría 5-10 mm, incluso colocación M3 area, granulometría 3-6 mm, incluso colocación Unidade pozo de rexistro en formigón prefabricado, 1,20 m, soleira de formigón e tapa metálica Unidade arqueta con medidas 3x2x2, chapa deflectora en inox, soleira de formigón en masa e tapa metálica de 2x2 m Unidade cestón para recollida de grosos en chapa perforada e reforzo perimetral con UPN80 a 1,0 m, cadea para enganchalo, totalmente galvanizado, incluso guías en pozo para extracción M tubería PVC de presión xunta elástica, diámetro exterior 11 cm, serie 10 atm, certificado calidade AENOR. Unidade plantón de Phragmites Unidade plantón de Typha

Prezo unitario 173

Cantidade

Subtotal

3000

519000

655

1250

818750

123

2725

335175

1075 2940 2675

8300 1,50 1811

8916609 4410 4844425

2675

270

722250

48000

1

48000

95000

1

95000

152600

2

305200

2300

200

460000

100 100

2703 2703

270300 270300

TOTAL

17609419

O total ascende á cantidade de 17609419 pesetas: DEZASETE MILLÓNS SEISCENTAS NOVE MIL CATROCENTAS DEZANOVE PESETAS.

44

8.4. PRESUPOSTO PARA A ZONA HÚMIDA FWS Descripción M2 desbroce e limpeza do terreo ata 25 cm de espesor, con medios mecánicos, incluso carga e transporte sobre camión de productos sobrantes a vertedeiro M3 excavación en cajeado en terreo compacto, por medios mecánicos, incluso carga e transporte de productos sobrantes a vertedeiro M2 de compactación e alisado do terreo, con medios mecánicos M2 lámina PF, incluso colocación M3 de pedra e canto rodado, incluso colocación Unidade pozo de rexistro en formigón prefabricado, 1,20 m, soleira de formigón e tapa metálica Unidade arqueta con medidas 3x2x2, chapa deflectora en inox, soleira de formigón en masa e tapa metálica de 2x2 m Unidade cestón para recollida de grosos en chapa perforada e reforzo perimetral con UPN80 a 1,0 m, cadea para enganchalo, totalmente galvanizado, incluso guías en pozo para extracción M tubería PVC de presión xunta elástica, diámetro exterior 11 cm, serie 10 atm, certificado calidade AENOR. Unidade plantón de Phragmites Unidade plantón de Typha

Prezo unitario 173

Cantidade

Subtotal

2200

380600

655

1000

655000

123

2035

250305

1075 2940 48000

6150 1,50 1

6610175 4410 48000

95000

1

95000

152600

2

305200

2300

68

156400

100 100

2035 2035

203500 203500

TOTAL

8912090

O total ascende á cantidade de 8912090 pesetas: OITO MILLÓNS NOVECENTAS DOCE MIL NOVENTA PESETAS.

45