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Se presentan las tendencias y avances en la investigación de los humedales construidos utilizados para la depura-ción de las aguas residuales domésticas e industriales. Se discuten las principa-les plantas utilizadas en estos humeda-les, así como sus principales configu-raciones. Los humedales construidos utilizados para el tratamiento de aguas domésticas en núcleos de pequeñas poblaciones y/o lugares aislados con espacio adecuado para su construcción, es una posibilidad real. En el caso de efluentes industriales, su implementa-ción como tratamiento de ‘pulimento’ posterior a un tratamiento convencio-nal puede constituir un gran aporte para generar efluentes que minimicen el impacto ambiental, debido a la bio-diversidad biológica de los humedales y su mayor similitud a los ecosistemas, donde son descargados los efluentes tratados.
Palabras clave:
Humedales construidos, aguas residua-les, nuevas tendencias, configuración, plantas.
Resumen
Constructed wetland: an alternative for wastewater treatment
Research and trends dealing with sewa-ge and industrial wastewaters treated by constructed wetlands are shown in this paper. Plant and constructed wet-lands configurations are also described. Sewage domestic wastewaters from in-dividual houses or villages have used constructed wetlands as wastewater treatment. On the other hand, cons-tructed wetlands as finally treatment working together with conventional technologies could be a good alterna-tive for improving the treated quality wastewater.
Keywords:
Constructed wetland, wastewater, new trends, configuration, plants.
Abstract
Humedales construidos:
una alternativa a considerar para
el tratamiento de aguas residuales
Por: Catalina Plaza de los Reyes del Río, químico marino; Gladis Vidal Sáez, ingeniero civil industrial y doctora en Ciencias Químicas
Universidad de Concepción
Centro de Ciencias Ambientales EULA-Chile Barrio Universitario, s/n
Concepción, VIII Región-Casilla 160-C (Chile) Tel.: +56 41 2204067
Fax: +56 41 2207076 E-mail: glvidal@udec.cl
1. Introducción
L
os residuos líquidos domi-ciliarios e industriales tie-nen diferentes orígenes y, debido a ello, presentan diferente composición fisicoquímica. Por un lado, las aguas servidas se caracte-rizan por demandas biológicas de oxígeno (DBO5) relativamenteba-jas (100-300 mg/l) comparadas a los efluentes industriales (> 1 g/l), pero mantienen elevadas cargas de nutrientes y patógenos. Por su par-te, los efluentes industriales pueden provenir de las más variadas acti-vidades productivas. Si la industria procesa materias primas de origen orgánico (por ejemplo, productos marinos, mataderos, industria lác-tea, etc.) los efluentes producidos poseerán una alta carga orgánica, que incluyen proteínas, grasas y aceites. Por otro lado, efluentes pro-venientes del rubro minero pueden estar constituidos básicamente por compuestos inorgánicos y baja car-ga orgánica. La Figura 1 muestra, desde una perspectiva general, la posible composición de un efluente,
la necesidad de eliminación de com-puestos específicos, la clasificación de los tratamientos y la especifica-ción de éstos.
Es importante indicar que para eliminar compuestos como sóli-dos es posible utilizar sistemas primarios, tales como sistemas de sedimentación, flotación por aire disuelto y/o coagulación/flocula-ción. Los tratamiento secundarios, ya sean biológicos aerobios (lodos activados, lagunas aireadas, etc.) y/o anaerobios (sistemas Upflow Anaerobic Sludge Blanket o UASB, filtros anaerobios, etc.) poseen la capacidad de eliminar la materia or-gánica de un efluente. Compuestos específicos, como coliformes, com-puestos tóxicos, metales pesados y nutrientes, entre otros, pueden ser eliminados a través de tecnologías específicas dirigidas.
Complementario a lo anterior-mente dicho, la Figura 2 muestra los posibles reusos que se le po-drían dar a efluentes tratados total o parcialmente y que, por tanto, contienen distintos tipos de
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minantes. Los sectores sombreados indican la eliminación del contami-nante en cuestión. Así por ejemplo, cualquier efluente tratado que tiene la potencialidad de ser reutilizado debería estar libre de sólidos sus-pendidos totales, a través de un tra-tamiento primario [1].
Como se ha indicado anterior-mente, los desafíos de la reutiliza-ción del agua hacen que tecnologías específicas, altamente tecnificadas y de elevado costo de mantenimiento y operación (membranas, oxidación avanzada, etc.), estén teniendo re-levancia. En forma opuesta, trata-mientos de baja implementación tecnológica y con bajos costos de operación, como los sistemas de hu-medales construidos, pueden cons-tituir tecnologías apropiadas para mejorar la calidad del agua de los efluentes antes de ser descargado.
Actualmente, los sistemas de humedales construidos, también de-nominados wetlands, están tenien-do un auge importante para tratar efluentes en pequeñas comunidades y/o para ser usados como tratamien-to de pulimentratamien-to en efluentes indus-triales [2]. En el caso de efluentes industriales, debido a las propieda-des de biodiversidad de los hume-dales construidos, podrían servir de ‘zonas buffer’ entre los sistemas productivos y los ecosistemas na-turales y, de este modo, disminuir el impacto de las descargas de los efluentes tratados.
El objetivo de este trabajo es pre-sentar los avances de la investiga-ción y tendencias de los humedales construidos utilizados para la depu-ración de aguas residuales domésti-cas e industriales.
2. Conceptos
básicos relacionados con humedales construidos
2.1. Plantas más
comúnmente encontradas en humedales construidos
Las plantas que crecen en los hu-medales construidos se denominan macrófitas y están clasificadas de
acuerdo al tipo de crecimiento, esto es: plantas emergentes, sumergidas, flotantes y enraizada con hojas flo-tantes [3, 4].
Las plantas en general, y las ma-crófitas en particular, tienen la capa-cidad de formación de biopelículas
bacterianas asociadas a los rizomas, que son las responsables de la bio-degradación, filtración y adsorción de los compuestos que se encuen-tran en un agua residual a tratar. Al mismo tiempo, permiten la transfe-rencia de oxígeno a la columna de
Figura 2. Niveles de tratamiento requeridos para las principales aplicaciones de reutilización de aguas residuales tratadas. Adaptado de Lazarova [1].
Figura 1. Conceptualización de las características generales de un efluente y los diferentes tipos de tecnologías que podrían ser utilizadas para su depuración.
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agua y controlan el crecimiento de algas al limitar la penetración de luz solar. Entre otras ventajas de las plantas macrófitas, se puede indicar la capacidad de sobrevivir en condi-ciones secas, la habilidad para meta-bolizar el amonio directamente del agua y el alto contenido de proteínas que contienen [5].
La Tabla 1 muestra la caracte-rización de varios tipos de plantas macrófitas y su característica de temperatura óptima de trabajo, ger-minación, pH, máximo rango de tolerancia a la salinidad y su capaci-dad para capturar nutrientes [6-9].
Dentro de las macrófitas emer-gentes, se puede indicar que la
fa-milia de los Scirpus pueden crecer en un variado rango de pH (4-9), al igual que Glyceria fluitans (2-8). Debido a su resistencia de creci-miento bajo diversas condiciones ambientales y su fácil propagación, las macrófitas más utilizadas son:
Scirpus, Typha sp. y Phragmites. Phragmites presenta una elevada
eficiencia en la transferencia de oxí-geno porque sus rizomas penetran verticalmente y más profundamente que los de plantas como Typha sp. (0,3 m), pero algo menos que los
Scirpus (0,4 m) [5]. Por su parte,
plantas flotantes como Eichhcornia
crassipes y Lemna sp. tienen mayor
capacidad de captación de
nutrien-tes (sobre 350 kg N/ha·año en N y 110 kg P/ha·año), que otras varie-dades de macrófitas [10]. Sin em-bargo, existe un gran potencial de plantas no tradicionales de humeda-les que son tolerantes a la humedad de estos sistemas. Por ejemplo, la utilización de plantas ornamenta-les como los Pseudacorus (lirios amarillos), que poseen la capacidad de depurar efluentes, aumentando el nivel paisajístico, biodiversidad y genera ventajas económicas a la comunidad [9]. Este tipo de plantas ornamentales no son consumibles, por lo que no serían un peligro para la salud de ser contaminado el hu-medal por compuestos tóxicos [11].
Tabla 1
Familia Nombre latino Nombre común
Temperatura (ºC) Máxima salinidad tolerable (ppt) Rango efectivo de pH Asimilación
nitrógeno Asimilación fósforo
Deseable Germinación semillas peso %
seco kg/ha año % peso seco kg/ha año Macrófitas emergentes Cyperaceae Carex sp. Cortadera 14-32 20 5,0-7,5 Eleocharis sp. Rume 18-27 4,0-9,0 Scirpus
lacustris Junco de laguna 16-27 4,0-9,0 1,22 125 0,18 18
Poaceae o Gramíneas
Glyceria
fluitans Hierba del maná 12-23 10-30 45 2,0-8,0 0,4-4,6 0,1-0,8
Phragmites
australis Carrizo 16-27 20-24 35 4,8-8,2 2,57 225 0,18 35 Iridaceae pseudacorusIris
Lirio amarillo, espadaña amarilla
15-20
Juncáceas Juncus sp. Juncos 16-26 20 5,0-7,5 1,24 800 0,27 110
Typhaceae Typha latifolia espadañasEneas, 10-30 12-24 30 4,0-10,0 1,37 600-2.630 0,21 75-403 Macrófitas flotantes
Pontederiaceae Eichhcornia crassipes Jacinto de agua 8-15 20-30 2.000-6.000 300-600
Lemnaceae Lemna sp. Lenteja de agua 6-33 4 6,5-7,5 1,5-7,2 350-1.200 0,6 -2,8 116-450 Tabla 1. Caracterización de macrófitas utilizadas en humedales construidos.
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Es importante también indicar los beneficios de la biomasa vegetal en humedales construidos, como ma-teria prima para la producción de biogás, forraje para animales, fibra para la fabricación de papel y com-post [12].
La Figura 3 muestra en forma esquemática los diferentes flujos de materia orgánica, nutrientes (N, P), oxígeno a que están expuesta este tipo de macrófitas. La realización de la fotosíntesis, es primordial para el crecimiento de la plantas y, por ende, la captación de nutrientes y de oxígeno. Es importante puntualizar que la eliminación de contaminantes de las aguas residuales es realizada por la comunidad microbiana aso-ciada a los rizomas de las plantas. Es por este motivo que el manejo de la transferencia de oxígeno, me-diante las diferentes configuraciones de humedales construidos, se hace fundamental para la eliminación de materia orgánica y nutrientes. 2.2. Principales
configuraciones de humedales construidos
En los humedales construidos en operación ocurren, de forma si-multánea, una compleja variedad de procesos fisicoquímicos y bioló-gicos debido a la utilización de nu-trientes disueltos en el agua y utili-zados por los productores primarios (macrófitas y microorganismos) y la sedimentación de las partículas [14-16]. Estos sistemas se pueden clasificar según su régimen de flujo de agua en dos tipos: humedales de flujo superficial (HFS) y humedales de flujo subsuperficial (HFSS) [13, 17]. La Figura 4 muestra las princi-pales configuraciones de humedales construidos [18].
En los HFS, las aguas residuales se encuentran expuestas directamen-te a la atmósfera y fluyen a través de una capa superficial en contacto con el sedimento subyacente, circu-lando preferentemente a través de los tallos de las plantas macrófitas. En este caso se utilizan tanto plan-tas emergentes (enraizadas), como
Figura 3. Interrelaciones de una macrófita en un humedal construido. Adaptado de Wallace [13].
Figura 4. Configuraciones de diferentes humedales artificiales: (a) humedal de flujo superficial (HFS); (b) humedal de flujo subsuperfical horizontal (HFSSH); (c) humedal de flujo subsuperfical vertical (HFSSV). Adaptado de García et al. [18].
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flotantes [19]. Por su parte, en los HFSS, las aguas residuales circulan bajo la superficie de forma subterrá-nea, a través de un medio granular (con una profundidad de la lámina de agua de alrededor de 0,6 m) y en contacto con los rizomas y raíces de las macrófitas. En este caso, sólo se usa vegetación emergente [18].
En el tratamiento de aguas resi-duales urbanas, la implementación de este tipo de sistemas depende de las necesidades a satisfacer y de las dimensiones en donde se pretenden emplazar. Los HFS requieren consi-derablemente más área que HFSS. La diferencia se basa en el contacto del fluido con los rizomas de la plan-ta, mientras que en los HFSS el flujo de agua residual atraviesa totalmen-te el rizoma de la planta. En los sis-temas HFS, los contaminantes están expuestos sólo en la superficie [20]. Es importante indicar también que en los HFSS se eliminan los proble-mas de olores y vectores. Debido a todo lo indicado anteriormente, los HFSS son los más aplicables al tra-tamiento de aguas residuales urba-nas y reciclado bioregenerativo de un sistema natural [2, 20].
2.2.1. Humedal de flujo superficial (HFS)
Un HFS consiste en un sistema de baja profundidad, con alguna clase de barrera subterránea para prevenir la percolación al agua freá-tica susceptible a contaminación, y una capa sumergida de gravilla u otro medio como soporte para las raíces de la vegetación macrófita emergente seleccionada. Además, se emplea una estructura reguladora de entrada y descarga para asegurar una distribución uniforme del agua residual aplicada entre niveles de 0,1 a 0,6 m. Este tipo de sistema es capaz de imitar a los sistemas natu-rales, tanto en apariencia como en función, ya que el flujo de agua pasa sobre la superficie y es filtrado a tra-vés de un soporte denso de plantas acuáticas [21-24].
Los sistemas HFS presentan una buena remoción de la materia
orgá-nica y de los sólidos suspendidos de un vertido con flujo laminar, debido a la alta eficiencia hidráulica (bajas velocidades de flujo y alto tiempo de residencia hidráulica) y buenas condiciones de sedimentación [5, 6]. Los compuestos retenidos son reducidos u oxidados en el sistema, liberando formas solubles de com-puestos orgánicos, nitrógeno y fós-foro al medio a ser eliminadas por el consorcio microbiano. Por otra parte, en el caso de aguas residuales que contienen patógenos, éstos son eliminados al menos en un orden de magnitud, lo que en algunos casos no es suficiente para cumplir con los límites establecidos de descarga por lo que se recomienda algún tipo de desinfección posterior. La eli-minación de fósforo y nitrógeno es poco efectivo en HFS, y en muchas ocasiones se recurre a aumentar el tamaño del humedal y los tiempos de retención hidráulico para la ob-tención de mayor eficiencia de eli-minación de nutrientes.
2.2.2. Humedales de flujo subsuperficial (HFSS)
Las primeras investigaciones de este tipo de configuración fueron desarrolladas en Alemania [25]. Este tipo de humedal artificial con-siste en un con-sistema cerrado con un sustrato poroso de roca o grava. El nivel del agua es diseñado para permanecer por debajo de la super-ficie del sustrato. Posee una buena capacidad de remoción de altas con-centraciones de nitrógeno, fósforo y metales pesados, debido a la amplia variedad de procesos que ocurren en contacto con el sustrato, como la adsorción y la filtración [5, 6]. La principal ventaja de este sistema es la prevención de vectores, malos olores y la eliminación del riesgo de contacto público con el agua par-cialmente tratada.
Los HFSS pueden, a su vez, cla-sificarse según la dirección de su flujo en: humedales de flujo sub-superficial horizontal (HFSSH) y humedales de flujo subsuperficial vertical (HFSSV).
En los HFSSH, el agua residual fluye horizontalmente a través del substrato. En cambio, en los hume-dales HFSSV el agua residual es dosificada intermitentemente sobre la superficie de la arena y los filtros de gravilla y gradualmente drenada a través de un medio filtrante antes de ser colectada por una cañería en la base del sistema, es decir, pre-sentan fases de llenado, reacción y vertido [26, 27]. La intermitencia y la inundabilidad permanente con-fieren propiedades muy diferentes a los sistemas verticales y horizon-tales respectivamente. En particular afectan mucho la transferencia de oxígeno y, por tanto, al estado de oxido-reducción del humedal.
En los sistemas HFSSH el trata-miento de aguas residuales urbanas, operando con cargas superficia-les de 2-6 g DBO5/m2·d producen
efluentes anóxicos, con un potencial redox negativo (menor a -100 mV), lo que genera la posibilidad de ma-los olores [26, 28, 29]. Además, es factible la posibilidad que ocurran reacciones de óxido reducción y, por tanto, tener precipitaciones de compuestos [26, 30].
Los HFSS, tanto verticales como horizontales, presentan la ventaja de que los efluentes a tratar no son expuestos a la superficie durante el proceso de tratamiento, reduciendo al mínimo pérdidas de energía por la evaporación y la convección. De-bido a esto, estos sistemas son los más convenientes para aplicaciones en zonas frías [31]. La importancia relativa de las diferentes reacciones bioquímicas involucradas en la de-gradación de la materia orgánica en HFSS apenas ha sido estudiada en sistemas en que existen plantas y comunidades microbianas [32]. Sin embargo, existen un conocimiento acabado del comportamiento micro-biano en condiciones anóxicas de eliminación de materia orgánica y sulfatoreducción y desnitrificación en tratamientos convencionales.
Las características que pueden entregar las distintas configuracio-nes de humedales construidos,
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do al tipo de vegetación considera-da en el humeconsidera-dal y la generación de consorcios bacterianos específicos unidos a los rizomas de las plantas, los hacen sistemas aptos para la de-puración de aguas residuales prove-nientes de diferentes orígenes.
3. Utilización de humedales construidos para la depuración de aguas residuales 3.1. Utilización en la depuración de aguas residuales domésticas
Desde los años 50, los humedales artificiales han sido utilizados como sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas, dirigidos principalmente a pequeñas comuni-dades y casas individuales [33-36]. Es importante destacar que última-mente se ha visto un aumento en su construcción, debido a las ventajas que ofrece como tecnología ambien-talmente sustentable, por el rol de las plantas en estos sistemas y a su bajo costo de implementación, uso de energía y operación [36]. El reu-so del agua, por ejemplo en riego, recreación y hábitat para la fauna, es otra de las ventajas a considerar [3]. Comparativamente con siste-mas convencionales, estos sistesiste-mas tienen una lenta tasa de degradación de compuesto, de ahí que no pueden ser considerados para poblaciones con alta densidad [37].
La principal función de estos sistemas es la eliminación de carga orgánica medida como DBO5 y
de-manda química de oxígeno (DQO). Los nutrientes (principalmente N y P) y patógenos también han sido unos de los objetivos de elimina-ción de este tipo de sistemas.
En la Tabla 2 se muestra, como ejemplo, diferentes estudios que han sido publicados de sistemas de tratamiento en diferentes partes del mundo (Noruega, Israel, España, México o Irlanda, entre otros paí-ses). Es importante destacar que, asociado a las diferentes geográfi-cas, existen distintos tipo de climas
que influyen en el comportamiento de la vegetación implantada en los sistemas. La Tabla 2 muestra distin-tos tipos de configuraciones de hu-medales construidos (HFS y HFSS, tanto verticales como horizontales). La configuración mayormente usada es de HFSS principalmente de tipo horizontal, el cual presenta mayores eficiencias de eliminación de DBO5,
DQO, N y P, comparada a los HFS. En general se encuentran elimina-ciones mayores al 90% en materia orgánica, entre 40-80% para N-To-tal, y alrededor de un 90% para fós-foro. Phragmites australis y Typha
latifolia son las macrófitas
mayor-mente utilizadas para el tratamien-to de aguas residuales domésticas. Uno de los problemas no resueltos de esto tipo de efluentes es el conte-nido de sólidos suspendidos, grasas y aceites.
Como muestra la Tabla 2, exis-ten pretratamientos que se realizan al agua residual doméstica y que consideran sistemas tales como: tan-ques sépticos, sedimentadotes, bio-filtros y clarificadores [11, 38, 40]. Sin embargo, en los últimos años se ha venido trabajando en la posibili-dad de implementar un sistema de pretratamiento hidrolítico y/o anae-robio anterior al humedad construi-do [42-44]. Se ha podiconstrui-do constatar que considerando un sistema hidro-lítico anaerobio antes del humedal construido es posible eliminar entre un 92-94% de sólidos suspendidos,
una eliminación de DBO5 sobre el
95%, patógenos fecales entre un 95-99% y entre un 51-53% de elimina-ción de nitrógeno y fósforo [43, 44]. Bajo estas condiciones, el humedal construido completa la eliminación de la materia orgánica remanente en el efluente. Es importante también destacar que considerando un siste-ma anaerobio se genera una reduc-ción significativa del área requerida para un humedal construido de un 30 a 60% [44].
3.2. Utilización en la depuración de aguas residuales industriales
Las aguas residuales industriales también han utilizado la tecnología de humedales construidos para su depuración. Usualmente la cons-trucción de humedales está combi-nada con un adecuado pretratamien-to, ya sea fisicoquímico, anaerobio y/o aerobio.
Desde esta perspectiva, los efluentes con elevadas cargas orgá-nicas provenientes de rubros tales como agroindustria, como criade-ros o empresas lácteas, entre otras, necesitan la introducción de algún sistema anaerobio que elimine la elevada materia orgánica del efluen-te. La Tabla 3 muestra ejemplos de la depuración de purines en que se considera la secuencia laguna anae-robia-humedal construido para su depuración. Como configuraciones de humedales se utilizan HFSSV y HFSSH, y dentro de las especies se consideran Phragmites, Thypa sp.,
Scirpus sp., Schoenoplectus sp.,
en-tre otras [50, 52, 53]. En todos los casos, la eliminación de fósforo fue del orden de 30% y el de nitrógeno total, de un 25%.
El rubro vitivinícola es otro ejem-plo que muestra la Tabla 3. Aquí el humedal construido es antecedido de un tanque séptico. En todos los casos se puede ver que la configu-ración usada es HFSSV o HFSSH, mientras que la especie más utiliza-da es Phragmites, pero también es posible encontrar Typha sp. o
Jun-cos sp., entre otras.
Los humedales de
flujo subsuperficial
presentan mayores
eficiencias
de eliminación
de DBO
5, N y P
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Tabla 2 Ubicación Tipo de humedal Pretratamiento Macrófita Q (m 3/d)/ TRH(días) Calidad influente (mg/l) Calidad efluente (mg/l) Ref. DBO 5 DQO SST N-T ot N- NH4 P Pat N°/100 ml DBO 5 DQO SST N-T ot N- NH4 P Pat Nº /100 ml Nor uega HFSS TS y BF - 0,45-0.8/-174 -67 28 4,3 2,0 5,2 -50 5 0,2 0 [38] Israel HFS TS y TSed Lsp 0,234/4,26 141,8 298,2 64,9 -51 60,5 8,385·10 5 40,3 92,8 13,1 43,6 7.65·10 4 [5] Nor uega HFSSH TS Tl y Pa 2/14 140 400 80 110 85 11 -25 100 20 40 38 0,5 <100 [39] Nor uega HFSSH TS y BF aerobio Pa 0,3/ -250 -120 -5,3 -50 -30 -0,5 -[40] Alemania HFSSH Laguna Pa, Tl, T a y Par 50,1/-34 85 -16,1 7,5 2,12 -12 53 -7,9 3,10 1,3 -[34] España HFSS -Tl y Pa 6/1,5-3 327 557 272 60,7 36 18,3 4,13·10 6 6,8 66,8 19 -4,13·10 5 [4] España HFSS -Tl -/4-7 340 536 272 52,1 36 23 -10,2 123,1 21,8 -28,8 14 -[35] Estonia HFSSV HFSSH TS Pa 12,5/0,042 98,1 -44,7 64,3 55,8 4,4 -5,53 -7,0 19,5 9,1 -[27] México HFSSH HFSSV TSed Lsp, Pa y T a 2,88/2,3 -1.569,2 406,1 162,9 66,3 -223,3 58,6 44,6 22,9 -[11] Irlanda HFS Aireador y Cl Pa, Tl y Nuphar spp. 55/8,3 18 -52 29 2,2 5,1 45 808 9 -5 15 0,8 33 [41] Alemania HFSSH Digestor anaerobio y Cl Pa, Ji y Je -585 890 -103 57 22 -142 280 -72,5 53,5 -[42] Nota: TS: Tanque séptico; BF: Biofiltro; TSed: Tanque sedimentador; Cl: Clarificador; Q: Caudal; TRH: Tiempo de retención hidráulica; ΔTl: Typha latifolia ; T a: Typha angustifolia ; Pa: Phragmites australis ; Lsp: Lemna sp .; Par: Phalaris arundinacea ; Ji: Juncus inflexus ; Je: Juncus ef fusus ; HFS: Flujo superficial; HFSS: Flujo subsuperficial; HFSSH: Flujo subsuperficial horizontal; HFSSV : Flujo subsuperficial vertical; DQO: Demanda química de oxígeno; DBO
5
: Demanda bioquímica de oxígeno; SST
: Sólidos suspendidos totales; N-T
ot: Nitrógeno total; P: Fósforo; Pat: Patógenos.
Tabla 2.
Utilización de humedales construidos y su eficiencia de depuración de aguas residuales
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Tabla 3 Ubicación Tipo de humedal Rubro productivo Pretratamiento Macrófita Q (m 3/ d)/ TRH(días) Calidad influente (mg/l) Calidad efluente (mg/l) Ref. DBO 5 DQO SST N-T ot N-NH 4 P DBO 5 DQO SST N-T ot N-NH 4 P Tanzania HFSSH Vitivinícola TPFBB Phm 0,018/9 -922 -86 -[45] Por tugal HFS Purines -Ips, Csp -1.207 4.608 2.350 1.420 1.615 98,6 265 1.814 95 232 216 23,6 [46] Eslovenia HFSSV Textiles -Pa 1,44/0,33 99-350 276-1.379 -7-82 0,2-4,5 -43-95 122-487 10-19 7-16 68 [47] Estados Unidos M-P-M Purines LA y T A Tl, Sch 8,3/13-15 -445 160 66 -71 -287 105 30 -[48] Por tugal HFSSH Cur tiembre TA Tl, Ips, Csp, Sts, Pa 0,03/6,8 875 1.966 75 143 -0,3 453,6 869 19,4 105,2 -0,5 [49] Estados Unidos M-P-M Purines LA, T A Tl, Sch 12,6/10-18 -808 363 174 -73 -313 160 30 -38 [50] Estados Unidos M-P-M Purines LA Tl, Sch 6,8/16,4 -116 86 56 -70 53 48 [51] Estados Unidos HFS Purines LAJe, Sci, Spar
, Tl, T a 2,63/12-14 -134 118 30 -26 20 22 [52] Irlanda HFSSV Purines TA Pa 0,42/0,17 2.157 -444 109,8 104 -918 -192 80,8 76 -[53] Italia HFSSH Lechería TS Pa 4,4/10 451 1.219 690 64,7 22,4 12,8 28 98 60 33,3 24,5 5 [54] Italia HFSSH HFS Vitivinícola TS
Tl, Pa, El, Cer, Ny
, Ips, Je 35/3,5 1.792,7 4.044,9 221,8 14,7 -4,9 29,4 90,6 24,3 2,6 -1,3 [55] Italia HFSSV HFSSH Vitivinícola TS Pa 10/13 424,9 1.003,2 102,7 26,6 -1,92 28,6 78,6 25,3 2,65 -0,12 [55] Italia HFSSH Vitivinícola TS, Desgrasador - 8/-353,7 721,7 -65,2 -29,3 90 -27,5 -[55] Nota: TS: Tanque séptico; B: Biofiltro; TSed: Tanque sedimentador; LA: Laguna anaerobia; Cl: Clarificador; TA: Tanque alimentación; TPFBB: Three Phase Fluidized Bed Birreactor; Q: Caudal; TRH: Tiempo de retención hidráulica; Tl: Typha latifolia ; T a: Typha angustifolia ; Phm: Phragmites mauritianus ; Pa: Phragmites australis ; Sch: Schoenoplectus sp ; Ny: Nymphaea sp .; Je: Juncus ef fusus ; Ips: Iris pseudacorus ; Sci: Scirpus sp .; Sts: Stenotaphrum secundatum ; Csp: Canna sp .; El: Elodea canadensis ; Cer: Ceratophyllum demersum ; Spar: Sparganium americanum ; HFS: Flujo super -ficial; HFSS: Flujo subsuperficial; HFSSH: Flujo subsuperficial horizontal; HFSSV : Flujo subsuperficial ver tical; M-P-M: March-Pond-March; DQO: Demanda química de oxígeno; DBO 5 : Demanda bioquímica de oxígeno; SST
: Sólidos suspendidos totales; N-T
ot: Nitrógeno total; P: Fósforo.
Tabla 3.
Utilización de humedales construidos y su eficiencia de depuración para tratar aguas re
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Tabla 4Proyecto Año Sistema Macrófitas Características humedal Caudal (m3/d)
*DBO5 entrada (mg/l) DBO5 salida (mg/l) Coliformes fecales Sistema de tratamiento de efluentes vinos Sta. Ema
Bodega Izaga. Región Metropolitana
2007
Cámara de elevación de riles Reactor Batch en secuencia
Humedal flujo superficial Lecho de secado de lodos
(Terraplanta)
Juncus sp., Phragmites sp. y
Scirpus - 80 2.000 15 0
Sistema de tratamiento efluentes vinos Sta. Ema.
Bodega El Peral Región Metropolitana
2007
Estanque de homogenización de caudal Reactor anaerobio de alta tasa de
tipo híbrido Reactor SBR Humedal flujo superficial Lecho de secado de lodos
(Terraplanta)
Juncus sp., Phragmites sp. y
Scirpus TRH: 0,34 díasZ: 0,3 m 80 4.500 15 0 Sistema de tratamiento de
efluentes Bodeguita Apalta, Casa Lapostolle S.A.
VI Región 2006 Reactor anaerobio Bioport Hidroplanta Humedal horizontal - A: 90 mZ: 1,2 m2 10 3.000 20 -Implementación de planta de tratamiento de efluentes para disposición en riego
Inmobiliaria Viñedos el Huique Ltda. VI Región 2006 Tamizador Decantador Humedal flujo subsuperficial
Lecho de grava Schoenoplectus californicus A: 75 m2 V: 50 m3 TRH: 10 días 10 1.170,5 234,1 -Plantel de Cerdos Santa
Josefina Agrícola Veneto Ltda.
VIII Región 2006 Tanque ecualizador Separadores sólidos Estanque sedimentador Laguna anaerobia Humedal flujo superficial
Typha angustifolia, Lemma sp., Eichornia crassipes. y Azolla pinnata A: 17.000 m2 V: 8.450 m3 Z: 0,8 m TRH: 20 días 250 700 35 -Modificación sistema de tratamiento de efluentes, planteles de cerdos Sociedad agrícola El Tranque
de Angostura V Región 2005 Tanque ecualizador Separadores parabólicos Tanque sedimentador Laguna anaerobia Humedal flujo superficial
Typha angustifolia, Lemma sp., Eichornia crassipes. y Azolla pinnata A: 22.000 m2 V: 7.200 m3 Z: 0,7 m TRH: 15 días 400 600 50 0 Plantel de Engorda de
Cerdos, Fundo San Guillermo VIII Región 2005
Equalizador (homogenizador) Separador de malla inclinada
estacionaria Sedimentador Laguna anaerobia Humedal artificial flujo superficial
Typha angustifolia, Lemma sp., Eichornia crassipes y Azolla pinnata A: 2.000 m2 V: 2.000 m3 Z: 0,7 m TRH: 15 días 100 700 30 -Planta Punitaqui de
cooperativa agrícola Pisquera Elqui Ltda.
IV Región
2004 Humedal flujo superficial Phragmites australis A: 6.624 m2 210 2.800 178
-Optimización manejo de efluentes Planta Rendering, Agrícola Ariztía. Región Metropolitana 2004 Laguna anaerobia Laguna facultativa Humedal superficial Juncus sp., Typha angustifolia y Eichhcornia crassipes A: 26.000 m2 TRH: 15días Z: 0,6m 604,8 377 94 0 Gestión integral y operación
de efluentes planta faenadora de ganado Inmobiliaria Hesklin Ltda.
V Región
2003 Humedal flujo superficial Schoenoplectus californicus TRH: 0,063 díasA: 550 m2 302,4 888 44
-Nota: *Valores referenciales a la entrada del humedal artificial; A: área; V: Volumen; Z: Profundidad del humedal; TRH: Tiempo de retención hidráulica. Tabla 4. Humedales construidos en Chile para tratar efluentes industriales.
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3.3. Humedales construidos en Chile para el tratamiento de efluentes industriales
La introducción de humedales construidos en Chile se está hacien-do en esta última década. La Tabla 4 muestra los principales proyectos que se encuentran actualmente in-mersos en el sistema de declaración de impacto ambiental, o bien ya se han puesto en marcha recientemen-te [56]. Su principal aplicación se encuentra asociada a los rubros vi-tivinícolas, faenadoras de ganado y planteles de cerdos. La investiga-ción aún es incipiente en el país y no se tienen antecedentes de tiem-pos prolongados de la operación de los sistemas que se encuentran funcionando. En cuanto a la confi-guración que utilizan estos humeda-les construidos, en su mayoría son HSF y están siendo operados a con-tinuación de sistemas tradicionales de tratamiento. Las especies usadas en los diferentes humedales son:
Phragmites, Thypa sp. y Juncos sp.,
entre otros [56].
4. Conclusiones
La implementación de humedales construidos para el tratamiento de aguas servidas de origen doméstico para pequeños núcleos de población y/o casas aisladas son una realidad. Sin embargo, aún existen problemas de obstrucción en el lecho de los hu-medales construidos, debido a sóli-dos suspendisóli-dos y/o grasas en las aguas residuales domésticas y a la disponibilidad de espacio de cons-trucción para los humedales, que podrían ser mejor manejados con-siderando un sistema de digestión anaeróbico como pretratamiento.
En el caso de efluentes industria-les, su implementación como trata-miento de ‘pulimento’ en conjunto con tratamientos convencionales podría ser un gran aporte para ge-nerar efluentes que minimicen el impacto ambiental, debido a la bio-diversidad biológica de estos siste-mas y su mayor similitud a los eco-sistemas donde son descargados los efluentes tratados.
A la luz de la reducción de ga-ses efectos invernadero, debido a los problemas ambientales globales que enfrenta la tierra, es importante destacar que el tratamiento de los efluentes de elevada carga orgánica deben considerar una etapa previa de eliminación de materia orgánica y recuperación del biogás generado, por sistemas convencionales, para disminuir las emisiones a la atmós-fera.
Los humedales construidos tie-nen un potencial de explotación debido a los bajos costos de la tec-nología (uso de energía, operación, etc.) y posibilidades de aumento de la biodiversidad, paisaje y calidad del agua generada, para ser conside-rada en posibles reusos.
5. Agradecimientos
Los autores agradecen al Proyec-to Fondecyt 1070509 de la Comi-sión Nacional de Ciencia y Tecno-logía de Chile.
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Los humedales
construidos tienen
potencial de
explotación para
ser utilizados
en posibles reusos
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