Tras el éxito cosechado por la primera entrega, que demuestra bien a las claras el interés que hay sobre estos temas, continuamos la entrevista con el Dr. Carlos Arias, con quien estamos hablando de los humedales para el tratamiento de las aguas residuales.
Médico del Agua (MdA).- Carlos, acabamos la primera parte de la entrevista hablando de las características de los materiales filtrantes que se emplean en los humedales parra el tratamiento de las aguas residuales, pero ¿qué me dices de los espesores a emplear?
Carlos Arias (CA).- Como bien dices, en la ocasión anterior hablamos de la granulometría del material filtrante y de sus consecuencias con respecto a la eliminación de los distintos contaminantes. Pero este no es el único factor que influye en el tratamiento, tal como ocurre cuando se aplica cualquier terapia para aliviar dolencias, por tanto, además de la granulometría debemos considerar también la profundidad de los lechos.
Mucho se ha discutido sobre la profundidad mínima necesaria del lecho para asegurar un tratamiento satisfactorio. Tradicionalmente, recomendamos profundidades efectivas del orden de 1 m, porque debemos garantizar que a medida que el agua percola por el filtro, tenga suficiente oportunidad de entrar en contacto con las biopeliculas adheridas al material filtrante y que, además, haya suficiente oxígeno para permitir los tratamientos aerobios.
Hay otras recomendaciones de espesores que sugieren profundidades entre 0,5 y 2,0 m, pero un metro es lo que exigen las guías de construcción de la agencia de medio ambiente danesa.
A partir de experiencias en Dinamarca y de un proyecto para revisar las normas de diseño danesas, tuvimos la oportunidad de analizar la reducción de materia en suspensión, materia orgánica y especies de nitrógeno a lo largo de la profundidad del lecho, en humedales verticales, a medida que el agua percola por el material filtrante. Nuestros resultados nos demuestran, que con la granulometría que recomienda la norma danesa, estas reducciones y la nitrificación ocurren básicamente en el primer tercio de la profundidad del lecho filtrante.
(MdA).- Otro tema capital para el correcto funcionamiento de los humedales verticales es la correcta distribución de las aguas a tratar sobre toda la superficie de humedal ¿qué me comentas a este respecto?
(CA).- Con respecto a los sistemas de distribución de las aguas a tratar en los humedales verticales, toca diferenciar entre los sistemas de tratamiento tradicionales y los llamados "sistemas franceses" (¡que en realidad fueron desarrollados en Alemania!). Los sistemas tradicionales exigen un tratamiento primario previo y, por tanto, la mayor parte de los sólidos en suspensión se deben retener en este tratamiento, para evitar el riesgo de colmatación de los lechos. En estos humedales los sistemas de distribución se deben diseñar con sistemas presurizados, que garanticen una distribución homogénea sobre toda la superficie del lecho y así aprovechar el aire presente en el material filtrante.
La práctica habitual consiste en instalar tuberías perforadas paralelas y colocadas sobre el material filtrante y separadas una distancia que asegure la distribución del agua por toda la superficie. Tradicionalmente, estas tuberías se instalan a una distancia del orden de un metro y con perforaciones de unos 8 mm de diámetro, espaciadas unos 0,7 m. Como es lógico, esta propuesta no es una “receta médica” exacta pues varía de acuerdo a la granulometría del medio filtrante, de los caudales a tratar y del número de pulsos de alimentación que se aplican al día.
Es importante, que los sistemas de distribución cuenten con la posibilidad de poder realizar mantenimientos periódicos de vaciado y lavado de las tuberías de reparto, que básicamente consisten en permitir el drenaje del agua a presión. Para ello, basta con instalar tapones con rosca en los extremos de las tuberías, que se quitan regularmente para permitir la eliminación de los los sólidos acumulados en su interior.
Con respecto a los sistemas franceses, en los que el único tratamiento preliminar es un desbaste para la eliminación de partículas gruesas, se hace preciso que el diámetro de las tuberías de distribución sea mayor. Adicionalmente, como estos sistemas operan con varios humedales dispuestos en paralelo, alimentados secuencialmente y entre los que se alternan las periodos de operación/reposo, los sistemas de distribución deben ser robustos y sin riesgo de obstrucción, por lo que en estos sistemas se emplean tuberías con diámetros del orden de 110 mm, que descargan el agua sobre superficies sólidas para evitar el deterioro del filtro, y en varios puntos del lecho para lograr una distribución homogénea.
(MDA).- Carlos, cada vez es más frecuente la exigencia de la eliminación de nutrientes, incluso en las pequeñas aglomeraciones urbanas, ¿cómo operas con los humedales cuando se precisa la eliminación de N y P?
(CA).- La eliminación de nutrientes es uno de los múltiples retos para los cuales tu profesión de “hidromédico” busca cura. Si bien la eliminación de nutrientes es un fin en el tratamiento de las aguas residuales, no se debe descartar la recuperación de estos nutrientes, para su posterior reuso.
Los procesos para eliminar, o secuestrar, N y P son diferentes. Mientras que en el caso del nitrógeno se busca transformarlo por vía biológica, generalmente mediante nitrificación/desnitrificación, la eliminación (recuperación) del fósforo se hace por adsorción en un medio filtrante, o por coagulación/floculación.
El cosechado de las plantas presentes en los humedales, como método de control de nutrientes, ha demostrado no ser una solución sostenible, aunque sí permite recuperar una biomasa que se puede usar como nutriente, gasificar u obtener otros productos como biochar, biocrudo, o materiales para producir textiles. Líneas en las que trabajamos actualmente.
Como bien sabemos, un humedal de flujo vertical no saturado es muy eficiente eliminando sólidos en suspensión, materia orgánica y nitrificando (proceso aeróbico). Para completar el ciclo del nitrógeno debemos desnitrificar y este proceso implica condiciones ambientales específicas, que entre otras incluyen: anaerobiosis, suficiente carbono orgánico (una relación C/N de al menos 5), bacterias, algo de P y temperatura, y estas condiciones no se presentan en los humedales no saturados.
Una opción que se ha planteado es la instalación de un humedal saturado (horizontal) posterior al humedal saturado. Sin embargo, y a pesar de las condiciones anaerobias de un humedal saturado, generalmente hay déficit del carbono orgánico necesario para completar el proceso. Adicionalmente, la construcción de otras estructuras implica costos de inversión más altos y mayores esfuerzos en la operación y mantenimiento.
Ante ello, una estrategia válida es la recirculación del efluente nitrificado de humedal vertical hacia donde haya poco oxígeno disuelto y suficiente carbono, y que mejor destino que el propio tratamiento primario. De acuerdo a nuestra experiencia en Dinamarca, la eliminación de nitrógeno total usando esta recirculación es efectiva, económica y eficiente.
La eliminación de nitrógeno total mediante recirculación es efectiva, económica y eficiente
Las condiciones ambientales y estequiométricas necesarias se dan fácilmente en los tratamientos primarios y, por lo tanto, el proceso de desnitrificación ocurre sin mayor esfuerzo.
A partir de nuestra experiencia en las guías de diseño y construcción de humedales, se surgiere un grado de recirculación de al menos el 50% del caudal de alimentación y no superior al 100%, dado que un exceso de carga hidráulica puede reducir el rendimiento de la nitrificación y, consecuentemente, afectar a la calidad del efluente.
Pero la recirculación no sólo beneficia la eliminación de nitrógeno total, sino que también tiene consecuencias importantes en la operación del propio humedal. Al aumentar la carga hidráulica, se reduce el tiempo de residencia hidráulica en el tratamiento primario y se incrementa la carga hidráulica superficial en el humedal (no el total del caudal tratado) y, como resultado del incremento hidráulico, se diluye la concentración del agua a tratar (no la carga).
Si profundizamos un poco más, el recircular aguas tratadas produce un efluente primario más homogéneo, lo cual implica que los consorcios microbianos estén sometidos a menos estrés, pues las concentraciones del agua influente son menores, más constantes y menos variables en el tiempo. Esto lo hemos constatado mediante la determinación de constantes cinéticas y el análisis de poblaciones en las biopelículas.
Eliminar fósforo es otro reto y dependerá, en gran medida, de la carga y del tipo de humedal. Los humedales de flujo superficial han demostrado tener una buena capacidad para inmovilizar fósforo en los sedimentos, cuando reciben aguas de escorrentía superficial.
Con humedales de flujo subsuperficial, y tratando aguas residuales, es difícil mantener la eliminación de fósforo a largo plazo, pues la adsorción/absorción en los medios de relleno tiene un periodo de vida limitada, y esta capacidad decrece en el tiempo.
Por ello, la solución suele consistir en un postfiltrado, empleando materiales reactivos, que pueden retener el fósforo, y que de acuerdo a su composición fisicoquímica, se pueden usar posteriormente como fuente de fertilizantes, siempre y cuando sean biodisponibles.
La precipitación química también es una opción, pero implica agregar infraestructura adicional, la disposición final del fósforo sedimentado y una escasa posibilidad de reutilización del mismo.
Desde el punto de vista de recuperación de recursos no debemos descartar tampoco, que si cosechamos las plantas de los humedales, hay potencial para recuperar el N, P y K, retenido en ellas.
(MdA).- ¿Cómo se comportan los humedales frente a aguas residuales muy diluidas y en climas fríos?
(CA).- Las aguas muy diluidas, que aparentemente son más fáciles de tratar, crean grandes retos para su tratamiento. Nos podemos encontrar aguas diluidas, en cuanto a su concentración de materia orgánica, en el caso de las aguas de escorrentías urbanas y agrícolas.
Los humedales presentan la ventaja de ser lo suficientemente robustos para poder recibir diferentes concentraciones y caudales de las aguas a tratar y su diseño dependerá, por supuesto, de cada caso en particular, siendo muy importante el disponer de datos fiables de la concentración de los contaminantes y de la variación de los caudales y los contaminantes a tratar a lo largo del año.
En relación con las condiciones climáticas, las temperaturas frías son el común denominador en Dinamarca. Para humedales de flujo superficial puede presentarse congelación en la superficie, pero debajo de la capa congelada los procesos de depuración continúan, si bien sufren efectos negativos en cuanto a sus rendimientos, pues la temperatura disminuye la cinética de los procesos.
Los humedales de flujo subsuperficial horizontales y verticales también se afectan por las bajas temperaturas, pero acá en Dinamarca siempre se construyen con algún tipo de aislamiento térmico en la superficie. En otros sitios más fríos, los hemos diseñado e instalado con sistemas para evitar la congelación de las aguas en los sistemas de distribución.
Hago énfasis en que a pesar de las bajas temperaturas, los humedales son capaces de mantener su capacidad depuradora.
Los humedales son capaces de mantener su capacidad depuradora incluso a bajas temperaturas
(MdA).- Carlos tenía pensado estructurar tu entrevista en tan sólo dos entregas, pero compruebo que aún nos queda material interesante para una tercera, por lo que, abusando de la confianza, te emplazo para finalizarla la semana próxima.
P.D.1.- Estimado lector/seguidor, si le han parecido de interés las dos primeras partes de la entrevista, y pincha los corazones azules que aparecen a su inicio, me motivará para la redacción de la siguiente y última.
P.D.2.- FELICES VACACIONES EN LA NUEVA NORMALIDAD (¡SI ES QUE ELLO ES POSIBLE!).
