Reutilización planificada de aguas depuradas para usos ambientales en Granollers

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1 Resumen Se describen las características y explotación del humedal de 1 ha con flujo superficial situado en Can Cabanyes (Granollers, Barcelona). Entró en servicio en abril de 2003 y recibe el agua de la EDAR de Granollers, con un caudal de unos 100 m 3 /d y elevada concentración de N amoniacal (unos 30 mg/l) para pasar a 2 mg N/L a un 50% de muestras desde su inicio hasta diciembre de Un 85% de las muestras presentaron coliformes fecales menor de 1,4 ulog/100 ml, valor usado para el diseño. El humedal es un elemento estratégico en el sistema de espacios libres en el entorno del río Congost, zona fuertemente humanizada. Palabras clave: Aguas residuales, humedales construidos, flujo superficial, restauración ambiental, amonio, indicadores fecales. Reutilización planificada de aguas depuradas para usos ambientales en Granollers Por: Joan García (*), Virgínia Domingo (**) (*) Universitat Politècnica de Catalunya Departament d Enginyeria Hidràulica, Marítima i Ambiental C/ Jordi Girona Barcelona Tel.: Fax: joan.garcia@upc.edu (**) Ajuntament de Granollers Servei de Medi Ambient C/ Sant Josep, 7, Granollers (Barcelona) Tel.: Fax: vdomingo@ajuntament.granollers.org 62 Abstract Planned reuse of wastewater effluents for environmental applications in Granollers (Barcelona, Spain) This paper describes the technical characteristics, performance, and operation and maintenace activities of the 1 ha surface flow constructed wetland (SF) located in Can Cabanyes, Granollers, Barcelona, Spain. The system started in operation by April 2003 as a restoration measure for a degraded zone near the river Congost. The SF is fed with treated effluents of Granollers wastewater treatment plant. Currently treats a small flow (approximately 100 m 3 /d, hydraulic load of 10 mm/d) because the effluents of the TP have a high concentration of ammonia N (aproximately 30 mg N/L) and the system was designed to reach a concentration lower than 2 mg/l. Somewhat more of the 50% of the data have an ammonia concentration lower than 2 mg N/L. The 85% of the samples had a faecal coliform concentration lower than 1.4 ulog/100 ml, which was the target vaule used for design. The system is currently a key element in the natural environments sorrounding the Congost river. Keywords: Waste water, constructed wetland, surface flow, environmental restoration, ammonia, faecal indicators. 1. Introducción Uno de los posibles usos de las aguas tratadas en depuradoras es su reutilización para fines ambientales. Esta actividad incluye el aprovechamiento del agua para la restauración ecológica, para la construcción de nuevos ecosistemas y también para la creación de humedales en proyectos de parques y jardines. En nuestro país ya se tiene una cierta experiencia en la restauración de ecosistemas acuáticos mediante la construcción de sistemas de humedales que reciben aguas tratadas. Un ejemplo bien conocido es el sistema de humedales de Empuriabrava (Girona), construido por iniciativa del Consorcio de la Costa Brava, y que ha permitido obtener una experiencia notable en este tipo de sistemas (García y Mujeriego, 1997 ; Sala et al., 2001). Ejemplos más recientes de instalaciones de este tipo son los que hay cerca de la desembocadura de los ríos Tordera y Llobregat (García, 2004). El aprovechamiento del agua de forma planificada para la creación de humedales en parques situados en entornos periurbanos se inicia en nuestro país con la puesta en marcha en 2003 de un sistema en el Parque Periurbano SPJ4 de Granollers (Barcelona). En este artículo se describen las características técnicas de la instalación, su eficiencia para la eliminación de contaminantes, su potencial como hábitat para la flora y la fauna, y los aspectos relacionados con su explotación y mantenimiento. 2. Características técnicas de la instalación La construcción del Parque SPJ4 fue promovida por el Ayuntamiento de Granollers en 2003 para restaurar una zona degradada al sur del municipio, en los márgenes del río Congost, mediante financiación de la Unión Europea. Entre las actuaciones realizadas, a parte de la creación del humedal, cabe destacar el sellado superficial y en vaso estanco de un antiguo vertedero de residuos sólidos urbanos (volumen de m 3 ), así como la restauración su en-

2 DOSSIER Figura 1. Actuaciones realizadas para la restauración ambiental y social del entorno del río Congost. Fuente: Ayuntamiento de Granollers, Figura 2. Esquema del humedal de Can Cabanyes, Barcelona. La zona descrita como laguna tiene mayor profundidad que el resto. El edificio B es el centro de educación ambiental. En el texto el sistema se describe en detalle. Fuente: Ayuntamiento de Granollers, necesario saber, estimar o suponer las siguientes variables: precipitación (obtenida de una estación meteorológica cercana), evapotranspiración (datos de un parque cercano donde el riego se controla a partir del balance hídrico), temperatura del agua (estimada a partir de la temperatura ambiental), concentración de los contaminantes en el agua tratada (estimada para el N amoniacal a partir de datos facilitados por el Consorcio para de Defensa de la Cuenca del río Besòs, y su- puesta para los CF), y la concentración de los contaminantes en el efluente del humedal (objetivo a alcanzar). La determinación del caudal se realizó utilizando el modelo de la concentración de fondo (kc*) propuesto por Kadlec y Knight (1996): Q= Axk Q - Qe p C 0 - C * 2 ln Ce - C * torno. También la adecuación de itinerarios peatonales en los márgenes del río, la creación de una zona de huertos controlados, y la construcción de un centro de educación ambiental. En la Figura 1 se muestra un esquema de las actuaciones realizadas. El humedal construido es de la tipología de flujo superficial, es decir, el agua circula entre los tallos de plantas macrófitas emergentes, en contacto directo con la atmósfera. Se encuentra situado en el margen derecho del río Congost y es alimentado con agua efluente de la EDAR de Granollers (situada en el otro margen del río). El humedal consta de una única celda con forma alargada y tiene una superficie de lámina de agua de aproximadamente 1 ha (Figura 2). Puesto que la forma y la superficie se establecieron en función de la disponibilidad de terreno, durante la fase de diseño se tuvo que estimar el caudal que la instalación podría tratar para alcanzar una calidad determinada en sus efluentes (que son vertidos al río). Como criterio se estableció que los efluentes debían garantizar la salud pública (para su futura reutilización en riego de jardinería) y al mismo tiempo evitar una eutrofización excesiva del propio sistema. Respecto a la salud pública se consideró que los efluentes debían cumplir los límites de concentración de coliformes fecales (CF) de la norma de aguas de baño (Directiva 76/160/ CEE) y las recomendaciones de la Dirección General de Salud Pública de la Generalitat de Catalunya para riego de parques públicos. Se fijo un valor de 310 CF/100 ml. Respecto a la eutrofización del propio sistema, se determinó un límite para el N amoniacal atendiendo la experiencia de la instalación de Empuriabrava (Sala et al., 2001). El valor seleccionado fue de 2 mg/l. Para determinar el caudal de alimentación se hizo un análisis de datos (de tipo mensual) en el que fue 63

3 64 Figura 3. Caudal estimado (m 3 /d) con el modelo de Kadlec y Knight (1996) que se puede tratar para obtener los objetivos de calidad requeridos en el humedal de Can Cabanyes. Se han introducido varias medidas con el objetivo de tener en el sistema una cierta variabilidad ambiental para albergar una mayor diversidad biológica Donde, Q es el caudal que se puede tratar (m 3 /d), A es la superficie de la lámina de agua ( m 2 ), k es la constante de cinética de primer orden de eliminación de los contaminantes (m/dia), C 0 es la concentración del contaminante en el afluente (45 mg NH 4+ -N/L en julio y agosto, y 65 mg NH 4+ -N/L el resto del año; 106 CF/100 ml), C e es la concentración del contaminante en el efluente (2 mg NH 4+ -N/L; 310 CF/100 ml), C* es la concentración de fondo de los contaminantes (nula para el caso del N amoniacal; 300 CF/100 ml), Q p es la cantidad de agua aportada por la precipitación (m 3 /d) y Q e es la cantidad de agua perdida por la evaporación (m 3 /d). El modelo considera la concentración de fondo (C*), que corresponde a la cantidad de contaminante que genera el propio humedal. Para más información sobre el modelo y sobre la determinación de la concentración de fondo y de las constantes cinéticas se recomienda consultar la referencia original de Kadlec y Knight. La Figura 3 muestra el caudal estimado que se podía tratar en la instalación según el mes del año y el contaminante considerado. El contaminante más restrictivo fue el N amoniacal, en particular durante los meses de invierno. Con estos datos se estableció un caudal de alimentación de 100 m 3 /d, que sirvió para dimensionar el bombeo de la EDAR al humedal. El bombeo en realidad se sobredimensionó, ya que se prevé una ampliación de la EDAR para eliminar nutrientes, de forma que se espera que el agua tratada mejorase su calidad, y el humedal pueda recibir más caudal. Durante la fase de diseño no fue necesario evaluar el comportamiento hidráulico del sistema atendiendo el pequeño caudal bombeado. El humedal se construyó mediante terraplenado en las zonas de taludes y ligera excavación en la zona del vaso. La impermeabilización se realizó por aportación de arcilla y posterior compactación hasta alcanzar un espesor aproximado de 0,20 m. Luego se extendió una capa de 0,30 m de tierra vegetal para posibilitar el enraizamiento de las plantas acuáticas emergentes. En total se realizó una plantación de unidades de carrizo (Phragmites australis) y espadaña (Typha ssp.). 470 m 2 fueron plantados con estas mismas especies, pero estructuradas en fibra, a fin de garantizar una cobertura rápida de las zonas menos profundas del humedal, de tan sólo 0,40 m de calado. El agua de la EDAR llega al humedal mediante una tubería enterrada que cruza el lecho del río Congost hasta una arqueta. Allí el caudal se divide en tres y se vierte en la cabecera del humedal. El humedal tiene una profundidad variable ya que dispone de tres pequeñas zonas profundas (de 1,50 m de lámina de agua, una de ellas se indica como laguna en la Figura 2) que se alternan con zonas amplias someras plantadas (0,40 m de profundidad). Hay una pequeña isla en el eje mediano del sistema con una superficie aproximada de 550 m 2. Los taludes se construyeron suaves (con pendientes de 1V:5H) y ligeramente variables entre ellos. Todas estas medidas se introdujeron durante la fase de diseño con el objetivo de que el sistema tuviese una cierta variabilidad ambiental para poder albergar una mayor diversidad biológica. El coste final de la obra fue de unos En la Figura 4 se muestran diversas imágenes del humedal. 3. Eficiencia de eliminación de contaminantes El sistema empezó a recibir agua en abril de 2003 y no se alcanzó un desarrollo completo de la vegetación hasta septiembre del mismo año, cuando se consideró que el humedal ya operaba en condiciones normales. En la Tabla 1 se muestran los valores medios de los contaminantes medidos en el afluente y el efluente del humedal, así como los

4 Figura 4. Imágenes de la construcción y puesta en marcha del humedal de Can Cabanyes. (a) excavación del vaso, (b) arqueta de distribución, (c) vertedero de salida, (d) plantación de especies helófitas, (e) aspecto del humedal a los diez días de funcionamiento, (f) aspecto del humedal a diez semanas de funcionamiento, (g) crecimiento de las plantaciones de espadaña, (h) crecimiento de las plantaciones de carrizo, (i) aspecto del humedal después de un año de funcionamiento. valores esperados según el diseño Tabla 1 realizado. Los valores medios efluentes de Parámetros Afluente Efluente Diseño materia en suspensión (MES), DQO Materia en suspensión, mg/l y DBO 5 son ligeramente elevados, (5,1) (53) 10 si se compara con los valores que se DQO, mg/l (a) esperaba obtener según el diseño realizado. Ello es debido al carácter (16) (37) marcadamente eutrófico del sistema, que produce grandes variacio- DBO 5, mg/l ,0 (19) (12) nes de estos parámetros, con valores puntualmente elevados. Crecimientos N amoniacal, mg N/L 31 (14) 4,5 (4,9) 2,0 a masivos del fitoplancton, del zo- Coliformes fecales, ulog/100 ml 3,4 1,7 2,4 a oplanton o incluso desarrollo de (1,2) (0,7) lentejas de agua son los principales Estreptococos fecales, ulog/100 ml 2,8 2,1 - factores responsables de estos valores elevados. Además, el sistema (0,45) (0,8) tiene una gran cantidad de biomasa vegetal emergente que durante la Clostridium, ulog/100 ml 1,8 (0,42) 1,4 (0,4) - senescencia anual aporta materia al Nota: Medias y desviaciones estándar (en paréntesis) de los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos agua. Parece difícil alcanzar los valores de MES y DBO 5 previstos en dependiendo del parámetro. Las medidas se realizaron de muestras puntuales tomadas entre septiembre del afluente y efluente del humedal de Can Cabanyes. También se indican los valores efluentes previstos en el diseño. Los valores afluentes obtenidos a partir de 4 datos, los efluentes a partir de 53-59, el diseño debido fundamentalmente 2003 y diciembre (a): Valores a cumplir según diseño. a la gran cantidad de nutrientes del Tabla 1. Valores medios de los contaminantes medidos en el afluente y el efluente del agua afluente. humedal de Can Cabanyes. 65

5 Figura 5. Distribución acumulada de los valores efluentes de N amoniacal del humedal de Can Cabanyes desde septiembre de 2003 hasta diciembre de Los valores observados durante la puesta en marcha no se consideran. Los valores efluentes de N amoniacal han sido bastante variables como se puede observar en la Figura 5. Algo más del 50% de los valores son inferiores a 2 mg N/L, que fue el valor delimitado durante el diseño. Teniendo en cuenta la importancia que se le dio al N amoniacal desde el inicio del proyecto, los resultados se deben considerar bastante satisfactorios. Con excepción de muy pocos datos, todos los valores superiores a 2 mg N/L se observaron durante el otoño y el invierno (Figura 6). Durante el diseño ya se observó que este era el período crítico para este parámetro (véase Figura 3). La reducción de la concentración de N amoniacal se puede alcanzar fácilmente reduciendo el caudal bombeado. Los valores medios efluentes de los microorganismos indicadores de la contaminación fecal han sido en general bajos y poco variables. Como se puede observar en la Figura 7 un 85% de los datos de Coliformes fecales han sido inferiores a 2,4 ulog/100 ml, que fue el valor establecido para el diseño. El sistema ha demostrado pues una buena fiabilidad respecto a la eliminación de microorganismos. 66 Figura 6. Evolución de la concentración efluente del N amoniacal en el humedal de Can Cabanyes desde abril de 2003 hasta diciembre de Figura 7. Distribución acumulada de los valores efluentes de Coliformes fecales del humedal de Can Cabanyes desde septiembre de 2003 hasta diciembre de Los valores observados durante la puesta en marcha no se consideran. 4. Restauración ambiental En la actualidad el humedal constituye un elemento estratégico del sistema de espacios libres en el entorno del río Congost, con un interés biológico excepcional en una zona periurbana, ya que durante el 2004 han sido detectadas 86 especies de flora vascular y 35 especies de aves (Aprèn, Serveis Ambientals, SCCL, 2004). Del estudio de la evolución anual del humedal, se observa que la calidad del agua tiene un papel importante en la biodiversidad asociada. La mejora de la calidad del agua durante su circulación por el sistema influye en una mayor actividad biológica. Los amfibios son un buen bioindicador de este hecho, ausentes a la entrada y en abundancia a la salida. Con todo, se puede concluir que:

6 Figura 8. Aspecto de la zona de salida del humedal de Can Cabanyes antes (a) y después de una actuación de mantenimiento (b). El humedal y su entorno albergan una notable biodiversidad, aún sus dimensiones reducidas y la implantación en un área muy humanizada, que se ve favorecida por la variedad de microambientes presentes en la zona. Después de algo mas de un año de funcionamiento, los censos de fauna realizados muestran una rápida colonización por parte de especies típicas de humedales y de aves acuáticas nidificantes, entre las que cabe destacar el zampullín chico (Tachybaptus ruficollis), el ánade real (Anas platyrhynchos), la polla de agua (Gallinula chloropus) o el pico de coral (Estrilda astrild). El humedal construido es un ejemplo de eficacia de los sistemas naturales en la regeneración de las aguas tratadas, así como de la recuperación de las especies más típicas de fauna y vegetación acuáticas, en parte gracias a las actuaciones de gestión y por la existencia del lecho fluvial cercano, hábitat que mantiene una estrecha relación ecológica con el humedal. Los datos de los inventarios de vegetación y censos de fauna indican que de acuerdo con la evolución de los individuos y de las formaciones vegetales en los últimos años, en el futuro es posible un mayor grado de integridad de los sistemas fluviales y de humedal (Arrizabalaga, 2004). Más allá del objetivo de crear un nuevo ambiente acuático, favorable a la atracción y el refugio de fauna acuática, la construcción del humedal también ha perseguido el reto de fomentar la educación ambiental relativa al conocimiento de espacios fluviales y la gestión del agua. También se pretende que se convierta en un laboratorio a campo abierto, donde realizar trabajos de investigación científica en el campo de la ornitología o el aprovechamiento de los recursos hídricos, tanto a nivel universitario como de educación primaria y secundaria. Son ejemplo de lo anterior las diferentes iniciativas llevadas a cabo en los últimos años, dirigidas a acercar el río Congost y la zona del parque periurbano a los ciudadanos a fin de recuperar estos sistemas naturales como espacios de recreo y de contacto con la naturaleza. Complementariamente a las actuaciones de recuperación ambiental de la zona, el río Congost y el parque periurbano han sido identificados como Elementos Naturales de Interés Municipal de Granollers (ENIM), e incluidos en el Catálogo municipal del patrimonio natural, aprobado por la Comisión Territorial de Urbanismo de Barcelona el 16 de junio de En la actualidad, un Plan Especial de Protección y Gestión del Patrimonio Natural de Granollers (DOGC núm. 4223, de 21 de septiembre de 2004), establece la normativa específica para la protección y gestión de estos elementos naturales. Por último, constatar que el uso social de esta área también ha adquirido importancia por el hecho que la recuperación del entorno fluvial ha permitido dar continuidad a este espacio hacia otros centros urbanos de municipios vecinos tales como Montornès y Montmeló. 5. Explotación y mantenimiento Se está realizando un control de los parámetros indicadores de la calidad fisicoquímica del efluente del humedal, del recubrimiento de la vegetación, de las infraestructuras asociadas al sistema, así como de la posible aparición de mosquitos y malos olores. Para ello, desde marzo de 2004, se ha contratado un servicio específico de mantenimiento, que realiza con una determinada periodicidad tareas relativas a la limpieza de vegetación y residuos (bloque A) y control de los parámetros de funcionamiento del humedal (bloque B). El bloque A implica la limpieza de la arqueta de entrada y el vertedero de salida una vez por trimestre; la limpieza de la conduc- 67

7 68 ción de salida del efluente hasta el río Congost, dos veces al año; la retirada de residuos sólidos del interior del humedal semanalmente; así como la reducción de la densidad de vegetación helofítica y la retirada de la vegetación ruderal cada 4 meses. El bloque B incluye el control semanal de la aparición y retirada de lenteja de agua (Lemna), de la aparición de mosquitos, del nivel de la lámina de agua y funcionamiento del equipo de bombeo, y la recogida de muestras para el análisis fisicoquímico y microbiológico del efluente de salida (Figura 8). Los costes asociados al mantenimento del humedal son de aproximadamente euros /año. 6. Conclusiones y recomendaciones El humedal construido generalmente produce efluentes con una calidad superior a los límites que se establecieron durante su diseño para el N amoniacal y los microorganismos indicadores. La eliminación de N amoniacal es problemática durante los meses más fríos del año. Esto se debe posiblemente a la reducción de las tasas de nitrificación durante estos meses. El modelo de Kadlec y Knight sobreestima la capacidad del humedal estudiado para eliminar N amoniacal en los meses fríos. Ello es debido a que los valores de los parámetros del modelo fueron obtenidos con humedales de Estados Unidos que reciben aguas con menor contenido en nitrógeno (al menos en N amoniacal). Éste es un aspecto a tener en cuenta en futuros proyectos. Los datos de la instalación de Granollers pueden ser utilizados para calibrar los parámetros en caso de aguas con elevada concentración de N amoniacal. La eliminación de MES, DQO y DBO 5 es bastante moderada. Ello es debido al carácter eutrófico del sistema al recibir aguas con elevada concentración de nutrientes, en particular de N amoniacal. Una mejora en la reducción de estos parámetros La eliminación de N amoniacal es problemática durante los meses más fríos del año debido a la reducción de las tasas de nitrificación durante estos meses pasa por una mayor calidad del agua afluente. Esto se alcanzará cuando se amplíe la EDAR de Granollers para eliminar nutrientes. El humedal se está comportando como un elemento estratégico en el sistema de espacios libres en el entorno del río Congost, en una zona fuertemente humanizada. Por otra parte, la instalación está contribuyendo al fomento de la educación ambiental relativa al conocimiento de espacios fluviales y la gestión del agua. Un número elevado de escolares y vecinos de diferentes municipios se han visto beneficiados mediante la creación del sistema y la restauración del entorno. Las operaciones de explotación y mantenimiento se han concretado hasta la fecha en la limpieza de la vegetación y retirada de residuos del interior del humedal -con el objetivo de reducir los aportes de materia orgánica al sistema-, así como el control de los parámetros indicadores de un correcto funcionamiento -análisis de la calidad fisicoquímica del efluente, supervisión de las infraestructuras asociadas y control de la aparición de mosquitos y malos olores-. 7. Agradecimientos El trabajo y la ilusión de buen número de personas ha posibilitado el proyecto del humedal construido de Can Cabanyes: Albert Camps, Ricard Ros, Xavier Ases y Conxita Font del Ajuntament de Granollers; Antoni Arrizabalaga del Museu de Ciències Naturals La Tela; Àngel Freixó del Consorci per a la Defensa de la Conca del Riu Besòs; Rafael Mujeriego de la Universitat Politècnica de Catalunya y Lluís Sala del Consorci de la Costa Brava. Josep M. Bayona del Instituto de Investigaciones Químicas y Ambientales de Barcelona revisó el texto y realizó varias sugerencias. A todos ellos nuestro más sincero agradecimiento. 8. Bibliografía [1] Aprèn, Serveis Ambientals, SCCL. (2004). Informe sobre la Biodiversitat de Can Cabanyes. [2] Arrizabalaga, A.J. (2004). Informes sobre els Resultats de: Cens d Ocells Nidificants del Riu Congost, Inventari d Ocells Nidificants i Hivernants del Sector Sud de la Conca del Congost al Municipi de Granollers, Inventari Florístic i de Vegetació de la Llera del riu Congost i Inventari de la Fauna Vertebrada (excepte ocells) del Sector Sud de la Conca del Congost, al Municipi de Granollers. [3] García, J. (2004). Humedales construidos para controlar la contaminación: perspectiva sobre una tecnología en expansión. En: Nuevos Criterios para el Diseño y Operación de Humedales Construidos. García, J.; Morató, J.; Bayona, J.M. Editores, Ediciones CPET, UPC. pp [4] García, J.; Mujeriego, R. (1997). Humedales construidos de flujo superficial para tratamiento terciario de aguas residuales urbanas en base a la creación de nuevos ecosistemas. Tecnoambiente, 75, [5] Kadlec, R.H.; Knight, R.L. (1996). Treatment Wetlands. CRC Press, Florida, 893 pp. [6] Sala, L.; Romero de Tejada, S.; Huguet, A.; Marquès, E. (2001). El proyecto de reutilización de aguas para usos ambientales en la laguna del Cortalet, Empuriabrava. Segunda Reunión Internacional en la Regeneración Hídrica de Doñana, Huelva, de Noviembre de 2001.