HUMEDALES ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES EN LA CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA

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1 HUMEDALES ARTIFICIALES PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES EN LA CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA Bernal, F.,* Mosquera, D.,** Maury, H. A.,*** González, D.,**** Guerra, R.,**** Pomare, A.**** y Silva, M. **** *Ingeniero Químico, Especialista en Estudios Pedagógicos, Especialista en Análisis y Gestión Ambiental (en curso), Profesor de la Corporación Universitaria de la Costa, CUC, A.A fbernal@cuc.edu.co **Directora Programa Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la CUC, A.A. 566, dmosquera@cuc.edu.co ***Director Centro de Investigaciones y Tecnologías Ambientales, CITA, A.A. 566, hamaury@cuc.edu.co ****Estudiantes co-investigadores del programa de Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la CUC. RESUMEN En el Departamento del Atlántico, el 48% de los municipios carecen de sistemas de tratamiento de aguas residuales y el 26% del total funcionan deficientemente. Estos vertimientos se realizan sobre cuerpos de agua que algunas veces son fuentes de abastecimiento para otras poblaciones. El Centro de Investigaciones de Tecnologías Ambientales, de la CUC, ha construido un humedal artificial para verificar las ventajas del sistema en condiciones climáticas propias del trópico. Dada la sostenibilidad de la tecnología se propone como una opción para el tratamiento de aguas residuales municipales de la Región Caribe. Se construyó con flujo subsuperficial, opera con agua residual municipal que se almacena en un tanque de alimentación, el afluente se distribuye mediante una flauta, con un caudal de. m /d, el TRH es de 6 días y tiene un área superficial de 8 m 2. Las macrofitas utilizadas, Typha sp., crecen naturalmente en las riberas del Río Magdalena y el medio de soporte es grava fina (1x1-2 m). En la fase de arranque y estabilización, las eficiencias de remoción que se han obtenido llegan hasta: el 97% para SST, el 9% para DQO y el 92.% para DBO 5 a 2 ºC. PALABRAS CLAVES Flujo subsuperficial, humedales artificiales, tratamiento de aguas residuales domésticas. INTRODUCCION El Ministerio del Medio Ambiente (MinAmbiente, 1998) reporta que existen 19 plantas de tratamiento de aguas residuales construidas localizadas en 11 cabeceras urbanas correspondiente al 12% de los municipios del país, indicando una cobertura baja; para las zonas rurales las condiciones son peores. El Departamento del Atlántico no es ajeno a esta problemática, el 48% de los municipios carecen de sistemas de tratamiento de aguas residuales, el 26% del total funcionan deficientemente y en las zonas rurales no hay sistemas de tratamiento (Daguas, 2). Esta situación ha sido observada por las universidades, y dada las condiciones socioeconómicas de las comunidades de la Región Caribe se ha planteado (Manga et al. 21) la necesidad de desarrollar sistemas sostenibles como alternativas de solución. El Centro de Investigación de Tecnologías Ambientales, CITA, de la Corporación Universitaria de la Costa, CUC, teniendo en cuenta las experiencias de investigaciones realizadas en el ámbito nacional e internacional con Humedales Artificiales (EPA, 199; CENAGUA, 1999; Seoanez, 1999; Lara, 1999; Crites, 2; Legge, 21) se dio a la tarea de construir uno y explorar las ventajas de este sistema en la región Caribe. Este trabajo reporta los avances obtenidos en las etapas de construcción arranque y estabilización, se utilizan plantas tolerantes a las condiciones de alta humedad en que se encuentra el suelo y un medio de soporte que facilite el flujo de agua a través de él (Kadlec et al. 1996); funciona con flujo subsuperficial, es decir, el agua circula a través de él por debajo del nivel del suelo. Los Humedales Artificiales son sistemas que imitan la naturaleza, en estos se da una compleja interacción entre plantas, medio de soporte, bacterias y agua de tal forma que los contaminantes son Universidad del Valle/ Instituto Cinara Bernal, F. et al 149

2 almacenados, transformados o degradados a través de diversos procesos físicos, químicos y biológicos (Rochfort et al., 1997). MATERIALES Y METODOS Se construyó un humedal piloto sobre el nivel del suelo para facilitar su estudio, en concreto con una capa interna impermeable. El flujo es de tipo subsuperficial, opera con agua residual municipal que se almacena en un tanque de alimentación de 1 litros, recogida en una caja de inspección del alcantarillado municipal, el afluente se distribuye mediante una flauta, con un caudal promedio de. m /d, el tiempo de retención hidráulico, TRH, es de 6 días, el lecho tiene una profundidad de.57 m y un área superficial de 8 m 2. Las macrofitas utilizadas, Typha sp., crecen naturalmente en las riberas del Río Magdalena y el medio de soporte es grava fina (1 mm). En la entrada y en salida se utilizó grava media (2 mm) para facilitar el paso del agua y evitar taponamiento en la tubería de salida. El efluente sale por una tubería de 2 y el control del flujo de salida se efectúa por medio de válvulas de cierre rápido; a través del fenómeno de vasos comunicantes se conoce el nivel del agua en el humedal. Se observa el esquema abajo en la Figura 1. El humedal entró en funcionamiento en febrero del 2 y se recogieron datos hasta julio del mismo año, para un tamaño de muestra de. El muestreo se realizó en el afluente y efluente del humedal; algunas muestras se tomaron a través del lecho del humedal para observar como era el comportamiento a lo largo de este. Los métodos de laboratorio utilizados para la determinación de los parámetros físico-químicos se hicieron siguiendo las guías del Standard Methods for the examination of water and wastewater, 19 Th edition. La medición del oxigeno disuelto, conductividad, temperatura y ph se hizo in-situ utilizando equipos portátiles. Tanque de alimentación Espadaña Salidas del Efluente Lecho de Grava Figura 1. Esquema del Humedal Universidad del Valle/ Instituto Cinara Bernal, F. et al 15

3 RESULTADOS Y DISCUSION Los gráficos siguientes facilitan la observación de los datos recogidos en el periodo de estudio. DBO 5 (mg/l) /2/2 2//2 19/4/2 19/5/2 18/6/2 18/7/2 Tiempo Figura 2. DBO 5 en el afluente y en el efluente del humedal en el periodo de estudio En la Figura 2 se observa la variación de la DBO 5 en el afluente, cuyas características corresponden al agua residual proveniente de un alcantarillado cercano al humedal. En la fase de arranque la variación del efluente es proporcional a la del afluente; sin embargo, se observa que a partir del 2 junio se inicia la fase de estabilización, posteriormente en las últimas fechas de muestreo la DBO 5 del efluente se mantiene constante en 5 mg/l, esto indica que el sistema se esta estabilizando. Aunque los valores de DBO del afluente fueron bajos en esos días, la DBO del efluente no llega a cero por que el sistema produce una DBO interna que regularmente es > 5 mg/l (EPA, 199). Remoción DBO (%) REMOCIÓN TENDENCIA LINEAL 24/2/216//25/4/225/4/215/5/24/6/224/6/2 Figura. Variación de la eficiencia de remoción de DBO en el periodo de estudio En general la eficiencia de remoción de DBO 5 fue aumentando con el tiempo como muestra la línea de tendencia en la Figura. A medida que pasaba el tiempo se observa que la dispersión de los puntos en la remoción va disminuyendo. Se observa que en el último mes la eficiencia de remoción llega a valores por encima del 8%, teniendo en cuenta que las especies sembradas aún no cubrían Universidad del Valle/ Instituto Cinara Bernal, F. et al 151

4 el 1% del área superficial del humedal; se espera que las eficiencias de remoción sean mayores y más estables en tanto que la población vegetal se aumente por repoblamiento. La DQO también fue variable por las características reales del agua utilizada. Los valores del efluente fueron proporcionales a los valores del afluente, se observa en la Figura 4 que en el último mes la línea del afluente se va alejando de la del efluente, mostrando una mayor remoción de esta variable, también se observa al final que la dispersión disminuye cada vez en el efluente, indicando que el sistema se está estabilizando DQO ( mg/l) //2 //2 19/4/2 9/5/2 29/5/2 18/6/2 8/7/2 Figura 4. DQO en el afluente y en el efluente en el periodo de estudio La remoción de sólidos suspendidos en el sistema fue alta desde el comienzo como se observa en la Figura 5. A pesar de que se obtuvo un valor promedio de 1,8 mg/l en el efluente, se llegaron a obtener remociones del 1%. El humedal actúa como un filtro, se dan procesos de sedimentación y de adsorción lo que facilita la remoción de los sólidos. 4 5 SST (mg/l) //2 27//2 16/4/2 6/5/2 26/5/2 15/6/2 5/7/2 Figura 5. SST en el afluente y en el efluente en el periodo de estudio Universidad del Valle/ Instituto Cinara Bernal, F. et al 152

5 El ph también se evaluó en el afluente y en el efluente, en la Figura 6 se observa que en general el ph de salida siempre es mayor que el ph de entrada, que en promedio fue de El ph de salida fue disminuyendo a medida que pasó el periodo de estudio, pero siempre fue mayor que el del afluente, esto se debe al medio de soporte utilizado, la grava o piedra caliza aporta alcalinidad al agua en forma de iones carbonato y/o bicarbonato, afectando el valor del ph. En condiciones climáticas de la región Caribe la disociación de estos iones es mayor porque las constantes de equilibrio de los carbonatos aumentan con la temperatura. Esta variable permite observar la influencia del medio de soporte sobre la calidad del efluente ph TENDENCIA LINEAL 1 4//2 29//2 2/4/2 18/5/2 12/6/2 7/7/2 Fechas de muestreo Figura 6. ph en el afluente y en el efluente en el periodo de estudio Los valores de la conductividad en el afluente es característica de aguas residuales domesticas. Para el caso de la conductividad en el efluente, la tendencia muestra que hay un aumento progresivo y se observa en la Figura 7. El incremento de la conductividad en el efluente se debe a que la grava libera sales por la fricción con el agua, a medida que esta fluye por el sistema CONDUCTIVIDAD (us/cm) TENDENCIA LINEAL 5 TENDENCIA LINEAL 4//2 24//2 1/4/2 /5/2 2/5/2 12/6/2 2/7/2 Figura 7. Variación de la conductividad en el afluente y efluente en el periodo de estudio Universidad del Valle/ Instituto Cinara Bernal, F. et al 15

6 La temperatura promedio del afluente fue de 28 C en el periodo de estudio lo que favorece los procesos biológicos que se llevan a cabo en el interior del humedal, la temperatura del afluente más baja registrada fue de 24 C en día lluvioso, lo que asegura que los procesos cinéticos que suceden al interior del humedal no son afectados por temperaturas demasiado bajas como se da en otros países. Se ha observado que en el primer tercio del humedal las plantas han crecido más rápido que en el resto del humedal esto se debe probablemente a que estas especies reciben la mayor carga de contaminantes que a su vez son nutrientes para ellas. El crecimiento de las plantas ha sido constante, además se observó que fue proporcional al aumento en las eficiencias de remoción de la DBO y DQO, aunque serian necesarios otros estudios para comprobar si hay correlación. De acuerdo con la Tabla 1 el crecimiento de las plantas ha sido rápido, y las condiciones ambientales del trópico permiten prever que el crecimiento será continuo durante el año. Tabla 1. Crecimiento de las plantas en el humedal en el periodo de estudio Población inicial de plantas 18 Población final periodo de estudio 82 Aumento de población mensual, % 71.1 Tasa de crecimiento, Plantas/m 2 mes 1.28 Algo de cuidado son las plagas que pueden afectar a las plantas, en una ocasión fue necesario hacer limpieza de las hojas afectadas por plagas, sobre todo en las plantas que estaban en el primer tercio del humedal. Se hace necesario hacer el seguimiento para estudiar las causas. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos hasta el momento por el humedal artificial piloto permiten prever que esta tecnología es apropiada para las condiciones ambientales de la región Caribe, donde hay disponibilidad de terreno para su implementación. Las plantas nativas, Typha sp., se han adaptado bien al sistema. Hay que hacer seguimiento para detectar la aparición de plagas que puedan afectar las macrofitas. Las eficiencias de remoción de carga contaminante para aguas residuales domesticas son altas con el uso de humedales artificiales, según los resultados obtenidos. Es una tecnología sostenible para poblaciones pequeñas con disponibilidad de terreno. Es importante considerar la evaluación de nutrientes en la descarga y proponer los post-tratamientos respectivos. El tratamiento preliminar del afluente se hará necesario según las características iniciales del desecho. El uso de grava como medio de soporte puede aumentar el ph y la conductividad a la salida del sistema. REFERENCIAS AINSA, (1991). Tecnologías apropiadas en saneamiento. Asociación de Ingenieros Sanitarios de Antioquía, Medellín, Colombia. Crites, R. y Tchobanoglous, G. (2). Tratamiento de aguas residuales en pequeñas poblaciones. Edit. Mc Graw Hill, Santa Fe de Bogotá. Diagnostico e inventario de los sistemas de tratamiento de aguas residuales municipales. (1998). Ministerio del Medio Ambiente. Kadlec, R. H. (1997a). An autobiotic wetland phosphorus model, Ecological Engineering, 8, Universidad del Valle/ Instituto Cinara Bernal, F. et al 154

7 Lara, B. J. (1999). Humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales. Trabajo final en maestría de Ingeniería ambiental y contaminación Ambiental. Universidad Politécnica de Cataluña e Instituto Catalán de tecnología. España. Legge, R. (en prensa); Design and operational considerations for subsurface flow constructed wetland systems. Universidad de Waterloo, Waterloo, Canada. Manga, J.; Logrira, N. y Serrat, J. Reuso de aguas residuales: un recurso hídrico disponible. Ingeniería & Desarrollo. Universidad del Norte. 9, Rochfort, Q. J.; Anderson, B. C.; Crowder, A. A.; Marsalek, J. & Watt, W. E. (1997). Field-scale studies of subsurface flow constructed wetlands for stormwater quality enhancement, Water Quality Research Journal of Canada, 2, Seoanez, M. (1999). Aguas residuales: Tratamiento por humedales artificiales, fundamentos científicos, tecnología y diseño. Mundo prensa. Madrid, España. CENAGUA. (1999). Sistemas de tratamiento de aguas servidas por medio de Humedales Artificiales. OPS, Société Québéciose d assanissement des eaux, Santa fe de Bogotá D.C., Colombia. U.S. EPA. (199). Subsurface Flow Constructed Wetland For Wastewater Treatment. EPA 82-R- 9-8, U. S. Environmental Protection Agency, Washington, DC. Universidad del Valle/ Instituto Cinara Bernal, F. et al 155