Diseño y manejo

Si bien el uso de los humedales construidos (HCs) ya no es tan reciente, ya que podemos señalar la década de los 50′s como su inicio formal, en Europa; su diseño y manejo todavía no cuenta con una base lo suficientemente formal debido a muchos factores, donde destacan los problemas para una modelación matemática adecuada. Además de la experiencia práctica, también se han empleado frecuentemente modelos que consideran a los HCs como reactores biológicos de crecimiento adherido, además de que recientemente se están empleando nuevos enfoques para su modelación.

Por otro lado, la Constructed Wetlands Association (CWA) recomienda un gran número de manuales (por países), además de los que ellos consideran que ya son obsoletos.

Por ello, este apartado se divide en tres partes:

  1. Reglas de aplicación práctica o ingeniería heurística, “rule of thumb” o “reglas de dedo”, basadas en la experiencia práctica  utilizada como ayuda para tomar decisiones de diseño y manejo.
  2. Modelos convencionales considerando cinética de primer orden de flujo a pistón, y
  3. Modelos mecanísticos desarrollados recientemente que han sido destinados para abrir la “caja negra”.

I. Reglas de experiencia práctica

I.1. Una guía completa , aunque general, que puede servir de base para iniciarse en este tema se encuentra en un reporte que hizo Karen Setty, del Bren School of Environmental Science and Management, de la University of California, Santa Barbara, cuando realizaron un proyecto en Chiapas, México

Por otro lado, a continuación se presentan algunos aspectos particulares de diseño:

I.2. En una revisión que hace Vymazal señala la propuesta de Kickuth (1977) para establecer la superficie de humedales de flujo horizontal subsuperficial para aguas residuales domésticas:

Ah = Qd(ln Cin − ln Cef)/KDBO

donde

Ah es la superficie de la cama (m2),

Qd es el flujo promedio (m3 day−1),

Cin es la DBO5 en el influente (mg l−1),
Cef es la DBO5 en el efluente (mg l−1) y

At present, using field measurements from many operational systems, the value of 0.1mday−1 (36.5myear−1) (Cooper et al., 1996) is considered as sufficient. This generally means that the value of Ah is  about 5m2 PE−1. However, this  sizing is suitable for BOD5 and SS removal but for removal of nitrogen and phosphorus is not appropriate. Based on North American experience Kadlec and Knight (1996)  developed the following values of areal  rate constant K adjusted to 20 ◦C: total-N: 27myear−1, organic-N: 35myear−1, ammonium-N: 34myear−1, nitrate-N: 50myear−1 and total-P: 12myear−1. Brix (1998) reported K-values based on the Danish experience as follows: total-N: 12myear−1 and total-P: 9myear−1.

I.3. Arias y Brix (2005) incluyen los siguientes lineamientos para el diseño de HCs:

Arias, C. y H.  Brix. 2003. Humedales Artificiales para el tratamiento de aguas residuales. Ciencia e Ingeniería Neogranadina. Bogotá, Julio 2003.

II. Modelos convencionales basados en cinética de primer orden de flujo a pistón.

Este enfoque es el que más frecuentemente se usa en el diseño de HCs, se basa en lo propuesto porReed (1988) y ha sido retomado por varios autores como la EPA (2003). Destaca que en este caso se considera la profundidad y la porosidad del medio, además de que supone un comportamiento de pistón y flujo estacionario.

El reactor de flujo a pistón se describe por

donde:

Ce = Effluent BOD5 (mg/L)

Co = Influent BOD5 (mg/L)

kT = Constante de reacción de primer orden, dependiente de la temperatura (d-1)

t = Hydraulic residence time (d)

T = Temperature of liquid in the system (BC)

Where Ce es la es la concentración de DBO5 requerida en el efluente  (mg/L), Co es la concetración inicial de BOD5 (mg/L), kT (días-1) es la constante de reacción de primer orden (d-1) a la temperatura T (oC), y t es el tiempo de residencia hidráulica (días).

donde:

k20 es la constante de reacción de primer orden,  a 20°C =1.104 and θ =1.06 (EPA, 1993), es importante destacar que estos valores son empíricos y dependen de la remoción de contaminante. Este es un de los aspectos más críticos de este enfoque pues las “constantes” no lo son tanto. Por ejemplo, Farooqui et al (2008) en Sengupta y…

El tiempo de residencia hidráulica se determina con:

donde:

n es la porosidad efectiva del medio (%), L es la longitud de la cama (m), A es la sección transversal de la cama (m2), y Q es el flujo promedio de la cama (m3/día).
Si se combinan las ecuaciones 1 y 3:

Este modelo fue complementado por Kadlec y Knight (1996) para incluir una concentración “base” o remanente que considera un comportamiento asintótico por lo que aún con tiempo de residencia infinito, la aportación biológica (detritus y otros compuestos orgánicos reclacitrantes) del sistema mismo genera una concentración de salida del humedal diferente de cero (C*).

Este enfoque presenta desventajas por las dificultades para cumplir sus supuestos y el usos de los parámetros debe ser cuidadoso, particularmente en las diferncias con los humedales en los cuales fueron definidos dichos parámetros, sobre todo en cuanto  a condiciones climáticas, composición del agua residual, maetial de la cama y especies vegetales.

 

Es frecuente señalar que los HC son eficientes en la remoción de contaminantes. Sin embargo, es necesario puntualizar la forma en que se mide dicha eficiencia.

A continuación un fragmento de Marchand et al 

We propose a relative treatment efficiency index (RTEI) defined as follows:

RTEI = (T – C) / (T + C)

 

Referencias citadas.

Kadlec, R.H. y Knight, R.L. Treatment Wetlands. CRC Press LLC. 1996, Boca Ratón, Nueva Cork, USA.

Reed, S.C., E. J. Middlebrooks, and R W. Crites. 1988. Natural Systems for Waste Management and Treatment. New York, McGraw-Hill.

United States Environmental Protection Agency (EPA), 1993. Subsurface flow constructed wetland for wastewater treatment: A technology assessment. Office of Water, EPA 832-R-93-008, July 1993. Available at:
http://www.epa.gov/owow/wetlands/pdf/sub.pdf [visitado el 15 de julio de 2011].

Vymazal, J. 2005. Review: Horizontal sub-surface flow and hybrid constructed wetlands systems for wastewater treatment. Ecological Engineering 25:478–490.

  1. Efraín Carrillo

    es interesnate el uso de materiales como el tezontle en lo humedales, aqui dejo un link de un articulo donde utilizan tezontle como herramineta para la construccion de un humedal. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0188-49992009000300004

  2. Efraín Carrillo

    aqui otro buen trabajo sobre tezontle, Fenoglio L. (2000). Bases de diseño para la construcción de un reactor biológico experimental basado en los sistemas de humedales de flujo vertical. Tesis de Licenciatura. Facultad de Química. Universidad Nacional Autónoma de México, México.

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