CHAPTER FOUR: ‘MORRIS LTD’.

5.1- Resumo.

Neste estudo compárase a operación e eficacia de depuración de dúas unidades de humidais construídos de fluxo vertical con recheos similares pero con diferente tamaño de partícula, FV1 (1-3 mm) e FV2 (3-6 mm). Nunha primeira etapa de funcionamento (campañas I-V, até o día 623 de operación) as dúas unidades operáronse cunha VCH de 103,2±1,9 mm/d e unha VCOS de 6,7±0,3 mgSST/m2·d, 19,9±0,6 gDQO/m2·d e 9,9±0,3 gDBO5/m2·d. Nunha segunda parte do estudo (campañas VI e

VII, 624 a 876 días de operación), modificouse o medio filtrante engadindo unha capa de 10 cm de espesor de area entrefina (0-3 mm) encima dos leitos dos dous humidais, e incrementouse a concentración influente mediante a adición de vinagre ao influente. Nestas condicións, os humidais operaron cunha VCH de 83,9±3,4 mm/d e e unha VCOS de 3,2±0,1 mgSST/m2·d, 27,0±1,4 gDQO/m2·d e 17,5±0,9 gDBO5/m2·d.

Nas condicións de baixa carga e configuración inicial (campañas I-V) alcanzáronse porcentaxes de eliminación medias de SST, DQO e DBO5 do 80%, 72% e

79% para FV1 e do 74%, 67% e 71% para FV2, respectivamente. A DBO5 atinxiu no

efluente valores medios de 22 mg/L (FV1) e 28 mg/L (FV2), superiores ao límite de vertedura. As densidades medias de sólidos volátiles acumulados antes de engadir a area fina en superficie resultaron de 0,20 kg/m2 para FV1 e 0,11 kg/m2 para FV2, decrecendo tanto a densidade de SV como a súa biodegradabilidade (cociente DBO5/SSV) na

dirección de fluxo.

Nas condicións de alta carga e configuración final (campañas VI-VII) alcanzáronse porcentaxes de eliminación medias de SST, DQO e DBO5 do 81%, 92% e

97% para FV1 e do 82%, 94% e 97% para FV2, respectivamente, cumpríndose en todo momento os límites de vertedura (concentracións medias no efluente de 5 e 7 mg DBO5/L para FV1 e FV2, respectivamente). O contido en osíxeno disolto no efluente

foi maior nas campañas VI-VII (con medias de 5,7 e 6,9 mg/L en FV1 e FV2, respectivamente) en comparación cos valores durante as campañas I-V (media de 3,5 mg/L tanto en FV1 e FV2). Desta forma, a configuración do leito mostrouse de grande importancia, e determinou a eficiencia de depuración dos humidais de fluxo vertical, xa que unha capa de 10 cm de area entrefina na parte superior permitiu incrementar o tempo de permanencia da auga residual ao seu paso polo medio filtrante e unha maior eficiencia e calidade do efluente.

Eficiencia en HC de fluxo vertical

172

As densidades medias de sólidos volátiles acumulados resultaron de 0,20 kg/m2 para FV1 e 0,11 kg/m2 para FV2.

5.2- Introdución.

Diferentes tipoloxías de HC (Humidais Construídos) poden ser empregados no tratamento dunha gran variedade de augas residuais. As distintas condicións climáticas, o tamaño e as características de deseño dos humidais, as velocidades de carga e o réxime de funcionamento, a presenza e o tipo de plantas... son parámetros a ter en conta para o estudo da eficacia nos humidais construídos. Os coñecementos obtidos ata o momento, dos diversos estudos realizados neste ámbito, recomendan empregar os citados sistemas como tratamento secundario ou terciario das augas residuais. É imprescindible un tratamento primario para o que se empregan fundamentalmente fosas sépticas ou tanques Imhoff e, máis recentemente tamén, dixestores anaerobios. A dixestión anaerobia permite eliminar entre o 70 e o 90% das partículas en suspensión, e entre o 40 e o 80% da materia orgánica medida como DQO (Demanda Química de Osíxeno) ou DBO (Demanda Bioquímica ou Biolóxica de Osíxeno) [1-2].

Concretamente o uso do dixestor anaerobio de leito de lodos de fluxo ascendente ou UASB (das súas siglas en inglés “Upflow Anerobic Sludge Blanket”) para o tratamento de augas residuais en rexións tropicais é unha práctica consolidada [3-4] pero tales sistemas necesitan dunha etapa de postratamento para cumprir coa normativa vixente [5-6]. Polo que se fai necesario establecer un tratamento secundario ou postratamento [7-10] sobre todo en rexións de climas fríos ou temperados. Desta forma, tense proposto o emprego de sistemas combinados de DA-HC (Dixestión Anerobia- Humidais Construídos) que son eficaces durante un longo período temporal. Dito tratamento combinado permite obter eficacias de eliminación destes sistemas combinados do 94% en sólidos, DQO e DBO. O UASB elimina en gran medida os SST (Sólidos en Suspensión Totais) e os HC completan o tratamento coa eliminación eficaz de materia orgánica, alén diso o tratamento anaerobio reduce a área de HC necesaria sobre un 30% e axuda a evitar os problemas de colmataxe. [10]

Existen estudos que demostran que a eficacia dos humidais verticais está influenciada notablemente pola carga orgánica da auga residual, os microorganismos presentes no medio e as raíces das plantas ou especies macrófitas plantadas no humidal [11].

Eficiencia en HC de fluxo vertical

173

Nos humidais de fluxo vertical a depuración das augas residuais é fundamentalmente de tipo aeróbico. E son precisamente estas condicións de aerobiose as que permiten levar a cabo no medio do humidal os procesos de nitrificación para eliminar amonio por conversión noutros derivados de nitróxeno como nitritos e nitratos. Estes procesos vense notablemente influenciados pola colmataxe do medio [12, 13] aínda que tamén a carga orgánica, a temperatura e o comportamento hidráulico afectan a tales procesos de depuración. Se ben é certo que a medida da capacidade de nitrificación dun humidal de fluxo vertical é un importante indicador do grao de colmataxe do mesmo, aínda non existen fórmulas matemáticas que permitan relacionar o deseño do humidal máis o control dos procesos de nitrificación.

Así pois, a acumulación de sólidos pode asociarse a diversos factores: á fracción de SST e volátiles do influente non degradados, ó crecemento biolóxico nos e á deposición das especies vexetais dos humidais. Aínda que os principais factores responsables dos procesos de colmataxe son a alta carga orgánica e de sólidos das augas a tratar, tanto o tamaño da grava como o dimensionamento do sistema de tratamento tamén xogan un importante papel.

O mecanismo fundamental de transporte de osíxeno no humidal é a difusión pero resulta moi difícil estudar dito procedemento máis a demanda de osíxeno requirida, aínda que a mesma se relaciona co contido de nitróxeno total e a DQO da auga residual.

Os estudos de maior desenvolvemento no tratamento de augas residuais en humidais de fluxo vertical son a eliminación de nutrientes: fósforo e nitróxeno.

A eliminación de fósforo depende do substrato, da calidade do influente e do tempo de retención hidráulico. O fósforo en humidais verticais é eliminado por distintas vías, entre as que cabe destacar a asimilación polas plantas, a inmovilización pola biomasa microbiana, mecanismos de absorción e retención no medio, precipitación, etc.,. Pero aínda que o substrato é o concepto máis importante, as principais rutas de eliminación son a absorción e a retención [14]. Porén, diversos estudos demostraron que parámetros como o pH, a condutividade eléctrica, a condutividade hidráulica e a porosidade non teñen influencia na eliminación de fósforo [15]. Ó mesmo tempo tamén diversos estudos estableceron relacións de modelado entre a eliminación de fósforo e o tempo de retención hidráulico [16] e entre o tamaño da grava e a eliminación de fósforo sen ser esta última lineal, pero si inversamente proporcional [17].

A eliminación de nitróxeno foi estudada en humidais de fluxo vertical con leitos de distintos tamaños de grava e distintas especies vexetais, aumentando a mesma coa

Eficiencia en HC de fluxo vertical

174

presenza de humidais verticais conectados en serie con respecto aos mesmos humidais illados e coa biomasa microbiana, acadándose pois eliminacións da orde do 53% [18].

O obxectivo deste estudo consiste fundamentalmente na avaliación da eficacia de depuración de sistemas combinados de dixestión anaerobia-humidais construídos para as augas residuais procedentes dun centro universitario. Dentro do obxectivo principal resultan obxectivos importantes: establecer a diferenza na capacidade de depuración dos humidais construídos en función da dirección do fluxo máis no caso concreto de humidais de fluxo vertical a influencia en dita capacidade da diferente granulometría do leito, así como avaliar a eficacia destes sistemas no tratamento de augas de alta e baixa carga orgánica e a influencia da mesma sobre os fenómenos de colmataxe.

5.3- Materiais e métodos.

5.3.1- Instalación experimental.

A planta piloto conta con dúas unidades de humidais construídos de fluxo vertical (HC FV) precedidos dun UASB.

Figura 5.1. Planta piloto de A Zapateira, Campus da UDC, encadrados en verde os HC FV.

Cada unha das unidades FV ten una superficie de 3 m2 (1.5 m ancho x 2 m longo) e consisten en recipientes de fibra de vidro de 1,5 m de altura. Cada unha das balsas FV conta con dúas capas diferenciadas en función do tamaño da grava de 20 e 80 cm de espesor. Así, no fondo das balsas colocouse grava de 20 mm ata unha altura de 20 cm, e no interior desta capa, dous tubos de drenaxe que conducen o efluente fora da balsa. Encima desta capa colocouse un xeotéxtil aberto de separación, e a continuación outra capa de 80 cm de area cun tamaño de grao de 1-3 mm para FV1 e de 3-6 mm para FV2, a porosidade calculada nestas circunstancias foi dun 28% para FV1 e 42% para

Auga residual Efluentes tratados UASB FHSS Tanque e bomba FV1 FV2 FH1 FH2 FH3 FH4 FH5 FV

Eficiencia en HC de fluxo vertical

175

FV2. Na etapa final de investigación engádese por riba destas capas 10 cm de area lavada previamente cun diámetro de 0-3 mm co fin de mellorar a capacidade de retención e avaliar as diferenzas atopadas con respecto a estudos anteriores.

As plantas empregadas nos humidais de fluxo vertical foron en ambos casos carrizo (Phragmites australis). Empregáronse rizomas obtidos na área xeográfica da instalación máis a súa supervivencia foi reducida, polo que durante a maior parte do estudo, a presenza de plantas foi máis reducida que no caso das unidades de fluxo horizontal.

5.3.2- Operación.

A planta piloto foi alimentada coas augas residuais procedentes da Facultade de Filoloxía arrastrando tamén as augas de chuvia e escorrentía dos sistemas de drenaxe e aparcadoiros da mesma. O réxime de alimentación á planta está regulado pola arqueta de entrada que posúe unha rexa de desbaste para a eliminación de sólidos de grandes dimensións e máis un aliviadoiro que permite evacuar o exceso de caudal. As augas residuais entran no sistema de tratamento de dixestión anaerobia (UASB de 2.26 m3) por gravidade desde a arqueta de entrada e un tanque (0.77 m3) conectado en serie ó mesmo que permite albergar ditas augas sendo empregado, polo tanto, como tanque de almacenamento. Desde o citado tanque un sistema de bombeo (“Watson Marlow”, Bomba 520S/R2 IP-31, Ref. 050.7131.2LE) permite subministrar un caudal regulado aos humidais construídos. Debido a que só existe caudal durante o período diúrno, pola noite apágase a bomba, mentres que o seu ciclo de funcionamento diúrno (temporizado) pode variar de 10 a 14 h (polo xeral, de 09 a 19 h e de 08 a 22 h respectivamente). De igual modo, ao existir só caudal durante o período lectivo a bomba permanece apagada tamén os fins de semana, polo que a alimentación queda reducida a 5 días/semana. Se durante o período de funcionamento non chega caudal á planta, o tanque de acumulación ou almacenamento permítenos seguir bombeando auga aos humidais. Neste caso concreto dos humidais de fluxo vertical a auga é bombeada a un sistema de autocebamento para cada humidal ou sifón que levará a cabo a descarga automática do seu volume en canto o nivel de auga supere a altura do cano de descarga. Durante todo o período de funcionamento rexistraranse os ciclos de funcionamento e os caudais puntuais subministrados desde o distribuidor ós tanques de autocebamento. Os caudais medíronse todos os días (ou 3 veces/semana.), antes e despois de limpar o distribuidor, cebalo (purgar o aire acumulado) e acadar unha distribución uniforme. Con esta limpeza