Jornada Técnica: Diseño, construcción y explotación de Humedales Artificiales en pequeños municipios

HUMEDALES ARTIFICIALES:

EXPLOTACIÓN Y ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES

EMERGENTES

Juan José Salas Rodríguez Director I+D+i Fundación

CENTA jjsalas@centa.es

EXPLOTACIÓN DE HUMEDALES

ARTIFICIALES

Jornada Técnica: Diseño, construcción y explotación de Humedales Artificiales en pequeños municipios

Explotación de Humedales Artificiales

Humedales artificiales: MANTENIMIENTO

Parámetros Valores

Producción de lodos

kg MS/habitante. año

6-10

Concentración % 4,0-6,0

Volumen

L/habitante. año

150-200

4 kg MS/m2.año

Humedales artificiales: MANTENIMIENTO

Humedales artificiales: MANTENIMIENTO

Anomalía Causa Solución

Deficiente calidad de los efluentes finales

Sobrecargas orgánicas Vertidos industriales a la red de alcantarillado

Ajustar la carga a la estipulada en proyecto Implantación y cumplimiento riguroso de una Ordenanza de Vertido a Colectores Municipales

Rápida colmatación de la superficie filtrante

Presencia excesiva de finos en el material filtrante Deficiente funcionamiento de las etapas de pretratamiento y/o tratamiento primario Mal funcionamiento del sistema de reparto del agua Presencia de elevadas concentraciones de sólidos en suspensión y/o aceites y grasas en las aguas a tratar.

Selección rigurosa del material filtrante Correcta explotación y mantenimiento de estas etapas Control del reparto homogéneo de la alimentación sobre toda la superficie filtrante Implantación y cumplimiento riguroso de una Ordenanza de Vertido a Colectores Municipales

Ante situaciones de colmatación del sustrato filtrante, en el caso de los Humedales de Flujo Horizontal se aconseja proceder a bajar la tubería de salida, operando durante un tiempo de forma que las aguas sólo circulen por la solera del humedal. Esto permite el secado de la mayor parte del material filtrante, recuperando parte de la porosidad perdida. Tras este período de recuperación, que puede durar 2-3 semanas, se vuelve a colocar la tubería de salida a su nivel habitual, con lo que volverá a inundarse el humedal. En los Humedales Verticales correctamente diseñados y explotados son más infrecuentes los episodios de colmatación de la superficie filtrante, pero si ello llegase a ocurrir, y se dispone de varios humedales, se aconseja la rotación en los períodos de funcionamiento de los mismos. Los períodos de descanso permitirán la mineralización los restos orgánicos retenidos en el sustrato filtrante, con lo que se incrementará la capacidad de filtración.

Humedales artificiales: MANTENIMIENTO

Adapted from Wallace and Knight (2006)

Problemas de colmatación en Humedales de Flujo Horizontal

Problemas de colmatación en Humedales de Flujo Horizontal

Superficie limpia tras 10 años de operación

Sustrato limpio en Humedales Artificiales de Flujo Vertical

Humedales artificiales: SUSTRATO SIN PROBLEMAS DE COLMATACIÓN EN HUMEDALES

DE FLUJO VERTICAL

Fuente: BIDATEK

VERMIFILTROS

Población (he) 100 500 1.000

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€)

Desplazamiento operario

Desplazamiento del operario 25 1 vez/semana 1 1.300,00 2 veces/semana 1 2.600,00 2 veces/semana 1 2.600,00

Pretratamiento

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual(€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€)

Limpieza de la reja de desbaste 16 1 vez/semana 0,17 141,44 - - - - - -

Limpieza del desarenador 16 1 vez/semana 0,20 166,40 2 veces/semana 0,35 582,40 2 vez/semana 0,50 832,00

Tratamiento Primario

Operación Coste horario (€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€)

Inspección y medición espesores

flotantes y fangos 16 1 vez/año 1 16,00 2 veces/año 1 32,00 2 veces/año 1 32,00

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€)

Extracción y gestión de fangos y

flotantes 15 1 vez/año 20 300,00 2 veces/año 35 1.050,00 2 veces/año 70 2.100,00

Humedales Artificiales

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€)

Inspección general: comprobación dispositivo

alternancia alimentación y de su reparto

uniforme

16 1 vez/semana 0,17 141,44 2 veces/semana 0,25 416,00 2 veces/semana 0,33 549,12

Limpieza tuberías distribución 16 1 vez/mes 1 192,00 1 vez/mes 2 384,00 1 vez/mes 3 576,00

Siega de las plantas 16 1 vez/año 16 256,00 1 vez/año 80 1.280,00 1 vez/año 160 2.560,00

Control permeabilidad del sustrato 16 1 vez/año 4 64,00 1 vez/año 8 128,00 1 vez/año 12 192,00

Operación Coste (€/m3) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€)

Evacuación residuos poda 5 1 vez/año 35 175,00 1 vez/año 175 875,00 1 vez/año 350 1.750,00

Consumo energético

Operación Coste

(€/kWh)

Consumo

(kWh/a) Coste anual (€)

Consumo

(kWh/a) Coste anual (€)

Consumo

(kWh/a) Coste anual (€)

Desbaste automático 0,09 - - - 750 67,50 - 1.500 135,00

Bombeo a humedales 0,09 - 683 61,47 - 3.330 299,70 - 6.705 603,45

Mantenimiento

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€)

Mantenimiento de la obra civil 16 24 veces/año 2 768,00 24 veces/año 7 2.688,00 24 veces/año 13 4.992,00

Seguimiento

Operación Coste (€) Frecuencia Coste anual (€) Frecuencia Coste anual (€) Frecuencia Coste anual (€)

Control analítico 300 4 veces/año 1.200,00 4 veces/año 1.200,00 4 veces/año 1.200,00

Coste total explotación y mantenimiento (€/año) 4.781,75 11.602,60 18.121,57

Coste total unitario (€/h-e.año) 47,82 23,21 18,12

Costes de explotación y mantenimiento (€/h-e. año) Humedales de Flujo Vertical

Población (he) 100 500 1.000

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€)

Desplazamiento operario

Desplazamiento del operario 25 1 vez/semana 1 1.300,00 2 veces/semana 1 2.600,00 2 veces/semana 1 2.600,00

Pretratamiento

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h)) Coste anual (€)

Limpieza de la reja de desbaste 16 1 vez/semana 0,17 141,44 - - - - - -

Limpieza del desarenador 16 1 vez/semana 0,20 166,40 2 veces/semana 0,35 582,40 2 vez/semana 0,50 832,00

Tratamiento Primario

Operación Coste horario (€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€)

Inspección y medición espesores

flotantes y fangos 16 1 vez/año 1 16,00 2 veces/año 1 32,00 2 veces/año 1 32,00

Operación Coste (€/m3) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€)

Extracción y gestión de fangos y

flotantes 15 1 vez/año 20 300,00 2 veces/año 35 1.050,00 2 veces/año 70 2.100,00

Humedales Artificiales

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€)

Inspección general 16 1 vez/semana 0,17 141,44 2 veces/semana 0,25 416,00 2 veces/semana 0,33 549,12

Limpieza tuberías distribución 16 1 vez/mes 0,5 96,00 1 vez/mes 0,5 96,00 1 vez/mes 0,5 96,00

Siega de las plantas 16 1 vez/año 24 384,00 1 vez/año 120 1.920,00 1 vez/año 240 3.840,00

Control permeabilidad del sustrato 16 1 vez/año 4 64,00 1 vez/año 8 128,00 1 vez/año 12 192,00

Operación Coste (€/m3) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€) Frecuencia Volumen (m3) Coste anual (€)

Evacuación residuos poda 5 1 vez/año 52 260,00 1 vez/año 262 1.310,00 1 vez/año 525 2.625,00

Consumo energético

Operación Coste

(€/kWh)

Consumo

(kWh/a) Coste anual (€)

Consumo

(kWh/a) Coste anual (€)

Consumo

(kWh/a) Coste anual (€)

Desbaste automático 0,09 - - - - 750 67,50 1.500 135,00

Mantenimiento

Operación Coste horario

(€/h) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual (€) Frecuencia Tiempo (h) Coste anual

Mantenimiento de la obra civil 16 24 veces/año 2 768,00 24 veces/año 6 2.304,00 24 veces/año 11 4.224,00

Seguimiento

Operación Coste (€) Frecuencia Coste anual (€) Frecuencia Coste anual (€) Frecuencia Coste anual (€)

Control analítico 300 4 veces/año 1.200,00 4 veces/año 1.200,00 4 veces/año 1.200,00

Coste total explotación y mantenimiento (€/año) 4.837,28 11.705,90 18.425,12

Coste total unitario (€/h-e.año) 48,37 23,41 18,43

Costes de explotación y mantenimiento (€/h-e. año) Humedales de Flujo Horizontal

ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES

EMERGENTES

Jornada Técnica: Diseño, construcción y explotación de Humedales Artificiales en pequeños municipios

Se denominan contaminantes emergentes, o nuevos contaminantes, a aquellas sustancias cuya presencia en el medio natural no es necesariamente nueva pero sí la preocupación por las posibles consecuencias de la misma, dado el riesgo que suponen para los seres vivos (Barceló, 2003).

Normativa:

Decisión 2455/2001/CE Directiva 2008/105/CE Real Decreto 60/2011

Contaminantes emergentes: DEFINICIÓN

Retardantes de llama bromados Cloroalcanos Plaguicidas polares Compuestos perfluorados Fármacos y productos de higiene personal Drogas de abuso Los metabolitos y/o productos de degradación

de las clases de sustancias anteriores.

Contaminantes emergentes: CLASES

Similitudes

Procesos comunes

Filtración Adsorción Precipitación química Intercambio iónico Sedimentación Degradación biológica

Fotosíntesis Foto-oxidación Asimilación por parte de las plantas

Tecnologías Intensivas

Tecnologías Extensivas

De forma secuencial en tanques y reactores A velocidades aceleradas, por la introducción de energía

En un único “reactor-sistema” A velocidad “natural”, sin aporte de energía

Diferencias

Forma en que transcurren los procesos

Procesos propios de las Tecnologías Extensivas

Contaminantes emergentes: ELIMINACIÓN

1 2

4

5

6

11,12

7, 8

9

3 10

O2

O2

O2

H2O

N, P

P,MP

SS

DBO,N

Acolchado de vegetación

Influente

Efluente

DBO,N,P

Sedimentación, Filtración, Absorción, Precipitación,

Hidrólisis, Difusión/Transporte O2, Fitoplancton, Bacterias aerobias

heterótrofas/autótrofas, Crecemento vegetación ...

Contaminantes emergentes: ELIMINACIÓN

En general, las Tecnologías Extensivas son mas eficientes eliminando

Contaminantes Emergentes que las Intensivas

Contaminantes emergentes: ELIMINACIÓN EN HUMEDALES ARTIFICIALES

Fuente: Ávila, C. et al (2014) Emerging organic contaminant removal in a full-scale hybrid constructed wetland system for wastewater treatment and reuse. Ecological Engineering 2014.

MHDJ: methyldihydrojasmonate BHA: butylated hydroxyanisole BHT: butylated hydroxytoluene.

INVIERNO

Fuente: Reyes-Contreras, 2011. Chemosphere 84, 1200-1207.

VERANO

1)

2)

3a)

3b)

Contaminantes emergentes: ELIMINACIÓN EN HUMEDALES ARTIFICIALES

USOS DE LOS HUMEDALES

ARTIFICIALES

Jornada Técnica: Diseño, construcción y explotación de Humedales Artificiales en pequeños municipios

Estabilización-Deshidratación de lodos

Tratamiento de aguas de tormenta

Restauración y creación de ecosistemas acuáticos

Tratamiento de aguas residuales urbanas e industriales

Humedales artificiales: USOS

Puesta en servicio: 1998 3 HAFS de 0,8 ha cada uno, y de unos 40 cm de profundidad + 1 HAFS de 4,5 ha y de 15-20 cm de profundidad Total≈ 8 ha Caudal tratado en 2008 = 1.017.782 m3 (el 97% de las aguas residuales que llegan a la EDAR

Humedales artificiales: TRATAMIENTO DE AFINO

El Tancat de la Pipa, 40 has (La Albufera-Valencia)

Humedales artificiales: TRATAMIENTO DE AFINO

El Tancat de la Pipa, 40 has (La Albufera-Valencia) (Plan + Agua para la Albufera)

Humedales artificiales: TRATAMIENTO DE AFINO

EDAR 1.500 h.e.

EDAR 1.200 h.e.

Fuente: Epur Nature (www.epurenature.fr)

EDAR 845 h.e. EDAR 1.500 h.e.

Casos reales: tratamiento de ARU

Rose Acre Farms (Indiana). A 30,000-gpd constructed wetland system provides pretreatment of process wastewater generated by a soy bean processing facility. A second 60,000-gallon-per-day constructed wetland system treats up to ½-inch of rainfall generated over 4.5 acres. The system also treats water from their truck-washing operation. The Beanmeal Processing Facility system was one of the largest subsurface-flow constructed wetlands installed in the US for stormwater treatment. In 2006, the facility was awarded the Indiana Governor's Award for Environmental Excellence.

Fuente: Bernardin, Lochmueller & Associates,Inc.

Casos reales: tratamiento de aguas industriales y de tormenta

28

EDAR Hadsten (Dinamarca) EDAR Scobvy (Dinamarca)

Tratamiento de lodos

Humedales artificiales: TRATAMIENTO DE LODOS

30

Retirada de lodos en EDAR de Greve (Dinamarca), 50.000 h.e.

Fuente: Tesis Doctoral Enrica Ugetti (2011)

Humedales Artificiales: casos reales

31

Tratamiento de aguas de escorrentía vial mediante Humedales Artificiales

INTENSIFICANDO LO EXTENSIVO

Jornada Técnica: Diseño, construcción y explotación de Humedales Artificiales en pequeños municipios

Tecnologías Intensivas > ENERGÍA

< SUPERFICIE (< 1m2/h.e.)

Tecnologías Extensivas

> SUPERFICIE (> 1m2/h.e.)

kWh

< ENERGÍA

O2

O2 TUBERÍA DE ALIMENTACIÓN

PRETRATAMIENTO

TUBERIA DE DRENAJE

EFLUENTE

LISIMETRO

ARU

ARBOLES

Tecnologías intensivas vs Tecnologías Extensivas

1.- Elevados requisitos de superficie para su implantación

> 1 m2 / h.e.

Hándicaps para la implantación de Tecnologías Extensivas

1.- Elevados requisitos de superficie para su implantación Tecnología Extensiva Requisitos de

superficie (m2/he)*

Lagunaje 8 Humedales Artificiales Flujo Horizontal 5

Humedales Artificiales Flujo Vertical 3

Filtros Intermitentes de Arena 2,5

Tecnología Intensiva Requisitos de superficie (m2/he)*

Aireación Prolongada < 0,1 Lechos Bacterianos < 0,1

* No se tiene en cuenta la superficie ocupada por el pretratamiento ni tratamiento de lodos

Hándicaps para la implantación de Tecnologías Extensivas

2.- Falta de capacidad de control

¡¡¡NO TIENE BOTONES!!!

Hándicaps para la implantación de Tecnologías Extensivas

2.- Falta de capacidad de control

Hándicaps para la implantación de Tecnologías Extensivas

Hándicaps para la implantación de Tecnologías Extensivas

¡¡¡NO TIENE BOTONES!!!

INTENSIFICANDO LO ESTENSIVO EN EL CASO DE

LOS HUMEDALES ARTIFICIALES

Intensificando lo Extensivo

Filtros Intermitentes de Arena

Requisitos de superficie: 2,5 m2/he

Filtros Intermitentes de Arena con Recirculación

Requisitos de superficie: 1 m2/he

Humedales Artificiales de Flujo Vertical con

Recirculación

Humedales Artificiales de Flujo Subsuperfcial

Requisitos de superficie: - Flujo Horizontal: 5 m2/he - Flujo Vertical: 3 m2/he

Humedales + Lodos Activos

+

Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial Aireados

Fuente: www.armgroupltd.co.uk

130 h.e. 0,6 m2/h.e.

Fuente: ECOLAGUNAS

+

Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial+ MET

http://www.smartwetland.es/

Humedales Artificiales Bioelectrogénicos

DECÁLOGO PARA EL TRATAMIENTO DE LAS ARU

EN LAS PEQUEÑAS AGLOMERACIONES

URBANAS

Jornada Técnica: Diseño, construcción y explotación de Humedales Artificiales en pequeños municipios

DECÁLOGO PARA EL TRATAMIENTO DE LAS ARU EN PEQUEÑAS AGLOMERACIONES URBANAS

1.- LOS ESTUDIOS PREVIOS CONSTITUYEN UNA ETAPA BÁSICA PARA EL CORRECTO DISEÑO DE LAS EDAR. 2.- NO EXISTEN SOLUCIONES ESTANDARIZADAS, CADA EDAR ES COMO UN TRAJE A MEDIDA (CON DOBLADILLO). 3.- LOS MUESTREOS PUNTUALES Y LAS MEDICIONES PUNTUALES DE CAUDAL NO SONREPRESENTATIVOS. 4.- ANTES DE IMPLANTAR UNA NUEVA EDAR HAY QUE COMPROBAR EL CORRECTO ESTADO DE LA RED DE SANEAMIENTO. 5.- EL CORRECTO DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO DE LA ETAPA DE PRETRATAMIENTO SON BÁSICOS. 6.- PARA EL CONTROL DE LAS EDAR ES IMPRESCINDIBLE LA CORRECTA MEDICIÓN DE CUDALES. 7.- LAS EDAR DE PEQUEÑO TAMAÑO DEBEN DISEÑARSE, CONSTRUIRSE Y EXPLOTARSE CON EL MISMO RIGOR QUE LAS MAYORES. 8.- NO SE DEBE CONFUNDIR LA SIMPLICIDAD DE EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS TECNOLOGÍAS EXTENSIVAS CON SU DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN, QUE DEBEN SER RIGUROSOS. 9.- NINGUNA EDAR FUNCIONA SOLA Y SIN COSTES. 10.- NO EXISTE (AÚN) LA EDAR QUE NO GENERE LODOS.

RESUMIDAS EN DOS 1.-NINGUNA EDAR FUNCIONA CORRECTAMENTE SI NO ESTÁ DISEÑADA, CONSTRUIDA Y EXPLOTADA ADECUADAMENTE. 2.- DE NADA VALE HACER UNA NUEVA EDAR SI NO SE GARANTIZA SU EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO A LO LARGO DE SU VIDA ÚTIL.

Todo el mundo trata de realizar algo grande, sin darse cuenta de que la vida se compone

de cosas PEQUEÑAS

Juan José Salas Rodríguez jjsalas@centa.es @JuanJosSalas3

(Frank Clark)

En depuración el tamaño sí que importa

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

PARA FINALIZAR

PARA FINALIZAR ¡DE VERDAD!

GRACIAS A TOD@S

¡¡¡¡ HA SIDO UN PLACER

!!!!

“El Médico del Agua”

www.iagua.es