United States
Environmental Protection
Agency
Office of Water
Washington, D.C.
EPA832-F-00-023
Septiembre de 2000
Folleto informativo de
tecnologia de aguas residuales
Humedales de flujo subsuperficial
DESCRIPCION
Los sistemas de humedales se describen
tipicamente por la position de la superficie del
agua y/o el tipo de vegetation presente. La
mayoria de los humedales naturales son
sistemas de flujo libre superficial en los cuales
el agua esta expuesta a la atmosfera; estos
incluyen a los fangales (principalmente con
vegetation de musgos), las zonas pantanosas
(principalmente de vegetation arborea), y las
praderas inundadas (principalmente con
vegetation herbacea y plantas macrofitas
emergentes). Un humedal artificial de flujo
subsuperficial (FS, subsurface flow wetlands)
esta disefiado especificamente para el
tratamiento de algun tipo de agua residual, o su
fase final de tratamiento, y esta construido
tipicamente en forma de un lecho o canal que
contiene un medio apropiado. Un ejemplo de
un humedal FS se muestra en la Figura 1. La
grava es el medio mas utilizado en Estados
Unidos y Europa, aunque tambien se ha
utilizado roca triturada, grava, arena y otro tipo
de materiales del suelo. El medio se planta
normalmente con los mismos tipos de
vegetation emergentes presentes en las praderas
inundadas y, por disefio, el nivel del agua se
mantiene por debajo de la superficie del medio.
Las principales ventajas de mantener un nivel
subsuperficial del agua son la prevention de
mosquitos y olores y la elimination del riesgo
de que el publico entre en contacto con el agua
residual parcialmente tratada. En contraste, la
superficie del agua en los pantanales naturales y
en los humedales artificiales de flujo libre
superficial (FLS, free water surface wetlands)
esta expuesta a la atmosfera, lo cual conlleva los
riegos de los mosquitos y de acceso del publico.
OPCION DE
ENTRADA MULTIPLE
PARA CLIMA
CALIENTE
ZONA DE
ENTRADA
CON GRAVA
DE2A3
PULGADAS
ENTRADA
MULTIPLE
PARA CLIMA
FRlO
ZONA DE
TRATA-
MIENTO
CON GRAVA
MEMBRANA DE14A114
DE RECUBRI- PULGADAS
MIENTO 0
SUELO IMPER-
MEABLE
SUPERFICIE
DELAGUA
ZONA DE
"v DESCARGA
CON GRAVA
DE2A3
PULGADAS
TUBERiA
MULTIPLE DE
DESCARGA
Fuente: adaptado de un dibujo de S.C. Reed, 2000.
FIGURA 1 HUMEDAL DE FLUJO
SUBSUPERFICIAL
La mejora en la calidad del agua en humedales
naturales ha sido observada por cientificos e
ingenieros durante muchos afios, y ha llevado al
desarrollo de humedales artificiales para
duplicar en ecosistemas construidos los
beneficios de calidad del agua y habitat de los
humedales naturales. Se considera que las
reacciones biologicas se deben a la actividad de
los microorganismos adheridos a las superficies
disponibles de sustrato sumergido. En el caso
de los humedales FLS esos sustratos son las
porciones sumergidas de las plantas vivas, los
detritos vegetales, y la capa bentica del suelo.
En humedales FS el sustrato sumergido
disponible incluye las raices de las plantas que
crecen en el medio, y la superficie misma del
-------
medio. Dado que el area de sustrato en un
humedal FS puede sobrepasar por mucho el
sustrato disponible en humedales FLS, las tasas
de reaction microbiana pueden ser mayores que
las de humedales FLS para muchos
contaminantes. Como resultado, un humedal FS
puede tener una menor superflcie que un
humedal FLS para los mismos caudales y
objetivos de calidad del agua.
Las metas de disefio de los humedales FS
artificiales son exclusivamente las funciones de
tratamiento porque las posibilidades de
proporcionar habitat de vida silvestre y
recreation publica son mas limitadas que en el
caso de los humedales FLS. El tamafio de estos
sistemas va desde pequefias unidades para el
tratamiento en el sitio de efluentes de tanques
septicos hasta un sistema domestico de
tratamiento de aguas residuales en Louisiana
con una capacidad de l.SxlO7 litres por dia (4
millones de galones por dia, mgd). Existen
aproximadamente 100 sistemas de tratamiento
de aguas domesticas en los Estados Unidos,
pero la mayoria trata menos de 3.8xl03 mVdia
(1 mgd). La mayoria de los sistemas
municipales estan precedidos por lagunas de
tratamiento aireadas o facultativas. Hay cerca
de 1000 sistemas de tratamiento a pequefia
escala en el punto de origen para viviendas
individuates, colegios, complejos de
apartamentos, establecimientos comerciales,
parques y otras instalaciones recreacionales. El
caudal de estos sistemas pequefios va de cientos
de galones por dia a 151,400 litres por dia
(40,000 galones por dia); el tipo predominante
de pretratamiento proporcionado es el de
tanques septicos. Los costos del medio de roca
o de grava son mas altos y hacen que el uso de
sistemas de humedales FS de mayor
envergadura sea desfavorable con relation a los
humedales FLS a pesar de que aquellos
requieran una menor extension de terreno.
Las comparaciones de costo han mostrado que a
caudales mayores a 227,200 litres por dia
(60,000 galones por dia) normalmente es mas
economico construir sistemas de humedales
FLS. Sin embargo, existen excepciones cuando
el acceso publico, problemas de mosquitos o
asuntos de vida silvestre justifican la selection
de humedales FS. Un ejemplo reciente es el de
un humedal FS disefiado para tratamiento de la
escorrentia del aeropuerto de Edmonton en
Alberta, Canada en donde la escorrentia
originada por la nieve derretida es contaminada
por el fluido de glicol usado para deshielo; para
esto se selecciono un humedal FS con capacidad
de 1,264,190 litres por dia (334,000 galones)
con el fin de minimizar problemas de habitat y
aves cerca a las pistas de aterrizaje.
Los humedales FS normalmente incluyen una o
mas cuencas o canales de poca profundidad de
fondo recubierto para prevenir la percolation a
la capa freatica susceptible a la contamination.
El tipo de recubrimiento depende de las
condiciones locales. En algunos casos la
compactacion del suelo local es adecuada,
mientras que en otros se debe traer arcilla o
utilizar recubrimiento de membranas plasticas
(PVC o PAD).
Las estructuras de entrada y descarga se
emplean para asegurar la distribution adecuada
y la recoleccion uniforme del agua residual
aplicada. El metodo mas comunmente utilizado
en los sistemas de menor tamafio consiste de
una tuberia multiple perforada. La profundidad
del medio en estos humedales FS tiene un rango
de 0.3 a 0.9 metres (1 a 3 pies), siendo el valor
mas comun el de 0.6 metres (2 pies). El tamafio
del medio en Estados Unidos va desde la grava
fina (>0.6 cm o > 0.25 pulgadas) hasta roca
grande triturada (>15.2 cm o >6 pulgadas); La
combination de tamafios de 1.3 a 3.8 cm (0.5 a
1.5 pulgadas) es la mas comunmente usada.
Este medio de grava debe ser de piedras limpias,
duras y duraderas, con capacidad de retener su
forma y la permeabilidad del lecho del humedal
a largo plazo.
La vegetation emergente mas comunmente
utilizada en humedales FS incluye las espadafias
-------
y aneas (Typha spp.), los juncos (Scirpus spp.) y
los carrizos (Phragmites spp.). En Europa los
Phragmites son las plantas preferidas para esta
aplicacion. Esta planta tiene varias ventajas
debido a que se trata de una planta durable de
rapido crecimiento que no es una fuente
alimenticia para aves o la vida silvestre. Sin
embargo, en algunas partes de los Estados
Unidos el uso de Phragmites no esta permitido
porque esta es una planta de crecimiento
agresivo, por lo cual se tiene la preocupacion de
que infeste humedales naturales. En estos casos
los espadafia y los juncos pueden ser utilizados.
La experiencia ha demostrado que en areas
donde se encuentra el raton almizclero
(muskraf) o las nutrias, estos pueden destruir
completamente las espadafias, eneas y juncos
plantados en un humedal artificial, al utilizar las
plantas para alimento y anidacion. Muchos de
los sistemas individuates de menor tamafio usan
plantas decorativas tolerantes a la humedad. La
vegetation en un humedal FS no es un factor
significativo en la remocion de nutrientes y no
se requiere su poda. En climas frios, la
acumulacion de detritos vegetales sobre el lecho
de grava proporciona un aislamiento termico
que es util durante los meses de invierno. Las
raices de las plantas sumergidas proporcionan
sustrato para los procesos microbiologicos y
dado que la mayoria de las macrofitas
emergentes pueden transmitir oxigeno de las
hojas a las raices, se presentan microzonas
aerobicas en la superficie de las raices y los
rizomas. El resto del medio sumergido de los
humedales FS tienden a carecer de oxigeno.
Esta falta general de oxigeno limita la remocion
biologica del amoniaco (NFLYNH4 - N) por
nitrificacion en los humedales FS, pero aun asi
el sistema es efectivo en la remocion de DBO,
SST, metales y algunos contaminantes
organicos prioritarios, dado que su tratamiento
puede ocurrir bajo condiclones aerobicas y
anoxicas. La remocion de nitratos por
desnitrificacion biologica tambien puede ser
muy efectiva dado que las condiciones anoxicas
requeridas estan siempre presentes y se cuenta
con suficientes fuentes de carbono. La
disponibilidad limitada de oxigeno en los
humedales FS disminuye la capacidad de
remocion de amoniaco por nitrificacion
biologica. Por esta razon se requieren tiempos
largos de retencion en un area extensa de
humedal para producir los niveles bajos de
nitrogeno en el efluente con la calidad tipica de
afluentes de agua residual domestica a menos
que se adopten algunas modificaciones del
sistema. Estos cambios han incluido la
instalacion de tuberias de aireacion en el fondo
del lecho del sistema para oxigenacion
mecanica, el uso de un filtro percolador
integrado para la nitrificacion del amoniaco en
el agua residual, y lechos de humedales de flujo
vertical. Estos humedales de flujo vertical
normalmente contienen grava o arena gruesa y
reciben cargas intermitentes desde la superficie.
La aplicacion intermitente del agua residual y el
drenaje vertical en el lecho permiten que las
reacciones aerobicas se produzcan con rapidez.
El llenado y drenado ciclico de sistemas de flujo
horizontal ha sido demostrado con exito en el
sistema de humedales FS de 130,000 galones
por dia de Minoa, New York. Las tasas de
reaction para remocion de DBOs y amoniaco
fueron el doble de las observadas durante el
flujo normal continuo de saturation.
Los mecanismos disponibles de remocion del
fosforo en todos los tipos de humedales
artificiales tambien requieren largos periodos de
retencion para producir niveles bajos de fosforo
a partir de agua residual domestica tipica. Los
humedales FLS serian probablemente la
alternativa de inversion mas eficaz para
humedales artificiales Si la remocion
significativa del fosforo fuera un requisite para
un proyecto dado. La remocion de fosforo es
tambien posible con la adicion quimica final y
mezclando con anterioridad a una laguna
profunda de sedimentation.
El nivel minimo aceptable de tratamiento
preliminar previo a un sistema de humedales FS
es el equivalente al tratamiento primario. Esto
-------
puede lograse con tanques septicos o tanques
Imhoff para los sistemas mas pequefios, o
lagunas profundas con un tiempo corto de
retention para los sistemas de mayor tamafio.
La mayoria de los sistemas de humedales FS
para tratamiento de agua residual domestica
estan precedidos por lagunas facultativas o
aireadas. Estas lagunas no son necesariamente
el modo preferido de tratamiento preliminar. En
la mayoria de estos sistemas el humedal FS se
selecciono teniendo como meta el mejorar la
calidad del efluente de las lagunas. Dado que
los humedales FS pueden lograr una remocion
efectiva tanto de la DBOs como de los SST, no
hay la necesidad de altos niveles de remocion de
estos constituyentes en el tratamiento primario.
Los humedales FS no proporcionan el mismo
nivel de habitat que los FLS debido a que el
agua en el si sterna no esta expuesta ni
disponible para las aves y otros animales. Sin
embargo, la vida silvestre se encuentra presente
principalmente en forma de sitios de anidacion
para aves y reptiles. Si uno de los objetivos del
proyecto es el proporcionar un valor de habitat
mas significativo, esto puede lograrse con
lagunas profundas entre-mezcladas con las
celdas de humedales FS. La primera laguna
estaria ubicada despues del punto en el cual la
calidad del agua se aproxima al menos al nivel
de tratamiento secundario.
APLICABILIDAD
Los humedales FS estan mejor adaptadas para
aplicaciones de tamafio pequefio y mediano
(<227,100 1/d o <60,000 galones/dia) y en
sistemas de mayor tamafio en los cuales se tiene
un potential significativo de contacto con el
publico, mosquitos o generation de olores. Su
uso en sistemas de tratamiento en el punto de
origen proporciona un efluente de alta calidad
para la aplicacion al terreno, y en algunos
estados las autoridades de permiten una
reduction significativa en el terreno requerido
para disposition final del efluente. Los
humedales FS remueven en forma confiable la
DBO, la DQO y los SST, y con tiempos de
retention suficientemente largos tambien
pueden producir bajas concentraciones de
nitrogeno y fosforo. Los metales son tambien
removidos eficazmente y se puede esperar
tambien una reduction de un orden de magnitud
en coliformes fecales en sistemas disefiados para
producir efluentes de tratamiento secundario o
avanzado.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
A continuation se enumeran algunas de las
ventajas y desventajas de los humedales FS.
Ventajas
Los humedales FS proporcionan
tratamiento efectivo en forma pasiva y
minimizan la necesidad de equipos
mecanicos, electricidad y monitoreo por
parte de operadores calificados.
Los humedales FS pueden ser menos
costosos de construir, y usualmente
tambien son menos costosos para operar
y mantener, que los procesos mecanicos
de tratamiento disefiados para un nivel
equivalente de calidad de efluente.
La operation a nivel de tratamiento
secundario es posible durante todo el afio
con exception de los climas mas frios.
La operation a nivel de tratamiento
terciario avanzado es posible durante
-------
todo el afio en climas calidos o semi-
calidos. La configuration de los
humedales FS proporciona una mayor
protection termica que los humedales
FLS.
• Los sistemas de humedales FS no
producen biosolidos ni lodos residuales
que requeririan tratamiento subsiguiente
y disposition.
• Los FS son muy efectivos en la
remocion de la DBO, la DQO, los SST,
los metales y algunos compuestos
organicos refractarios de las aguas
residuales domesticas. La remocion de
nitrogeno y fosforo a bajos niveles es
tambien posible pero se requiere un
tiempo de retention mucho mayor.
• Los mosquitos y otros insectos vectores
similares no son un problema con los
humedales FS mientras el sistema se
opere adecuadamente y el nivel
subsuperficial de flujo se mantenga.
Tambien se elimina el riesgo de que
nifios y mascotas esten expuestos al agua
residual parcialmente tratada.
Desventajas
• Un humedal FS requiere un area extensa
en comparacion con los sistemas
mecamcos
tratamiento.
convencionales
de
• La remocion de DBO, DQO y nitrogeno
en los humedales FS es un proceso
continuo renovable. El fosforo, los
metales y algunos compuestos organicos
persistentes que son removidos
permanecen en el sistema ligados al
sedimento y por ello se acumulan
tiempo.
con el
• En climas frios las bajas temperaturas
durante el invierno reducen la tasa de
remocion de DBO, NH3 y NO3. Un
aumento en el tiempo de retention puede
compensar por la disminucion de las
tasas pero el incremento en el tamafio de
los humedales en climas
extremadamente frios puede no ser
factible desde el punto de vista
economico o tecnico.
• La mayoria del agua contenida en los
humedales FS es anoxica, limitando el
potential de nitrification del amoniaco
del agua residual. El aumento del
tamafio del humedal y el tiempo de
retention puede hacerse como
compensation, pero puede no ser
eficiente en terminos economicos.
Metodos alternos de nitrification en
combination con los humedales FS han
sido utilizados con exito. Los
humedales FS no pueden ser disefiados
para lograr una remocion completa de
compuestos organicos, SST, nitrogeno o
bacterias coliformes. Los ciclos
ecologicos en estos humedales producen
concentraciones naturales de esos
compuestos en el efluente.
• Los sistemas de humedales FS
tipicamente reducen al menos un orden
de magnitud el contenido de coliformes
fecales. Esto no es siempre suficiente
para cumplir con los limites de descarga
en todas las localidades, por lo cual
podria requerirse desinfeccion
subsiguiente. La desinfeccion con luz
ultravioleta ha sido utilizada con exito en
varias aplicaciones.
• Si bien los humedales FS pueden ser de
menor superficie que los humedales FLS
para la remocion de la mayoria de los
-------
constituyentes del agua residual, el costo
mayor del medio de grava en los
humedales FS puede dar como resultado
costos de construction mas altos para
sistemas con una capacidad mayor a
227,000 litres por dia (60,000 galones
por dia).
CRITERIOS DE DISENO
Los modelos de disefio de humedales FS han
estado disponibles en publicaciones desde
finales de la decada de 1980. Trabajos mas
recientes, hechos a mediados y finales de la
decada de 1990 han sido compilados en tres
libros de texto que presentan modelos de disefio
de humedales FS (Reed, et al 1995, Kadlec &
Knight 1996, Crites & Tchobanoglous, 1998).
En los tres casos los modelos se basan en
reacciones cineticas de primer orden para flujo
en piston, pero los resultados no siempre
concuerdan debido a las selcciones de desarrollo
adoptados por cada autor, y a que no se
utilizaron las mismas bases de datos para la
derivation de los modelos. La organization
Water Environment Federation (WEF) presenta
una comparacion de las tres metodologias en el
libro Manual de Practica para Sistemas
Naturales {Manual of Practice on Natural
Systems, WEF, 2000), lo mismo que en el
manual de disefio de sistemas de humedales de
la U.S. EPA. El disefiador de sistemas de
humedales FS debe consultar esas referencias
para seleccionar el metodo que mejor se ajuste
al proyecto en consideration. Una estimation
preliminar de los requerimientos de terreno para
humedales FS puede obtenerse de los valores en
la Tabla 1 para las tasas tipicas de carga
superficial. Estos valores tambien pueden ser
utilizados para revisar los resultados de las
referencias citadas anteriormente.
El tamafio de los humedales FS es determinado
por el contaminante que requiere la mayor area
para su remocion. Esta es la superficie del
fondo de las celdas del humedal, y para que sea
efectiva en un 100 por ciento, la distribution del
flujo de agua residual debe ser uniforme en toda
la superficie. Esto es posible con humedales
artificiales mediante un gradiente de fondo
cuidadosamente seleccionado y el uso de
estructuras apropiadas de entrada y descarga. El
area total de tratamiento debe ser dividida entre
al menos dos celdas en todos los sistemas con
exception de los mas pequefios. Los sistemas
de mayor tamafio deben tener al menos dos
Irenes de tratamiento paralelos con celdas para
proporcionar flexibilidad de manejo y
mantenimiento.
Los sistemas de humedales son ecosistemas
vivos en los cuales los ciclos de vida y muerte
de la biota produce residues que pueden ser
medidos en funcion de DBO, SST, nitrogeno,
fosforo y coliformes fecales. Como resultado,
-------
TABLA 1 TASAS TIPICAS DE CARGA SUPERFICIAL PARA
HUMEDALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL
Constituyente
Carga hidraulica
(pulgadas por dfa)
DBO
SST
Nitrogeno como NHs/NhU
Nitrogeno como NOs
Nitrogeno total
Fosforo total
Concentracion tipica
del afluente (mg/L)
3 a 12**
30a175
30a150
2 a 35
2a10
2 a 40
1 a 10
Meta de tratamiento
del efluente (mg/L)
10 a 30
10 a 30
1 a10
1 a 10
1 a 10
0.5 a 3
Tasa de carga contaminante
(libras/acres-dia)
60 a 140
40 a 150
1 a10
3a12
3a11
1 a4
Nota: la temperature del humedal es » 20°C.
y en forma independiente del tamafio del
humedal o las caracteristicas del afluente, en
estos sistemas siempre existen concentraciones
naturales de esos materiales. La Tabla 2
resume esas concentraciones naturales.
Es necesario que el disefiador determine la
temperatura del agua en el humedal porque la
remocion de DBO y de varias formas de
nitrogeno, dependen de la temperatura. La
temperatura del agua en sistemas con un tiempo
hidraulico de retention (THR) extenso (mayor a
10 dias) se acerca a la temperatura promedio del
aire excepto en periodos de invierno con
temperaturas bajo cero. Los metodos para
calcular la temperatura del agua en humedales
con THR mas cortos pueden ser encontrados en
las referencias publicadas que se mencionaron
anted ormente.
Tambien es necesario considerar los aspectos
hidraulicos del sistema porque a lo largo del
humedal existe una considerable resistencia al
flujo por friction debido a la presencia del
medio de grava, las raices de las plantas y los
detritos. El mayor impacto de esta resistencia al
flujo se tiene en la configuration seleccionada
para las celdas del humedal. A medida que la
distancia de flujo aumenta la resistencia se hace
mayor. Para evitar esos problemas hidraulicos
se recomienda un cociente de longitud a ancho
de 4 a 1, o menor. La ley de Darcy es aceptada
generalmente como el modelo para el flujo del
agua en los humedales AFS; la information
descriptiva al respecto puede encontrase
tambien en las referencias citadas antedormente.
El flujo del agua a lo largo de las celdas del
humedal depende del gradiente hidraulico en la
celda, asi como la conductividad hidraulica (ks),
el tamafio y la porosidad del medio utilizado (n).
La Tabla 3 presenta las caracteristicas tipicas
del medio a ser potencialmente utilizado en
humedales FS. Estos valores pueden ser
utilizados para estimaciones preliminares y el
disefio de sistemas muy pequefios. Para
sistemas a mayor escala el medio propuesto
debe ser evaluado en forma experimental para
determinar esos valores.
-------
TABLA2 CONCENTRACIONES
"NATURALES" EN HUMEDALES
DE FLUJO SUBSUPERFICIAL
Constituyente
DB05
SST
Nitrogeno total
Nitrogeno como
NHs/NhU
Nitrogeno como
NOs
Fosforo total
Coliformes fecales
Unidades
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
NMP/100
mL
Rango de
concentracion
1 a10
1 a6
1 a3
menos de 0.1
menos de 0.1
menos de 0.2
50 a 500
Fuente: Reed et al., 1995 y U.S. EPA, 1993.
DESEMPENO
Un humedal FS con una carga moderada puede
lograr los niveles de efluente "naturales" que se
presentan en la Tabla 2. En general, los
humedales FS se disefian para producir una
calidad dada de efluente, y la Tabla 1 puede
utilizarse para calcular en forma preliminar el
tamafio requerido del humedal para producir una
calidad de efluente deseada. Los modelos de
disefio en las publicaciones referenciadas
proveen estimaciones mas precisas del area de
tratamiento requerida. La Tabla 4 resume el
desempefio real de 14 sistemas de humedales FS
incluidos en la Evaluation de Tecnologia de la
U.S. EPA (EPA, 1993).
En teoria el desempefio de un sistema de
humedales FS puede estar influenciado por
factores hidrologicos. Tasas elevadas de
evapotranspiracion (ET) pueden aumentar las
concentraciones del efluente pero tambien
aumentan el TFtR del humedal. Tasas altas de
precipitacion pluvial pueden diluir la
concentracion de contaminantes pero tambien
reducir el THR del humedal. En la mayoria de
las zonas templadas con un clima moderado
estos efectos no son criticas para el desempefio.
Estos aspectos hidraulicos solo deben ser
considerados para valores extremes de ET y
precipitacion.
OPERACION Y MANTENIMIENTO
La operation y mantenimiento (O/M) rutinarios
de los humedales FS son similares a los de las
lagunas facultativas, e incluyen el control
hidraulico y de la profundidad del agua, la
limpieza de las estructuras de entrada y
descarga, el corte de la hierba en bermas, la
inspection de la integridad de las mismas, el
manejo de la vegetacion del humedal y el
monitoreo rutinario.
La profundidad del agua en el humedal puede
requerir ajuste periodico segun sea la estacion o
en respuesta al aumento a largo plazo de la
resistencia por la acumulacion de detritos en los
poros del medio. El control de mosquitos puede
no ser requerido en sistemas de humedales FS
en la medida que la superficie del agua se
mantenga debajo de la superficie superior del
medio. El manejo de la vegetacion en estos
humedales FS no incluye la poda rutinaria y
disposition del material podado. La remocion
de contaminantes por parte de la vegetacion es
un mecanismo relativamente insignificante de
manera que el corte y la remocion rutinaria de la
vegetacion no proporciona un beneficio
significativo en cuanto al tratamiento. La
remocion de detritos acumulados no es
necesaria, y en climas muy frios sirve de
aislamiento termico para prevenir la
congelation del lecho del humedal. El
mantenimiento de la vegetacion tambien puede
incluir el manejo de la vida silvestre
dependiendo del tipo de vegetacion
-------
seleccionada para el sistema y la position del
agua. Se ha reportado que animales tales como
las nutrias y el raton almizclero pueden
consumir toda la vegetation en un humedal
construido. Estos animales no deberian ser
atraidos a los humedales FS en la medida que se
mantenga el nivel correcto del agua.
Se requiere un monitoreo rutinario de la calidad
del agua en todos los humedales FS que tengan
permisos de descarga del NPDES, y en este
permiso se especifican los contaminantes y la
frecuencia de monitoreo. El muestreo para los
TABLA 3 CARACTERISTICAS TIPICAS DEL MEDIO DE
HUMEDALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL
Tipo de medio
Arena gruesa
Arena con grava
Grava fina
Grava mediana
Roca triturada
Tamafio efectivo
Dio (mm)*
2
8
16
32
128
Porosidad, n
(%)
28 a 32
30 a 35
35 a 38
36 a 40
38 a 45
Conductividad hidraulica, ks
(pie3/pie2/d)*
300 a 3,000
1,600 a 16,000
3,000 a 32,000
32,000 a 160,000
16x104a82x104
* mm x 0.03937 = pulgadas
** pie3/pie2/d x 0.3047 = m3/m2/d, o, x 7.48 = galones/pie2/d
Fuente: Reed et al., 1995
TABLA 4 RESUMEN DEL DESEMPENO DE 14 SISTEMAS
DE HUMEDALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL*
Constituyente
DBO5
SST
Nitrogeno como NTK
Nitrogeno como NHs/NhU
Nitrogeno como NOs
Nitrogeno total
Fosforo total
Coliformes fecales (#/100 ml_)
Promedio en el afluente
(mg/L)
28** (5 a 51)***
60 (23 a 118)
15 (5 a 22)
5(1 a 10)
9(1 a 18)
20 (9 a 48)
4 (2 a 6)
270,000(1,200a
1,380,000)
Promedio en el efluente
(mg/L)
8**(1 a 15)***
10 (3 a 23)
9 (2 a 18)
5 (2 a 10)
3(0.1 13)
9 (7 a 12)
2 (0.2 a 3)
57,000 (10 a 330,000)
' Valor promedio de retencion de 3 dfas (rango de 1 a 5 dfas).
-------
** Valor promedio.
*** Rango de valores.
Fuente: U.S. EPA, 1993.
permisos de NPDES esta limitado normalmente
al agua residual no tratada y al efluente final del
sistema. Dado que el componente de humedales
normalmente esta precedido por alguna forma
de pretratamiento, el programa de monitoreo del
NPDES no documenta las caracteristicas del
afluente a los humedales. Se recomienda que en
todos los sistemas, excepto los de menor
tamafio, se recolecten y analicen en forma
periodica, muestras del afluente con fines
operacionales ademas de las requeridas por el
permiso NPDES. Esto permitira que el
operador tenga un mejor entendimiento del
desempefio del humedal y le proporcione la base
para hacer ajustes de ser necesarios.
COSTOS
Los principales elementos que se incluyen en
los costos de inversion de los humedales FS son
similares a muchos de los requeridos para los
sistemas de lagunas. Estos incluyen el costo del
terreno, la evaluation del sitio, la limpieza del
sitio, la movilizacion de suelos, el
recubrimiento, el medio de grava, las plantas,
las estructuras de entrada y descarga, las cercas,
tuberias miscelaneas, la ingenieria, los costos
legates, las contingencias, y los gastos fijos y
ganancia del contratista. El medio de grava y el
recubrimiento pueden ser los elementos mas
costosos de esta lista. En los estados del Golfo
de Mexico en donde los suelos arcillosos a
menudo eliminan la necesidad del
recubrimiento, el costo de traer la grava puede
representar el 50 por ciento del costo de
construccion. En otras localidades en donde la
grava esta disponible localmente pero se
requiere una membrana de recubrimiento, el
costo de esta puede ser cerca del 40 por cuento
del costo de construccion. En muchos casos la
compactacion en el sitio de los suelos naturales
proporciona una barrera suficiente para prevenir
la contamination del agua freatica. La Tabla 5
presenta los costos para construccion de un
humedal FS hipotetico de 378,500 1/d (100,000
galones/d) para lograr una concentration de 2
mg/L de amoniaco en el efluente. Otros
supuestos de calculo son los siguientes: NHa
afluente = 25 mg/L, temperatura del agua 20°C
(68°F), profundidad del medio = 0.6 m (2 pies),
porosidad = 0.4, area de tratamiento = 1.3
hectareas (3.2 acres), costo del terreno
=$12,355/hectarea ($5,000/acre).
La Tabla 6 presenta una comparacion del costo
del ciclo de vida util de este humedal con el
costo de sistemas convencionales de tratamiento
disefiados para el mismo caudal y calidad de
efluente. El proceso convencional es un reactor
secuencial por tandas (SBR).
-------
TABLA 5 COSTOS DE INVERSION Y DE O/M PARA UN HUMEDAL DE FLUJO
SUBSUPERFICIAL CON UNA CAPACIDAD DE 100,000 GALONES POR DlA
Elemento
Costo del terreno
Evaluacion del sitio
Limpieza del sitio
Movimiento de tierra
Recubrimiento
Medio de grava**
Plantas
Sembrado
Estructuras de entrada y descarga
Subtotal
Costos de ingenierfa, legales, etc.
Costo total de inversion
Costos de O/M, $/ano
Costo, $*
Recubrimiento de suelo natural
$16,000
3,600
6,600
33,000
0
142,100
5,000
6,600
16.600
$229,500
$133,000
$362,500
$6,000/afio
Recubrimiento de membrana plastica
$16,000
3,600
6,600
33,000
66,000
142,100
5,000
6,600
16.600
$295,500
$171,200
$466,700
$6,000/afio
* Costos de junio de 1999, fndice ENR de construccion = 6039
** 12,000 yardas cubicas de grava de 0.75 pulgadas
TABLA 6 COMPARACION DE COSTOS DE UN HUMEDAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL
Y UN SISTEMA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
Elemento de costo
Costo de inversion
Costo de O/M
Costo total a valor presente*
Costo por 1000 galones de agua
tratada**
Proceso
Humedal
$466,700
$6,000/afio
$530,300
$0.73
SBR
$1,104,500
$106,600/afio
$2,233,400
$3,06
-------
* El factor de valor presents es de 10.594 con base en un periodo de 20 afios y 7 por ciento de interes (costos de junio de
1999 con un fndice ENR de construccion = 6039).
** El caudal diario para 365 dfas por ano por 20 anos, dividido por 1000 galones.
Fuente: WEF, 2000.
REFERENCIAS
Otros folletos informativos relacionados:
Humedales de Flujo Libre Superficial
EPA 832-F-00-024
Septiembre del 2000
Otros folletos informativos de la EPA se pueden
obtener en la siguiente direction de Internet:
http ://www. epa. gov/owmitnet/mtb fact, htm
Crites, R.W., G. Tchobanoglous (1998)
Small and Decentralized Wastewater
Management Systems, McGraw Hill Co.,
New York, New York.
2. Kadlec, R.H., R. Knight
(\996)Treatment Wetlands, Lewis
Publishers, Boca Raton, Florida.
Second Edition, McGraw Hill Co, New
York, New York.
U.S. EPA (1999) Free Water Surface
Wetlands for Wastewater Treatment: A
Technology Assessment, US EPA,
OWM, Washington, DC. (in press.)
U.S. EPA (2000) Design Manual
Constructed Wetlands for Municipal
Wastewater Treatment, US EPA CERI,
Cincinnati, Ohio (in press.)
US. EPA (1993) Subsurface Flow
Constructed Wetlands for Wastewater
Treatment A Technology Assessment,
EPA 832-R-93-008, US EPA OWM,
Washington, DC.
Water Environment Federation (2000)
Natural Systems for Wastewater
Treatment, MOP FD-16, WEF,
Alexandria, Virginia (in press.)
3. Reed, S.C., R.W. Crites, E.J.
Middlebrooks (1995) Natural Systems
for Waste Management and Treatment
INFORMACION ADICIONAL
Southwest Wetlands Group
Mr Michael Ogden
901 W. San Mateo, Suite M,
Santa Fe, NM 87505
City of Mandeville
Mr Joe Mistich, Public Works Director
3101 E. Causway Approach
Mandeville, LA 70448-3592
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TVA
Mr James Watson
311 Broad Street, HB 25 27OC - C
Chattanooga, TN 37402-2801
EMC Group, Inc.
Mr Charles King
PO Box 22503
Jackson, MS 39205
Village of Minoa WWTP
Mr Steve Giarrusso
213 Osborne Street
Minoa, NY 13116
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Protection Ambiental de Estados Unidos. Para mag informacion contactese con:
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1200 Pennsylvania Avenue, NW
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>MTB
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