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 ------- 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 La mention de marcas registradas o productos comerciales no significa la aprobacion ni recomendacion por parte de la Agencia de Protection Ambiental de Estados Unidos. Para mag informacion contactese con: Municipal Technology Branch U.S. EPA Mail Code 4204 1200 Pennsylvania Avenue, NW Washington, D.C., 20460 >MTB ------- |