Este es el segundo de tres artículos sobre humedales construidos. Para leer el primero haga clic aquí. Se reimprimen con algunas modificaciones de Pipeline, una publicación trimestral del National Small Flows Clearinghouse en la Universidad de West Virginia, Morgantown, WV.
Isize=»»>en los Estados Unidos y en todo el mundo, hay dos tipos principales de humedales construidos utilizados para el tratamiento de aguas residuales: humedales de flujo superficial (también llamados humedales de superficie libre) y humedales de flujo subsuperficial.,
de los dos diseños la mayoría de los sistemas de flujo se parecen a los humedales naturales tanto en su aspecto como en la forma en que proporcionan tratamiento., Ambos diseños se pueden utilizar para tratar aguas residuales de fuentes individuales y comunitarias, pero los humedales de flujo superficial suelen ser más económicos para tratar grandes volúmenes de aguas residuales.
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Los humedales son áreas en tierra donde el suelo mantiene condiciones saturadas durante gran parte del año. Como su nombre indica, los humedales de flujo superficial permanecen lo suficientemente saturados como para mantener un nivel poco profundo de agua y aguas residuales (de cuatro a 18 pulgadas. profundo) por encima del suelo expuesto a la atmósfera.,
Las plantas de humedales también están presentes en los sistemas de flujo superficial, y las fuerzas naturales, como el viento, el sol, la lluvia y la temperatura, afectan a las plantas, el agua y los procesos de tratamiento en estos sistemas, al igual que lo hacen en las lagunas y los humedales naturales.
aunque las fuerzas naturales y los procesos de tratamiento en funcionamiento en los sistemas de humedales son siempre algo impredecibles, el tratamiento se controla en gran medida a través de algunas características de diseño cuidadosamente planificadas.,
System Designsize=»»>
por ejemplo, el tamaño y la configuración de los sistemas de flujo superficial se basan cuidadosamente en información como el rendimiento de los sistemas existentes, las estimaciones del volumen y la resistencia de las aguas residuales para ser tratadas diariamente, y / o estimaciones de cuánto tiempo las aguas residuales necesitan permanecer en el humedal para recibir tratamiento (el tiempo de residencia hidráulica)., Los diseñadores del sistema también consideran los factores climáticos, como las temperaturas promedio, las tasas de evapotranspiración y las cantidades de precipitación, para predecir y mantener el nivel de agua en el sistema.
sin embargo, debido a que hay tantas variables que considerar, algunas menos predecibles que otras, y debido a que no se ha establecido ningún enfoque de diseño como el más eficaz, los ingenieros suelen tener en cuenta una combinación de factores al diseñar sistemas de humedales., Además, por lo general dimensionan generosamente los sistemas de flujo superficial como precaución para garantizar que siempre se cumplan los estándares de tratamiento, incluso ante eventos imprevisibles como períodos inusualmente prolongados de lluvia o frío extremo.
los diseñadores de sistemas a menudo diseñan un solo sistema para incluir múltiples cuencas de humedales llamadas células., Dos o más células que proporcionan el mismo nivel de tratamiento pueden operarse una al lado de la otra o alternativamente (operación paralela) para permitir el mantenimiento periódico de cada célula, o varias células pueden operarse en serie para proporcionar un mejor nivel de tratamiento en cada célula consecutiva. Algunas comunidades incluso utilizan sistemas híbridos que incluyen células de humedales de flujo superficial y de flujo subsuperficial.,
Site Considerationssize=»»>
Lo ideal es que los sistemas de humedales se sitúen lo más cerca posible de la fosa séptica, la unidad aeróbica, la laguna o otra instalación que proporcionará tratamiento primario de aguas residuales. De esta manera, las aguas residuales pueden viajar al humedal por gravedad. Si no hay suficiente tierra adecuada disponible cerca, puede ser necesario bombear las aguas residuales al humedal, lo que puede aumentar los costos generales de construcción, operación y mantenimiento.,
La mayoría de las celdas de humedales de flujo superficial son cuencas autónomas de forma rectangular rodeadas por bancos en todos los lados. La entrada y la salida se encuentran en lados opuestos, como se muestra en el diagrama.
Las excepciones incluyen ciertos sistemas en climas áridos diseñados para la no descarga, que no tienen una salida, y los sistemas utilizados para el tratamiento avanzado que se abren directamente a las áreas de humedales naturales.
los fondos de las células del humedal de flujo superficial deben estar algo libres de protuberancias y crestas y tener un ligero grado hacia abajo (aproximadamente 0 a 0.,5%) para ayudar al flujo de aguas residuales a través de la célula por gravedad. A menos que la naturaleza ya haya proporcionado un sitio con estas características, la celda generalmente debe excavarse con una retroexcavadora o a mano.
el fondo de la celda también debe ser autónomo para evitar que las aguas residuales se filtren en el agua subterránea y el medio ambiente circundante., Por lo tanto, para sitios con suelos que no son naturalmente densos o estancos, a menudo es necesario alinear el fondo de la célula con arcilla, bentonita o un revestimiento Sintético, y luego agregar suelo u otro material encima del revestimiento para formar un sustrato que apoye el crecimiento de las plantas de humedales.
Flow Designsize=»»>
Los sistemas de flujo de superficie pueden tratar las aguas residuales de manera mucho más eficiente que los humedales naturales., La razón de esto es que la velocidad y el patrón en el que las aguas residuales fluyen a través del sistema se controlan por diseño.
en los humedales naturales, las aguas residuales tienden a fluir a través de canales relativamente estrechos y bien establecidos y es posible que ni siquiera entren en contacto con una gran parte de la zona del humedal. Para evitar este cortocircuito del flujo de aguas residuales, y para hacer el mejor uso de cada pulgada de espacio celular, las aguas residuales en los humedales construidos deben distribuirse uniformemente a lo largo de cada celda., Las aguas residuales entran en las celdas de flujo de superficie por medio de tuberías de distribución perforadas, tuberías cerradas o una serie de presas en la entrada. En la salida, la mayoría de los sistemas tienen válvulas de control y otros dispositivos para ayudar a los operadores a ajustar el nivel del agua.
incluso la forma rectangular de las celdas y la cantidad y colocación de las plantas de humedales está diseñada para optimizar el flujo y el tratamiento de las aguas residuales. La relación entre la longitud de la celda y su ancho (la relación de aspecto) generalmente varía de 2: 1 a 4: 1, pero puede ser mayor dependiendo del sitio y otros factores.,
además, los diseñadores de sistemas deben estimar la cantidad de pérdida de carga que la vegetación del humedal puede causar en los caudales. La colocación de las plantas se puede planificar y organizar también. Por ejemplo, algunas células de flujo superficial están diseñadas para tener áreas de aguas abiertas, así como áreas de vegetación densa para permitir que el viento y la luz solar lleguen a partes de la célula para influir en el flujo y el tratamiento.
La mayoría de los sistemas están diseñados para que las aguas residuales fluyan una vez a través del sistema. Sin embargo, los sistemas pueden diseñarse para tratar el flujo de residuos más de una vez.,
How Treatment Occursize=»»>
tan pronto como las aguas residuales entran en una celda de humedal de flujo superficial, los procesos naturales comienzan inmediatamente a descomponerse y eliminar los materiales de desecho en el agua.,
por ejemplo, antes de que las aguas residuales tengan la oportunidad de viajar muy lejos en los humedales, gran parte del pequeño material de desecho suspendido se filtra físicamente por plantas sumergidas, tallos de plantas y hojarasca de plantas en los humedales las raíces, tallos, hojas y hojarasca de plantas de humedales también proporcionan una multitud de pequeñas superficies donde los desechos pueden quedar atrapados y las bacterias consumidoras de desechos pueden adherirse.,
Bacteriasize=»»>
como es cierto en la mayoría de los entornos naturales, los sistemas de humedales están llenos de vida. Las bacterias se encuentran entre las formas de vida más abundantes en los sistemas de humedales y se cree que son responsables de proporcionar la mayor parte del tratamiento de aguas residuales que se produce.
Las bacterias aeróbicas prosperan en los humedales donde hay oxígeno presente, generalmente en el agua, especialmente cerca de la superficie. El viento, la lluvia, las aguas residuales y cualquier otra cosa que agite la superficie del agua pueden agregar oxígeno al sistema.,
Por el contrario, las bacterias anaerobias prosperan donde hay poco o nada de oxígeno. En las células de flujo superficial, el oxígeno es escaso en el sustrato inferior y el suelo. En los sistemas que mantienen los niveles de agua profunda, puede haber una zona anaeróbica cerca del fondo de la célula.
cuando los diferentes tipos de bacterias en los humedales consumen partículas de desecho en el agua, las convierten en otras formas, como metano, dióxido de carbono y nuevo material celular. Algunas de estas sustancias, a su vez, son utilizadas como alimento por plantas y bacterias en el humedal.,
gusanos, protozoos, insectos y otros organismos también viven en los humedales, y muchos de estos organismos también contribuyen al tratamiento o al mantenimiento de condiciones en el humedal propicias para el tratamiento.
Time and Temperaturesize=»»>
para que cualquiera de los procesos naturales en los humedales tenga éxito, las aguas residuales deben permanecer en el sistema el tiempo suficiente para que se produzca el tratamiento y los virus en las aguas residuales morir naturalmente.,
normalmente, el tiempo de residencia hidráulica para aguas residuales en sistemas de flujo superficial es de cinco a diez días o más. El tiempo exacto necesario se estima en función de la resistencia de las aguas residuales, el nivel de tratamiento deseado, los factores climáticos y la eficiencia con que se espera que funcionen los procesos de tratamiento biológico. El tamaño del sistema se basa en esta información.
uno de los factores más importantes que afectan al tratamiento es la temperatura. Los procesos de tratamiento biológico tienden a acelerarse en climas cálidos y a ralentizarse en climas fríos., En climas fríos, los sistemas deben ser lo suficientemente grandes como para acomodar los tiempos de residencia hidráulica más largos necesarios para el tratamiento.
The Role of Plantssize=»»>
aunque la mayoría de los expertos están de acuerdo en que las plantas son importantes para el tratamiento en los humedales, no entienden exactamente en qué medida. Pero las plantas ayudan a los procesos de tratamiento de varias maneras. Incluso en invierno, cuando las plantas de los humedales parecen muertas, a menudo están latentes, pero todavía contribuyen al tratamiento.,
algunas de las contribuciones importantes de las plantas de humedales que ya se mencionaron incluyen su papel en la filtración de desechos, la regulación del flujo y el suministro de superficie para bacterias y el tratamiento. Además, las plantas flotantes, como los nenúfares, y las plantas emergentes, como las Totoras, sombrean la superficie del agua y controlan el crecimiento de algas.
Las plantas también contribuyen al tratamiento al absorber nutrientes, metales y otras sustancias y retenerlas., Sin embargo, muchas de estas sustancias pueden acumularse de nuevo en el humedal cuando las plantas mueren y pueden liberarse del sistema si el humedal se inunda por la escorrentía excesiva de la tormenta o un aumento de la carga hidráulica. La cosecha de plantas por lo general no es una solución práctica en los sistemas de flujo de superficie.
en algunos casos, se pueden requerir dos o más temporadas de crecimiento antes de que las plantas se establezcan lo suficiente en el sistema para realizar su potencial de tratamiento completo.,
rendimiento del Sistemasize=»»>
cuando se diseña y opera correctamente, los sistemas de humedales de flujo superficial reducen efectivamente la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), sólidos suspendidos, nitrógeno, metales, trazas orgánicas, y patógenos en las aguas residuales a niveles que cumplan con los estándares ambientales. La eliminación de fósforo generalmente es mínima, sin embargo, y siempre hay una pequeña cantidad de materia orgánica residual en el efluente de materiales vegetales muertos., Según el nivel de tratamiento y los requisitos locales, los efluentes de los humedales de flujo superficial pueden desinfectarse o descargarse directamente en el medio ambiente.
el desempeño de los sistemas de humedales es más variable que el de muchos otros sistemas y se ve afectado por los cambios de temperatura y otros factores. Sin embargo, cuando se diseñan adecuadamente, el rendimiento siempre debe mantenerse dentro de los requisitos reglamentarios. El rendimiento puede ser menor en climas fríos y durante la puesta en marcha inicial del sistema, antes de que las plantas de los humedales se hayan establecido adecuadamente.,
Los Humedales de flujo superficial tienen pocos requisitos de operación y mantenimiento, pero el mantenimiento debe realizarse correctamente para garantizar el rendimiento del sistema. La operación puede implicar alternar celdas o ajustar los niveles de agua. Algunos sistemas pueden tener bancos y bermas que deben mantenerse, y estructuras de entrada y salida que deben limpiarse periódicamente. Los mosquitos y los animales de madriguera presentan problemas en algunos sistemas. Hay diferentes métodos de control disponibles, incluidas soluciones naturales, como atrapar y reubicar animales, introducir peces que comen larvas de insectos y construir casas para murciélagos.,
Nota del Editor: el tercer y último artículo de esta serie aparecerá en un futuro cercano. Se discutirá cómo se pueden aplicar los humedales subterráneos para tratar los flujos más pequeños.