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Informe técnico
Indice
1. a - Introducción sobre la ecotecnología Wastewater Gardens® (WWG)
b - Elementos de control de la calidad de depuración
2. Calidad de Tratamiento
3. Conformidades legales
4. Cómo funciona el sistema WWG
5. Factores fundamentales de mantenimiento
6. Consideraciónes esenciales y determinación del tamaño del estanque WWG
7. Bases de Construcción
8. Entrenamiento y Entrega de manual de mantenimiento
9. Justificación
Contacto WWG España
Anexos (no incluidas en la version web)
a - Presentaciónes generales del sistema WWG - Powerpoint instalación + Presentación publica.
b - Resultados de 3 análisis de aguas residuales tratadas a traves del sistema WWG.
c - Comparación de la eficacia media de purificación y carga de los sistemas a flujo subsuperficial WWG con un media de algunos sistemas norteamericanos de humedales a flujo libre o subsuperficial para el tratamiento de aguas residuales (Nelson, 1998a, Kadlec and Knight, 1996).
d - Principales normativas codependientes sobre los criterios aplicables para los efluentes procedentes de instalaciones de tratramiento de aguas residuales en España y sobre cuales el sistemaWWG esta en adecuación.
e - Ejemplos del uso a gran escala de sistemas de humedales artificiales para la purificación de aguas residuales (de un estudio de la EPA - Agencia de Protección Medioambiental de los EE.UU): "Humedales artificiales de Flujo Subsuperficial para el Tratamiento de las Aguas Residuales. Una evaluación de la tecnología".
f - Extractos del articulo "Los Humedales Artificiales como tratamiento terciario de bajo coste en la depuración de aguas residuales urbanas", de Agustín Lahora Cano, Jefe de Centrales Residuales. Gestión de Aguas del Levante Almeriense, S.A. (GALASA), España.
g - Articulo por Fujita Research sobre la eficacia del tratamiento de las aguas residuales a traves los Humedales Artificiales y su uso en el mundo (por paises). * In Ingles
h - Introducción general sobre lo que son Humedales Artificiales.
i - Articulo por Mark Nelson, "New Paradigms: Wastewater Gardens®, creating urban oases and greenbelts by productive use of the nutrients and water in domestic sewage". UNEP Conference on Cities as Sustainable Ecosystems, 2002 "Nuevos Paradigmas: "Los Jardines Depuradores de Aguas Residuales, la creación de oasis urbanos y cinturones verdes para la utilización productiva de los nutrimentos y del agua procedente de efluentes domésticos." - * In Ingles
j - Articulo por Mark Nelson, "Wetland systems for bioregenerative reclamation of wastewater - From closed systems to developing countries". Life Support and Biosphere Science", 5(3): 357-369. "Zonas húmedas para la recuperación biogenerativa de las aguas residuales - De los sistemas cerrados a una aplicación en los países dichos en vías de desarrollo. " - * In Ingles
k - Referencias / Bibliografía del sistema WWG Referencias de otros sistemas de tratamiento de aguas residuales via humedales artificiales.
l - Manual de Mantenimiento del sistema WWG
1a. Introducción sobre la ecotecnología Wastewater Gardens® (WWG)
- El sistema WWG es un humedal artificial que sirve de tratamiento secundario por las aguas residuales. Se instale después un tratamiento primario de tipo fosa séptica o lagunaje, y permite además de aprovechar las aguas tratadas para reverdecer / crear nuevas zonas verdes sin agua suplementaria.
- Wastewater Gardens® (WWG) es una marca que pertenece a la fundación "Planetary Coral Reef Foundation" y corresponde a un tipo de diseño de ingeniería para el tratamiento de aguas residuales basado en Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial (HFS) o "Subsurface Flow Systems - SFS", registrado en los Estados Unidos e Indonesia y en proceso de registro en Inglaterra con validez dentro de la Comunidad Europea.
- El sistema Wastewater Gardens® (WWG) se desarrolló inicialmente en el módulo de prueba Biosfera 2 en 1987, y después puesta a la prueba plena de eficiencia en la primera facilidad experimental del mundo y laboratorio para la ecología global, Biosfera 2, en Arizona de 1991 a 1994, por el Dr. Mark Nelson, doctor en Ciencias de Ingeniería Medioambiental (Environmental Engineering Sciences), conjuntamente con científicos de la NASA. Como 8 miembros de la experiencia debían vivir dentro de una facilidad auto contenida y virtualmente hermética (reproduciendo la biosfera de la tierra), con animales, vegetación y laboratorios, el ciclo del agua siendo extremadamente reducido, ver cerrado, los efluentes de los laboratorios, de las residencias humanas, y de las operaciones agrícolas se tuvieron que tratar efectivamente y ser reciclados en una manera sana y ecológica. El sistema fue después afinado por el Dr. Nelson, conjuntamente con la Fundación Planetary Coral Reef Foundation y los Profesores H.T. Odum y Mark T. Brown del Centro para Humedales de la Universidad de Florida (Center for Wetlands at the University of Florida) para validar el diseño "Wastewater Gardens®" y permitir una adaptación del sistema en varios tipos de situaciones y ecosistemas en el mundo.
- Las unidades de tratamiento Wastewater Gardens® instaladas han demostrado que su resultados de depuración son en adecuación con las principales normas regulatorias europeas, norte americanas, australianas y indonesias sobre los requisitos de reducción de elementos nocivos en el medioambiente continental y marítimo, además de permitir de ahorrar agua y reverdecer comunidades por no extra costo.
- Las unidades de tratamiento WWG están diseñadas para ser un sistema de tratamiento secundario que permite un tratamiento terciario a través de sus zanjas de irrigación subterráneas, plantadas con una alta variedad de plantas útiles y atractivas, y cuando es posible o obligatorio, solamente con las especies vegetales autóctonas.
- Las aguas residuales de los WWG siendo subterráneas, no hay terreno propicio a la reproducción de los mosquitos ni otras molestias asociadas a los sistemas de purificaciones naturales como el lagunage ó los humedales artificiales a cielo abierto. La posibilidad de contacto accidental con las aguas residuales es mínima, salvo si alguien cava intencionalmente en la grava de los jardines.
- Además de purificar las Aguas Residuales, los sistemas WWG permiten reducir considerablemente los problemas eventuales de obstrucción de la tierra y sus zanjas de drenaje/irrigación subterránea han demostrado que tienen un sano y largo ciclo de vida.
- Estanques de tratamiento Wastewater Gardens® están operativos en un centenar de lugares repartidos en Australia, Las Bahamas, Belice, los Estados Unidos, Francia, Indonesia, Méjico, Polonia y están introducidos en España desde 2005.
1b. Elementos de control de la calidad de depuración
* Según los análisis requeridas y comunicados por las Autoridades Competentes locales al sitio de implementación.
* Las muestras se toman a la salida de la fosa séptica o entrada de la unidad de tratamiento WWG y a la salida de la/s unidad/es de tratamiento WWG, en la arqueta de control del nivel de agua de la unidad WWG.
Según los parámetros requeridos los parámetros analizados podrián ser:
- DBO5 (Demanda Biológica de Oxígeno),
- DQO (Demanda Química de Oxígeno),
- TSS (Total Solidos en Suspensión),
- N (Nitrógeno total Kjeldahl - N órganico + NH3),
- PT (Fósforo),
- Bacterias coliformes.
2. Calidad de Tratamiento del sistema WWG
Las aguas salientes de los sistemas WWG son habitualmente y sobre los análisis hechos los últimos años, reducidas en los factores primarios de contaminación. Los resultados medios de purificación sobre estos parámetros son los siguientes:
- 85-95% de reducción de la DBO (Demanda Biológica de Oxígeno)
- 90-95% de reducción de los TSS (Sólidos en Suspensión)
- 45-85% de reducción del NTK (Nitrógeno Total Kjeldahl - Medida del nitrógeno amoniacal orgánico)
- 30-83% de reducción del PT (Fósforo)
- 95-99 +% de reducción de la Bacterias Coliformes
Además de su buen historial en los niveles de tratamiento, es importante tener en cuenta que las capacidades de purificación de los humedales artificiales aumentan con el tiempo, llegando a un tratamiento optimizando de depuración dentro de los primeros 2 años de funcionamiento, cuando el enraizamiento de la plantas empieza su madurez.
3. Conformidades legales del sistema WWG en España
Los resultados pasados de los análisis de las Aguas Residuales a la salida de los sistemas WWG están en adecuación con las principales normativas codependientes sobre los criterios aplicables para los efluentes procedentes de instalaciones de tratamiento de aguas residuales en España:
- la Directiva 91/271/CEE de la Comunidad Europea sobre el tratamiento de las AR urbanas,
- el REAL DECRETO-LEY 11/1995, de 28 de Diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas,
- el REAL DECRETO 509/1996 de 15 de marzo, de desarrollo del Real Decreto-ley 11/1995, de 28 de diciembre por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas y su Anexo 1 para zonas menos sensibles - excepto en los niveles de DQO (Demanda Química de Oxígeno) que nunca hemos tenido que analizar, ya que la DBO está considerada habitualmente como una medida mas precisa que la DQO.
Cerca de 100 unidades de tratamiento Wastewater Gardens® están en funcionamiento en Australia, los EEUU, Francia, Indonesia, Méjico y Polonia con resultados de depuración en adecuación con las principales normas regulatorias de Salud Pública de dichos países sobre el tratamiento de Aguas Residuales antes de su vertido a través de zanjas de drenaje y/o uso para fuentes de irrigación subterráneas.
No obstante, ya que el proceso WWG está basado en un sistema viviente, las normas legales no pueden dar el equivalente de un sello de homologación, como tiene una fosa séptica por ejemplo. Este es el motivo por el que este tipo de sistemas, menos dañinos y mas productivos que los sistemas convencionales, no son adoptados de una forma mas generalizada. Por esta razón, a través de una estrecha colaboración e intercambio de información, buscamos y necesitamos una valoración por parte de las Autoridades del Medio Ambiente y de la Salud Pública.
4. Como funciona el sistema WWG
El sistema WWG está habitualmente compuesta por 3 fases de tratamiento:
Fase 1: Tratamiento primario
La Fosa Séptica: instalada por fontaneros experimentados, en conformidad con los estándares locales de implementación y de sus requisitos de Salud. Deberán tener 2 compartimentos mínimo para la separación de los sólidos, ser de un tamaño mínimo para 2.5 días de residencia de las Aguas Residuales entrantes y con un filtro a la salida de la aguas.
Cuando el terreno es adecuado, también se puede utilizar un sistema de lagunaje para el tratamiento primario, en vez de una fosa séptica.
El Separador de Grasa: en caso de cantidades importantes generadas por actividades de cocina por ejemplo, se necesita un separador de grasa antes que esas aguas entren en el estanque WWG.
Fase 2: Tratamiento secundario
Un, dos o mas estanques WWG, impermeabilizado/s (con arcilla compactada, una geomembrana de polipropileno o similar u hormigón) para permitir contener las Aguas Residuales, conectado/s con la fosa séptica o la salida del sistema de lagunaje, relleno de grava y de plantas adaptadas a tener su raíces en un ambiente saturado de agua.
Fase 3: Tratamiento terciario
Los vertidos de las Aguas Residuales tratadas en una zona de zanjas subterráneas de drenaje/irrigación diseñada y construida en conformidad con las normas y conectada con la salida de la arqueta de control del estanque o estanques WWG.
5. Mantenimiento y Control de la salud de un sistema WWG
- Para un funcionamiento sano y a largo plazo (mínimo 20 años), es vital aplicar un buen mantenimiento de jardinería como para un jardín convencional: por ejemplo, asegurarse que ningún tipo de planta esté invadiendo a otra, que las plantas que mueren sean reemplazadas, que la hojas muertas sean quitadas del estanque WWG por evitar la asfixia eventual de la grava y para evitar el desarrollo de plagas.
- De la misma manera, es importante asegurarse de que la carga/cantidad de Aguas Residuales entrantes en el estanque WWG no varíe mucho de la cantidad por la cual el sistema WWG ha sido diseñado (+/- 15-20%).
- En grande sistemas (mas de 2500 litros/día), este mantenimiento debe complementarse con una supervisión cualitativa de las aguas a través de una verificación regular y según la Ley de los parámetros de salud publica.
Durante la instalación del sistema WWG, los operadores del mismo reciben un entrenamiento por parte del personal WWG y un manual de mantenimiento.
6. Consideraciones esenciales del diseño WWG y determinación del tamaño del estanque WWG
Consideraciones esenciales
Componentes del sistema WWG:
* Abióticos: constituidos por el medio físico y químico (el/los estanque/s WWG y sus características mencionadas en punto 4.) donde se implementa la/las unidad/es WWG.
* Bióticos: representados por las comunidades de plantas y microorganismos que constituyen la microfauna típica de las raíces de un humedal, los descomponedores (bacterias, hongos y algunos protozoos flagelados) y consumidores (protozoos y metazoos). La plantas son comunes y cuando es posible o obligatorio autóctonas.
Factores en el diseño del sistema WWG
* Abióticos: son todas aquellas características no modificables del medio (la zona climática, la cantidad de lluvia, la temperatura, la cantidad de sol, el tipo de suelo y su contenido de arcilla, la dirección de la gravedad, las pendientes y estructura del terreno, la vegetación ya existente, etc. …) que afectan al tamaño de un estanque WWG, como al número de plantas y a los niveles de purificación deseados.
* Bióticos: son procedentes de la actividad humana (la composición de las aguas residuales, la carga orgánica que llega a las unidades WWG, los factores y el nivel de purificación exigido, el uso de las aguas tratadas, etc. ...).
Determinación del tamaño del estanque WWG
Antes de la instalación del estanque WWG hay que asegurarse que las fosas sépticas tienen un tamaño mínimo para 2.5 días de residencia de las Aguas Residuales entrantes, deben tener 2 compartimentos mínimo para la separación de los sólidos y un filtro a la salida de la aguas. (Para un tratamiento primario vía otro tipo de tratamiento en vez de una fosa séptica, se aplicará una zona de seguridad propia a otro sistema).
Los estanques de tratamiento Wastewater Gardens® son de un tamaño de 2.5 m2 - 5m2/150 litros/persona/día en climas suaves por los humedales a flujo horizontal (tratamiento de las aguas grises y negras) y de 2-3m2/150 litros/persona/día en climas suaves por los humedales a flujo vertical (tratamiento aguas grises y negras). No obstante, estas mediciones pueden adaptarse para generaciones de AR menores o superiores a 150 litros/persona/día o/y diferentes cargas contaminantes de aguas o/y niveles de tratamiento deseados. Aumentamos estas superficies en zonas medioambientalmente sensibles o en zonas de clima frió y las reducimos en zonas donde no son requeridos altos niveles de tratamiento.
Hay múltiples ecuaciones para calcular el tamaño de un humedal artificial a flujo subsuperficial. Los criterios normalmente usados incluyen la concentración requerida de algunos factores como por ejemplo la DOB, los TSS, las bacterias fecales coliformes, el Nitrógeno o el Fósforo. También han sido desarrollados algunos métodos empíricos sobre el cálculo del tamaño de un humedal artificial, como el presentado a continuación:
De Kadlec y Knight (1996): cálculo de As, como superficie de un humedal artificial:
As = Q [ln (Ci/Ce)] / kdn
Donde As = superficie de la celda del Humedal (m2)
Q= caudal medio a través del humedal (m3/día)
k = ratio constante de primer orden (first order rate constant) (m/yr)
Ce = objetivo de concentración del factor contaminante de las Aguas Residuales en las aguas tratadas (mg/L)
Ci = concentración del factor contaminante en las Aguas Residuales (mg/L)
d = profundidad de la celda del humedal
n = porosidad del medio agregado
k = temperatura dependiente de la eliminación de algunos factores contaminantes, por ejemplo k20 (20 deg Co) para la DBO ha sido estimada a 1.104 d-1. Una estimación razonable de la conductividad hidráulica es 1500 m3/m2/día con una grava de porosidad de 0.38.
Ah = Q (Ks * S)
Ah = superficie del corte en sección del humedal perpendicular al flujo (m2)
Q= índice de flujo para cada unidad de tiempo (m3/día)
Ks = conductividad hidráulica del medio (m/día)
S = gradiente hidráulica del sistema de flujo (dh/dl)
Ancho de la celda del humedal
W= Ah/d
d = profundidad basada en la capacidad de enraizamiento de la plantas utilizadas
Largo de la celda del humedal:
L = As/W
7. Bases de Construcción de una unidad de tratamiento Wastewater Gardens®
Consideraciones importantes:
- En aplicaciones que utilizan una fosa séptica, el segundo compartimiento tiene que tener un filtro instalado a la salida de su tubo de descarga, el cual debe ser accesible de manera fácil a través de la tapa de la fosa séptica.
- Fontanería:
- Toda la fontanería es hecha normalmente de tubos de PVC 100-120 mm de baja presión (entre la fosa séptica y la arqueta de control, entre la misma y la unidad WWG a la zona de drenaje / irrigación subterránea), para AR provenientes de actividades residenciales. El tamaño de la tubería depende de la carga de AR a tratar y del diseño (flujo horizontal o vertical). Por un diseño a flujo vertical el tamaño habitual de la tubería es de 25mm y por un diseño a flujo horizontal, de 100 mm que puede subir a 150 mm o mayor.
- El tubo entrante y saliendo del estanque WWG tiene perforaciones para liberar las Aguas Residuales y tienen dos codo de 90 grados y dos manguito con tapón para la inspección y limpieza por cada tubos.
- Para facilitar el acceso conveniente a la red de tubos en el sistema WWG y la zona de drenaje, aperturas de registro son instaladas al menos cada 20 m lineales y en cada bifurcación.
- El tubo en la entrada del sistema es al mínimo 5 cm por debajo de la superficie de la grava y el tubo de las aguas salientes es colocado al fondo del estanque.
- En el caso del humedal a flujo vertical, la tubería es superficial y coje toda la longitud del estanque en línea distribuida con 0,5m entre cada línea.
- Impermeabilización:
- El revestimiento generalmente usado y recomendado es una impermeabilización con una membrana de caucho EPDM (Firestone) de 1.14mm -1.20 mm espesor cortada por la fábrica especialmente al tamaño del estanque WWG. La membrana tiene 2 penetraciones impermeables: una para el tubo de entrada en el sistema y la otra para la tubería saliente entre el estanque a la arqueta de control. A fin de colocarla de manera estable, la geomembrana es enterrada en una zanja de fijación de 0.3 metros de anchura y 0.3 metros.
- En algunos casos, el estanque WWG puede ser impermeabilizado con arcilla o hormigón pero no es siempre posible o económico y recomendamos, cuando es posible, usar la geomembrana.
- Taludes/Elevaciones: el estanque WWG esta rodeado en su exterior por un talud de elevación, cubierto por el revestimiento de impermeabilización, a fin de prevenir la entrada de aguas de lluvia. Este talud es generalmente mínimo 15 cm por encima del nivel del suelo y mínimo 20 cm por encima del nivel mas alto de agua en zonas que tienen aguas estáticas durante la estación de lluvias.
- Áridos/Grava: Humedal a flujo horizontal: el estanque WWG tiene una cama de grava cribada y lavada de un tamaño entre 8 y 20 mm de diámetro para una profundidad de 0,5m a 0,75 m, dependiendo del diseño del sistema y del tipo de grava. Por el humedal a flujo vertical, el estanque WWG tiene tres (3) diferentes tipos de grava: grava de 4-8mm en su capa superior, arena de 0,5-4mm en la mayoría del estanque y grava de 8-16mm en el fondo del estanque, con una profundidad media total de áridos de 0,65m.
- Arqueta de Control: las unidades a flujo horizontal contienen el tubo de control de nivel de agua en el estanque WWG. La arqueta está localizada donde es mas conveniente, fuera (pero cerca) del estanque, o dentro del estanque en caso de múltiples estanques, y está cerrada con una tapa hermética. El agua que pasa dentro del tubo de control de nivel desborda cuando las aguas han hecho su ciclo de purificación en el estanque WWG o cuando la cantidad de lluvia entrantes en el estanque WWG excede la capacidad de tratamiento del sistema WWG. Las aguas desbordadas salen de la arqueta de control para entrar en el tubo de drenaje en PVC de baja presión, en zanjas de drenaje/irrigación subterráneas.
- Las arquetas de control son normalmente 0.5m x 0.5m x 0.50m hasta 0.75m de profundidad para pequeños sistemas y mas largas para estanques mas grandes (a partir de una media de 15 personas o 3000 litros de generación diaria de AR). Las arquetas de control pueden ser construidas de bloques de hormigón enfoscados, resina, fibra de vidrio o de ladrillos impermeabilizados.
- Nivel de Agua: el nivel de agua en el estanque WWG es controlado mediante la elevación del tubo de control de nivel en la arqueta de control y es normalmente mínimo 5-10 cm. por debajo de la superficie de la grava; eso asegura que las Aguas Residuales no pueden estar expuestas al aire, incluso durante periodos de fuerte lluvia.
- Plantas: la plantas son colocadas con sus raíces 5-10 cm. dentro de la grava y cuando sea posible, la plantación será hecha con aguas limpias (del grifo por ejemplo) antes de que el sistema sea conectado a la fosa séptica o la laguna. Las plantas seleccionadas toleran las condiciones de humedales con su saturación de agua y ha sido probado que funcionan bien en los estanques WWG. Si se desea o es necesario (por ejemplo por parte de Parque Nacionales), el 100% de las plantas pueden ser nativas/endémicas, pero usamos generalmente plantas accesibles en viveros estatales y/o comerciales, con una alta diversidad de arbustos, plantas de floración, árboles y palmeras - algunas de las cuales son exógenas pero accesibles y bien adaptadas a las condiciones climáticas locales. 2,5 plantas/m2 de estanque WWG son generalmente usados.
- Zanjas de drenaje/irrigación subterránea: las zanjas de drenaje/irrigación están construidas de acuerdo con diseños estándar según el tipo de suelo y de carga, pero recomendamos dar a las aguas salientes del estanque WWG un tratamiento terciario, a través de su utilización como fuente adicional de nutrientes para permitir/facilitar nuevas zonas de vegetación.
8. Entrenamiento y Entrega de manual de mantenimiento WWG
Durante y después de la instalación de una unidad de tratamiento Wastewater Gardens®, los operadores de la misma reciben un entrenamiento por parte del personal WWG y un manual de mantenimiento.
9. Justificación del presente Informe
- Los sistemas WWG están en adecuación con la preservación y protección de elementos vitales como es el agua y los elementos esenciales de un desarrollo sostenible que esta establecida como una prioridad absoluta por parte de las agencies de desarollo locales, estatales, nacionales y internacionales de salud y de medioambiente.
- Experiencias en todo el mundo han probado que los ecosistemas de humedales artificiales tienen una alta eficacia en la utilización y purificación de la aguas ricas en nutrientes que son las aguas residuales. El tratamiento a través de humedales, tanto naturales como artificiales, cuando hay terreno disponible, no son solamente mas simple de utilizar que sistemas de alta complejidad tecnológica, si no también muy eficaces en transformar lo que fue "desechado" en plantas verdes y aguas reutilizables sin fuentes de energía exterior o uso de productos químicos nocivos.
- Además de su capacidad propia de tratamiento, los WWG son un instrumento de la alta potencia para la educación y sensibilización medioambiental.
- En zonas predominamente rurales, donde habitaciones o proyectos turísticos están implementados sobre terrenos que no son conectados a una red municipal y/o a donde salvar agua es además vital, el uso de un sistema como WWG es ventajoso ya que permite, además de purificar las aguas residuales, reverdecer zonas con tierras frecuentemente desnudas o con muy pobre o poca vegetación.
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