Estudio experimental para el diseño de humedales artificiales de flujo subsuperficial a escala piloto para la remoción de DBO en aguas residuales domésticas

Abstract

La presente investigación evalúa el diseño del sistema de humedales artificiales de flujo subsuperficial como parte del tratamiento de aguas residuales domésticas. Se emplearon parámetros de diseño previamente establecidos y se compararon distintas configuraciones de dimensionamiento de humedales a fin de determinar el criterio de diseño necesario para la obtener la mayor remoción de DBO5. Para este fin se emplean los principios básicos de tratamiento de aguas residuales domésticas, así como los modelos de remoción establecidos para este tipo de sistemas, comparando 03 parámetros de diseño como son la carga superficial de DBO5 (Cs), el tiempo de retención hidráulico (TRH) y la profundidad del medio filtrante (h) pues estos se tienen una estrecha relación en la geometría y el dimensionamiento de los humedales artificiales. Se establecieron 03 humedales artificiales a escala piloto de distintas configuraciones denominados humedal A, humedal B y humedal C, en los cuales se emplearon estos 03 parámetros con distintos valores entre sí como son: Cs de 3.7 g DBO5/m2.día en B y 7.8 g DBO5/m2.día en A y C; profundidad (h) de 0.20m en A, 0.23m en B y 0.40m C; y TRH de 0.63 días en A, 1.23 días en B y 1.26 días en C. Paralelamente se consideraron parámetros de control como turbiedad, pH, oxígeno disuelto, solidos suspendidos y DQO, junto a la concentración de DBO5 en el afluente y efluente de cada humedal. Se realizó el monitoreo de los parámetros seleccionados durante 52 semanas y se determinaron sus respectivas variaciones o eficiencias de remoción en cada humedal artificial, identificando la configuración de diseño de mayor a menor eficiencia de remoción de DBO5 del afluente seleccionado proveniente de la salida UASB ubicado en las instalaciones de CITRAR, en donde se emplazaron las unidades a escala piloto. Mediante el estudio experimental se determinó los lineamientos necesarios para una mayor remoción de DBO5, en donde se establece como parámetro de mayor relevancia a la carga superficial de DBO5 (Cs), seguido del tiempo de retención hidráulica (TRH) y finalmente la profundidad del medio filtrante (h). Adicionalmente se logró comprobar la estrecha relación entre la profundidad del medio filtrante (h) el coeficiente de remoción de la fórmula exponencial de primer orden (KT), proponiéndose la determinación de un punto de equilibrio para la optimización de estos 02 parámetros. Por último, se desarrollaron ejemplos prácticos tomando en cuenta el grado de remoción requerido y las dimensiones finales de la unidad, estableciendo valores definitivos, de tal forma que no se obtenga una excesiva extensión superficial y/o volumen de material filtrante superiores a los realmente necesarios para el DBO5 final deseado.

This research evaluates the design of subsurface flow constructed wetlands as part of treatment of domestic sewage. Previously established design parameters were used and different configurations wetland sizing compared to determine the design criteria necessary to obtain a higher removal of BOD5. For this purpose the basic principles of treatment of domestic wastewater is used, as well as models of removal established for these systems, comparing 03 design parameters such as surface charge of BOD5 (Cs), hydraulic retention time (HRT) and the depth of the media (h) as these will have a close relationship in geometry and sizing of artificial wetlands. Three scale artificial wetlands were established with different configurations called wetland A, wetland B and wetland C in which these 03 parameters were used with different values each other as: Cs 3.7 g BOD5/m2.day in B and 7.8 g BOD5/m2.day A and C; depth (h) of 0.20m in A, 0.23m in B and 0.40m in C; and HRT of 0.63 days in A, 1.23 days in B and 1.26 days in C. Same control parameters as turbidity, pH, dissolved oxygen, suspended solids and COD were considered, with BOD5 concentration in the influent and effluent of each wetland. Monitoring for 52 weeks of selected parameters was performed and the variation or removal efficiencies in each artificial wetland they were determined, identifying design configuration high to low removal efficiency of BOD5 selected tributary from the UASB outlet located in CITRAR facilities, where the units were placed on a pilot scale. Through the experimental study necessary guideline for further removal of BOD5 was determined, where it is set as a parameter of greatest relevance to the surface charge of BOD5 (Cs), followed by hydraulic retention time (HRT) and finally the depth of the media (h). Additionally it was possible to see the close relationship between the depth of the media (h) the rate of removal of the first order exponential formula (KT), proposing the determination of a balance point to optimizing these 02 parameters. Finally, practical examples were developed taking into account the degree of removal required and the final dimensions of the unit, establishing definitive values, so that an excessive surface area and / or volume of upper filter material really necessary is not obtained for BOD5 desired end.