Depuración natural de efluentes residuais dun núcleo rural mediante dixestores anaerobios e zonas húmidas construídas

Resumen

O proceso de dixestión anaerobia caracterízase por unha elevada eficiencia enerxética e unha baixa produción de lodos de depuración, propiedades que se derivan directamente da microbioloxía e a cinética do proceso. Comparativamente cos procesos de depuración por aireación, tales como o de lodos activos, o proceso anaerobio resulta máis simple canto a instalacións, non require bombeo de aire, polo que mesmo pode funcionar sen abastecemento eléctrico ou calquera outra fonte de enerxía, e xera unha cantidade de lodos de depuración que pode ir desde a metade da cantidade xerada no proceso aerobio até producións nulas. O tratamento anaerobio baséase na dixestión da materia orgánica por parte de microorganismos anaerobios presentes en augas e lodos que non conteñen osíxeno. Como resultado desta degradación obtense un biogás constituído por metano e dióxido de carbono, xunto con algúns outros gases en concentracións baixas. Desde o punto de vista da depuración na liña de augas, a dixestión anaerobia permite eliminar entre o 70 e o 90% das partículas en suspensión, e entre o 50 e o 80% da materia orgánica medida como DQO ou DBO5. Nalgúns casos, por tanto, o efluente pode requirir un postratamento adicional. Dentro das diferentes tecnoloxías de tratamento anaerobio de augas residuais, foron os dixestores de fluxo ascendente sobre manto de lodos UASB (upflow anaerobic sludge bed) os que acadaron unha aplicación importante na depuración de augas residuais urbanas. Estas aplicacións localízanse maiormente en países de clima cálido, en que o proceso anaerobio ofrece unha eficiencia equivalente á requirida por un tratamento secundario. Porén, é posíbel tamén facer uso unicamente das etapas iniciais do proceso anaerobio, isto é, da hidrólise e a acidificación do substrato, como pretratamento de augas residuais que despois se someten a un tratamento posterior. Na práctica, cando se aplica a dixestión anaerobia ao tratamento de efluentes diluídos a temperatura ambiente, en países de clima temperado como o noso, a eficiencia da depuración é inferior á acadada nos países de clima tropical. A etapa metanoxénica aparece como limitante do proceso, e acumúlanse ácido acético e outros produtos intermedios no efluente dos dixestores, o que se traduce nunha eliminación da demanda biolóxica de osíxeno (DBO) insuficiente. A consideración dun postratamento é neste caso imprescindíbel. As zonas húmidas construídas son sistemas de depuración naturais que se caracterizan pola súa simplicidade de operación, un baixo ou nulo consumo enerxético, unha baixa produción de residuos, un baixo impacto ambiental sonoro e unha boa integración no medio rural. Estes sistemas requiren unha superficie de tratamento moi superior á dos sistemas convencionais de depuración, polo que a súa aplicación en países que contan cun uso intensivo do territorio limítase a pequenas poboacións, no noso caso de até uns 2000 habitantes. Os sistemas combinados dixestor anaerobio-zona húmida construída (DA-HC) manteñen, pois, as características de depuración natural e baixo custo, ao tempo que conforman a combinación ideal, xa que os dixestores permiten, incluso en climas fríos, eliminar a maior parte dos sólidos en suspensión, axudando a previr un dos principais problemas asociados ás zonas húmidas de fluxo susbsuperficial, como é o atoamento do medio filtrante (clogging). Á súa vez, as zonas húmidas construídas poden tratar calquera efluente sen dificultades para operar con efluentes diluídos, e alcanzar un efluente de alta calidade. O obxectivo deste estudo foi, pois, o de investigar a aplicación deste tipo de tecnoloxías naturais aos efluentes dun núcleo rural galego. Tratándose ambos os compoñentes, os dixestores e as zonas húmidas, de tecnoloxías de construción simple e mantemento pouco custoso, optouse por levar a cabo a experimentación nunha planta a escala real, e incluír dentro dela as tarefas de deseño, construción e operación da instalación. A importancia de dispormos de sistemas eficientes e sustentábeis, tanto ambiental como socialmente (baixo custo) vén posta de manifesto polo feito de que a maioría de pequenos núcleos rurais aínda hoxe verte os seus efluentes sen depurar, ou deficientemente tratados, o que é causa dunha mala calidade das augas fluviais e outros medios receptores (Capítulo 3). Tres das catro depuradoras estudadas na comarca do Carballiño mostraron un funcionamento deficiente e xeraban efluentes deficientemente tratados, obténdose para o ámbito de estudo un índice de cumprimento parcial da Directiva 91/271/CE do 34%. As depuradoras estudadas variaban en configuración e proceso, indo desde as fosas sépticas até sistemas aerobios avanzados. Porén, algunhas destas depuradoras atopábanse en estado de abandono. Nunha primeira fase estudouse a aplicación dun tratamento anaerobio para os efluentes residuais dun núcleo rural duns 30 habitantes (Capítulo 4). Dous dixestores anaerobios (DA) construíronse directamente no lugar mediante acumulación de aneis de formigón de 1,2 m de diámetro, até unha altura total de 4 m, e un volume activo de 3,6 m3 cada un. A auga residual bruta, procedente da aldea, entraba directamente ao fondo dos dixestores, despois de pasar a través dunha reixa e cámara de desareado. O efluente drenábase desde a parte superior dos dixestores. O tempo de retención hidráulica (TRH) estimouse entre 20 e 38 h, agás períodos punta de gran pluviosidade. A temperatura da auga residual variou entre 8 e 18 ºC e o pH entre 6,0 e 8,5. A concentración da auga residual era función da chuvia e variaba fortemente, segundo indican os seguintes valores medios para o influente: demanda química de osíxeno (DQO): 1268 ± 1889 mg/l; demanda biolóxica de osíxeno (DBO5): 244 ± 157 mg/l; e sólidos en suspensión (SST): 863 ± 1578 mg/l. Os valores medios para a concentración efluente foron os seguintes: 318 ± 657 mg DQO/l; 113 ± 73 mg DBO5/l; e 47 ± 29 mg SST/l. Durante o primeiro ano de operación, a eficiencia dos dixestores foise incrementando gradualmente. Ao longo dos dous anos e medio de seguimento, a eliminación media por estacións foi do 87 ao 97% de SST, do 61 ao 87% de DQO e do 44 ao 68% de DBO5. Os requirimentos de mantemento foron mínimos. Nunha segunda fase, a instalación foi completada cun sistema de zonas húmidas construídas (HC). Desta forma, o sistema combinado DA-HC comprendía dous dixestores anaerobios de fluxo ascendente (UASB) e dúas zonas húmidas de fluxo horizontal (fluxo subsuperficial e fluxo superficial) de 36 m2 cada un. As catro unidades operaron conectadas en serie (Capítulo 5). Os dixestores anaerobios mantiveron a súa elevada capacidade de eliminación de SST (80-90%), achegando tamén preto dun 65% de eliminación de DQOt e dun 40-50% de DBO5. As zonas húmidas construídas, á súa vez, achegaron unha eliminación do 35% de SST, e do 70-80% de DQOt e DBO5. As velocidades de carga orgánica nos HC foron de 5,2 e 4,7 g DBO5/m2.d durante o primeiro ano e o segundo ano de operación, respectivamente. As concentracións do efluente medias para o primeiro e segundo ano de funcionamento foron de 49 e 28 mg DQOt/l, 29 e 15 mg DBO5/l e 23 e 20 mg SST/l. Durante o segundo ano de funcionamento, o sistema global alcanzou unha eliminación de coliformes fecais de 2,1 unidades logarítmicas, un 52% de nitróxeno total e un 38% de fósforo total. Por último, o Capítulo 6 recolle a experiencia relacionada do deseño e dimensionamento deste tipo de instalacións, xunto coa descrición das principais opcións construtivas polas que se optou nesta instalación e noutras en cuxo deseño se participou posteriormente. O sistema máis simple para a depuración secundaria dun vertido de tipo doméstico é a combinación dun DA e unha zona húmida de fluxo horizontal subsuperficial (FHSS), cunha dotación de 3 m2/hab. O mesmo obxectivo pode acadarse cun un sistema DA-FV (zona húmida de fluxo vertical) cunha dotación de 1 m2/hab. Este último sistema será válido cando se precisa desnitirificación avanzada, mais cunha dotación na faixa de 1,5-2,4 m2/hab. Finalmente, estímase que un sistema híbrido tipo DA-FV-FHSS-FSS, cunha dotación global no rango de 2,5-3,0 m2/hab permite un tratamento avanzado con vistas á reutilización da auga. A construción destes sistemas pode ser acometida por pequenas empresas de locais do sector da construción, que empregan en xeral materiais dispoñíbeis localmente. Os custos de instalación poden variar moito dun a outro caso, e estímanse un rango que vai dos 150 aos 1200 �/hab.eq.