Evaluación estacional de humedales construidos de flujo horizontal subsuperficial para la depuración de aguas servidas en zonas rurales Implicancias en la generación de metano.

Abstract

La cobertura del alcantarillado y tratamiento de las aguas servidas en el sector rural en Chile es del 18% y en sistemas de tratamiento del 8%, solamente. Las políticas gubernamentales del país están recién en construcción para poder potenciar estos temas en el país. Las principales tecnologías de tratamiento para aguas servidas en sectores urbanos corresponden a sistemas convencionales tales como, lodos activados (61%), lagunas aireadas (23%), sistemas de medio fijo (4,2%) y lombrifiltros (3,9%), entre otros (7,9%). Sin embargo, al momento de implementarlas en sectores rurales, no han sido óptimas debido a las necesidades técnicas de operación, elevados costos de implementación y falta de personal técnico capacitado para mantención, entre otros. Debido a los problemas antes mencionados, es que en los últimos años ha surgido en sectores rurales, la necesidad de buscar, evaluar e implementar tecnologías alternativas para la depuración de aguas servidas, que cuenten con características de eficiencia, autonomía y sean económicamente viables. Entre las soluciones más atractivas, se encuentran los Humedales Construidos (HC), que son sistemas pasivos de depuración que se ha comprobado que son eficaces en el tratamiento de aguas servidas. El proceso de descontaminación de las aguas servidas se realiza simultáneamente por acción física, química y biológica, donde interaccionan la vegetación, suelo y ensambles microbianos. A su vez, se ha demostrado que los HC son efectivos en la eliminación de materia orgánica (75–95% Demanda biológica de oxígeno–DBO5), sólidos suspendidos (≥90%), transformación y asimilación nutrientes (>50%), inactivar sustancias tóxicas y eliminación de patógenos (> 70%). Sin embargo, al momento de proponer una solución para el tratamiento de aguas servidas en las zonas rurales, es importante evaluar, además de las eficiencias de eliminación de contaminantes, el destino final que tendrán estos mismos, por ello, se hace relevante evaluar la producción de metano como destino final de la eliminación de MO. Debido a lo antes indicado, el objetivo de esta tesis fue evaluar, estacionalmente, la eliminación de materia orgánica y nutrientes de las aguas servidas tratada por Phragmites australis (Phr) y Schoenoplectus californicus (Sch) en un humedal de flujo horizontal subsuperficial construido a escala piloto y establecer su incidencia en la actividad microbiológica metanogénica de la biomasa adherida al soporte granular y por ende en la producción de metano. Se implementaron 4 sistemas a escala piloto de humedales de flujo horizontal subsuperficial (HSSF) con aun área superficial de 4,5 m2, altura lamina de agua 0,4 m, grava como material de soporte y plantados con Phr y Sch (18 plantas). La operación fue controlada por la carga hidráulica (19,8 a 27,8 mm/d), tiempo de retención hidráulica (3-7 d) y tasas de carga orgánica (3,3–4,2 gDBO5/m2·d). Las eficiencias de eliminación de materia orgánica (DBO5 y Demanda Química de oxigeno-DQO), sólidos (Sólidos Suspendidos Totales–SST y Sólidos Suspendidos Volátiles–SSV) y nutrientes (Nitrógeno Total (NT), amonio (N–NH4+), Fósforo Total (PT), fosfatos (P–PO4-3)), fueron evaluados en cada humedal, durante los 1180 días de operación (3,28 años). Para evaluar la evolución de biomasa foliar y microbiológica, cada HSSF se dividió en tres zonas (A, B, y C) de 1,5 m2 cada una. Para evaluar el desarrollo de las macrófitas, se analizó el crecimiento (altura tallo (m)), cobertura (%), peso (g Peso Seco-PS/m2) y la asimilación de nitrógeno (gNT/m2) y fósforo (gPT/m2) de la biomasa aérea. Además, se evaluó la producción de metano, para ello, se realizaron ensayos de actividad metanogénica máxima (AMEm) de la biomasa adherida a la grava en cada zona (A, B y C) del HSSF. A su vez, se realizaron balances de masas estacionales para determinar la degradación de materia orgánica (medida como DQO) y la producción de metano (gCH4/m2·d). Los resultados muestran que los HSSF plantados con Phr y Sch presentan eficiencias de eliminación entre 70–80%, 41–73%, 70–95%, 21–23%, 5–7% para DBO5, DQO, sólidos, NT, PT, respectivamente, durante todo el periodo de monitoreo. A su vez, se evidencia que no presentaron diferencias significativas en las eficiencias de eliminación para los parámetros monitoreados entre las estaciones frías (11 °C) y cálidas (21 °C). Sin embargo, hubo diferencias significativas a lo largo del tiempo de operación. Al final del estudio (la biomasa (1,782 gPS/m2) y la cobertura (85%) de Sch fue mayor que los de Phr (385 gPS/m2 y el 64%). Sin embargo, se evidenció que el menor desarrollo de Phr al final del período de monitoreo, se debió principalmente a la colonización por una especie de áfidos que afectó a la planta, provocando la senescencia de ésta. El contenido de nutrientes en los tejidos de Sch y Phr presentó tendencias marcadamente estacionales, con las más altas concentraciones de nitrógeno (7,52 para Sch y 11,39 gN/m2para Phr) y fósforo (0,23 para Phr y 0,83 gP/m2 para Sch) durante las estaciones de crecimiento (primavera y verano). Considerando lo anterior, se evidencia que Phr y Sch son capaces de eliminar un máximo de 6% de las cargas de N y P aplicadas a la HSSF. Por otro lado, la actividad metanogénica de la biomasa del HSSF, mostró un patrón de producción de metano similar para ambas especies (HSSF-Phr Y HSSF-Sch). Sin embargo, se evidenciaron diferencias en la producción de metano entre las distintas zonas en el HSSF, con una producción en la zona A (700 mLCH4/g SSV), zona B (1035 mLCH4/gSSV) y zona C (368 mLCH4/gSSV). Además, en promedio la producción de metano para HSSF-Phr y HSSF-Sch fue 1,5 ± 4,8 gCH4/m2·d y 1,3 ± 2,7 gCH4/m2·d, respectivamente, sin evidenciar diferencias significativas entre especies.