- Javier Carbonell Espín. Ingeniero Agrónomo. Consejero Delegado de QuarQ Enterprise SA
Antecedentes
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Desde el año 2014, Quarq Enterprise S.A dispone de la única planta puramente experimental de sistemas de depuración mediante helófitas en flotación.
Su desarrollo fue posible gracias a la financiación de ICEX/Invest in Spain y a la colaboración de ACUAES y del Ayuntamiento de Badajoz.
Desde ella se ha llevado a cabo un proceso continuo de optimización del sistema mediante modelización de los procesos naturales de depuración lo que ha permitido, gracias a la colaboración de la Universidad Politécnica de Cataluña, el desarrollo del nuevo modelo racional de dimensionamiento del sistema, fundamental para el correcto funcionamiento de la planta.
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Figura 1. Vista de la planta experimental de tratamiento de agua residual urbana mediante sistemas
de helófitas en flotación en Badajoz en su fase demostrativa (mayo 2017)
Dimensionamiento de los humedales
Para el dimensionamiento del sistema se ha determinado experimentalmente como modelo teórico más próximo a las condiciones de operación real el modelo de flujo pistón con dispersión incluyendo un término reactivo de primer orden en condiciones “open-open”.
Por ello, la solución analítica empleada es la ecuación propuesta por Wehner and Wilhelm en 1956.
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Donde
C0 es la concentración de DBO a la entrada del sistema.
C es la concentración de DBO a la salida del sistema.
C es la concentración de DBO a la salida del sistema.
D es el número de dispersión dependiente de la relación de forma del sistema y obtenido experimentalmente para sistemas de helófitas en flotación en el marco del proyecto de investigación arriba mencionado. Así, para balsas con helófitas en flotación con una relación de forma 1/3 su valor es de D1/3.
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Donde
t es el tiempo de retención hidráulico del sistema que es el parámetro a obtener de cara al dimensionamiento del sistema.
K es la constante cinética de primer orden para remoción de DBO en sistemas de helófitas en flotación, dependiente fundamentalmente de la temperatura de forma que:
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Donde
T es la temperatura media del agua del mes más frío en ºC (en ausencia de este dato se toma como valor de cálculo la temperatura media del mes más frío).
K20 es la constante cinética de primer orden para remoción de DBO en sistemas de helófitas en flotación a 20ºC, obtenido experimentalmente para sistemas de helófitas en flotación en el marco del proyecto de investigación arriba mencionado y corregido mediante aplicación del modelo de dimensionamiento a datos de EDAR de helófitas en flotación en operación real.
Esta constante ha sido calculada empíricamente por Quarq Enterprise S.A para cada profundidad de balsa con helófitas en flotación en el marco del proyecto de investigación arriba mencionado.
Así, para balsas de helófitas en flotación con 1,5 m de profundidad adquiere un valor de K1.5 y balsas de helófitas en flotación con 0,5 m de profundidad adquiere un valor K0.5.
Ð= 1,06 (según datos de la EPA validados empíricamente por QuarQ Enterprise S.A.)
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Fig 2. Humedales artificiales en flotación dimensionados anteriormente a la existencia
de esta herramienta mediante el método ensayo-error
Modelo de dimensionamiento
El modelo de dimensionamiento del sistema de helófitas en flotación ha sido desarrollado por Quarq Enterprise S.A y el grupo GEMMA - Grupo de Ingeniería y Microbiología del Medio Ambiente en el marco del Proyecto de investigación de biotecnología para el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante fitodepuración en el T.M. de Badajoz.
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Figura 3. Diagrama de la planta experimental
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Figura 4. Vista de la planta experimental de tratamiento de agua residual urbana mediante sistemas
de helófitas en flotación en Badajoz en su fase inicial (Abril 2015)
Para cualquier EDARU, la línea de agua de partida propuesta siempre incluirá un pretratamiento convencional, una fase anaerobia (que puede ser una Balsa Digestora con Tamiz de Helófitas (DTH) u otro sistema de similar eficacia), Balsas Aerobias Tamiz de Helófitas (ATH) y Balsas Clarificadoras Tamiz de Helófitas (CTH).
Introduciendo en el modelo los datos de partida del agua residual y las condiciones climáticas propias de la zona donde se vaya a implantar, obtenemos el número de balsas de cada tipología con sus dimensiones (ancho, largo y profundidad) de forma robusta y fiable.
Con un pre-diseño inicial de balsas adaptándose a la orografía, el modelo nos daría el grado de cumplimiento. De esta forma las ingenierías pre-diseñarían la EDAR atendiendo a la superficie disponible y topografía del terreno, que disponga hasta la viabilidad del proceso si es factible. Asegurándose con el modelo, su correcto funcionamiento por validación.
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Fig 5. Línea de Agua e implantación.
Conclusiones
Esta herramienta de dimensionamiento de humedales artificiales en flotación es fruto de la investigación de Quarq Enterprise S.A., basada en criterios hidráulicos y cinéticos y la empresa extremeña, la pone a disposición de cualquier proyecto concreto de depuración de aguas residuales.
En Quarq son conscientes de que los humedales artificiales en flotación, no son la solución para todo, aunque si pueden afirmar que esta herramienta es la única capaz de validar y asegurar de forma científico-técnica la consecución de los límites de vertido que se fijen en el diseño y dimensionamiento de un EDAR mediante humedales artificiales en flotación