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Capítulo 3 elementos del canal abierto de saneamiento

3. Elementos del Canal Abierto de Saneamiento 11

Elementos del Canal Abierto de Saneamiento Para el desarrollo del Canal Abierto de Saneamiento y teniendo en cuenta los criterios generales de prioridad de tratamiento, que se aplican en la ingeniería sanitaria y en los sistemas de tratamiento apropiados, se han estudiado fundamentos biológicos y procesos de tratamientos con el fin de elegir la combinación de tratamientos que mejor eficacia presenten en la eliminación de patógenos. Tal y como ha expuesto en los objetivos, estos tratamientos deben ser de bajo coste, de fácil construcción para cumplir las necesidades de autoconstrucción y de fácil mantenimiento. A la vista de las condiciones impuestas para la realización de este diseño, se ha elegido la siguiente disposición:

1. Digestión anaerobia: Eliminación de sólidos fácilmente biodegradables. 2. Digestión aerobia: Eliminación de sólidos difícilmente biodegradables. 3. Afino: Eliminación de patógenos.

En el presente capítulo se procede a describir los fundamentos de los procesos estudiados para la elección y justificación de estos sistemas de tratamiento y la disposición en la que se combinan para componer el Canal Abierto de Sanemiento “CAS”.


3.1 Tratamiento de aguas por vía anaerobia La digestión anaerobia es uno de los procesos más antiguos empleados para la digestión de fangos y más recientemente, el tratamiento de aguas muy cargadas. Consiste en la descomposición de la materia orgánica e inorgánica en ausencia de oxígeno molecular. Los sistemas de tratamiento de aguas residuales por procesos anaerobios se utilizan normalmente como primera fase, con el objetivo primordial de la reducción de contenido en sólidos y materia orgánica del agua residual, y no la obtención de un efluente de alta calidad. Por esta razón, estos procesos operan en serie con otros complementarios. En los sistemas anaerobios decanta la materia sedimentable presente en las aguas negras y se elimina parte de la materia orgánica. La fracción orgánica de la materia sedimentada experimenta reacciones de degradación anaerobia, mineralizándose paulatinamente. Los microorganismos anaerobios son microorganismos capaces de ejecutar sus funciones vitales en ausencia de oxígeno disuelto. Consiguen su energía a partir de la oxidación de los complejos que forma la materia orgánica, pero utilizando otros elementos como agentes de oxidación. Estos agentes pueden ser el dióxido de carbono (CO2), compuestos orgánicos incompletamente oxidados, sulfatos, nitratos, etc. El conjunto de estos procesos se considera una fermentación. La materia orgánica es degradada biológicamente, bajo condiciones anaerobias, en metano (CH4) y CO2. Los patógenos reciben también en este proceso una importante reducción. La conversión biológica de la materia orgánica se produce en tres etapas: Hidrólisis: Este término indica la conversión de compuestos orgánicos complejos e insolubles en otros compuestos más sencillos y solubles en agua. Esta etapa es fundamental para suministrar los compuestos orgánicos necesarios para la estabilización anaerobia en forma que puedan ser utilizados por las bacterias responsables de las dos etapas siguientes. Consiste en la transformación por vía enzimática de los compuestos de alto peso molecular en otros compuestos que puedan servir como fuentes de energía y de carbono celular. (Middlebrooks y col., 1982):


En este paso por tanto, se producen las siguientes transformaciones:

Lípidos Ácidos grasos Polisacáridos Monosacáridos Proteínas Aminoácidos Ácidos nucleicos Purinas y pirimidinas Acidogénesis: Consiste en la conversión bacteriana de los compuestos producidos en la etapa anterior en compuestos intermedios identificables de menor peso molecular. Los compuestos orgánicos sencillos generados en la etapa anterior son utilizados por las bacterias generadoras de ácidos. Como resultado se produce su conversión en ácidos orgánicos volátiles, fundamentalmente en ácidos acético, propiónico y butírico. Esta etapa la pueden llevar a cabo bacterias anaerobias o facultativas. Hay una gran variedad de bacterias capaces de efectuar la etapa de formación de ácidos, y además esta conversión ocurre con gran rapidez. Dado que los productos del metabolismo de las bacterias formadoras de ácido o acidogénicas están muy poco estabilizados en relación con los productos de partida, la reducción de DBO5 o DQO en esta etapa es pequeña. Metanogénesis: Conversión bacteriana de los compuestos intermedios en productos finales más simples, principalmente metano y dióxido de carbono.

,

Otros productos de la fermentación (propionato, buturato, succinato, lactato,

etanol, etc)

Sustratos metanogénicos, H2, CO2, formiato, metanol,

metilaminas, acetato

Metano + Dióxido de carbono

Proteínas Ácidos nucléicos

Monosacáridos

Ácidos grasos Aromas simples


El proceso completo se desarrolla mediante la acción conjunta de diferentes organismos anaerobios. Un primer grupo de microorganismos se ocupa de la hidrolización de los polímeros orgánicos y de los lípidos para formar elementos estructurales básicos como los monosacáridos, los aminoácidos y los compuestos relacionados con éstos. Un segundo grupo de bacterias anaerobias fermenta los productos de la descomposición para producir ácidos orgánicos simples de los que el que se presenta con mayor frecuencia es el ácido acético. Este grupo de microorganismos no metanogénicos está formado por bacterias facultativas y anaerobias estrictas conocidas de forma colectiva como “bacterias formadoras de ácidos”. Entre las que se han podido aislar están: Clostridium spp, Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp, Desulphovibrio spp, Corynebacterium spp, Lactobacilus, Acitomyces, Staphilococcusy Escherichia coli. Otros grupos fisiológicos presentes incluyen los que producen enzimas proteolíticas, lipolíticas, ureolíticas o celulíticas. Un tercer grupo de microorganismos convierte el hidrógeno y el ácido acéticos originado por las bacterias formadoras de ácidos, en gas metano y en dióxido de carbono. Las bacterias responsables de este proceso son anaerobias estrictas y se las conoce como metanogénicas o formadoras de metano. Los principales géneros de microorganismos que se han identificado incluyen bastoncillos (Methanobacterium, Methanobacillus) y esferas (Methanococcus, Methanosarcina). Las bacterias más importantes de este grupo que son las que degradan el ácido acético y el propiónico tienen tasas de crecimiento muy lentas, razón por la cual se considera que su metabolismo es un factor limitante del tratamiento anaerobio. La estabilización de los sólidos decantados se alcanza cuando se produce metano y dióxido de carbono.

Las bacterias generadoras de metano sólo pueden emplear determinados sustratos para llevar a cabo su función. Las sustancias que sirven como sustratos a los organismos metanogénicos son CO2 + H2, formiato, acetato, metanol, metilaminas y monóxido de carbono. Las reacciones son:

4 H2 + CO2 CH4 + 2 CH2O (1) 4 HCOOH CH4 + 3 CO2 + 2 H2O (2) CH3COOH CH4 + CO2 (3) 4 CH3OH 3 CH4 + CO2 + 2 H2O (4) 4 (CH3)3N + H2O 9 CH4 + 3 CO2 + 6 H2O + 4 NH3 (5)


Durante el proceso las dos vías principales de producción de metano son:

• La conversión de hidrógeno y dióxido de carbono en agua (reacción 1)

• La conversión de acetato en metano y dióxido de carbono (reacción 3)

El metano es un gas combustible e inodoro, y el dióxido de carbono es un gas estable, que forma parte en poca cantidad de la composición normal de la atmósfera. La liberación de estos gases es responsable de la aparición de burbujas. Esta fase de la depuración anaerobia es fundamental para conseguir la eliminación de materia orgánica, ya que los productos finales no contribuyen a la DBO5 o DQO del medio. A diferencia de lo que ocurría con la fase acidogénica, hay pocos microorganismos capaces de desarrollar la actividad metanogénica, su metabolismo es más lento y además, son mucho más sensibles a distintas condiciones ambientales (Brock, 1978). Las bacterias metanogénicas son anaerobias estrictas, es decir, mueren en presencia de oxigeno disuelto. Son también muy sensibles al pH. Puesto que en la segunda fase de la digestión anaerobia se están produciendo ácidos, si no existe en el medio un número adecuado de bacterias metanógenas que transformen estos productos, y se produce su acumulación, el pH disminuye. Se estima que para valores de pH inferiores a 6,8 la actividad metanígena comienza a presentar problemas, y que por debajo de pH=6,2 se detiene completamente (Middlebrooks y col., 1982). Cuando esto ocurre se liberan no sólo ácidos orgánicos que pueden tener olores desagradables, sino otros compuestos como ácido sulfhídrico (SH2), mercaptanos o escatol.

Los organismos metanogénicos y los acidogénicos comparten una relación sintrópica (beneficio mutuo) en la que los metanógenos convierten en metano y dióxido de carbono los productos finales de la fermentación (hidrógeno, formiato o acetato). Los metanogénicos son capaces de utilizar el hidrógeno producido por los organismos acidogénicos debido a su eficacia en la hidrogénesis. Como los organismos metanogénicos son capaces de mantener la presión parcial de H2 a valores extremadamente bajos, el equilibrio de las reacciones de fermentación se desplaza en el sentido de la formación de productos finales más oxidados. La utilización del hidrógeno producido por los acidogénicos se conoce con el nombre de transferencia de hidrógeno entre especies. De hecho, las bacterias metanogénicas eliminan compuestos que pueden inhibir el crecimiento de los microorganismos acidogénicos.

Con objeto de mantener un sistema de tratamiento anaerobio que estabilice correctamente el residuo orgánico, los microorganismos formadores de ácidos y de metano se deben encontrar en un estado de equilibrio dinámico.


Para mantener dicho estado, el contenido del reactor deberá carecer de oxígeno disuelto y estar libre de concentraciones inhibitorias de constituyentes tales como los metales pesados y los sulfuros. Además, el medio acuoso de deberá presentar valores de pH situados entre 6,6 y 7,6. También deberá existir una alcalinidad eficiente para que el pH del sistema no descienda por debajo de 6,2 puesto que este punto marca el límite de actividad de las bacterias formadoras de metano. Mientras que la digestión prosiga con normalidad, la alcalinidad oscilará entre 1.000 y 5.000 mg/l y la concentración de ácidos volátiles será inferior a 250 mg/l. Es necesario disponer de suficiente cantidad de nutrientes tales como nitrógeno o fósforo, para asegurar el crecimiento adecuado de la comunidad biológica. La temperatura también es un parámetro ambiental importante. Los intervalos de temperatura óptimos son el mesofílico (30‐38ºC) y el termofílico (49‐60º). Las ventajas e inconvenientes del tratamiento anaerobio en comparación con el tratamiento aerobio, vienen condicionadas por el lento crecimiento de las bacterias formadoras de metano. El lento crecimiento obliga a tiempos de retención más dilatados para conseguir una adecuada estabilización de los residuos. No obstante, este bajo crecimiento implica que sólo una pequeña parte del residuo orgánico biodegradable está siendo sintetizado en forma de nuevas células. Mediante la acción de las bacterias metanogénicas la mayor parte del residuo orgánico se transforma en metano, que es un gas combustible y por ello un producto final útil.

Fase 1: Hidrólisis y fermentación

Fase 2: Acetogénesis y deshidrogenación

Fase 3: Fermentación del Metano

Complejos orgánicos

Ácidos orgánicos superiores Ácido acético H2

CH4

1

3

2 2

Etapas de la digestión anaerobia


Teniendo en cuenta la secuencia de etapas por las que tiene lugar la degradación anaerobia, es necesario ajustar las condiciones operativas de estos sistemas para que se produzca la estabilización de la materia orgánica hasta los productos finales metano y dióxido de carbono (CO2). En primer lugar, si operan con tiempos de retención muy pequeños, sólo las fases hidrolítica y acidogénica tienen tiempo de desarrollarse, pero no la de formación de metano, que es más lenta, y por tanto, se producirán olores y se obtendrá una eliminación muy baja de la materia orgánica. Por otra parte, si la carga es escasa y el tiempo de retención elevado, comienzan a desarrollarse algas en superficie, y el oxígeno producido da lugar a la muerte de las bacterias metanogénicas, también con el resultado de desarrollo de olores desagradables. Otro factor importante es la temperatura. Las bacterias metanogénicas crecen mejor cuanto mayor es la temperatura, (intervalo óptimo de crecimiento citado anteriormente). Por tanto, los sistemas naturales tales como fosas sépticas o lagunas anaerobias presentan una actividad muy superior durante el verano. En la siguiente tabla aparecen los intervalos óptimos y extremos para la fermentación anaerobia de materia orgánica.

Variable Óptimo Extremo

Temperatura 30 – 35 ºC 15 – 40 ºC

pH 6,8 – 7,4 6,2 – 7,8

Potencial redox (mV) ‐520 ‐ ‐530 ‐ 490 ‐ ‐550 Tabla 1. Intervalos óptimos para la fermentación anaerobia de la materia orgánica

* Referencia. Middlebrooks y cols., 1982.

El potencial redox mide la tendencia de las especies químicas a oxidarse o reducirse, es decir, dar o aceptar electrones. Los potenciales redox que pueden presentarse en la naturaleza van desde un mínimo de ‐0,42 voltios hasta un máximo de +0,82 voltios. El límite inferior corresponde a un ambiente muy reductor, rico en hidrógeno gas, y por tanto, apropiado para el crecimiento de microorganismos anaerobios estrictos, como son las bacterias metanogénicas. El límite máximo se produce en ambientes muy oxigenados, y por tanto, oxidantes. A medida que aumenta el potencial redox del medio, los microorganismos capaces de desarrollarse pasan de ser anaerobios estrictos a anaerobios aerotolerantes, es decir, que resisten la presencia de oxígeno, si bien crecen mejor en su ausencia. Cuando los sistemas presentan muy poca carga, y se favorece el desarrollo de algas en superficie, aumenta el potencial redox, lo que puede producir la muerte de las


bacterias metanogénicas que presentan tolerancias muy estrechas para los niveles de esta variable (Brock, 1978). A pesar de que los márgenes de tolerancia que hemos visto son estrechos, estos sistemas no son difíciles de operar siempre que se respeten los intervalos de carga o tiempo de residencia para los que hayan sido diseñados. Además de las bacterias responsables de las etapas acidogénica y metanogénica de la degradación anaerobia, en ocasiones se desarrollan otras bacterias que confieren una coloración rojiza. Se trata de bacterias fotosintéticas del azufre oxidan los sulfuros a azufre elemental. Los pigmentos que poseen estas bacterias le dan al agua una coloración rosa o roja. La presencia de estas bacterias es indicativa de carga insuficiente. En algunos casos la presencia de estas bacterias puede resultar beneficiosa, ya que al oxidar a los sulfuros evitan la aparición de olores relacionados con la liberación de ácido sulfhídrico. Sin embargo, la carga orgánica apenas se modifica por la acción de estas bacterias, y las lagunas rojas presentan típicamente unas concentraciones muy elevadas de carga orgánica a la salida (Brock, 1978;) (Kobayashi y col., 1983; Dinges, 1982). Disminución del número de patógenos La disminución del número de patógenos en los tratamientos naturales del agua por vía anaerobia se debe a tres factores:

• El crecimiento de microorganismos patógenos se ve inhibido por modificación de las condiciones óptimas para su proliferación (requerimientos aerobios en el seno de un sistema anaerobio)

• Los flóculos formados por los sólidos en suspensión, materia particulada y microorganismos diversos crean una red que al sedimentar va atrapando a aquellos flóculos que encuentra a su paso.

• Predación. Los patógenos son en su mayoría microorganismos de naturaleza aerobia que necesitan suficiente materia orgánica y oxígeno disuelto para proliferar. Al inhibir el crecimiento de los microorganismos patógenos, éstos mueren por cumplir con su ciclo de vida y pasan a formar parte de la materia orgánica, sustrato fundamental de la degradación aerobia. En la degradación anaerobia en régimen termofílico el rendimiento en eliminación de patógenos es superior al que se registra en régimen mesofílico debido a que los niveles superiores de temperatura que exige el primero de los tratamientos, hace disminuir la


solubilidad de los gases y por tanto aumentar las condiciones anaerobias por pérdida del oxígeno disuelto que pudiera existir en la fase superior del agua. Los rendimientos en eliminación de coliformes fecales que recoge la bibliografía en los principales sistemas naturales de tratamiento anaerobio de aguas son los siguientes: (Proyecto Depuranat, 2006)

• Fosas sépticas: 50 – 75 %

• Tanques Imhoff: 50 – 75 %

• Lagunas anaerobias : 30 – 70 % El proceso de digestión anaerobia puede diseñarse para tratamientos convencionales del agua con los siguientes procesos: Proceso anaerobio de contacto, reactores UASB y procesos anaerobios de cultivo fijo como el filtro anaerobio o el lecho expandido. En cuanto a procesos naturales o no convencionales los principales sistemas son:

• Fosa séptica: Dispositivos enterrados en los que se retienen y se mineraliza la materia orgánica sedimentable presente en las aguas residuales a la vez que, por flotación, se separan las grasas y otros componentes. Su límite de aplicación es de 500 habitantes equivalentes. Las fosas sépticas se encuentran compartimentadas, siendo la disposición más frecuente la de dos compartimentos dispuestos en serie. En el primero de ellos tiene lugar la sedimentación, digestión y almacenamiento de los sólidos decantables del agua residual a la vez que en superficie se forma progresivamente una costra constituida por las grasas y flotantes presentes en las aguas. Durante la decantación anaerobia de los lodos decantados las burbujas de gas producidas obstaculizan la sedimentación de los sólidos por lo que se dispone de un segundo compartimento en el que las partículas más ligeras encuentren condiciones de sedimentación más favorables. En el caso de fosas con tres compartimentos, en éste último se alcanza además un tratamiento secundario. Los lodos retenidos en el fondo experimentan también degradación anaerobia reduciendo su volumen lo que permite que las fosas funcionen largos periodos de tiempo sin necesidad de purga de lodos. Es importante que las fosas sépticas estén siempre provistas de buena ventilación debido a los productos malolientes de la fermentación anaerobia.

• Tanque Imhoff: Bajo el mismo principio de funcionamiento constan de un único depósito , en el que se distinguen la zona de sedimentación, situada en la parte superior, de la de digestión de los sólidos decantados, situada en la zona inferior del depósito. La configuración de la apertura que comunica ambas zonas impide el paso de


gases y lodos desde la zona de digestión a la de decantación lo que evita que estos gases afecten a la sedimentación de sólidos en suspensión. Su ámbito de aplicación es igual al de las fosas sépticas.

• Lagunas anaerobias: Son lagunas artificiales en las que, debido a las elevadas cargas orgánicas que soportan, imperan condiciones de ausencia de oxígeno, proliferando las bacterias anaerobias. La profundidad de este tipo de lagunas oscila entre los 3 y los 5 m y los tiempos de retención son cortos, de 2 a 3 días. El objetivo principal de estos sistemas es la reducción del contenido en sólidos en suspensión que pasan a incorporarse a la capa de fangos aculados en el fondo y la eliminación de parte de la materia orgánica del agua residual, y tanto la obtención de un efluente de alta calidad. La reducción de sólidos en suspensión es del orden del 60%. Estos sólidos se acumulan en el fondo y dan lugar a la formación de una capa de lodo que se extraen cada 5 ‐ 10 años de operación pues la estabilización anaerobia a temperatura ambiente de los mismos reduce considerablemente su volumen y permite alcanzar un elevado grado de mineralización.

3.2 Humedales Es un sistema de depuración que consiste en la descarga controlada de un efluente tratado sobre un sistema de baja permeabilidad (mediante aspersión u otro medio) con pendiente y extensión suficiente, que se encuentra sembrado de plantas acuáticas emergentes. La depuración se debe a efectos de asimilación de la vegetación, actividad microbiana, evaporación y en menor cuantía a la infiltración al terreno de las aguas residuales por vertido a lechos en los que se implantan macrófitas acuáticas emergentes.

Ilustración 1. Esquema general de un humedal artificial


Las plantas acuáticas emergentes (carrizos, juncos, aneas, etc.), son plantas anfibias que se desarrollan en aguas poco profundas, arraigadas al subsuelo, alcanzando alturas de 1´5 a 3 m. Se trata de plantas perennes, cuyas hojas se secan en invierno y rebrotan en primavera. Presentan una gran productividad y toleran bien las condiciones de falta de oxígeno que se producen en los suelos encharcados, al poseer canales o zonas de aireación, que facilitan el paso de oxígeno hasta las raíces. De los distintos tipos de plantas que se pueden emplear, la más utilizada como sistema de depuración es el carrizo. Ello se debe fundamentalmente, a que con el tiempo los rizomas1 de estas plantas van originando una profunda red de canales subterráneos, incrementando la actividad hidráulica horizontal del terreno, lo que facilita que el agua residual a depurar discurra en capas profundas, permitiendo su contacto con la rizosfera y aumentando el rendimiento de depuración.

Ilustración 2. Rizomas

1 Rizoma es un tallo subterráneo con varias yemas que crece de forma horizontal emitiendo raíces y brotes herbáceos de sus nudos. Los rizomas crecen indefinidamente, en el curso de los años mueren las partes más viejas pero cada año producen nuevos brotes, pudiendo de ese modo cubrir grandes áreas de terreno.


Otro factor a favor del carrizo estriba en su mayor ciclo vegetativo, permaneciendo activo durante un periodo de tiempo superior al de las aneas. A la hora de seleccionar las especies que se emplearán para la depuración de las aguas residuales, es preciso tener en cuenta una serie de criterios que, según Simmonds (1979), pueden resumirse a los siguientes:

‐ Que sean de crecimiento rápido. En este punto influyen factores ambientales como la luz, temperatura, etc. Hay que tener en cuenta que el crecimiento disminuye durante la época invernal. ‐ Que las raíces se desarrollen y crezcan rápidamente. Normalmente se extienden en relación con la presencia de nutrientes, profundizando más conforme éstos disminuyen. ‐ Que sean resistentes a la salinidad. La salinidad del agua que se trata varía debido a las reacciones y a las pérdidas por evaporación. Por lo general, la salinidad del efluente suele ser mayor que la del influente. ‐ Que tengan un alto rendimiento en la clarificación y eliminación de nutrientes. ‐ Que sean fáciles de recolectar. ‐ Que tengan una utilidad posterior (como forraje, producción de biogas, etc.).

Y todo esto lo cumple perfectamente el carrizo o también llamado Phragmites.

Ilustración 3. Phragmites o Carrizo


Los mecanismos por los que las plantas llevan a cabo la depuración del agua residual son las siguientes: Acciones físicas: filtración a través del conjunto que forman el terreno con los rizomas y las raíces, provocando la eliminación de los sólidos en suspensión. Acciones biológicas: acción de los microorganismos, que en estos sistemas presentan actividades muy elevadas. Las plantas actúan como sistemas de aireación suministrando el oxígeno necesario a las bacterias que viven en el sustrato, originándose la degradación aerobia de la materia orgánica. En zonas profundas pueden darse condiciones de ausencia de oxígeno, produciéndose degradaciones anaerobias. Otra acción a destacar es la eliminación de patógenos por la acción de los antibióticos producidos por las raíces de las plantas y la acción depredadora de bacteriófagos y protozoos asociados al sistema. En cuanto a su campo de aplicación, su principal utilidad se orienta a la depuración de aguas residuales en pequeñas comunidades rurales, donde se pueden colocar a continuación de fosas sépticas o tanques de sedimentación. Dado que el sistema es capaz de tratar un mayor caudal de influentes en los meses cálidos, podría adoptarse como instalación complementaria a depuradoras existentes en núcleos con fuerte incremento estacional veraniego, para absorber el exceso de caudal o como tratamiento de afinos de los efluentes depurados.

3.2.1 Tipos de Humedales Artificiales En función de que el agua a tratar circule a través de los humedales superficialmente (por encima del sustrato) o de forma subterránea (a través del sustrato), los humedales artificiales se clasifican en:

• Humedales Artificiales de Flujo Superficial

• Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial

3.2.1.1 Humedales Artificiales de Flujo Superficial (HAFS) En este tipo de humedales el agua se encuentra expuesta directamente a la atmósfera y circula, preferentemente, a través de los tallos de las plantas. Pueden considerarse estos humedales como variedad de los lagunajes clásicos, con las diferencias de que se opera con menores profundidades de la lámina de agua (inferiores a 0,4 m), y de que las balsas se encuentran colonizadas por plantas acuáticas emergentes.


Los HAFS suelen ser instalaciones de varias hectáreas, que principalmente tratan efluentes procedentes de tratamientos secundarios, y que también se emplean para crear y restaurar ecosistemas acuáticos. La alimentación a estos humedales se efectúa de forma continua y la depuración tiene lugar en el tránsito de las aguas a través de los tallos y raíces de la vegetación emergente implantada. Tallos, raíces y hojas caídas sirven de soporte para la fijación de la película de la película bacteriana responsable de los procesos de biodegradación, mientras que las hojas que están encima de la superficie del agua dan sombra a la masa de agua, limitando el crecimiento de microalgas.

3.2.2.2. Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial (HAFSs) En estos humedales el agua a tratar circula exclusivamente a través de un material granular (arena, gravilla, grava), de permeabilidad suficiente, confinado en un recinto impermeabilizado, y que sirve de soporte para el enraizamiento de la vegetación, que habitualmente suele ser carrizo. Los HAFSs son generalmente instalaciones de menor tamaño que los de Flujo Superficial, y que en la mayoría de los casos se emplean para el tratamiento de las aguas residuales generadas en núcleos de población de menos de 2.000 habitantes. Este tipo de humedales presenta ciertas ventajas con respecto a los de Flujo Superficial, al necesitar menos superficie de terreno para su ubicación y al evitar los problemas de aparición de los olores y de mosquitos, al circular el agua subsuperficialemente. Igualmente, presentan una mejor respuesta ante los descensos de temperatura ambiente. Como desventaja cabe citar su mayor coste constructivo, motivado principalmente por el coste de adquisición y colocación del medio filtrante, y los mayores riesgos de colmatación de dicho sustrato. Según la dirección en la que circulan las aguas a través del sustrato, los HAFSs se clasifican en:

• Horizontales: La alimentación se efectúa de forma continua, atravesando las aguas horizontalmente un sustrato filtrante de gravillas‐grava de unos 0,6 m de espesor, en el que se fija la vegetación. A la salida de los humedales una tubería flexible permite controlar el nivel de encharcamiento, que suele mantenerse unos 5 cm por debajo del nivel de los áridos, lo que impide que las aguas sean visibles.


Ilustración 4. Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial Horizontal (HAFSs horizontal)

• Verticales: La alimentación se efectúa de forma intermitente, para lo que se recurre generalmente al empleo de sifones de descarga controlada. Las aguas circulan verticalmente a través de un sustrato filtrante de arena‐gravilla, de aproximadamente 1m de espesor, en el que se fija la vegetación. En el fondo de los humedales una red de drenaje permite la recogida de los efluentes depurados. A esta red de drenaje se conectan un conjunto de chimeneas, que sobresalen de la capa de áridos, al objeto de incrementar la oxigenación del sustrato filtrante.

Ilustración 5. Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial Vertical (HAFSs vertical)

Los humedales de flujo vertical operan con cargas superficiales orgánicas superiores a las que se emplean en los horizontales y generan efluentes con un mayor grado de oxigenación.


3.3 Principales mecanismos de depuración Los principales mecanismos de depuración que actúan en estos sistemas para eliminar los contaminantes del agua son los siguientes: ‐ Eliminación de sólidos en suspensión. Los sólidos se separan por:

1. Sedimentación: La materia en suspensión sedimentable (principalmente de naturaleza orgánica), presente en las aguas a tratar decanta por gravedad.

2. Floculación: se produce la sedimentación de partículas de pequeño tamaño, o de menor densidad que el agua, al formarse agregados o flóculos con capacidad para decantar.

3. Filtración: se produce retención de materia en suspensión al pasar las aguas a través del conjunto que forman el sustrato, los rizomas, las raíces y los tallos de la vegetación.

‐ Eliminación de materia orgánica. La materia orgánica (M.O.) presente en el agua residual está compuesta de varias formas:

‐ Materia en suspensión sedimentable. Se elimina por decantación para terminar con los procesos de degradación biológica.

‐ Materia orgánica particulada. Parte de la materia orgánica particulada, queda retenida por filtración, al pasar las aguas por el entramado sustrato‐raíces‐tallos.

‐ Materia orgánica disuelta. Se elimina, junto con el resto de la materia orgánica particulada por la actuación de los microorganismos presentes en el humedal, principalmente bacterias que utilizarán esta materia orgánica a modo de sustrato.

En los humedales artificiales se dan zonas con presencia y ausencia de oxígeno molecular, por lo que la degradación biológica de la materia orgánica tiene lugar tanto por procesos biológicos aerobios como anaerobios. En estos procesos las plantas actúan como sistemas de aireación para el sustrato, suministrando el oxígeno necesario a las bacterias a través de canales de aireación. De esta forma, la materia orgánica del agua es degradada de forma aerobia por estas bacterias aerobias. En las


zonas más alejadas de las raíces y rizomas se puede originar una falta de oxígeno, produciéndose entonces un tratamiento de la materia orgánica de tipo anaerobio. La degradación aerobia puede resumirse en las siguientes reacciones biológicas:

COHNS + O2 + Bacterias CO2 + H2O + NH3 + Otros productos finales + Energía OXIDACIÓN

Donde COHNS representa los elementos predominantes en la materia orgánica presente en las aguas residuales. De forma simultánea, otra fracción de materia orgánica se convierte en nuevo tejido celular (síntesis), empleándose para ello la energía liberada en la fase de oxidación. Donde C5H7O2N representa la composición media de los microorganismos encargados de la biodegradación de la materia orgánica (Hoover, s. y col., 1952). Finalmente, cuando se consume toda la materia orgánica disponible, las bacterias empiezan a consumir su propio tejido celular con el fin de obtener energía para su mantenimiento. Este tercer proceso se conoce como respiración endógena.

COHNS + O2 + Bacterias + Energía C5H7O2N (nuevas bacterias)

C5H7O2N + 5 O2 5 CO2 +2 H2O + NH3 + Energía Respiración Endógena

SÍNTESIS

En las zonas de los humedales carentes de oxígeno molecular, la degradación de la materia orgánica transcurre vía anaerobia, a lo largo de una serie de etapas concatenadas, en los que los compuestos resultantes de cada etapa sirven de sustrato a la etapa siguiente, tal y como se expone en el apartado de proceso anaerobio anteriormente descrito. ‐ Eliminación de nitrógeno. En las aguas residuales urbanas el nitrógeno puede encontrarse principalmente en forma orgánica, en forma amoniacal y en mucha menor medida en forma de nitritos y


nitratos. Mediante procesos de amonficación, por vía enzimática, las fracciones de nitrógeno orgánico se transforman en nitrógeno amoniacal. La eliminación de nitrógeno en forma amoniacal se produce principalmente por diferentes mecanismos:

• Absorción directa por parte de las plantas.

• Nitrificación‐Desnitrificación: La película se agua juntamente con la materia orgánica existente sobre el terreno y el suelo saturado subyacente forman una doble capa aerobia‐anaerobia necesaria para completarse la desnitrificación. El proceso se puede esquematizar de la siguiente manera:

Compuestos gaseosos de Amonio (NH4

+) → Nitratos (NO3‐) → nitrógeno (N2)

Ciertas bacterias de tipo aerobio (bacterias nitrificantes) convierten el amonio del agua en nitrato y, posteriormente, las bacterias desnitrificantes (anaerobias) transforman el nitrato en compuestos gaseosos de nitrógeno que escapan hacia la atmósfera.

• Volatilización de amoniaco: Este mecanismo actúa sobre todo cuando el pH del agua es elevado (el amonio pasa a amoniaco y este compuesto se libera a la atmósfera). Este proceso, sin embargo, no parece ser muy relevante en estos sistemas.

El rendimiento de eliminación de nitrógeno amoniacal por la absorción directa de las plantas del humedal, tras la asimilación y la posterior siega de las plantas, no supera el 15‐20% del nitrógeno amoniacal presente en las aguas a tratar. Si no se siega y retira la masa vegetal de los humedales periódicamente, se corre el riesgo de que la mayor parte de los nutrientes retenidos vuelvan a las aguas, mediante procesos de degradación de la biomasa vegetal. Dicho esto, se llega a la conclusión de que la principal vía de eliminación del nitrógeno amoniacal en humedales se produce mediante procesos combinados de nitrificación‐desnitrificación. ‐ Eliminación de fósforo. En las aguas residuales urbanas el fósforo se encuentra tanto en forma orgánica como en forma de ortofosfato inorgánico o de fosfatos complejos. Estos últimos, en el


transcurso de los tratamientos biológicos se hidrolizan dando lugar a ortofosfatos, incorporándose entre el 10‐20% de los mismos a la biomasa bacteriana. Las principales vías para la eliminación del fósforo en los Humedales Artificiales son:

• Absorción directa por parte de las plantas.

• Adsorción sobre el sustrato filtrante y sobre las partículas orgánicas.

• Precipitación, mediante reacciones del fósforo con el hierro, aluminio y calcio presentes en las aguas y en sustrato, dando lugar a la formación de fosfatos insolubles.

La absorción del fósforo por las plantas se da en mucha menor cuantía que en el caso del nitrógeno (esta absorción es del orden de un 10%), siendo los fenómenos físicoquímicos los que juegan el papel principal en la reducción de este nutriente mediante de la tecnología de humedales artificiales. En general, en los HAFSs la eliminación de fósforo no es muy significativa situándose entre el 15‐30%. Puede incrementarse este porcentaje de reducción de fósforo mediante el empleo de sustratos filtrantes específicos (p.e. con contenidos de hierro), que potencien la retención del mismo (Arias y colaboradores, 2004). ‐Eliminación de metales pesados: La eliminación de metales pesados (cadmio, cinc, cobre, cromo, mercurio, selenio, plomo), en los humedales artificiales, transcurre a través de diferentes vías:

• Procesos de adsorción.

• Precipitación química.

• Sedimentación.

• Asimilación por parte de las plantas.

Los metales retenidos pueden volver a liberarse en determinadas épocas del año, en función de las variaciones del potencial de óxido‐reducción que tiene lugar dentro del sistema. ‐ Eliminación de microorganismos patógenos Los organismos patógenos presentes en las aguas residuales a tratar se eliminan el los humedales artificiales por diferentes mecanismos, destacando entre ellos:

• La absorción de los patógenos sobre las partículas del sustrato filtrante.

• La toxicidad que sobre los organismos patógenos ejercen los antibióticos producidos por las raíces de las plantas.

• La acción depredadora de bateriófagos y protozoos.


En los humedales artificiales la eliminación de coliformes fecales se ajusta a modelos de cinética de primer orden, lográndose la mayor parte del abatimiento en los primero tramos de los humedales, de forma que hacia la mitad de los mismos ya se ha eliminado del orden del 80% de estos microorganismos. Las plantas emergentes han sido también utilizadas para el tratamiento de lodos procedentes de sistemas convencionales de depuración. Para ello se han plantado carrizos en lechos de secado, en un sustrato de arena con fondo de grava. El contenido de agua del lodo se reduce por la transpiración de las plantas y por percolación a través del sustrato y, además, se produce su estabilización por procesos aerobios y anaerobios. El humedal, además de la disminución eficaz de la carga orgánica y los sólidos, consigue concentraciones de nitrógeno y fósforo total, suficientes para cumplir la actual legislación en lo referente al vertido a "zonas sensibles". La depuración de aguas residuales mediante humedales artificiales también consigue espectaculares reducciones de microorganismos patógenos. Por otra parte el efluente es totalmente transparente, alcanzando calidad cristalina, a diferencia del procedente del lagunaje que presenta coloraciones verdosas debidas a las microalgas que transporta. Entre otras ventajas, cabe destacar:

No generan lodos, porque se mineralizan totalmente. Bajos costes de construcción, energía y explotación. Facilidad de explotación. Sencillez de mantenimiento, aunque precisan un adecuado seguimiento. Son sistemas flexibles y poco susceptibles a cambios en caudales y carga del influente.

La biomasa vegetal actúa como aislante del sedimento, lo que asegura una intensa actividad microbiana en todas las estaciones del año.

No generan olores, integrándose extremadamente bien con el paisaje. No suelen aparecer problemas de moscas y mosquitos si no se deja emerger la capa de agua.

Incrementan la diversidad ambiental de la zona con la creación de un hábitat para la fauna.

Los inconvenientes se describen a continuación:

Criterios de diseño y funcionamiento no suficientemente conocidos.


Desconocimiento de procesos biológicos e hidrológicos que intervienen. Necesidad de dos o tres estaciones de crecimiento de las plantas para llegar al máximo rendimiento.

Pérdidas de caudal por evapotranspiración con aumento de la salinidad del efluente.

Durante el período de secas, podrían ser propensos a incendio por accidente o vandalismo.

Es necesario siempre obtener información suficiente para garantizar el correcto funcionamiento de un sistema para cada caso particular, especialmente porque las aguas urbanas, suburbanas y rurales, en la mayor parte de los casos ya están contaminadas con residuos líquidos industriales, agroindustriales, mineros, etc, dependiendo de su localización.

Resultados obtenidos en las instalaciones indican que los humedales artificiales, al menos con las especies de macrófitos ensayadas, no admiten cargas orgánicas muy altas, por lo que no deben ser alimentados directamente con agua bruta, ni con agua pretratada o con tratamiento primario (eliminación de sólidos). Se deben alimentar con influentes de baja carga o que hayan recibido un tratamiento secundario. En definitiva, según las experiencias, el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante humedales artificiales, constituye un magnífico tratamiento terciario de bajo coste para la eliminación de nutrientes, patógenos y clarificador del efluente, complementario con EDAR de cualquier tecnología, ya sea de bajo coste o convencionales, cuando se precise un vertido con bajo contenido en nutrientes y/o patógenos. También pueden usarse para tratar los caudales pluviales que no pueden ser admitidos por la EDAR, escorrentías, drenajes de cultivos, etc. El humedal puede considerarse como un reactor biológico tipo "proceso biopelícula sumergida", con aireación natural, en el que las plantas emergentes toman oxígeno de su parte aérea para introducirlo en la sumergida a través de los rizomas. Se crea un mosaico de zonas aerobias y anaerobias próximas entre sí, que favorecen los procesos de descomposición de la materia orgánica, nitrificación, desnitrificación, precipitación de fosfatos y muerte de patógenos.


4 Filtro de macrófitas flotantes

4.1 Descripción filtro macrófitas flotantes

El filtro de macrófitas, es un sistema de depuración, básicamente constituido por un tapiz flotante de vegetación, formado sobre la superficie de un canal o laguna, cuyos elementos básicos son las plantas (especies seleccionadas entre las de tipo "emergente", que se desarrollan más adelante, adaptadas a la climatología del lugar, convertidas en flotantes) que van a tener sumergido constantemente en el agua residual su sistema radicular y una parte de la base del tallo. La mayoría de las plantas acuáticas tienen también rizomas (estructuras de reproducción vegetativa de las que salen nuevos brotes y que contienen abundante cantidad de hidratos de carbono como sustancia de reserva) que se encuentran sumergidos en el agua junto a las raíces y unidos a la base del tallo de procedencia.

Ilustración 6. Filtro de Macrófitas Flotantes o FMF

Este sistemas surgió a finales de la década de los ochenta, apareciendo como

solución a los problemas de colmatación que se daban en los humedales artificiales de tipo subsuperficial, en los que las macrófitas emergentes, pasados varios meses desarrollaban en gran medida su sistema radicular impidiendo que el agua siguiera un flujo subsuperficial, de forma que el agua discurría por encima de la superficie sin estar en contacto con el sistema radicular, dejando de funcionar el sistema correctamente. En el FMF este problema ha quedado resuelto, pues se ha forzado a que las macrófitas fueran flotantes, manteniendo toda su superficie radicular en continuo contacto con el agua.


4.2 Fundamentos del sistema FMF La cubierta exterior de cualquiera de las partes de la planta macrófito, es decir las hojas, rizomas, tallos, raíces, así como las paredes de los tubos que tiene la estructura del macrófito es una membrana especializada, en dejar pasar solo la molécula de oxígeno de una superficie a otra de las caras de la membrana, en función de la diferencia de la presión de saturación de oxígeno que se tenga entre las caras de ésta. El sentido de paso del flujo del oxígeno es siempre desde la superficie que tiene mayor presión a la de menor presión de oxígeno. La cantidad o caudal de oxígeno que pasa de un lugar al otro varía con arreglo a la diferencia de la presión isostática; esta última depende de la presión física y de la concentración de oxígeno. Con respecto a la absorción de oxigeno de las plantas, siempre el macrófito toma el oxígeno del aire que le rodea, siendo las zonas emergidas de las hojas las únicas capaces de transferir oxígeno al interior de los huecos.

Ilustración 7. Esquema general de la absorción de oxígeno en un macrófito

El oxígeno tiende a pasar de la superficie exterior de la hoja al interior de los

tubos de ésta. La presión isostática de oxígeno en los huecos es siempre menor que la del aire exterior por tener este último menos concentración de oxígeno. Así pues, el oxígeno que pasa a la hoja en la zona que emerge del agua, empieza a distribuirse y equilibrarse entre todos los tubos colaterales y a lo largo de cada uno de ellos, descendiendo por éstos, hacia las raíces.


Cuando el oxígeno llega a la zona de la hoja sumergida, sucede que el agua en

contacto con la pared de la hoja, demanda el oxígeno que está en los conductos tubulares de esta zona, a causa de la DBO y DQO del agua, que hace que la presión isostática de oxígeno sea menor en el agua que en el interior de los tubos, cediendo éstos parte del oxígeno que tienen hacia la zona de la demanda; no lo ceden todo, porque existe también una fuerte demanda, por parte del sistema radicular. Los tubos que más oxígeno transportan son siempre los que están más próximos a la zona exterior, por lo que el reparto de oxígeno siempre tiende a ser menor en las hojas que en las raíces de la zona sumergida. De esta forma, el reparto de oxígeno es más ecuánime y puede llegar mejor a las raíces (las raíces del macrófito suelen ser muy numerosas y finas, mientras que el número de hojas en relación con el de las raíces es pequeño y el grosor de éstas es grande con respecto al de la raíz.)

El sistema radicular, con sus rizomas se provee del oxígeno que le transmiten las hojas. La cantidad de oxígeno que se emite por el sistema radicular es función de la cantidad de oxígeno que les llega a la zona y de la presión isostática entre los tubos y el medio, según la demanda de cada lugar.

La supervivencia del macrófito flotante depende de que sus hojas permanezcan fuera del agua. El macrófito ha evolucionado o especializado sus hojas y tallos para capturar, trasvasar o dejar pasar solamente el oxígeno puro que contiene el aire en contacto con las hojas, hacia las partes que lo necesiten, como normalmente sucede con las partes que la planta tiene enterradas (raíces, rizomas) o sumergidas (tallos e incluso las partes de las hojas que lo requieran), o que tengan en contacto con su entorno con tendencias anóxicas.

El macrófito, normalmente vive en tierras encharcadas y sus raíces enterradas en fangos y lodos, las condiciones del sustrato en el que vive son fuertemente anóxicas y por tanto ideales como medio de cultivo para bacterias anaerobios; si éstas llegaran a entrar en contacto con la planta podrían producir la muerte del macrófito. Para eliminar este grave problema que pondría en peligro la supervivencia, estas plantas expulsan por las raíces principalmente el oxigeno que cogen del aire por las hojas e incluso el que generan con la función clorofílica y lo transfieren también a cualquiera de las superficies que lo necesitan, para formar una película o capa de oxígeno que actúe como una barrera infranqueable a las bacterias anaerobias, empezando por la zona sumergida (tallos y parte baja de las hojas) y siguiendo por las enterradas (raíces y rizomas).

El tejido del macrófito es transparente, permeable al oxígeno y está especializado en conducir este gas desde las superficies que tienen más concentración a las de menor. Es pues una membrana o puerta que puede abrirse en dos sentidos; la puerta siempre es abierta en la dirección de la cara que tiene menor concentración de oxigeno, es decir menor presión isostática de oxigeno.


Al macrófito se le puede considerar una máquina de inyectar oxígeno

continuamente, con un caudal proporcional al tamaño de su masa vegetal aérea y con la misma efectividad durante todo el año, por lo que se puede emplear para la depuración de las aguas residuales, con la misma capacidad de efectividad durante todas las estaciones, a condición de que no se le eliminen o corten sus hojas.

Para obtener el máximo rendimiento del macrófito en el proceso de depuración, hay que respetar sus hojas; sólo se podría segar al final de la primavera para extraer biomasa vegetal y con esta los nutrientes y metales que acumuló en ellas, y que ha estado incorporando a sus tejidos durante su crecimiento. Con la siega realizada en el período adecuado se consigue extraer los elementos eutrificantes que llevaba el agua residual que se ha estado depurando, sin disminuir el rendimiento de depuración del filtro de macrófitas en flotación.

La tendencia del macrófito a tener las superficies enterradas o sumergidas rodeadas de oxigeno, proporciona las condiciones básicas para que se instalen en ellas las bacterias aerobias, que puedan realizar la degradación aerobia gracias a la alta concentración de oxígeno proporcionado por la planta. .

Con respecto a la eliminación de microorganismos se puede mencionar un aspecto muy importante del sistema FMF, que es el hecho de reducir drásticamente el número de microorganismos patógenos debido a la presencia de depredadores (protozoos y bacteriófagos) en la rizosfera de las plantas, siendo innecesaria la cloración del agua antes del vertido al cauce. A su vez también se consigue la eliminación de los coloides del agua al ser atraídos estos a las raíces a causa de la diferencia de cargas eléctricas, evitando el efecto espejo que se produce en el agua debido a la presencia de las partículas coloidales, que hacen que no pase la luz al interior del agua y que por lo tanto, se degrade la vida de los fondos de estanques y lagos.

Estas plantas, al poder vivir en lodazales y charcas, se aprovechan de un sustrato con fuertes concentraciones de nutrientes, sin la competencia de otras plantas, de modo que la producción de biomasa de las plantas palustres es la más alta que se conoce, superando a cualquier cultivo agrícola. Así, pueden incorporan a su estructura vegetal las numerosas sustancias que estén en el terreno o del agua que baña el sistema FMF, permitiendo que la depuración de las aguas se realice sin consumo de energía eléctrica, en un proceso completamente natural y sencillo.

En la práctica, el sistema se realiza mediante una serie de canales impermeabilizados con una lámina plástica, por los que fluye el agua residual y las plantas acuáticas se plantan en superficie mediante un dispositivo especial, que mantiene el centro de gravedad por debajo de la superficie del agua, lo que permite a


las plantas crecer verticalmente y emitir estolones laterales que se entrecruzan con las plantas vecinas para formar un entramado continuo.

Como opción recomendable, antes del vertido del agua bruta en los canales se debe hacer un pretratamiento para eliminar los elementos gruesos, las arenas sedimentables, las materias sólidas en suspensión, la grasa e hidrocarburos. En casos de alta carga orgánica, como podrían ser los efluentes de industrias alimentarias o de instalaciones ganaderas, sería necesario eliminar una parte de la materia orgánica disuelta, lo que se realizaría por procedimientos fisicoquímicos de floculación‐sedimentación. Según experiencias realizadas en la planta de FMF del aeropuerto de Alicante, los rendimientos obtenidos son muy prometedores y se resumen en la siguiente tabla:

Parámetros Rendimientos

DQO (mg l‐1)

95%

DBO5

(mg l‐1) 98%

SS y ST (mg l‐1)

97%

Tabla 2. Rendimientos obtenidos en la planta de FMF del aeropuerto de Alicante

A la vista de estos resultados, se concluye que el sistema FMF consigue rendimientos bastante más altos que los sistemas de depuración convencionales, al menos en el caso de aguas con las concentraciones descritas anteriormente, requiriendo un aporte mínimo de energía. Los FMF se utilizan en sistemas para la regeneración de lagos u otros medios de agua dulce, para la depuración de las aguas residuales urbanas; para la depuración de aguas industriales en cumplimiento de la legislación sobre autorización de vertidos; también se aplica a la eliminación de contaminantes en efluentes eutrofizados, e incluso las aguas prepotables como es el caso del Canal Imperial de Aragón. Actualmente están proyectándose FMF para hospitales y campos de golf, al objeto de


reutilizar para el riego y otros usos las aguas depuradas por las macrofitas, así como en zonas costeras para la recuperación de playas.

Entre las ventajas específicas de este sistema sobre los sistemas de depuración

que utilizan macrofitas emergentes enraizadas en un suelo o sustrato tales como los de tipo HAFSs cabe citar: ‐ Mayor economía en la construcción, ya que no lleva ningún tipo de relleno. ‐ Mayor economía en la implantación ya que se puede hacer sobre el propio canal o balsa sin tener que vaciarlo. ‐ Mejor funcionamiento por no existir resistencia al paso del agua por colmatación del lecho. ‐ Mayor economía en el mantenimiento, ya que no existe colmatación y por lo tanto no es necesario la retirada periódica del lecho de grava junto con las raíces y rizomas, causantes de la colmatación. ‐ Mayor capacidad de depuración por estar todo el sistema radicular bañado por el agua. ‐ Facilidad de cosechar la totalidad de la biomasa formada (incluidas las raíces y rizomas) en los casos en que se quiera eliminar elementos minerales fijados por las plantas o aprovechar la biomasa formada para fines energéticos o industriales, como podría ser el caso de que se utilicen plantas productoras de rizomas amiláceos. ‐ Los lodos se autodigieren en el fondo del canal, por lo que no es necesaria su retirada periódica. El principal aspecto limitante de este tipo de proyectos es la disponibilidad de superficie de terreno para la instalación de los canales de macrófitas y las zonas auxiliares. En general se requieren alrededor de 5 m2 por habitante equivalente, entre la superficie ocupada por los canales y los pasillos y áreas complementarias. Otro aspecto limitante sería el tipo de vertido, con contaminantes especiales tales como productos fitotóxicos. Por último cabe mencionar, que este sistema no es inmediato, pues las macrófitas no comienzan a funcionar a pleno rendimiento tras un año de haber sido plantadas.


3.3. Sistemas de desinfección de aguas residuales

Para terminar la descripción de los elementos estudiados para la consecución del hito principal del proyecto, se procede a describir el tratamiento terciario, la desinfección, fase imprescindible para la eliminación de los patógenos presentes en el agua residual a tratar. Para ello se repasaran los principales métodos de desinfección empleados en EDAR. Entre los sistemas de desinfección de aguas residuales urbanas más utilizados se encuentran:

1. Cloro

Es el desinfectante más usado para el tratamiento del agua residual doméstica, actuando por destrucción de los organismos al ser inactivados mediante oxidación del material celular. El cloro puede suministrado de muchas formas incluidas el gas cloro, el hipoclorito y otros compuestos tanto en forma líquida como sólida. Y aunque tiene ciertos limitantes en términos de salubridad y seguridad, ha sido ampliamente utilizado desde hace mucho tiempo. Ventajas:

• La cloración es una tecnología bien establecida, conocida y estudiada.

• El cloro residual que permanece en el efluente después de la cloración puede prolongar el efecto de desinfección.

• La desinfección con cloro es fiable y efectiva para un amplio espectro de organismos patógenos.

• La cloración permite un control flexible de la dosificación.

• El cloro puede eliminar ciertos olores molestos durante la desinfección.

Desventajas:

• El cloro residual, aún en bajas concentraciones, es tóxico para los organismos acuáticos, por lo que puede requerirse la descloración.

• Es corrosivo y tóxico en todas sus formas, por lo que el almacenamiento, transporte y manejo presentan un alto riesgo y requiere normas de de seguridad muy exigentes.

• Oxida ciertos tipos de materiales orgánicos del agua residual generando compuestos más peligrosos, como los metanos trihaologenados (MTH).

• El cloro residual es inestable en presencia de altas concentraciones de materiales con demanda de cloro, por lo que pueden requerirse mayores dosis para alcanzar uan desinfección adecuada.

• Algunas especies parasitarias muestran resistencia a dosis bajas de cloro, como los oocistos de Cryptosporidium parvum, quistes de Entamoeba histolytica y Giardia lamblia, y los huevos de gusanos parásitos.


• Se desconocen los efectos a largo plazo de la descarga de compuestos de la

descloración al medio ambiente.

2. Ozono

El ozono se produce cuando las moléculas de oxígeno son disociadas por medio de una fuerte energía produciendo átomos de oxígeno, que posteriormente chocan con una molécula de oxígeno para formar un gas inestable. La mayoría de las EDAR generan ozono mediante la aplicación de una corriente alterna de alto voltaje (6 a 20 Kilovoltios) a través de un espacio entre electrodos de descarga, donde se encuentra un gas de alimentación que contiene O2 El ozono es un oxidante y agente germicida muy fuerte. Los mecanismos de desinfección asociados con el uso de ozono incluyen:

• La oxidación o destrucción directa de la pared de la célula, con la salida de componentes celulares.

• Las reacciones con los subproductos radicales de la descomposición del ozono.

• El daño a los componentes de los ácidos nucleícos.

Cuando el ozono se descompone en agua, los radicales libres del peróxido de hidrógeno (H2O2) y del hidroxilo (OH

‐) que se forman tienen gran capacidad de oxidación y desempeñan un papel activo en el proceso de desinfección. Ventajas:

• El ozono es más eficaz que la utilización del cloro para la desinfección.

• El proceso de ozonización emplea un periodo corto de contacto (entre 10 y 30 minutos)

• No existen residuos peligrosos que necesiten ser eliminados tras el proceso de ozonización, ya que éste se descompone rápida y espontáneamente.

• El ozono, al ser generado en la misma planta de tratamiento, no tiene problemas de seguridad en lo que respecta al transporte y almacenamiento del mismo.

Desventajas:

• La baja dosificación puede no desactivar efectivamente algunos virus, esporas o quistes.

• La ozonización es una tecnología más compleja que la cloración, por lo que, se requieren equipos complicados y sistemas de contacto diferentes.

• El ozono es muy reactivos y corrosivo, de manera que se hace necesario el uso de materiales resistentes a la corrosión, tales como el acero inoxidable.

• El proceso de ozonización no es económico para aguas residuales con altas concentraciones de SS, DBO5, y DQO.


• El coste del tratamiento puede ser relativamente alto en cuanto a la

inversión de capital y la demanda de energía eléctrica.

3. Radiación UV

El sistema de desinfección mediante luz ultravioleta (UV), transfiere energía electromagnética desde una lámpara de vapor de mercurio al material genético del organismo (ADN, ARN). Cuando la radiación UV penetra en las paredes de la célula de un organismo, esta destruye la habilidad de reproducción de la célula. La eficacia del sistema de desinfección con luz ultravioleta depende de las características del agua residual, la intensidad de la radiación, el tiempo de exposición de los microorganismos a la radiación y la configuración del reactor.

3.2.3. Depuración de aguas residuales por microalgas La sistemas de desinfección anteriormente descritos suponen un coste importante de instalación y fungibles. Más el coste de mantenimiento y control de procesos que implican la participación de personal especializado. Las ciudades donde se encuentran en funcionamiento E.D.A.R. convencionales, pueden incluir alguno de estos tratamientos de desinfección como parte de la inversión de la planta, ya que cuentan con la estructura y medios necesarios para controlar su funcionamiento. En el caso de núcleos de población pequeños, que no cuentan todavía con ningún sistema de depuración, o bien los sistemas que poseen están basados en tecnologías no convencionales, los sistemas anteriores no se consideran una opción viable. Sin embargo, los tratamientos biológicos que conlleven altos rendimientos de desinfección son idóneos para estas poblaciones por los mínimos requerimientos de instalación y mantenimiento. De los sistemas de depuración no convencionales, cabe destacar como método de desinfección aquellos basados en la utilización de microalgas. Entre estos destacan las lagunas de maduración, por los altos rendimientos de desinfección obtenidos. Los factores característicos de los sistemas de desinfección mediante microalgas se pueden resumir en:

a. Radiación solar

La radiación UV posee un importante poder germicida. Las lagunas de maduración, por su gran superficie (11 m2 habitante equivalente‐1) y baja profundidad (<50cm), son el sistema clásico que permiten la exposición de las aguas tratadas a la radiación UV solar.


El aumento de la radiación solar incidente favorece el desarrollo de las algas, que está implicado en la eliminación y desactivación de patógenos. Otra ventaja de la radiación UV es la formación de formas reactivas del oxígeno, radicales, que resultan letales para las bacterias. b. Oxígeno disuelto

Los medios en los que existen altas concentraciones de microalgas, se caracterizan por una alta producción de O2. En principio, un medio rico en oxígeno puede suponer la actividad de la población microbiana, pero dada las altas concentraciones de oxígeno disuelto que se llegan a alcanzar, produciéndose situaciones de sobresaturación de O2, el medio acuático resultante ejerce una fuerte acción desinfectante. En tratamientos con altas concentraciones de algas, donde el suministro de CO2 es óptimo, se producen concentraciones de O2 que pueden superar los 30 mg L‐1 (Baccou, 2003; Moreno, 2006, Moreno 2008). La evolución del OD durante el día presenta variaciones cíclicas, con aumentos diurnos debido a los ciclos de actividad fotosintética(Baccou, 2003; Moreno, 2006, Moreno, 2008). En estos tratamientos, un aumento rápido de la concentración del O2 disuelto supone la terminación del proceso de depuración, respecto a la reducción de la carga orgánica, para un sistema ensayado en régimen de funcionamiento discontinuo, ya que se inhibe la degradación de la carga orgánica al eliminar la población bacteriana responsable de la misma (Moreno, 2006,; Muñoz, 2005; Muñoz, 2004). Para sistemas con altas densidades de microalgas, se han descrito altas producciones de oxígeno, de entre 28‐128 mg O2 g (peso seco)

‐1 h‐1, en sistemas cerrados. Algunas algas presentan problemas de supervivencia de medios sobresaturados de O2, por lo que se debe de tener en cuenta las especies utilizadas en estas condiciones. c. pH

El desarrollo masivo de microalgas conlleva un aumento de pH. Este fenómeno se debe a que la actividad fotosintética de las microalgas implica el consumo de CO2. El anhídrido carbónico en disolución acuosa se encuentra en equilibrio con el ácido carbónico y sus especies en equilibrio según:

H2CO3 ↔ CO2 (g) + H2O H+ +CO3H

‐ ↔ H2CO3 H+ +CO3

‐2 ↔ CO3H‐


La eliminación del CO2 del medio, tanto el propio del agua, como el producido por la respiración celular de bacterias, microalgas y otros microorganismos, conlleva la disminución de la concentración de ácido carbónico, con lo que se producen aumentos de pH. Este incremento del pH supone una ventaja para la desinfección de las aguas, ya que las bacterias son muy sensibles a los cambios de pH (Mara y Pearson, 1986; Oswald, 1988; Curtis y col., 1992). En sistemas cerrados, se superan valores de pH superiores a 10 ud de pH (Moreno, 2006a, Moreno 2006b). Los sistemas de depuración de aguas residuales en los que intervienen microalgas se caracterizan por el aumento de los niveles de pH, con valores cercanos a 9 unidades para sistemas abiertos (Lebrato, 2004), y superiores a 10 para sistemas cerrados (Moreno, 2006). Además, los valores altos de pH influyen en los equilibrios de volatilización o precipitación de otras especies importantes para el desarrollo de bacterias y algas (NH3 y P‐PO4

‐3) (García, 2000 y Oswald, 1995). El fósforo en forma de fosfatos solubles precipita como ortofosfato a valores de pH superiores a 8,5. El pH también ejerce una influencia importante en la forma en la que se encuentran los metales en los medios acuosos (Laliberté, 1994). Los pH altos favorecen la precipitación de metales en forma de hidroxiácidos. Sin embargo, los niveles de pH superiores a 10 pueden producir un descenso en la eficacia de la eliminación de contaminantes orgánicos, ya que se puede producir la inhibición completa de las bacterias (Oswald, 1988).

d. DBO y nutrientes

Las bacterias, como organismos heterótrofos, requieren de formas orgánicas de carbono, así como de nitrógeno orgánico, entre otros nutrientes. Los sistemas con alta producción de biomasa, utilizada como fase final de un proceso de depuración (fase de agotamiento), se caracteriza por las bajas tasas de DBO y DQO, por lo que los suministros de estos nutrientes no siempre resultan suficientes para el desarrollo óptimo de las bacterias. Si el afluente a depurar contiene altas tasas de carga orgánica, la presencia de microalgas produciendo altas concentraciones de oxígeno disuelto, tendría la desventaja de favorecer el crecimiento bacteriano en vez de propiciar su agotamiento.

El aporte de una cantidad suficiente de nutrientes es una condición necesaria para el desarrollo de las microalgas en un medio. Las aguas residuales urbanas proporcionan unas concentraciones suficientes de los principales compuestos requeridos como P, N, metales (Ca2+, Mg2+, Na+, K+ y oligoelementos), sales solubles


(NO3

‐, Cl‐, etc.). Las microalgas necesitan además de la asimilación directa de compuestos orgánicos, que son aportada por estos residuos.

Los efluentes urbanos suponen un medio cultivo adecuado para el desarrollo masivo de algas, como ocurre descontroladamente en los procesos de eutrofización de masas de agua contaminadas por residuos urbanos, o de forma controlada en los sistemas de tratamientos de aguas residuales urbanas que se bajan en la actuación de las microalgas, principalmente en las lagunas de maduración y en los FBR.

e. Concentración de algas

El abatimiento bacteriano en los sistemas de depuración de aguas está directamente relacionado con la concentración de algas por unidad de volumen, ya que, la concentración de oxígeno disuelto, el consumo de CO2, el aumento de pH y los demás fenómenos de interacción alga/bacteria se ven afectados por el aumento del número de algas por unidad de volumen.

f. Temperatura

La temperatura es uno de los factores más estudiados en cuanto a su influencia en la eliminación de comunidades bacterianas. Los aumentos de temperatura facilitan el aumento de la actividad metabólica microbiana, que aumenta a su vez su susceptibilidad a las sustancias tóxica presentes en el medio. Los sistemas de tratamientos basados en las microalgas, en general, sufren un descenso en su eficacia a bajas temperaturas. Los aumentos de temperatura en el rango de temperaturas entre 20‐30ºC repercuten de forma positiva en el rendimiento de la depuración. Por el contrario, existen microalgas adaptadas a las bajas temperaturas que permiten altos rendimientos de depuración para temperaturas entre 10‐15ºC. La temperatura afecta directamente a la respiración y a la fotorespiración, más que a la fotosíntesis. Para condiciones en que la luz o el CO2 son factores limitantes de la fotosíntesis, la influencia de la temperatura es insignificante. Los aumentos de temperatura conllevan un aumento significativo de la actividad respiratoria, sin embargo, el ciclo de Calvin sufre sólo pequeños incrementos. Para altas temperaturas se produce una ralentización en el proceso fotosintético, que suele verse agravado por la disminución en la disponibilidad del CO2 y O2, producido por el descenso en las solubilidad de los gases. Mientras para los sistemas abiertos estos gases pasan a la atmósfera, saliendo del sistema de forma


definitiva, los sistemas cerrados propician la permanencia de estas especies en el medio, viéndose menos afectados por los cambios de temperatura. Los sistemas en los que concurren altas temperaturas, altas intensidades lumínicas y altas concentraciones de biomasa, pueden presentar problemas de tolerancia a la temperatura, ya que las algas convierten una parte de la energía luminosa en calor. Para sistemas que requieren un control de temperatura se utilizan sistemas externos intercambiadores de calor o la pulverización con agua. Sin embargo, para el caso de los tratamientos de aguas residuales urbanas los costes resultarían prohibitivos, excepto que se tratase de la eliminación a pequeña escala de productos peligrosos, o como sistemas de producción de algas de alto valor. Por tanto, en la elección de sistemas de depuración de residuos urbanos por tecnologías no convencionales se eligen sistemas que permitan su uso en función de la climatología de la zona (Lebrato, 2004). Otro sistema alternativo al control de la temperatura es la utilización de microalgas de similares características (producción de O2, crecimiento y depuración) pero con crecimiento óptimo a la temperatura ambiente (Morita, 2001).

g. Predación

En los sistemas de depuración de aguas por microalgas se dan ecosistemas donde las bacterias forman parte de la cadena alimenticia, y gran número de estos organismos son consumidos por protozoarios u otras formas más evolucionadas de vida animal. h. Sedimentación

En la eliminación de patógenos parecen estar involucrados los procesos de sedimentación por la adsorción y posterior arrastre mediante partículas sedimentables, apareciendo poblaciones de los bioindicadores fecales formando parte de los sedimentos.

i. Tiempos de retención

La permanencia prolongada de los organismos dentro del reactor (largos tiempos de retención hidráulica), favorecen la muerte natural en las condiciones del medio, como se verifica en las lagunas de estabilización.

j. Diseño

El diseño de la planta de tratamiento representa un papel importante en la eliminación de los patógenos. Así, por ejemplo, el aumento de la relación


longitud/anchura del sistema conlleva el aumento en los rendimientos de abatimiento de CF hasta el 99,84% (Bracho y col., 2006).

Los sistemas de depuración de aguas residuales por la acción de algas y bacterias se basan en los procesos metabólicos de estos microorganismos. La investigación que da origen al afino del sistema de saneamiento, fase del canal abierto de saneamiento que pretende la eliminación de patógenos, es el proyecto de demostración LIFE‐MEDIOAMBIENTE, (LIFE04 ENV/FR/000327/PHOTOREDUC) “Reducción de la carga bacteriana mediante formas reactivas de oxígeno sobresaturado, producto de la actividad fotosintética de las microalgas (Photoreduc)”, del profesor Dr. M. Baccou del Polytech Montpellier II. M. Baccou, consiguió a escala de laboratorio la eliminación total de patógenos en pequeños reactores piloto, con la finalidad de mejorar el rendimiento de las lagunas de maduración y permitir la reutilización del agua en acuicultura. Las hipótesis de M. Baccou se han confirmado en reactores discontinuo, (Moreno A., 2008), y su aplicación a sistemas continuos, como el CAS, constituye parte de la investigación que se presenta en este trabajo. El canal desarrollado en el presente proyecto es el canal de sobreoxigenación bajo plástico o proceso Baccou. Las microalgas han jugado un importante papel en los tratamientos terciarios de las aguas residuales domésticas en las lagunas de maduración, o en los tratamientos a pequeña‐media escala de aguas residuales de núcleos urbanos en lagunas facultativas o aerobias. Su aplicación en depuración abarca varios aspectos de los tratamientos de aguas residuales tanto urbanas como industriales.

Aplicación Descripción del ProcesoReferencias

Eliminación de DBO

Las microalgas proporcionan O2 al medio.Estas pueden llegar a producir entre 0,48 y 1,85 Kg de O2 m

‐3d‐1. Valores que se han descrito para lagunas a escala piloto y

fotobiorreactores a escala de laboratorio para aguas residuales urbanas.

Martínez, 1993; Muñoz et al., 2004;

Oswald, 1988


Tabla 3. Aplicaciones de las microalgas en tratamientos de aguas residuales

Eliminación de nutrientes

Las microalgas asimilan una significativa cantidad de nutrientes ya que requieren grandes cantidades de nitrógeno y fósforo para la producción de proteínas (45‐60%de peso seco de microalgas). Este fenómeno puede deberse a la volatilización de NH3 o la precipitación de P al aumentar el pH

asociado a la fotosíntesis.

Laliberté, 1994; Oswald, 2003;

Eliminación de patógenos

Las microalgas producen la desactivación de patógenos por el aumento de pH,

temperatura y concentración de oxígeno disuelto en la masa de agua tratada. Además pueden darse relaciones

antagónicas alga / bacteria.

Baccou, 2003; Moreno, 2006; Moreno, 2008

Eliminación de metales pesados

Los organismo fotosintéticos pueden acumular metales pesados por diferentes

procesos como adsorción física, quimisorción, precipitación superficial, etc.. El aumento de pH asociado al crecimiento

de microalgas puede producir la precipitación de metales pesados como

hidróxidos o hidroxiácidos.

Yu, 2004; Mallick, 2002.

Producción de biogás

La producción de metano en la digestión anaerobia de la biomasa de algas /

bacterias conlleva una ventaja económica a nivel energético.

Oswald, 1976.

Monitorización de toxicidad de un

medio

Las microalgas se utilizan en pruebas de toxicidad o en estudios de ecología

microbiana ya que son unos indicadores muy sensibles a los cambios ecológicos

Day, 1999


3.3.2. Sistemas de depuración basados en la acción

de microalgas Los sistemas desarrollados para la depuración de aguas residuales en base a la actividad de microalgas se pueden clasificar en dos grupos:

• Sistemas Abiertos

• Sistemas Cerrados

3.3.2.1. Sistemas Abiertos Los sistemas abiertos de depuración de aguas residuales basados en microalgas se clasifican a su vez en:

‐ Naturales: lagos, lagunas y charcas de origen natural, aprovechadas para tratamientos de aguas residuales.

‐ Artificiales: lagunajes y cubas de aireación, con diferentes diseños y condiciones de operación.

De los sistemas abiertos, el más eficaz es el lagunaje. Este sistema consiste en el almacenamiento de las aguas residuales durante un tiempo variable en función de la carga aplicada y las condiciones climáticas, de forma que la materia orgánica contenida resulte degradada mediante la actividad de los microorganismos presentes en el medio (Lebrato, 2004). El sistema de tratamiento por lagunaje puede estar formado por una o varias lagunas cuya profundidad puede ser variable. En el lagunaje se consigue una decantación física de la materia sedimentable, además de una serie de procesos biológicos que conllevan a la mineralización de la materia orgánica. Los sistemas que permiten la participación de la radiación UV solar, el aumento de las concentraciones de oxígeno disuelto y el pH consiguen además la reducción de microorganismos patógenos. Las lagunas diseñadas se pueden clasificar en función del carácter aerobio/anaerobio de los microorganismo mayoritarios que serán protagonistas de los procesos en la masa de agua.


Atendiendo a la naturaleza respiratoria de los microorganismos presentes, las lagunas pueden ser:

‐ Aerobias: las bacterias responsables del tratamiento necesitan oxígeno en el medio

‐ Anaerobias: las bacterias encargadas de la depuración utilizan mecanismos de oxido‐reducción sin la participación del oxígeno gaseoso.

‐ Facultativas: las bacterias presentes se adaptan a uno u otro mecanismo según sean las características del medio.

La opción tecnológica mediante la cual se alcanza plenamente este objetivo corresponde a las lagunas de estabilización, consistente en lagunas aerobias en las que en base al tiempo de retención se consigue la eliminación total de parásitos, bacterias y virus patógenos. Estos resultados solo son comparables a los conseguidos en sistemas de tratamientos terciarios como la aplicación del cloro (EPAa, 1999), ozono (EPAb, 1999) o radiación ultravioleta (EPAc, 1999). Entre las ventajas que ofrecen el sistema de tratamiento de aguas residuales por lagunaje (Lebrato, 2004) cabe destacar:

• Procedimiento totalmente natural.

• Bajo impacto y gran integración en el medio natural.

• Bajos costes de energía instalada.

• Facilidad de explotación y mantenimiento.

• Variaciones en caudales y cargas en un amplio margen sin consecuencias en el proceso.

• Personal de mantenimiento poco especializado, dada la poca complejidad de las instalaciones.

• Gran estabilidad de los fangos producidos, y producción baja de los mismos que permiten que sean retirados en intervalos de tiempo muy separados (años).

• Elevada reducción de microorganismos patógenos.

• Posibilidad de uso para tratamiento de aguas residuales con elevada carga orgánica de materias biodegradables (lecheras, conserveras, etc.)

• Bajo coste de construcción y explotación.

• Bajo consumo energético, ya que no son necesarios los procesos de aireación.

• Altos rendimientos de eliminación de carga orgánica y sólidos en suspensión.

• Permite el almacenamiento de agua tratada, que pos sus características permita su reutilización.

• Producción de biomasa potencialmente aprovechable.

• Alto rendimiento de DBO5 en lagunas aerobias.


Entre los inconvenientes cabe destacar:

• Pérdidas considerables de agua por evaporación, con el consiguiente aumento de salinización.

• Aparición de malos olores (contenidos en S>100 mg l‐1).

• Presencia de altas concentraciones de microalgas en los efluentes de salida, que es necesario filtrar, coagular o sedimentar antes de su vertido.

• Grandes extensiones de terreno requerido.

• Contaminación del subsuelo en caso de impermeabilización defectuosa.

• Aparición de mosquitos y roedores.

• Dependencia de lluvias y temperatura.

3.3.2.2. Sistemas Cerrados La tendencia general para el tratamiento de aguas residuales mediante fotobiorreactores (FBR) es el aislamiento de los mismos. Se tiende al uso de reactores cerrados, utilizando para ello los avances biotecnológicos desarrollados para los cultivos industriales de microalgas. Estos fotobiorreactores son los que más se asemejan a los procesos fotosintéticos que se dan de manera optimizada en las hojas de las plantas superiores. Son, por tanto, los que permiten un mejor aprovechamiento de factores como la radiación solar, CO2, etc. Los fotobiorreactores cerrados utilizados para depuración de aguas residuales ofrecen una serie de ventajas (Pulz, 1992) como son:

• Previenen problemas de contaminación de núcleos cercanos por procesos de aireación forzada.

• Evitan la aparición de malos olores, debidos tanto a problemas en los procesos de depuración.

• Presentan una mayor eficiencia a la actividad fotosintética.

• Consiguen mayores rendimientos de depuración y desinfección.

• Eliminan los riesgos producidos por la volatilización de compuestos contaminantes.

• Minimizan los procesos de evaporación de agua, que supone un problema frente a una posible reutilización del agua depurada como agua de riego.

Un estudio comparativo (Pulz, 2001) permite identificar las ventajas que los sistemas cerrados ofrecen frente a los abiertos:


Parámetro Lagunas abiertas Sistemas cerrados

(FBR)

Riesgo de contaminación Extremadamente alto Bajo

Espacio requerido Alto Bajo

Pérdidas de agua Extremadamente alto Casi ninguno

Pérdidas de CO2 Alto Casi ninguno

Calidad de la biomasa No susceptible Susceptible

Variabilidad de las especies desarrolladas

No existen datos. Las posibilidades de desarrollo restringen a unas pocas variedades de algas

Alto. Se puede cultivar una amplia variedad de

microalgas

Flexibilidad de operación Cambios de producción entre las variedades

posibles, prácticamente imposible

Cambio de variedad sin ningún problema

Reproducibilidad de los parámetros de producción

No existen datos. Dependen de las

condiciones externas

Posible con ciertas tolerancias

Control del proceso No hay datos Si

Estandarización No es posible Posible

Dependencia del clima Absoluta. Alta influencia de lluvias

Insignificantes

Periodo de puesta en marcha

Largo. Entre 6 ‐ 8 semanas Relativamente cortos. Entre 2 – 4 semanas

Concentración de la biomasa durante el funcionamiento

Bajo. 0,1 – 0,2 g l‐1 Alto. Aproximadamente entre 2‐8 g l‐1

Eficiencia de los procesos de tratamientos correctores

Bajo. Grandes volúmenes y bajas concentraciones

Altos. Flujos volumétricos medios

Tabla 4. Estudio comparativo entre sistemas abiertos y cerrados


Sin embargo, el principal problema para los sistemas cerrados es que presentan costes de construcción que pueden ser más caros que los abiertos. Los reactores cerrados requieren de una cubierta o incluso construcción completa basada en materiales transparentes (plexiglás, vidrio, PVC, etc.). Presentan además dificultades añadidas de operación y mantenimiento, así como el paso a gran escala. Los fotobiorreactores cerrados con diseños más simples basados en sistemas tipo contenedor son la primera generación de FBRs cerrados. Estos presentan una serie de limitaciones en cuanto a la relación volumen/iluminación. Para volúmenes superiores a 50‐100 l no se puede suministrar de forma efectiva la energía luminosa necesaria para un desarrollo eficiente de la biomasa.

capítulo 3 elementos del canal abierto de...

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