Evaluación del desempeño operacional de humedales construidos para el tratamiento de aguas residuales domésticas

Abstract

Los humedales construidos son sistemas diseñados principalmente para depurar aguas residuales, los cuales buscan emular el comportamiento de humedales naturales, aprovechando así procesos que involucran vegetación, suelo, microorganismos y energía solar para mejorar la calidad de las aguas. Asimismo, existen procesos físicos, químicos y biológicos que participan de la remoción de contaminantes como patógenos, nutrientes y materia orgánica. Estos procesos están intrínsecamente sujetos a variabilidad e incertidumbre, asociada principalmente a condiciones ambientales y meteorológicas. El presente estudio busca analizar el desempeño de estos humedales en términos de remoción de contaminantes de interés presentes en las aguas residuales de origen doméstico, incorporando la incertidumbre asociada a la variación de parámetros meteorológicos, tales como temperatura, radiación solar, velocidad del viento y humedad relativa. Este trabajo utiliza mediciones obtenidas de dos humedales subsuperficiales de flujo horizontal y vertical. Con el fin de modelar las concentraciones de salida de los contaminantes se formularon e implementaron tres modelos de simulación, dos en régimen permanente tanques en serie y flujo pistón, y un modelo en régimen transiente que incorpora advección-dispersión. Todos estos consideran una cinética de decaimiento de primer orden y se validaron utilizando los datos disponibles, que correspondían a concentraciones de entrada y salida cada 3 semanas. El modelo que mejor se ajusta a las mediciones va a depender del contaminante estudiado, sin embargo, en general los modelos en régimen permanente entregaron mejores resultados. Usando estos modelos, se propaga incertidumbre de distintas variables de entrada mediante el método de Monte Carlo para las concentraciones de salida de coliformes totales, amonio y fosfato. Los resultados arrojaron que la temperatura tiene menor influencia en el fosfato y coliformes totales, y mayor influencia para el amonio, en donde altas temperaturas promueven un incremento en el porcentaje de remoción. Como es de esperar, la variación en la concentración de entrada tiene una influencia significativa sobre las concentraciones de salida, sin embargo el porcentaje removido variando este parámetro se mantiene relativamente constante. Este estudio indica que los parámetros asociados a la evapotranspiración no influyeron sustancialmente en la incertidumbre de los humedales, mientras la constante de decaimiento induce una alta variabilidad en las concentraciones de salida de los modelos. Para futuros estudios, se requiere contar con mediciones que sean capaces de capturar la dinámica de operación considerando el tiempo de retención hidráulico a fin de relacionar concentraciones de entrada y salida.