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Equation Chapter 1 Section 1
Proyecto Fin de Máster
Ingeniería Ambiental
Eliminación de nutrientes mediante el uso de filtros
verdes en el río Choluteca (Tegucigalpa)
Autor: Elena Caballero Moreno
Tutor: Julián Lebrato Martínez
Dpto. Ingeniería Química y Ambiental
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2017
2
Proyecto Fin de Máster
Ingeniería Ambiental
Eliminación de nutrientes mediante el uso de filtros verdes en el río Choluteca
(Tegucigalpa)
Autor:
Elena Caballero Moreno
Tutor:
Julián Lebrato Martínez
Profesor titular
Dpto. Ingeniería Química y Ambiental
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2017
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Proyecto Fin de Carrera: Eliminación de nutrientes mediante el uso de filtros verdes en el
río Choluteca (Tegucigalpa)
Autor: Elena Caballero Moreno
Tutor: Julián Lebrato Martínez
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes
miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
6
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Sevilla, 2017
El Secretario del Tribunal
8
Agradecimientos
Este proyecto se ha realizado en el Grupo de Tratamiento de Aguas Residuales de la
Escuela Universitaria Politécnica de la Universidad de Sevilla.
En primer lugar, agradecer su apoyo y enseñanzas al tutor de este Trabajo Fin de Máster,
Dr. D.Julián Lebrato Martínez.
Agradecer también el buen trato en el laboratorio del Grupo TAR a todos sus integrantes.
Y por último, dar las gracias a los compañeros del Plan de Mejora del río Choluteca, ya
que con su capacidad de trabajo en equipo han logrado dar vida a un gran proyecto.
Resumen
El tratamiento de aguas residuales convencional puede resultar costoso e incluso
inaccesible en zonas con pocos recursos o con una gestión deficiente. En este trabajo se
proponen los filtros verdes, formados por cultivos forestales, como una alternativa de
depuración natural ecológica y sostenible para la eliminación de los nutrientes principales
presentes en las aguas residuales, nitrógeno y fósforo. El marco de actuación se ubica en
Tegucigalpa (Honduras) y se exponen las principales características que afectan al proceso
de tratamiento, entre ellas, el tipo de cultivo, las condiciones climáticas de la zona o el
proceso de diseño del sistema.
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Abstract
Conventional wastewater treatment can be costly or even inaccessible in poorly managed
areas and those with reduced resources. This paper introduces a proposal of green filters,
made up of forest plantations, as an ecological and sustainable natural purification
alternative for the elimination of the main nutrients present in wastewater, nitrogen and
phosphorus. The framework is located in Tegucigalpa (Honduras) and the main aspects
that somehow affect the treatment process are exposed, including the type of crop, the
climatic conditions of the area and the design process of the system at hand.
Índice
Agradecimientos 8
Resumen 9
Abstract 10
Índice 11
Índice de Tablas 13
Índice de Figuras 14
Índice de Gráficas 15
1 Introducción 11 1.1. El problema de los nutrientes. 11 1.2. Antecedentes 14 1.3. Ubicación del proyecto. 16
2 Objetivo 19 2.1. Estado actual del río choluteca 20 2.2. Situación actual de PTAR ‘San José de la Vega’ 21
3 Tratamientos convencionales para la eliminación de nutrientes 28 3.1. Nitrógeno 28
3.1.1 Eliminación físico-química de nitrógeno 28 3.1.2 Eliminación biológica de nitrógeno. Nitrificación-Desnitrificación. 30
3.2. Fósforo 31 3.2.1. Eliminación físico-química de fósforo 31 3.2.2. Eliminación biológica de fósforo 33
3.3. Eliminación conjunta de nitrógeno y fósforo. 34
4 Vegetación 35 4.1. Populus spp. (Chopo) 35
4.1.1 Usos comerciales 37 4.1.2 Beneficios ecológicos del chopo 38
4.2. Typha spp. (Enea) 39 4.2.1. Usos comerciales 40 4.2.2. Beneficios ecológicos de la enea. 40
5 Diseño del sistema de filtro verde 42 5.1. Caudal y concentración de nutrientes en el efluente 42 5.2. Capacidad de absorción de nutrientes por especie vegetal 45 5.3. Superficie necesaria: 46 5.4. Diseño de las unidades de filtro verde (UFV). Distribución de especies vegetales. 49
5.4.1. Filtro Verde (FV) 49 5.4.2. Filtro Verde Difuso (FVd) 51
5.5. Cálculo volumen de zanja 52
12
5.6. Etapas en la construcción del filtro verde 53
6 ANÁLISIS ECONÓMICO Y JUSTIFICACIÓN 56 6.1. TRATAMIENTO CONVENCIONAL 56 6.2. Filtro verde 57
7 HUELLA DE CARBONO 58 7.1. Fijación de CO2 59 7.2. Almacenamiento de CO2 61 7.3. Cambio climático 62 7.4. Caso de estudio 63
Anexos 64
Anexo i. mapas 64
ANEXO II. PLANOS 67
Conclusiones 71
Conclusions 72
Referencias 73
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Unidades compartidas por ambas plantas 22
Tabla 2. Unidades `San José de la Vega’ 23
Tabla 3. Unidades PRRAC-ASAN 26
Tabla 4. Caudal PTAR ‘San José de la Vega’ 42
Tabla 5. Datos de partida para la P.T.A.R San José de la Vega 43
Tabla 6. Concentración máxima de nutrientes permisible por la legislación hondureña. 44
Tabla 7. Superficie estimada de las unidades de filtro verde difuso. 49
Tabla 8. Costes asociados a tratamiento convencional de eliminación de nutrientes en una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. 56
Tabla 9. Costes asociados a tratamiento no convencional para la eliminación de nutrientes mediante Filtros Verdes. (Se utiliza un factor de corrección de 0.1) 57
Tabla 10. Absorciones estimadas a los 20 años 60
14
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Tramo de un río con eutrofización por exceso de nutrientes. 12
Figura 2. Ciclo del Nitrógeno en humedales. 13
Figura 3. Albufera de Valencia. 14
Figura 4. Recuperación de la Albufera de Valencia. 15
Figura 5. Mapa de Honduras 17
Figura 6. Fragmento de filtro verde. 19
Figura 7. Tramo del Río Choluteca visiblemente contaminado 21
Figura 8. Vista aérea de la PTAR ‘San José de la Vega’. 22
Figura 9. Componentes correspondientes a la planta de ‘San José’ 24
Figura 10. Digestor aerobio ‘San José’. 25
Figura 11. Componentes correspondientes a la planta PRRAC-ASAN. 27
Figura 12. Dos tipos de torres de extracción por arrastre con aire. 29
Figura 13. Proceso de intercambio iónico. 30
Figura 14. Configuración básica para la eliminación biológica de nitrógeno. 31
Figura 15. Configuración básica para eliminación biológica de fósforo. 33
Figura 16. Configuración para la eliminación simultánea de nitrógeno y fósforo. 34
Figura 17. Chopo. 36
Figura 18. Hoja de chopo. 37
Figura 19. Enea. 39
Figura 20. Esquema UFV 50
Figura 21. Disposición plantas en UFV 50
Figura 22. Marco tresbolillo 51
Figura 23. Modelo Zanja Principal (Medidas expresadas en metros). 52
Figura 24. Modelo Canal (Medidas expresadas en metros). 52
Figura 25. Vista frontal de los canales con desnivel de 1%. 54
Figura 26. Dique y escollera de piedras (cotas en metros) 55
Figura 27. Procesos básicos de la Fotosíntesis 59
Figura 28. Ciclo de producción de madera y productos derivados. 61
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Gráfica 1. PIB Honduras. (US$ a precios actuales) 17
Gráfica 2. Zonas de formación de cloraminas. 28
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1 INTRODUCCIÓN
El presente proyecto se basa en la propuesta de una alternativa orientada a la regeneración
del río Choluteca, en Tegucigalpa (Honduras). Entendiendo como regeneración no
únicamente la mejora de la calidad hídrica, sino la implicación de otros aspectos, como la
recuperación de la ribera, que conlleva una renaturalización del ecosistema.
1.1. El problema de los nutrientes.
Uno de los parámetros más críticos a la hora de evaluar la calidad de un agua residual tratada
es el contenido de nutrientes en la misma. En este sentido, nitrógeno y fósforo son los
principales nutrientes de importancia en el vertido de aguas residuales a cauces fluviales.
Los vertidos que contienen estos nutrientes pueden acelerar la eutrofización de lagos, ríos
y embalses, y estimular así el crecimiento de algas y plantas acuáticas arraigadas a cursos
de agua poco profundos. La elevada concentración de nitrógeno amoniacal en efluentes
tratados también puede tener otros efectos negativos, como son la reducción de la
concentración de oxígeno disuelto en las aguas receptoras y la toxicidad para la vida
acuática. (Ryding & Rast, 1992)
“La gente inteligente habla de ideas, la gente común habla de cosas, la gente mediocre habla de gente.”
Jules Romains
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Figura 1. Tramo de un río con eutrofización por exceso de nutrientes.
(Fuente: Triplenlace.com)
El nitrógeno presente en el medio acuático puede existir en cuatro formas diferentes:
Nitrógeno orgánico, amoniacal, formando nitritos o nitratos.
En las ARUs (Aguas Residuales Urbanas) sin tratar está presente en forma de nitrógeno
orgánico y amoniacal.
En la naturaleza, y en presencia de O2, el nitrógeno amoniacal se transforma en nitrito y éste,
rápidamente, en nitratos, que es la forma más oxidada en la que se encuentra el nitrógeno
en el agua. (Sette Ramalho, Jiménez Beltrán, & de Lora, 1990)
Figura 2. Ciclo del Nitrógeno en humedales.
(Kadlec, y otros, 2000)
En el tratamiento de aguas residuales urbanas se emplea el concepto de Nitrógeno Total
Kjeldahl (NTK), constituido por la suma del nitrógeno orgánico y amoniacal. Éste debe oscilar
entre 40-60 mg/L, viniendo a representar la quinta parte de la DBO (Demanda Bioquímica de
Oxígeno).
Por otra parte, el fósforo, es un elemento esencial para el desarrollo de la vida. Éste, según
diversos estudios se encuentra en una relación P/DBO5 que varía entre el 3,2 y el 6,6%.
Se estima que, aproximadamente el 85% del fósforo aportado al medio ambiente procede de
la red de colectores de las aguas residuales urbanas. Esta fracción proviene sobre todo de
los desechos orgánicos y del uso de detergentes.
La agricultura es la causante del 15% restante, siendo su influencia relativamente pequeña,
debido a que, al contrario que en el caso de los nitratos, el fósforo se absorbe y se almacena
bien en el suelo.
El fósforo aparece como fosfato en forma de ortofosfatos, polifosfatos y fósforo orgánico. El
fósforo total es la suma de ellos. (Quintero Rendón, Agudelo, Quintana Hernández, Cardona
Gallo, & Ossorio Arias, 2010)
14
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1.2. Antecedentes
Uno de los ejemplos más significativos de eliminación de nutrientes mediante vías naturales
se encuentra ubicado en España, más concretamente en la Comunidad Valenciana. En
esta comunidad está situado el Parque Natural de la Albufera. Se trata del lago más grande
de España y una de las zonas húmedas más importantes de la península ibérica. Un paraje
de gran interés ecológico en el que hibernan especies únicas de aves acuáticas.
Figura 3. Albufera de Valencia.
(EFE. Carlos Oltra Martínez)
En la década de los 70, la Albufera de Valencia, perteneciente a la Red Natura 2000 sufrió
una crisis ambiental que a día de hoy aún mantiene. Esta crisis fue debida a la existencia
reiterada de vertidos incontrolados de origen urbano y acentuada por la significativa
reducción del caudal proveniente del río Júcar.
Este conjunto de circunstancias hizo que desapareciera la vegetación subacuática de la
zona y, con ello, la salubridad de las aguas del humedal. La eutrofización se abrió paso
gracias al exceso de nutrientes procedentes de los vertidos urbanos, industriales y
agrícolas.
En 2009 se inició la construcción del ‘Tancat de la Pipa’, un proyecto piloto ideado para
paliar las consecuencias de esta catástrofe natural. Se trata de un filtro verde, un humedal
de 40 ha situado en la entrada de la laguna que reduce significativamente la concentración
de nitratos, fosfatos y sólidos en suspensión.
Las tareas de recuperación de la Albufera han continuado hasta la actualidad. Entre 2013 y
2016, este espacio ha contado con más de 10.000 nuevos ejemplares de siete especies de
plantas acuáticas.
Además, de los 3.000 millones de litros de agua que circulan anualmente por el Tancat de
la Pipa, 1.530 millones son tratados cada año por estos filtros verdes, que consiguen
depurar el agua satisfactoriamente.
Figura 4. Recuperación de la Albufera de Valencia.
(EFE)
16
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1.3. Ubicación del proyecto.
En este trabajo se estudia la remoción biológica de nutrientes a la salida de la Planta de
Tratamiento de Aguas Residuales ‘San José de la Vega´, que vierte al cauce del río
Choluteca, ubicado en Tegucigalpa.
La opción escogida para la extracción de nitrógeno y fósforo del ecosistema fluvial será la
utilización de un sistema de filtros verdes. Éstos se definen como un sistema natural de
depuración ecológica y sostenible del agua. Consisten en el cultivo de masas forestales que
asimilan los nutrientes que se encuentran en el agua. La absorción de nitrógeno y fósforo por
parte de las especies vegetales seleccionadas y el aprovechamiento posterior de las mismas
hacen de este un sistema sostenible.
El presente proyecto se encuentra en el marco de actuación del Plan Urbano Ambiental del
río Choluteca, el cual se propone como una estrategia política integral que armoniza
diferentes sectores poblacionales para erigirse en un eje rector de la mejora paulatina de los
Centros Históricos de Tegucigalpa y Comayagüela, garantizando así su progresivo desarrollo
sostenible. Este instrumento utiliza como elemento clave el río Choluteca, por su potencial de
mejora y su capacidad para convertirse en el principal bien ambiental y económico de la
ciudad.
El escenario de actuación del presente trabajo se encuentra en Tegucigalpa, la cual cuenta
con 1,19 millones de habitantes según datos de 2015.
Figura 5. Mapa de Honduras
(Google Earth Pro)
Honduras se encuentra en América Central y cuenta con una extensión de 112.490 Km2. Su
población es de 8,19 millones de habitantes y posee una mesurada densidad de población,
la cual ronda los 73 habitantes por km2. Se trata de la economía número 108 por volumen de
PIB (Producto Interior Bruto) y en 2015 tuvo una deuda pública de 8.7 millones de euros.
Gráfica 1. PIB Honduras. (US$ a precios actuales)
(OCDE, 2016)
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El índice de Desarrollo Humano (IDH) es un indicador sintético de los logros medios obtenidos
en las dimensiones fundamentales del desarrollo humano, a saber, tener una vida larga y
saludable, adquirir conocimientos y disfrutar de un nivel de vida digno. Es la media geométrica
de los índices normalizados de cada una de las tres dimensiones. En cuanto al IDH de
Honduras, se encuentra en el puesto 130 de un directorio de 188 países, lo cual describe
muy bien la situación económica y a la postre, la tesitura social del país. (Programa de las
Naciones Unidas para el Desarrollo, 2016)
Por todo lo anterior, es de vital importancia realizar acciones sostenibles en el marco de una
ingeniería adecuada al entorno en el que se encuentra este proyecto.
2 OBJETIVO
El empleo de Filtros Verdes para la eliminación de nutrientes en aguas residuales es un
proceso reciente e innovador. Se trata de un mecanismo que, bien explotado, puede sustituir
a los tratamientos convencionales en territorios donde la coyuntura económica y social no es
lo suficientemente favorable. (FAO, 2016)
Debido a la falta de bibliografía en lo que se refiere a remoción biológica de nutrientes en
Aguas Residuales urbanas, los cálculos y el diseño del filtro se realiza de forma aproximada,
con el objetivo principal de reivindicar este tipo de ingeniería alternativa y limpia.
Este proyecto se centra en el diseño de UFVs (Unidades de Filtro Verde) colocadas
perpendicularmente al cauce fluvial. Estas unidades estarán conformadas por un número
determinado de especies vegetales que harán la función de depuradoras de nutrientes.
Además, éstos pueden ser utilizados para retirar materia orgánica del agua, tratando flujos
considerables al igual que las plantas de tratamiento continuo convencional, por lo tanto,
representan una alternativa ecológica, económica y muy flexible en el tratamiento de aguas
residuales, haciendo posible su instalación en comunidades donde el establecimiento de
tratamientos convencionales resulta costoso.
Figura 6. Fragmento de filtro verde.
(Alianza por el agua, 2008)
20
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Asimismo se realizará una reforestación en dos zonas de la margen izquierda del río, y una,
más amplia, en la derecha con el objetivo de aumentar el potencial de depuración del filtro
verde, incrementando a su vez la regeneración y renaturalización del ecosistema fluvial en
su conjunto. (ANEXO I)
2.1. Estado actual del río choluteca
El escenario de actuación se ubica en Honduras, más concretamente en Tegucigalpa, donde
se tratará el efluente de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ‘San José de la Vega’.
La tesitura económica, social y de los ecosistemas circundantes hace necesaria una
intervención en lo que a la calidad de las aguas se refiere. El presente estudio, en
colaboración con el Grupo de Investigación TAR, pretende mejorar la calidad del ecosistema
fluvial así como subsanar la masiva degradación que ahora padece.
La situación del río Choluteca a su paso por Tegucigalpa y Comayagüela se podría calificar
de alarmante. El vertido de residuos sólidos y líquidos a sus aguas convierte al Choluteca en
un foco de contaminación e insalubridad. Esto aumenta parámetros como la DBO, sólidos en
suspensión (SS) o la concentración de elementos tóxicos, a la vez que disminuye la cantidad
de oxígeno disuelto.
Esto deriva en la merma de la biodiversidad del río, impidiendo el desarrollo de plantas
acuáticas y vegetación de ribera, así como imposibilitando la vida de muchas especies de
aves, anfibios y peces cuyo hábitat natural es el ecosistema fluvial.
La baja calidad de las aguas también impide su uso aguas abajo por los habitantes de la
capital, ya sea con destino agricultura, ganadería o turismo.
Los parámetros de la calidad del río se asemejan a los de las aguas negras brutas,
especialmente en la época seca, altos contenidos de coliformes fecales y totales así como
otros organismos patógenos. La presencia de elementos tóxicos inhibe los procesos de
autodepuración del río.
Según estudios realizados el año 2002, se estima que el rio transportaba una carga promedio
de 100.23 tn de residuos/día, de las cuales el 70% provenía de los residuos líquidos de usos
domésticos, un 27 % producto de los desechos sólidos y un 3% de la escorrentía superficial.
(Gladstone, 2002)
En los últimos años estos parámetros han sufrido leves mejoras, pero aún queda un largo
camino que recorrer, por ello, el saneamiento del río Choluteca y su recuperación ambiental
es una prioridad para, de esta manera, garantizar la salud de las personas que viven a orillas
del río aguas abajo, así como el ecosistema en general.
Figura 7. Tramo del Río Choluteca visiblemente contaminado
(Redacción Diario Criterio, 2015)
2.2. Situación actual de PTAR ‘San José de la Vega’
Es necesario resaltar el hecho de que, como se ha mencionado, existe una Planta de
Tratamiento de Aguas Residuales. El verdadero problema reside en que, actualmente se
encuentra en unas condiciones muy deficientes, lo cual deriva en un efluente que está
mermando la calidad del ecosistema fluvial al que la Planta vierte sus aguas.
22
22
Figura 8. Vista aérea de la PTAR ‘San José de la Vega’.
(Elaboración Propia)
Tabla 1. Unidades compartidas por ambas plantas
1 Digestor Anaerobio
2 Desodorización
3 Cisterna de Agua Potable
4 Armarios y cuadros eléctricos
5 Edificio de soplantes
6 Oficinas
En la actualidad, la depuración del territorio de San José y sus alrededores, situado en la
zona sudeste de Tegucigalpa, se lleva a cabo mediante dos líneas que operan por separado,
pero que fueron diseñadas para actuar conjuntamente. Hoy día no trabajan utilizando el total
de su capacidad, lo que provoca un mal funcionamiento de los equipos.
Por un lado se encuentra la Planta de San José, financiada por la Cooperación Italiana, la
cual posee los siguientes componentes.
Tabla 2. Unidades `San José de la Vega’
1 Estación de bombeo
2 Pre-tratamiento
3 Decantador primario
4 Digestor aerobio
5 Lodos activados
6 Decantador secundario
7 Laberinto de cloración
8 Pre-espesador
9 Tambor rotatorio
10 Filtro de banda
11 Lechos de secado
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24
Figura 9. Componentes correspondientes a la planta de ‘San José’
(Rodríguez, 2017)
En esta planta, se trata actualmente un caudal de 3555m3/día, lo que equivale a 33000
habitantes. La DBO que entra en ese caudal es de 546 mg/L, la carga orgánica 1943 kg/día,
y la demanda química de oxígeno 911mg/L.
Posee un digestor aerobio, cuyo correcto desempeño debería ser una prioridad en la gestión
de la planta. Este tipo de equipos funciona gracias a la digestión de la materia orgánica (M.O)
y los nutrientes, principalmente fósforo y nitrógeno, por parte de los microorganismos que
se desarrollan en el digestor, gracias al aporte artificial de oxígeno mediante el bombeo de
aire al fondo del reactor. Estos microorganismos digieren esta materia orgánica, ya sea en
forma coloidal o disuelta para reproducirse, produciendo CO2.
M.O + O2 + Microorganismos + Nutrientes → CO2 + agua + M.O + Microorganismos + NH4 + P
En el caso de la planta de San José, el mal funcionamiento provoca el crecimiento en exceso
de microorganismos, principalmente bacterias indeseables, produciendo fenómenos de
“bulking” y “foaming”, dificultando la decantación y formándose espumas. Esto hace que se
considere un equipo fuera de servicio, dado sus nulos rendimientos de eliminación de
contaminantes.
Figura 10. Digestor aerobio ‘San José’.
(Julián Lebrato)
Por otra parte se encuentra la línea de depuración correspondiente a la planta PRRAC-ASAN.
En esta línea de depuración entra un caudal de 5828 m3/día, dimensionada para 92000
habitantes a los que se otorgaría el servicio. En ella la DQO de entrada es 712 mg/L, con una
DBO de 427 mg/L y una carga orgánica de 2488 kg diarios.
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Tabla 3. Unidades PRRAC-ASAN
1 Post-espesador
2 Criba
3 Desarenador
4 Torre de reparto
5 UASB
6 Lodos activados
7 Decantador secundario
8 Laberinto de cloración
9 Almacenamiento de cloro gas
10 Filtro prensa
11 Tanque de gas
12 Desulfurador
13 Generador
14 Almacenamiento de NaOH
Figura 11. Componentes correspondientes a la planta PRRAC-ASAN.
(Rodríguez, 2017)
En conclusión, el objetivo principal de este proyecto se basa en mejorar la calidad de las
aguas residuales provenientes de la PTAR, principalmente mediante la disminución de la
concentración de nutrientes.
Como se ha mencionado con anterioridad, esta disminución es primordial para la futura
mejora de la calidad del río, ya que actualmente, la planta no está a pleno rendimiento y las
unidades de eliminación de nutrientes (principalmente nitrógeno y fósforo) no se encuentran
operativas. Por ello, se estimará la superficie de acción necesaria para el filtro verde que
consiga alcanzar los límites legales de concentración de nutrientes permitidos por las Normas
Técnicas para las Descargas de Aguas Residuales a Cuerpos Receptores.
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28
3 TRATAMIENTOS CONVENCIONALES PARA LA
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
3.1. Nitrógeno
3.1.1 Eliminación físico-química de nitrógeno
Este tipo de tratamientos puede resultar más costoso y, respecto a la parte técnica, se
trata de procesos más complicados si se comparan con la eliminación biológica. Aun
así, en ocasiones se hace necesario si se tratan ciertos tipos de efluentes industriales.
Puede realizarse mediante distintos procesos:
Por oxidación del amonio a nitrógeno gas mediante la adición de cloro
(Cloración al break point).
Esta técnica requiere una dosificación extremadamente precisa, un control
exhaustivo del pH y la necesidad de eliminar el cloro residual.
Gráfica 2. Zonas de formación de cloraminas.
(El Agua Potable)
Arrastre de amoníaco por ‘stripping’.
Para lo que es imprescindible desplazar el equilibrio NH4+/NH3 hacia el
amoniaco mediante la basificación del agua.
NH4+ + OH H2O + NH3
Alguna desventaja de este sistema está en relación con el consumo de energía
y reactivos, la aparición de olores y contaminación atmosférica, así como la
síntesis de precipitados (Ca (OH)2).
Figura 12. Dos tipos de torres de extracción por arrastre con aire.
(Environmental Protection Agency, 2000)
30
30
Intercambio iónico.
Se trata de un proceso mediante el cual se hace pasar la corriente a través de
una matriz compuesta por un intercambiador que posee alta selectividad por el
ión amonio (NH4+).
Es necesario un tratamiento exhaustivo de la corriente previa, por este motivo
puede resultar un proceso costoso.
Figura 13. Proceso de intercambio iónico.
(General Water Company )
3.1.2 Eliminación biológica de nitrógeno. Nitrificación-Desnitrificación.
La eliminación biológica de nutrientes se lleva a cabo cuando éstos se utilizan como
constituyentes celulares. En cambio, existen procesos biológicos en los que se
elimina una mayor cantidad de nutrientes que la rigurosamente necesaria. Uno de
estos procesos es la llamada nitrificación-desnitrificación, cuyo objetivo es la oxidación
del amonio a nitrato por bacterias autótrofas en presencia de oxígeno y carbono
orgánico y, seguidamente, el nitrato se reduce a nitrógeno gas por bacterias
heterótrofas en ausencia de oxígeno y presencia de carbono orgánico. (Kadlec, y
otros, 2000)
NITRIFICACIÓN
NH4+ + 1.5 O2 NO2
- + H2O + 2H+ (Por bacterias nitrosomonas)
NO2- + 0.5 O2 NO3
- (Por bacterias nitrobacter)
DESNITRIFICACIÓN
NO3- + 5H+ 0.5 N2 + 2H2O + OH- (Por bacterias heterótrofas)
Figura 14. Configuración básica para la eliminación biológica de nitrógeno.
3.2. Fósforo
3.2.1. Eliminación físico-química de fósforo
La eliminación biológica de fósforo en ocasiones no alcanza para llegar a los límites
establecidos por la ley, por este motivo es necesario un tratamiento físico-químico
adicional.
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El sistema más utilizado es la precipitación química de fósforo, que se usa para la
eliminación de las formas inorgánicas del fosfato mediante la adición de un coagulante
y la mezcla de agua residual y coagulante. Los iones de metales multivalentes más
frecuentemente usados son calcio, aluminio y hierro. (Arias & Brix, 2005)
La alúmina o sulfato de amonio hidratado es ampliamente utilizada en el
proceso de precipitación de sulfatos y fosfatos de aluminio.
Al3+ + HnPO43-n ↔ AlPO4 + nH+
En este tipo de reacciones, deben considerarse las constantes de equilibrio, el
pH, posibles reacciones competitivas. Dependiendo de la eliminación que se
quiera alcanzar, la dosis requerida será mayor o menor.
Con una dosis de coagulante comprendida entre 50 y 200 mg/L se alcanza una
tasa de eliminación del 80-90%.
Por otra parte, el sulfato férrico y el sulfato ferroso son asiduamente utilizados
para la eliminación de fósforo.
Fe3+ + HnPO43-n ↔ FePO4 + nH+
Se forma fosfato férrico a partir de la combinación de los iones de hierro que
reaccionan lentamente. Se añade un coagulante como la caliza para elevar el
pH.
3.2.2. Eliminación biológica de fósforo
El tratamiento biológico para la eliminación de fósforo se lleva a cabo por parte de los
PAO, organismos acumuladores de polifosfato, por sus siglas en inglés. Los PAO son
microorganismios heterótrofos capaces de acumular ácidos grasos volátiles (AGV)
intracelularmente, en condiciones anaerobias, con un aporte de energía adicional.
Esta energía permite la acumulación de AGV y proviene de la oxidación de los
polifosfatos y el glucógeno para formar fosfatos.
Algunas especies acumuladoras de polifosfatos son: Propionibacter pelophilus,
Rhodocyclus spp. o Candidatus accumulibacter.
Estas bacterias tienen mayor capacidad para crecer en condiciones desfavorables
cuanta más cantidad de AGV acumulan. Por consiguiente, cuando el flujo las arrastra
a la parte aerobia del reactor, no compiten por el sustrato con los demás
microorganismos y comienzan a consumir sus reservas internas de AGV. En ese
momento, las PAO regeneran glucógeno y polifosfatos, para lo cual necesitan
absorber abundantes cantidades de fosfatos
Figura 15. Configuración básica para eliminación biológica de fósforo.
34
34
3.3. Eliminación conjunta de nitrógeno y fósforo.
Para la eliminación simultánea de nutrientes se tienen que ajustar las condiciones para que
satisfagan los requerimientos de los microorganismos netrificantes heterótrofos y los de los
PAO. La configuración más habitual es la siguiente. (Gónzalez & Saldarriaga, 2008)
Figura 16. Configuración para la eliminación simultánea de nitrógeno y fósforo.
4 VEGETACIÓN
La selección de la vegetación que se usará en el sistema de filtros verdes debe tener en
cuenta las características del emplazamiento donde se realizará el proyecto. Además, las
especies elegidas deberán contar con los siguientes requisitos:
1. Especies que alcancen una biomasa notable por unidad de superficie, para así
conseguir la máxima asimilación de nutrientes posible.
2. Deben disponer de un sistema de transporte de oxígeno eficiente hacia las zonas
subterráneas para favorecer la nitrificación.
3. Las especies seleccionadas deben tener una elevada productividad.
4. Se debe tratar de ejemplares que puedan crecer fácilmente en las condiciones
ambientales del sistema proyectado. (Álvarez Vega, 2002)
En el presente proyecto se contará con la presencia de dos especies vegetales, cuya
combinación será una herramienta clave para el correcto funcionamiento de este sistema de
depuración natural.
4.1. Populus spp. (Chopo)
El género Populus está compuesto por cerca de 40 especies diferentes. Es originario de
zonas templadas y subtropicales, los árboles y arbustos de la familia de las Salicáceas son
de crecimiento rápido y de fácil propagación vegetativa. Muchas de las especies se adaptan
a muy diversas condiciones climatológicas, edáficas e hidrológicas. Son fáciles de cultivar y
constituyen un componente importante de los sistemas agroforestales, a menudo para
pequeños agricultores.
El chopo alcanza un gran porte, es de crecimiento muy rápido y puede llegar a medir 30
36
36
metros, a razón de 1 metro al año en los primeros ciclos. Cuenta con un tronco grueso, a
menudo con abultamientos semejantes a tumores de los que surgen infinidad de rebrotes.
Es destacable y significativa su gran capacidad de renuevo de cepa.
Es una especie hidrófila y heliófila característica de zonas de ribera que representa una
herramienta inigualable para renaturalizar el paisaje. Está adaptado al dinamismo de las
formaciones riparias, que es mucho mayor que el de los ecosistemas terrestres por la
intensidad y frecuencia con la que se producen situaciones cambiantes y por las elevadas
tasas de crecimiento de este tipo de vegetación y su naturaleza colonizadora. (FAO, 2005)
Figura 17. Chopo.
(Elaboración propia)
Figura 18. Hoja de chopo.
(Elaboración propia)
4.1.1 Usos comerciales
La obtención de chapas y tableros contrachapados es el uso principal de la madera de chopo
y el de mayor valor añadido. También es el uso que requiere una madera de mayor calidad.
Otro uso muy común de la madera de chopo es la obtención de biomasa a partir de los
fragmentos de menores dimensiones, ésta se tritura para su posterior utilización en forma de
pellets. (VVAA, 2005)
Por otra parte, el uso de la madera de chopo en la construcción se ha visto obstaculizado a
lo largo de la historia debido a la falta de bosque puro de chopo. Estos árboles siempre han
crecido distribuidos heterogéneamente y de forma aislada, alcanzando escasamente las
dimensiones requeridas para la producción de vigas estructurales para su uso en edificios.
Actualmente, gracias a la tecnología de la madera laminada, las dimensiones de la materia
prima no constituyen una limitación.
Supone una alternativa viable y económica para su aprovechamiento maderero, sobre todo
en la producción de contrachapado. Además, su explotación con fines industriales ha
aumentado en las últimas décadas debido a una urgente necesidad de abastecimiento.
38
38
(Confemadera, 2009)
Todo esto unido al impacto positivo que generan las alamedas y choperas a nivel visual y
social, hacen de esta especie arbórea un instrumento incomparable en el marco de la
creación de un filtro verde.
4.1.2 Beneficios ecológicos del chopo
Las choperas influyen positivamente en la buena gestión de las corrientes fluviales, ya que
ayudan a proteger las mismas, frenando la escorrentía y fijando los sedimentos de sus
márgenes. Las raíces del chopo también mejoran la infiltración, ayudando así a mitigar los
efectos negativos de las crecidas de los ríos, provocando un efecto de laminación de
avenidas, tal como lo haría un embalse.
También es importante señalar el papel de las choperas en la disminución de la propagación
de incendios forestales con una correcta gestión del cultivo respecto a los gradeos y podas.
Aunque en el presente caso de estudio éste no sea uno de los puntos a cubrir se debe tener
en cuenta, sobre todo en el ámbito del filtro verde difuso, situado en la margen izquierda del
río.
Otro beneficio importante es la gran capacidad del chopo para la absorción de CO2 y para la
fijación de carbono. Una hectárea plantada con chopo puede absorber más de 25 toneladas
de dióxido de carbono. Teóricamente, su correspondencia en valor económico es de
alrededor de 850 € por año. (Pardos, 1999)
Por último, según distintos estudios, las plantaciones de choperas realizadas en las riberas
pueden disminuir el contenido en nitratos del agua hasta en un 70%. Por ello, el importante
papel del chopo en cuanto a la fitorremediación de aguas residuales de pequeños núcleos
urbanos es la característica principal que hace de esta especie una alternativa idónea para
su uso en un sistema de filtros verdes. (Dimitriou & Aronsson , 2005)
4.2. Typha spp. (Enea)
La espadaña o enea es una planta de la familia typhaceae. Se trata de especies herbáceas
acuáticas emergentes y robustas que poseen un rizoma subterráneo que se desarrolla en la
capa edáfica sumergida y a partir del cual se forman los tallos erectos que se elevan fuera
del agua y que terminan con una inflorescencia en forma de espiga cilíndrica donde se
encuentran las flores.
Figura 19. Enea.
(Fuente: Elaboración propia)
La espadaña crece en humedales, pantanos, lagunas o cualquier lugar invadido por agua
dulce en zonas de clima templado y subtropical. Esta planta también aguanta condiciones
acuáticas de ligera salinidad, la cual no puede superar el 1,6% para el correcto desarrollo de
la enea. (Álvarez & Bécares)
40
40
En este tipo de ambientes, se trata de una especie con una alta productividad y con las
condiciones óptimas, puede convertirse en una planta invasora. Por ello es de vital
importancia la correcta gestión del medio natural.
4.2.1. Usos comerciales
La espadaña se ha utilizado principalmente a lo largo de la historia como fibra vegetal, para
la elaboración de artículos tales como esteras, paneros, artesanía decorativa o sillas.
También se le ha dado uso como material de construcción y aislante, recubriendo techos de
cabañas o chozas.
En algunos países como Senegal se está estudiando la posibilidad de producir carbón a partir
de esta planta. En otros lugares se extrae almidón para la producción de alcohol.
La enea también posee propiedades alimenticias. El extracto de polen de espadaña se utiliza
como espesante, añadiéndolo a la harina. Cada gramo de polen se vende en el mercado a
0,20 $, o lo que es lo mismo, 0,17 €. (Della Greca, Monaco , & Previtera, 1990)
Se trata de una especie con multitud de usos comerciales, por lo que esta planta herbácea,
en combinación con el antes descrito chopo, es una alternativa ideal para el correcto
desempeño del sistema de filtros verdes.
4.2.2. Beneficios ecológicos de la enea.
La familia de las tifáceas es un grupo de plantas que pueden otorgar numerosas ventajas a
un ecosistema dado.
En primer lugar, mejoran ampliamente la biodiversidad del mismo, ya que pueden ejercer un
papel colonizador de ecosistemas degradados. Son capaces de formar micro ecosistemas,
ya que numerosos insectos se desarrollan en su interior. Proporcionan cobijo a diversos
anfibios y numerosas aves lacustres, que usan las inflorescencias de sus tallos para la
construcción de nidos. Otras especies de aves pueden realizar paradas en sus recorridos
migratorios en humedales reforestados con eneas. Todo esto convierte los mismos en
espacios naturales ricos en flora y fauna. Asimismo, se mejora el impacto visual del
ecosistema, dando una sensación de naturalidad inigualable. (Álvarez & Bécares)
Estas especies favorecen la fijación del suelo y previenen la erosión del mismo gracias a su
denso sistema rizomático. Esto hace de ellas una opción ideal para realizar reforestaciones
de riberas degradadas.
Se trata de plantas oxigenadoras del ecosistema acuático ya que sus tejidos internos
disponen de espacios vacíos que permiten el flujo de gases desde las partes aéreas hasta
las subterráneas, evitando situaciones de eutrofización en zonas donde la vegetación es
abundante. Esta capacidad hace de las eneas ejemplares únicos a la hora de establecer un
sistema de filtros verdes ya que harán que los chopos se puedan plantar a una distancia
relativa menor, y así, el aprovechamiento del terreno será mucho más considerable. (García,
y otros, 2004)
Destacan también por su gran capacidad de moderación de las variaciones ambientales.
Cuando las plantas están desarrolladas reducen la intensidad de la luz incidente sobre el
medio evitándose así grandes gradientes de temperatura en profundidad que pueden afectar
el proceso de depuración.
Este tipo de plantas se distingue por su capacidad de eliminación de contaminantes tales
como productos farmacéuticos, entre ellos ibuprofeno, carbamazepina y ácido clofibrico, con
unas eficacias de eliminación de 96 %, 97 % y 75 % respectivamente. También han mostrado
un excelente comportamiento en la asimilación de metales pesados tales como el cadmio o
el zinq. (García, y otros, 2004)
En cuanto a la asimilación de nutrientes en aguas residuales urbanas, su contribución es
moderada cuando se tratan ARUs de tipo medio, absorbiendo en torno a un 10 % de
nitrógeno y un 20 % de fósforo. Sin embargo, en aguas residuales diluidas contribuyen en
mayor medida, eliminando más del 50 % de los nutrientes.
42
42
5 DISEÑO DEL SISTEMA DE FILTRO VERDE
A continuación se procede a realizar un cálculo aproximado de la superficie necesaria y
disponible para el correcto funcionamiento del sistema de filtro verde, teniendo en cuenta
factores climatológicos y edáficos, así como las características y peculiaridades del agua
residual a tratar.
5.1. Caudal y concentración de nutrientes en el efluente
En primer lugar, el efluente de la PTAR cuenta con un caudal total de 9383 m3/día, obtenido
este de la suma de los caudales de las dos plantas que forman la estación depuradora de
aguas residuales.
Tabla 4. Caudal PTAR ‘San José de la Vega’
PLANTA CAUDAL (M3/D)
San José de la Vega 3555
PRRAC-ASAN 5828
Total 9383
Ingeniería, Diseños Obras y Montaje (IDOM) en colaboración con el Instituto de Hidráulica
Ambiental de Cantabria (IHC)
Por otra parte, para la concentración de nutrientes del efluente, se tomarán los siguentes
datos de partida de concentración de nutrientes:
Tabla 5. Datos de partida para la P.T.A.R San José de la Vega
NTK (Nitrógeno Total Kjeldahl)
Carga diaria (kg/d) 2022.77
Concentración media (mg/L) 56,90
Fósforo Total
Carga diaria (kg/d) 355.49
Concentración media (mg/L) 10.00
(IDOM en colaboración con el IHC).
Estos datos se refieren a la concentración de NTK y Fósforo total a la entrada de la PTAR,
ya que en la actualidad, ésta no se encuentra operativa. Por lo tanto, se procede a eliminar
mediante el mecanismo de filtro verde la concentración de nutrientes necesaria para alcanzar
el valor mínimo permisible por legislación.
Según la Norma de Calidad para la Descarga de Aguas Residuales en Cuerpos Receptores,
aplicable en Honduras, los criterios de conformidad de las instalaciones de tratamiento de
aguas residuales urbanas son los siguientes:
- Requisitos de los vertidos procedentes de instalaciones de tratamiento de aguas
residuales urbanas:
Los requisitos que deben cumplir, tanto los vertidos como las instalaciones de tratamiento de
44
44
aguas residuales urbanas, para que sean conformes a lo dispuesto en la Directiva
91/271/CEE aparecen descritos en las letras B y D de su Anexo I, y en los cuadros 1, 2 y 3
de este último.
En la siguiente tabla aparecen resumidos los requisitos relacionados con la concentración de
nutrientes.
Tabla 6. Concentración máxima de nutrientes permisible por la legislación hondureña.
(Norma de Calidad para la Descarga de Aguas Residuales en Cuerpos Receptores)
Cálculos referentes a la concentración máxima permisible a la salida de la PTAR `San José
de la Vega´ teniendo en cuenta el caudal medio teórico del efluente:
PARÁMETRO
CONCENTRACIÓN MÁXIMA
PERMISIBLE
Nitrógeno Total Kjeldahl 30 mg/L
Nitrógeno Amoniacal 20 mg/L
Fósforo Total 5 mg/L
Nitrógeno Total Kjeldahl
30 𝑚𝑔
𝐿 · 9383000
𝐿
𝑑í𝑎 = 281490000 mg NTK/día = 281.490 kg/d
Fósforo Total
5 𝑚𝑔
𝐿 · 9383000
𝐿
𝑑í𝑎 = 46915000 mg P/día = 46.915 kg/d
5.2. Capacidad de absorción de nutrientes por especie vegetal
Cálculos referentes a la capacidad de absorción de nutrientes de los ejemplares vegetales
seleccionados para el filtro verde:
Typha angustifolia/latifolia (Enea)
- Productividad
13 𝑘𝑔
𝑚2·𝑎ñ𝑜 = 130000
𝑘𝑔
ℎ𝑎·𝑎ñ𝑜
- Capacidad de asimilación de nutrientes
180 𝑔 𝑁
𝑚2·𝑎ñ𝑜= 1800
𝑘𝑔 𝑁
ℎ𝑎·𝑎ñ𝑜 ; 27
𝑔 𝑃
𝑚2·𝑎ñ𝑜 = 270
𝑘𝑔 𝑃
ℎ𝑎·𝑎ñ𝑜
Populus spp. (Chopo)
- Productividad
1,33 𝑘𝑔
𝑚2·𝑎ñ𝑜 = 13300
𝑘𝑔
ℎ𝑎·𝑎ñ𝑜
- Capacidad de asimilación de nutrientes
150 𝑘𝑔 𝑁
ℎ𝑎·𝑎ñ𝑜 ; 15
𝑘𝑔 𝑃
ℎ𝑎·𝑎ñ𝑜
Estos datos se basan en estudios realizados con anterioridad en distintos lugares del planeta,
con propiedades edáficas y condiciones climáticas variables y distintas al caso de estudio.
46
46
Por lo tanto, son datos aproximados sobre la productividad y la asimilación de nutrientes por
parte de las especies seleccionadas. (Álvarez Vega, 2002)
5.3. Superficie necesaria:
Para el cálculo de la superficie necesaria para la implantación de un sistema de depuración
de aguas residuales basado en la tecnología de filtro verde es precisa la determinación de la
carga hidráulica (Ch) aplicable.
La carga hidráulica o dotación de riego es el volumen de agua residual aplicada por unidad
de área de terreno en un determinado período de tiempo (normalmente, semanal, mensual
o anual). Este es el parámetro básico en el diseño y operación del sistema y puede ser
determinado basado en el requerimiento de agua del cultivo, en la capacidad de asimilación
hidráulica y en la capacidad de asimilación de constituyentes del sistema suelo-planta para
asegurar que éste no sea degradado.
En este caso se determinará la carga hidráulica mediante la capacidad de asimilación de
nitrógeno por el cultivo. Para su determinación debe hacerse un balance entre el aporte de
nitrógeno al terreno, consecuencia de la aplicación del agua residual, y la eliminación de este
nutriente que tiene lugar por las distintas vías: fenómenos de nitrificación-desnitrificación,
volatilización del amoniaco, captación por el cultivo, etc.
𝐶ℎ𝑁𝑎 = 𝑁𝑖 (Pr − 𝐸𝑇𝑃) + 100𝐶
(1 − 𝑓)𝑁𝑎 − 𝑁𝑖
Siendo:
- Ni: Concentración de nitrógeno en el agua tratada (mg/L)
- Na: Concentración media de nitrógeno en el agua residual (mg/L)
- Pr: Precipitación anual media (mm/año)
- ETP: Evapotranspiración media anual (mm/año)
- f: Fracción de nitrógeno eliminada por desnitrificación y volatilización.
- C: Consumo anual de nitrógeno por el cultivo.
(Brito, y otros, 2003)
𝐶ℎ𝑁𝑎 = 30 (1002 − 1315) + 100 ∙ 1800
(1 − 0.2) 56.90 − 30
𝐂𝐡𝐍𝐚 = 10992.912 mm/año
Establecido el valor de la carga hidráulica de diseño (Ch), se procede a calcular la superficie
necesaria de filtro verde mediante la expresión:
𝑆 = 365 ∙ 𝑄
10 ∙ 𝐶ℎ
Siendo:
- S: Superficie necesaria (ha)
- Q: Caudal medio diario de aguas residuales a tratar (m3/día)
- Ch: Carga hidráulica de diseño (mm/año)
𝑆 = 365 ∙ 9383
10 ∙ 10992.912
𝑺 = 𝟑𝟏. 𝟏𝟓 𝒉𝒂
Una vez calculada la superficie de filtro verde necesaria para la consecución del nivel de
concentración de nutrientes objetivo, se procede a la comparación con las características de
la ubicación.
Respecto al espacio disponible para el establecimiento del filtro verde se cuenta con la zona
de filtro propiamente dicho en la margen derecha del río Choluteca, así como varias zonas
en la orilla opuesta destinadas a ser filtros verdes difusos, donde la plantación se hará con
una disposición menos masiva, que además de disminuir el contenido en nutrientes de la
corriente fluvial, pretende una mejora del entorno y contribuirá a la regeneración del
ecosistema fluvial.
48
48
El filtro verde conforma la herramienta no convencional de depuración de aguas residuales
que se utiliza en el presente proyecto. Por ello, la superficie del mismo cubrirá la totalidad de
las necesidades de asimilación de nutrientes del agua residual a tratar.
Como se cita anteriormente, la longitud de las UFVs (Unidades de Filtro Verde) es de 15
metros. Asimismo, la superficie total necesaria para el correcto funcionamiento del filtro verde
asciende a 31.1 ha.
Con estos datos, se puede realizar el cálculo de la longitud necesaria para el filtro verde:
31.15 ha = 311500 m2
311500 𝑚2
15 𝑚= 20766.67𝑚 ≈ 21𝑘𝑚
El filtro verde deberá tener una longitud aproximada de 21 km para que las especies
vegetales seleccionadas puedan ejercer su función asimiladora de nutrientes. Este recorrido
se realizará partiendo desde la salida del efluente de la PTAR ‘San José de la Vega’. (Mapa:
Anexo)
En el caso del filtro verde difuso, se plantará una chopera en un marco tresbolillo y se
completará la renaturalización de la ribera con una siembra de eneas menos masiva.
El filtro verde difuso se compone de tres unidades, cada una con un área y una ubicación,
según las características y posibilidades del terreno. (Mapa: Anexo)
Tabla 7. Superficie estimada de las unidades de filtro verde difuso.
Unidad de Filtro Verde Difuso Superficie
FVd 1 1.65 ha
FVd 2 0.87 ha
FVd 3 14.40 ha
Total 17 ha
(Fuente: Elaboración propia)
5.4. Diseño de las unidades de filtro verde (UFV). Distribución de especies vegetales.
5.4.1. Filtro Verde (FV)
Se define como Unidad de Filtro Verde (UFV) cada una de las partes del filtro verde formadas
por una parte elevada, donde se plantarán principalmente los ejemplares de chopo y dos
partes sumergidas o zanjas, destinadas al cultivo hidropónico de enea.
Con unas dimensiones de 15x5m, en cada UFV se plantarán 5 chopos y 48 eneas,
dispuestos perpendicularmente al curso del río.
50
50
Figura 20. Esquema UFV
(Fuente: Elaboración propia)
Figura 21. Disposición plantas en UFV
(Fuente: Elaboración propia)
5.4.2. Filtro Verde Difuso (FVd)
Como se ha comentado anteriormente, se establecerá una plantación de chopos y eneas
de la forma más natural posible en tres zonas de la ribera del Choluteca. Dos de ellas se
establecerán en la margen izquierda. La tercera contará con la mayor superficie, y se
dispondrá en la margen derecha.
La disposición seleccionada para los ejemplares de chopo será un marco tresbolillo, que
consiste en colocar cada planta en el vértice de triángulos equiláteros, cuyo lado tiene una
longitud igual a la de la distancia de siembra. La distancia seleccionada entre árboles será
de 3 metros, para dar naturalidad al espacio y permitir la siembra de eneas.
Figura 22. Marco tresbolillo
Se plantarán tantas eneas como sea posible entre las calles de la plantación de chopos,
dejando espacio para el paso de maquinaria y las labores de poda y cuidado de los mismos.
No es aconsejable colapsar esta zona con eneas y otras plantas, ya que esto requerirá más
cuidados y, con ello, más inversión. Esto nos aleja del verdadero objetivo, que es la
‘autosuficiencia’ de esta parte del filtro verde.
52
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5.5. Cálculo volumen de zanja
Se realiza el cálculo del volumen de excavación necesario para la construcción del filtro
verde. Se contará con un sistema de filtro verde de aproximadamente 21 km de longitud
que bordeará la margen derecha del río Choluteca con una anchura de 15 m.
Figura 23. Modelo Zanja Principal (Medidas expresadas en metros).
(Elaboración propia)
Figura 24. Modelo Canal (Medidas expresadas en metros).
(Elaboración propia)
Zanja principal: Longitud 21000 m
21000 m x 1,5 m x 0,6 m = 18900 m3
Volumen de la fosa: 18900m3
Canales Filtro Verde:
21000 m
5 m (Ancho UFV)= 4200 UFV
Longitud: 4200 UFV x 15 m = 63000 m
63000 m x 3m x 0,6 = 113400 m3
Volumen de la fosa: 113400 m3
Volumen total de excavación: (18900 + 113400) · 1.1* = 145530 m3
*Se aplica un factor de corrección de 0.1
5.6. Etapas en la construcción del filtro verde
- En primer lugar se realizará el desbroce, limpieza y el establecimiento de una
plataforma en la que poder llevar a cabo el trabajo. Para ello será necesario retirar
los objetos, construcciones existentes y la capa vegetal superficial de, de
54
54
aproximadamente, 20 cm de espesor. Esta fase también incluye el
acondicionamiento y transporte de todo el material recogido.
- Se realiza la excavación y movimiento de tierras.
- Seguidamente, se lleva a cabo una nivelación y compactación de las celdas o
zanjas. Es necesario establecer un desnivel de 1% para facilitar la escorrentía y, con
ello, el funcionamiento del filtro.
Figura 25. Vista frontal de los canales con desnivel de 1%.
(Fuente: Elaboración propia)
- Se colocan sistemas de distribución y recogida. En este caso estos sistemas los
conforman los canales, los cuales terminan en un dique con una escollera de
piedras. Esto hará que los canales estén continuamente inundados, y con ello,
facilitarán la labor del sistema.
Figura 26. Dique y escollera de piedras (cotas en metros)
(Elaboración propia)
56
56
6 ANÁLISIS ECONÓMICO Y
JUSTIFICACIÓN
A continuación se realiza un análisis de los distintos costes asociados a la eliminación de
nitrógeno y fósforo, tanto en el tratamiento convencional, como en el Sistema de Filtro Verde.
Suponiendo un caudal de 10.000 m3/día, puesto que la PTAR ‘San José de la Vega’ cuenta
con un caudal de 9383 m3/día, se realiza una estimación de los costes en ambas alternativas
para la justificación del proyecto del Filtro Verde.
6.1. TRATAMIENTO CONVENCIONAL
Tabla 8. Costes asociados a tratamiento convencional de eliminación de nutrientes en una
Planta de Tratamiento de Aguas Residuales.
Capacidad EDAR
(m3/día)
Coste Construcción
(€/m3)
Coste Explotación y
Mantenimiento (€/m3)
180000 90
0,3 90000 125
10000 150
(Emasesa)
6.2. Filtro verde
- Coste de acondicionamiento de UFV (excavación y movimiento de tierra inclusive
mano de obra):
Coste de la excavación y movimiento de tierra:
Arranque, carga y transporte, inclusive mano de obra: 2.40 €/m3
2.40 x 145530 = 349272 €
Presupuesto. Excavaciones Reyes, Calamonte (Badajoz)
- Coste de plantación de chopos y eneas: En torno a 15000 €
Tabla 9. Costes asociados a tratamiento no convencional para la eliminación de nutrientes
mediante Filtros Verdes. (Se utiliza un factor de corrección de 0.1)
Coste (€/m3)
Acondicionamiento 34.93
Plantación 1.5
Total 40.07
Respecto a los costes de mantenimiento del filtro verde, no se tienen en cuenta en el presente
estudio dado el potencial del cultivo para generar ingresos.
La comparativa es clara, el coste de acondicionamiento, plantación y mantenimiento del
tratamiento no convencional de eliminación de nutrientes mediante el establecimiento de un
sistema de filtros verdes supone aproximadamente una cuarta parte del presupuesto
estimado para la construcción de un sistema con la misma finalidad por medios
convencionales.
58
58
7 HUELLA DE CARBONO
Otro beneficio derivado de la implantación de tecnologías de depuración de aguas residuales
respetuosas con el medio ambiente es sin duda su aportación a la reducción de la huella de
carbono del sistema.
La huella de carbono puede definirse como la totalidad de gases de efecto invernadero
(GEI), en especial CO2, emitidos por efecto directo o indirecto de un individuo, organización,
producto o servicio.
El presente estudio se centrará en la fijación y posterior almacenamiento de CO2 por parte
de la plantación de chopos, la cual será el eje central del sistema de filtro verde.
De forma simplificada se puede decir que en el proceso de la fotosíntesis, el agua y el CO2
procedentes de la atmósfera aportan los elementos necesarios para hacer posible la síntesis
de glucosa por parte de la planta con ayuda de la luz solar y la posterior liberación de oxígeno
molecular a la atmósfera. (Pérez Urria-Carril, 2009)
Figura 27. Procesos básicos de la Fotosíntesis
(José Alberto Bermúdez)
7.1. Fijación de CO2
Los ratios de fotosíntesis del chopo están entre los más altos de entre todas las especies de
árboles (Landaleja & Nelson, 1991). Su gran capacidad de crecimiento, la mayor de las
especies europeas y una de las mayores en todo el mundo, y por consiguiente su capacidad
para fijar CO2 de la atmósfera, hacen del chopo un instrumento formidable en la batalla contra
el cambio climático. (Tschaplinski & Blake, 1989)
Teniendo en cuenta la velocidad de crecimiento y la productividad de una chopera, de
aproximadamente 13300 𝑘𝑔
ℎ𝑎·𝑎ñ𝑜 , algunos autores estiman que el chopo posee una capacidad
de captación de CO2 de 15 toneladas por hectárea y año, equivalentes a 225 toneladas por
hectárea en cada rotación de 15 años.
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60
Tabla 10. Absorciones estimadas a los 20 años
Especie Absorción CO2 (tn/pie)
Pinus halepensis (Pino Carrasco) 0.03
Pinus pinea (Pino piñonero) 0.06
Quercus ilex (Encina) 0.04
Ulmus minor (Olmo) 0.18
Olea europea (Olivo) 0.04
Populus nigra (Chopo) 0.29
Ceratonia siliqua (Algarrobo) 0.06
Arbutus unedo (Madroño) 0.06
(MAGRAMA)
Se habla una fracción de dióxido de carbono que no volverá de forma inmediata a la
atmósfera, ya que se trata de materia prima que se empleará en su mayor parte para la
fabricación de tablero contrachapado que a su vez se utilizará en la fabricación productos con
un ciclo de vida relativamente largo.
Las reducciones así realizadas por los productos derivados del chopo permiten al territorio
en cuestión reducir más rápidamente sus emisiones y respetar sus compromisos en el marco
del Protocolo de Kyoto.
7.2. Almacenamiento de CO2
Los bosques son excelentes sumideros de carbono no solo por su capacidad de asimilación
de dióxido de carbono, sino también por el posterior aprovechamiento de los recursos
forestales que ofrecen. Uno de estos recursos y quizá el más importante es la madera, la cual
tiene un ciclo productivo cerrado, favoreciendo así el almacenamiento de CO2 y extendiendo
el periodo en el que este gas queda atrapado en los bosques y, por consiguiente, se
encuentra fuera de la atmósfera.
Figura 28. Ciclo de producción de madera y productos derivados.
(Maderera Finsa)
62
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7.3. Cambio climático
A lo largo de la historia se han firmado multitud de compromisos globales para paliar los
efectos del cambio climático en los que, evidentemente, los bosques y su correcta gestión
son herramientas imprescindibles. Dentro de este marco, en los acuerdos incluidos en el
protocolo de Kioto, todos los países firmantes se comprometieron a disminuir sus emisiones
de gases de efecto invernadero.
En dicho protocolo se acepta que las plantaciones forestales son un Mecanismo de
Desarrollo Limpio admitido (proyectos MDL), por el que los países en vías desarrollo y las
distintas compañías pueden contribuir a la disminución de los gases de efecto invernadero.
El MDL es un compendio de proyectos llevados a cabo por países con compromisos de
reducción de emisiones en países que no cuentan con estas responsabilidades. Los países
donde se ejecutan los proyectos se ven beneficiados por el traspaso de tecnología, los flujos
de capital para invertir en proyectos de mitigación y los resultados sumamente positivos que
estos ofrecen para las políticas de desarrollo sostenible.
Por otra parte, los países que efectúan los proyectos se benefician al reducir sus emisiones
y así generan bonos de carbono que pueden utilizar para cubrir sus compromisos ante el
Protocolo, o bien, venderlos en el mercado abierto. En esta instancia, países como Honduras
tienen la capacidad de ser partícipes de la disminución global de GEIs y pueden colaborar en
la reducción global de emisiones y ser parte del mercado de los bonos de carbono.
En países donde el peso del sector forestal es notable se están llevando a cabo plantaciones
forestales entre cuyos objetivos se encuentra el cobro por tonelada de CO2 capturada.
(Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático, 2016)
7.4. Caso de estudio
A continuación se realiza un cálculo estimado de la fijación de CO2 por parte del filtro verde.
Se tienen en cuenta los siguientes datos:
Nº de Unidades de Filtro Verde (UFV) 5
Nº de Chopos/UFV 4200
Capacidad de Absorción de cada chopo (kg/año) 14.5
Con estos datos se obtiene una eliminación de 304,5 toneladas de CO2 en cada ciclo anual
por parte del filtro verde. A esta cifra habría que sumarle la reducción ejercida por el filtro
verde difuso, un bosque de alrededor de 17 hectáreas repartidas a lo largo de la ribera del
curso fluvial, que reducirían alrededor de 250 toneladas de CO2 al año.
En consecuencia, la totalidad del sistema ejercería una fijación de 560 tn CO2/año,
aproximadamente.
Aunque se trata de una deducción bastante somera, las cifras son muy alentadoras y se
convierten en una razón más para implantar este tipo de sistemas de depuración no
convencional, sobre todo en zonas donde la degradación ecológica se hace notable.
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Anexos
ANEXO I. MAPAS
TEGUCIGALPA. UBICACIÓN PTAR ‘SAN JOSÉ DE LA VEGA’
EXTENSIÓN FILTRO VERDE
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EXTENSIÓN FILTRO VERDE DIFUSO
ANEXO II. PLANOS
PLANO PTAR
1 Digestor anaerobio 11 Lab. Cloración
2 Pretratamiento 12 UASB
3 Lab. Cloración 13 Decantador secund.
4 Filtro Prensa 14 Decantador secund.
5 Desodoración 15 Torre de Reparto
6 Espesador 16 UASB y Lodos
7 Lechos de Secado 17 Digestor aerobio
8 Gasómetro 18 Decantador primario
9 Agua Potable 19 Pretratamiento
10 Espesador
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FILTRO VERDE. PRIMER TRAMO (330 m)
DETALLE FILTRO VERDE SALIDA PTAR
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FILTRO VERDE. SEGUNDO TRAMO. (760 m)
CONCLUSIONES
o El sistema de filtros verdes es una alternativa competitiva en el ámbito del
tratamiento de aguas residuales urbanas.
o Además de ser un sistema ecológico y sostenible, será una herramienta para
la regeneración de la ribera del río Choluteca, y con ello, un aliciente para el
turismo y la mejora socioeconómica de los barrios limítrofes.
o Se trata de un instrumento esencial en la lucha contra el cambio climático,
debido a la gran capacidad de absorción de GEIs que posee el cultivo que
conformará el sistema.
o Además de la idoneidad de los cultivos para la absorción de nutrientes, es
necesario recalcar la capacidad de ambas especies para asimilar otros
contaminantes, como metales pesados o productos farmacéuticos.
o Los gastos de gestión y mantenimiento de los cultivos se amortizarán con el
paso de los años, a causa del mercado existente en torno a las especies
seleccionadas.
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CONCLUSIONS
o The green filter system is a competitive alternative in the field of urban
wastewater treatment.
o In addition to being an ecological and sustainable system, it will be a tool
for the regeneration of the Choluteca riverbank, and along with it, an
incentive for tourism and the socioeconomic improvement of the
neighborhoods.
o It happens to be an essential instrument in the fight against climate
change, due to the great absorption capacity of GHGs that the crop that
will form the system has.
o In addition to the suitability of crops for nutrient absorption, it is necessary
to emphasize the ability of both species to assimilate other pollutants,
such as heavy metals or pharmaceuticals.
o Costs of management and maintenance of the crops will be amortized in
the long run, as a consequence of the existing market around the selected
species.
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