Modelización matemática de un Humedal Artificial de Flujo Horizontal en Carrícola (Valencia, España) mediante HYDRUS-Wetland Module

Abstract

La estación depuradora de aguas urbanas de Carrícola, España, ha sido monitorizada durante más de tres años por la Universitat Politècnica de València (UPV). Este sistema, basado en humedales artificiales (HA), está formado por un canal de desbaste para el pretratamiento, dos tanques Imhoff en línea para el tratamiento primario, y dos humedales de flujo horizontal (FH) en paralelo seguidos de otro humedal de FH para el tratamiento secundario. La estación fue diseñada para recibir un caudal de 20 m3/d y servir a una población de 200 habitantes equivalentes (he). Durante su estudio se midieron datos en diversos puntos del sistema de: materia orgánica, nitrógeno, fósforo, sólidos suspendidos, además de la temperatura, el pH y el caudal, entre otros. Con el objetivo de conseguir un mejor entendimiento de los procesos que ocurren dentro de los HA, la UPV está desarrollando un modelo matemático para la simulación de humedales de FH. Este modelo está basado en la formulación matemática descrita en el Activated Sludge Model Nº 2D (ASM2D) , al igual que otros modelos matemáticos de humedales artificiales de referencia como el Constructed Wetland Model No1 (CWM1) (Langergraber et al., 2009). Este es un modelo numérico biocinético que describe los procesos de transformación y degradación de la materia orgánica por parte de los microorganismos en HA de FH. Para mejorar el conocimiento acerca de este modelo matemático, y ayudar en el proceso de desarrollo del modelo de la UPV, en este proyecto se ha utilizado el programa informático HYDRUS, concretamente el componente Wetland Module (Langergraber and Simunek, 2012), módulo que incluye la formulación original del modelo biocinético CWM1. Para la simulación de los datos de campo con esta herramienta ha sido necesario realizar un tratamiento previo a los inputs. Una de las características del HYDRUS-Wetland Module es una resolución espacial muy detallada, en el caso de estudio, 2520 celdas, generando tiempos de ejecución considerablemente largos. Con el objetivo de reducir estos tiempos, los datos han sido agrupados según rangos de temperatura del agua en cinco grupos diferentes. El valor medio de cada grupo de datos se ha utilizado para llevar a cabo las simulaciones. Aunque ambos modelos están basados en la misma descripción matemática, los diferentes procesos simulados y las diferentes aproximaciones realizadas para su modelización generan como resultado grupos de parámetros con valores distintos. A pesar de ello, se ha comprobado que, al introducir el juego de parámetros obtenido por la UPV en el HYDRUS-Wetland Module, se consigue buen ajuste entre las diferentes fracciones de materia orgánica y nitrógeno simuladas y medidas en campo. Los resultados muestran un buen ajuste para los grupos de temperatura comprendidos entre 10 y 14 ºC, 14 ºC y 18 ºC, 18 y 22 ºC y 22 y 26 ºC; mientras que los resultados para el rango de temperatura de 26 y 30 ºC se alejan de los datos experimentales. Esta diferencia puede ser debida a los pocos datos comprendidos en ese rango de temperatura, lo que genera una media poco representativa. La dificultad para la simulación de grandes periodos de tiempo y tamaños hace palpable la necesidad de disponer de una herramienta que requiera tiempos de cálculo menores. Por otro lado, el gran detalle del módulo implementado en HYDRUS permite conocer los valores de cada variable en todo el humedal, permitiendo ver la evolución de cada proceso a lo largo de éste. De esta manera, se puede conocer la evolución de la materia orgánica y cómo se distribuyen las bacterias a lo largo del humedal.