Puesta en marcha de una planta piloto de humedal artificial de flujo subsuperficial empleando fango de potabilizadora como medio filtrante reactivo para mejorar la calidad del efluente de una EDAR

Abstract

[ES] Los lodos a base de aluminio son un subproducto derivado de los procesos de purificación del agua en las estaciones de tratamiento de agua potable (ETAP) cuando se utilizan sales de aluminio como coagulante químico para su tratamiento. En Europa estos lodos son actualmente considerados como residuos no peligrosos y, por tanto, pueden ser llevados a vertedero, aumentando con ello los costes globales del tratamiento del agua. Para el presente trabajo de investigación, se han puesto en marcha dos prototipos de humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical, uno de funcionamiento intermitente y otro en continuo, destinados a tratar el efluente del tratamiento secundario de la EDAR de Quart Benàger. El objetivo es mejorar el rendimiento de eliminación de fósforo, mediante la sustitución de parte del medio granular clásico (gravas) en este tipo de sistemas de tratamiento por fango deshidratado, logrando un efluente de agua residual con una muy baja concentración de fósforo, y sin un consumo adicional de reactivos. Se establecieron dos periodos de tiempo, el primero de ellos, comprende los meses de abril y mediados de junio (17/06/2019), mientras que el segundo periodo de tiempo abarca desde ese mismo día hasta mediados de julio, más concretamente, el día 17/06/2019. El prototipo discontinuo trató un volumen diario promedio de 3.75 m³ durante la primera fase, momento en el cual se modificó el tiempo de contacto a 45 minutos para igualar el volumen tratado por el prototipo continuo (3.05 m³/d). Éste otro, sin embargo, operó en todo momento con el mismo caudal promedio. Las cargas hidráulicas superficiales (CHS) fueron de 3.40-2.77 m³/m²·d (GRG discontinuo para un tiempo de contacto de 30-45 minutos respectivamente) y de 2.77 m³/m²·d (GRG continuo). El humedal vertical de funcionamiento discontinuo ha alcanzado unos rendimientos en la eliminación del 58-62% para los SS, 27-43% para la DQO, 59-43% para la DBO5, -1-3% para el NT, el 95-97% para el N-NH4 + , 59-68% para el PT, 25-27 para el P-PO4 3- y el y 73- 93% para la E. Coli durante el primer y segundo periodo de tiempo, respectivamente. Por otro lado, el humedal vertical de funcionamiento en continuo obtuvo unos rendimientos en la eliminación del 68-65% para los SS, 33-37%, para la DQO, el 58-37% para la DBO5, 23-48% para el NT, 15-56% para el N-NH4 + , 83-87% para el PT, 87-73% para P-PO4 3- y 94- 96% para la E.Coli durante el primer y segundo periodo de tiempo, respectivamente. Durante los tres meses de funcionamiento ininterrumpido, el carrizo se desarrolló con normalidad, con una velocidad de crecimiento promedio de 3 - 4cm/día. La biomasa generada durante ese periodo de tiempo fue de 3.82-8.08 kg bh/m² para el prototipo discontinuo y continuo, respectivamente. Por otro lado, los resultados de aluminio en los efluentes nunca superaron una concentración de 50 ppb, valor muy por debajo del límite legal establecido para aguas de consumo humano. Adicionalmente se han llevado a cabo en paralelo, ensayos de la columna de adsorción en el laboratorio de la UPV hasta alcanzar el 73% de su saturación teórica. Los resultados de tres años para la columna de adsorción y tres meses de seguimiento intensivo del funcionamiento de los prototipos de humedales artificiales indican que la reutilización de los fangos ricos en aluminio procedentes de las ETAP, como sustrato activo en estos sistemas, mejora la calidad del agua ya que presentan una alta capacidad de adsorción de fósforo. Por tanto, estos lodos pueden ser una solución muy válida en los tratamientos de las aguas residuales parcialmente tratadas empleándose como sustrato y material adsorbente en humedales artificiales y así conseguir un efluente de mayor calidad reduciendo el impacto que éstos pudieran tener sobre las masas de agua receptoras.

[EN] Aluminium-based sludges are a product derived from water purification processes at drinking water treatment stations when aluminium salts are used as chemical coagulants for their treatment. In Europe these sludges are currently considered as non-hazardous waste and, therefore, can be taken to landfill, thereby increasing the overall costs of water treatment. For the present research work, two prototypes of constructed wetlands of vertical subsurface flow, one of intermittent operation and another in continuous, have been launched to treat the effluent from the secondary treatment of the WWTP of Quart Benàger. The objective is to improve phosphorus removal performance, by replacing part of the classical granular medium (gravels) in this type of dewatered sludge treatment systems, achieving a wastewater effluent with a very low phosphorus concentration, and without an additional reagent consumption. Two periods of time were established, the first one, between the months of April and midJune (06/17/2019), while the second period of time covers from that same day until mid-July, more specifically, the 06/17/2019. The discontinuous prototype treated an average daily volume of 3.75 m³ during the first phase, at which time the contact time was modified to 45 minutes to match the volume treated by the continuous prototype (3.05 m³/d). This other, however, always operated with the same average flow. The surface hydraulic loads were 3.40 -2.77 m³ / m² · d (discontinuous GRG for a contact time of 30 - 45 minutes respectively) and 2.77 m³ / m² · d (continuous GRG). The vertical wetland of discontinuous operation has reached a yield in the elimination of 58 -62% for the SS, 27-43% for the COD, 59-43% for the BOD, -1-3% for the NT, 95-97% for N-NH4 + , 59-68% for PT, 25-27 for P-PO4 3- and 73 - 93% for E. Coli during the first and second time periods, respectively. On the other hand, the vertical wetland of continuous operation obtained yields in the elimination of 68-65% for the SS, 33-37%, for the COD, 58-37% for the BOD, 23-48% for the NT, 15-56% for N-NH4 + , 83-87% for PT, 87-73% for P-PO4 3- and 94-96% for E.Coli during the first and second time periods, respectively. During the three months of uninterrupted operation, the reed developed normally, with an average growth rate of 3-4 cm/day. The biomass generated during that period of time was 3.82-8.08 kg bh / m² for the discontinuous and continuous prototype, respectively. On the other hand, the results of aluminium in the effluents never exceeded a concentration of 50 ppb, a value well below the legal limit established for human consumption waters. Additionally, adsorption column tests have been carried out in parallel in the UPV laboratory until reaching 73% of its theoretical saturation. The results of three years for the adsorption column and three months of intensive monitoring of the operation of artificial wetland prototypes indicate that the reuse of aluminium-rich sludge from the drinking water treatment stations, as an active substrate in these systems, improves the quality of the water since they have a high phosphorus adsorption capacity. Thus, these sludges can be a valid solution to consider in the treatment of partially treated wastewater using as a substrate and adsorbent material in artificial wetlands and therefore achieve a higher quality effluent reducing the impact that these could have on the receiving water bodies.

[CA] Els fangs a base d'alumini són un subproducte derivat dels processos de purificació de l'aigua en les estacions de tractament d'aigua potable (ETAP) quan s'utilitzen sals d'alumini com a coagulant químic per al seu tractament. A Europa aquests fangs són actualment considerats com a residus no perillosos i, per tant, poden ser portats a abocador, augmentant amb això els costos globals del tractament de l'aigua. Per al present treball de recerca, s'han posat en marxa dos prototips d'aiguamolls artificials de flux subsuperficial vertical, un de funcionament intermitent i un altre en continu, destinats a tractar l'efluent del tractament secundari de la EDAR de Quart Benàger. L'objectiu és millorar el rendiment d'eliminació de fòsfor, mitjançant la substitució de part del mitjà granular clàssic (graves) en aquest tipus de sistemes de tractament per fang deshidratat, aconseguint un efluent d'aigua residual amb una molt baixa concentració de fòsfor, i sense un consum addicional de reactius. Es van a establir dos períodes de temps, el primer d'ells, comprén els mesos d'abril i mediats de juny (17/06/2019), mentre que el segon període de temps abasta des d'aqueix mateix dia fins a mitjan juliol, més concretament, el dia 17/06/2019. El prototip discontinu va a tractar un volum diari mitjana de 3.75 m³ durant la primera fase, moment en el qual es va a modificar el temps de contacte a 45 minuts per a igualar el volum tractat pel prototip continu (3.05 m³/d). Aquest altre, no obstant això, va a operar en tot moment amb el mateix cabal faig una mitjana de. Les càrregues hidràuliques superficials (CHS) van a ser de 3.40-2.77 m³/m²·d (GRG discontinu per a un temps de contacte de 30-45 minuts respectivament) i de 2.77 m³/m²·d (GRG continu). L'aiguamoll vertical de funcionament discontinu ha aconseguit uns rendiments en l'eliminació del 58-62% per als SS, 27-43% per a la DQO, 59-43% per a la DBO5, -1-3% per al NT, el 95-97% per al N-NH4 + , 59-68% per al PT, 25-27 per al P-PO4 3- i l’i 73-93% per a l'E. Coli durant el primer i segon període de temps, respectivament. D'altra banda, l'aiguamoll vertical de funcionament en continu va obtindre uns rendiments en l'eliminació del 68-65% per als SS, 33-37%, per a la DQO, el 58-37% per a la DBO5, 23- 48% per al NT, 15-56% per al N-NH4 + , 83-87% per al PT, 87-73% per a P-PO4 3- i 94-96% per a la E.Coli durant el primer i segon període de temps, respectivament. Durant els tres mesos de funcionament ininterromput, el canyís es va desenvolupar amb normalitat, amb una velocitat de creixement faig una mitjana de de 3-4 cm/dia. La biomassa generada durant aqueix període de temps va a ser de 3.82-8.08 kg bh/m² per al prototip discontinu i continu, respectivament. D'altra banda, els resultats d'alumini en els efluents mai van a superar una concentració de 50 ppb, valor molt per davall del límit legal establit per a aigües de consum humà. Addicionalment s'han dut a terme en paral·lel, assajos de la columna d'adsorció en el laboratori de la UPV fins a aconseguir el 73% de la seua saturació teòrica. Els resultats de tres anys per a la columna d'adsorció i tres mesos de seguiment intensiu del funcionament dels prototips d'aiguamolls artificials indiquen que la reutilització dels fangs rics en alumini procedents de les ETAP, com a substrat actiu en aquests sistemes, millora la qualitat de l'aigua ja que presenten una alta capacitat d'adsorció de fòsfor. Per tant, aquests llots poden ser una solució molt vàlida en els tractaments de les aigües residuals parcialment tractades emprant-se com a substrat i material adsorbent en aiguamolls artificials i així aconseguir un efluent de major qualitat reduint l'impacte que aquests pogueren tindre sobre les masses d'aigua receptores.