Modelación de la calidad del agua de un Humedal Artificial de Flujo Superficial en la Urbanización Los Monasterios, Puzol, Valencia.

Abstract

[ES] El trabajo tiene como objetivo general realizar un estudio integral de la hidrodinámica y la eficiencia de depuración de un humedal artificial de flujo superficial (FWS CW) utilizando simulaciones con el software COMSOL Multiphysics. Este estudio se centra en la eliminación de la bacteria Escherichia coli (E. coli), un indicador común de contaminación fecal en cuerpos de agua. Los humedales artificiales, como el FWS CW estudiado, son soluciones sostenibles para el tratamiento de aguas residuales, pero su eficacia puede verse comprometida por la falta de comprensión de los procesos hidrodinámicos y biológicos que ocurren en estos sistemas. Este trabajo aborda estos desafíos con el objetivo de mejorar la calidad del agua tratada en la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de la Urbanización Los Monasterios en Puzol, Valencia. El estudio combina métodos experimentales y simulaciones computacionales. Se realizaron mediciones en campo para construir una geometría precisa del humedal y se utilizaron modelos basados en la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) en COMSOL para simular el flujo de agua y el transporte de contaminantes, particularmente E. coli. Las simulaciones se calibraron utilizando datos experimentales, incluyendo las cinéticas de procesos de degradación como la decadencia natural, la desinfección solar y la depredación. El estudio concluye que es posible mejorar la eficiencia de depuración de E. coli en humedales artificiales mediante la optimización del diseño y las condiciones operativas basadas en simulaciones CFD. Además, destaca la importancia de este tipo de estudios para contribuir a la sostenibilidad ambiental y a la salud pública, asegurando que el agua tratada sea segura para su reutilización en diversos contextos.

[EN] The general objective of this work is to carry out a comprehensive study of the hydrodynamics and purification efficiency of a surface flow artificial wetland (FWS CW) using simulations with COMSOL Multiphysics software. This study focuses on eliminating the Escherichia coli (E. coli) bacteria, a common indicator of fecal contamination in water bodies. Artificial wetlands, such as the FWS CW studied, are sustainable solutions for wastewater treatment. Still, their effectiveness can be compromised by the lack of understanding of the hydrodynamic and biological processes that occur in these systems. This work addresses these challenges to improve the treated water quality at the Wastewater Treatment Plant (WWTP) of the Los Monasterios Urbanization in Puzol, Valencia. The study combines experimental methods and computational simulations. Field measurements were performed to construct an accurate wetland geometry. Computational Fluid Dynamics (CFD)-based models in COMSOL were used to simulate water flow and contaminant transport, particularly E. coli. Simulations were calibrated using experimental data, including the kinetics of degradation processes such as natural decay, solar disinfection and predation. The study concludes that it is possible to improve the purification efficiency of E. coli in constructed wetlands by optimizing the design and operating conditions based on CFD simulations. Furthermore, it highlights the importance of this type of studies to contribute to environmental sustainability and public health, ensuring that treated water is safe for reuse in various contexts.