Evaluación de los procesos de remoción de nitrógeno en un sistema de humedales artificiales subsuperficiales híbridos

Abstract

Los humedales naturales han demostrado ser sistemas depuradores de agua que contribuyen al mantenimiento de la calidad de las aguas subterráneas y superficiales. Los humedales artificiales son sistemas ingenieriles de tratamiento de aguas residuales diseñados y construidos para simular los procesos de remoción de nutrientes y contaminantes que tienen lugar en los humedales naturales. Estos sistemas bioingenieriles surgen por la necesidad de un sistema complementario de tratamiento capaz de garantizar un saneamiento adecuado de las aguas residuales domésticas, industriales y agrícolas; las cuales contienen compuestos nitrogenados, que causan disminución de oxígeno en cuerpos de agua afectaciones a entornos acuáticos y por tanto, daño a la vida acuática y afectaciones a la salud pública como la enfermedad del niño azul. El objetivo de este trabajo fue evaluar los procesos de remoción de nitrógeno en un sistema de humedales artificiales subsuperficiales híbridos. La configuración del sistema consta de un tratamiento preliminar (tanque séptico) y dos unidades de humedales artificiales que forman el sistema híbrido: un humedal horizontal subsuperficial (HHSS), seguido de un humedal vertical subsuperficial (HVSS). Se evaluaron dos sistemas, uno con la planta Typha Dominguensis y uno sin planta como control. El sistema se operó considerando un tiempo de permanencia de 48 horas y dos modalidades de operación: con las unidades de HHSS y HVSS por separado y en serie (sistema híbrido). El porcentaje de remoción promedio global de los compuestos nitrogenados Nitrógeno Amoniacal (NH4-N), Nitrógeno Total Kjeldhal (NTK) y Nitratos (NO3-N) para los humedales operados por separado fue de 31.92 % (± 8.89 %), 36.85 % (± 4.95 %) y 52.78 % (± 10.64 %), respectivamente, y para los operados en serie fue de 33.94 % (± 1.30 %), 47.08 % (± 0.64 %) y 22.22 % (± 15.71 %), respectivamente. Analizando los procesos de remoción de nitrógeno que se llevaron a cabo en el sistema de humedales artificiales estudiado, se observó que la eliminación de nitrógeno por los procesos de sedimentación y adsorción en el medio de soporte fue el primer método; alcanzando un porcentaje de remoción de Nitrógeno Total (Ntotal) durante la operación por separado en las unidades (HHSS y HVSS) con planta de 24.22 % (± 1.99 %) y 12.95 % (± 3.77 %) en las de control, y durante la operación en serie de 30.02 % en el HHSS con planta y 22.29 % en el HHSS de control. El segundo proceso fue la amonificación del Nitrógeno Orgánico (Norg), proceso mediante el cual se removió un promedio de 8.30 % (± 1.48 %) del Ntotal durante la operación por separado (47 h) en las unidades (HHSS y HVSS) con planta y 18.00 % (± 1.99 %) en las de control, y durante la operación en serie (95 h) de 5.36 % en el sistema híbrido con planta y 10.71 % en el sistema híbrido de control. Por otro lado, el proceso de nitrificación del NH4-N se vio limitado, lo cual se pudo corroborar con la baja concentración de NO3-N observada a lo largo de todo el experimento. El porcentaje de remoción promedio final con respecto al Ntotal asociado al proceso de nitrificación durante la operación por separado (47 h) en las cuatro unidades de HHSS y HVSS (con planta y de control) fue de 6.25 % (± 3.85 %) y durante la operación en serie (95 h) de los sistemas híbridos (con planta y control) de 8.04 % (± 3.78 %). La limitada nitrificación afectó el proceso posterior de desnitrificación y, por consiguiente, se obtuvieron eficiencia de remoción globales de Ntotal de 36.92 % (± 4.94 %) durante la operación por separado (47 h) y 46.98 % (± 0.70 %) durante la operación en serie (95 h). Lo anterior puede explicarse por una alta relación carbono/nitrógeno (C/N), cuyos valores fueron iguales a 7:1 durante la operación por separado y de 6:1 durante la operación en serie. Estos valores se relacionan con una gran carga de materia orgánica capaz de consumir el oxígeno disuelto en el sistema y, por consiguiente, inhibir la nitrificación del NH4-N.