Effect of the organic load ariation and aeration on the clogging process in horizontal sub-surface flow constructed wetlands for domestic wastewater treatment in tropical conditions

La colmatación del lecho de soporte es el peor, más común y por ende el más importante problema en la operación de humedales construidos (HC) de flujo sub-superficial. En esta investigación se evaluó el efecto de la variación de la carga orgánica superficial (COS1 o COS2) y del tipo de aireación (activa o pasiva) sobre las eficiencias de remoción, la conductividad hidráulica (CH) y las características (físicas y microbiológicas) del material de colmatación acumulado. Para esto, cuatro HC sub-superficiales de flujo horizontal, con su respectivo duplicado, fueron operados a escala microcosmos y monitoreados durante 18 semanas en las cuales altas cargas fueron aplicadas mediante el uso de agua residual cruda y agua parcialmente tratada de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales PTAR-C de Cali. Las remociones de materia orgánica fueron mejores en HC aireados (COD de 78 y 70% para COS1 y COS2 respectivamente; DQO de 84 and 76% para COS1 y COS2 respectivamente) que en los HC no aireados (COD de 61 y 49% para COS1 y COS2 respectivamente; DQO de 57 y 74% para COS1 y COS2 respectivamente). Esta diferencia obtenida entre HC aireados y no aireados fue probada estadísticamente para COD y es significativa. Las remociones de COD y DQO no fueron significativamente afectadas por la COS en HC aireados, sin embargo, una tendencia mostró que a mayor COS se obtiene mayor eficiencia de remoción. Las remociones de sólidos obtenidas no fueron significativamente afectadas por la variación de la aireación o de COS, obteniendo valores que variaron de 95 a 99% para SST y de 94 a 99% para SSV. Sin embargo, se puede decir que el mejor desempeño fue obtenido en los HC aireados. El valor inicial de CH en el lecho de soporte (965 m3/m2.d) fue reducido entre 23 y 64 veces al final de la investigación (todos los valores entre 15 y 42 m3/m2.d). Se observó variación en la CH entre las réplicas para los HC aireados, mientras que los valores de las réplicas de los HC no aireados fueron consistentes entre sí. Altas COS causaron bajas CH, lo cual fue notado más claramente en los HC no aireados. La aireación activa contribuyó a mantener más altos los valores de la CH en los HC aireados que en los no aireados, inclusive para la COS más alta. Aunque la aireación y la COS influenciaron la CH, estadísticamente esto no fue probado. El tipo de aireación afecta altamente el contenido de sólidos en el material de colmatación acumulado en el lecho de soporte, obteniendo concentraciones de SST entre 2 y 3 veces mayores en HC aireados que en los no aireados para las dos COS evaluadas. Asimismo, COS altas contribuyen más a la acumulación de sólidos obteniendo concentraciones de SST entre 1.2 y 1.6 veces mayores en HC alimentados con COS1 que los HC alimentados con COS2, para los dos tipos de aireación. Bacterias anaerobias estrictas fueron encontradas predominantemente en los HC no aireados, sin embargo las concentraciones de estas bacterias encontradas en los HC aireados se consideran importantes. Las bacterias sulfato-reductoras estuvieron presentes en el material de colmatación consecuentemente con altas COS y ausencia de aireación. Esto es consistente con los bajos valores de CH y las altas concentraciones de sólidos obtenidas en loa HC que operaron bajo esas condiciones. Los ciliados fueron los protozoos predominantemente encontrados pero también fue observado un miembro del Phyllum Apicomplexa. La aireación artificial representa un enfoque favorable para mejorar la eficiencia de remoción en HC sub-superficiales de flujo horizontal y extender su tiempo de vida, manteniendo un desempeño hidráulico aceptable, inclusive cuando altas cargas son usadas. La aireación potencializa el uso de esta tecnología, especialmente en casos donde otras tecnologías son más costosas o donde el uso de HC convencionales tiene ciertas limitaciones debido al área superficial requerida o a una fuerte calidad del agua a ser tratada. Adicionalmente, la aireación convierte los HC en un sistema mucho más robusto, proporcionando estabilidad en los contenidos de materia orgánica y sólidos en el agua tratada, por lo tanto estos pueden ser usados en situaciones con altos requerimientos de calidad y baja variabilidad, por ejemplo en reuso de agua.