Estudi del gradient d’oxidació-reducció en aiguamolls construïts en funció de la fondària, el règim hidràulic i la presència de plantes

Abstract

Els aiguamolls construïts de flux subsuperficial són sistemes naturals per al tractament d’aigua residual. Aquests sistemes consisteixen en llits granulars a través dels quals hi circula aigua sense aflorar per la superfície. El medi granular serveix de suport a les plantes i de substrat per fixar la biopel·lícula. El present estudi avalua els gradients d’oxidació-reducció d’un aiguamoll construït. L’estat redox és important ja que determina quines vies de degradació de la matèria orgànica en són dominants. Tot i que el règim hidràulic d’un aiguamoll, la fondària i la presència de plantes s’ha vist que tenen influència directa en l’eliminació de contaminants (com l’amoni) requerint de vies de degradació aeròbiques, hi ha escassa informació disponible sobre la seva influencia en l’estat redox. Els aiguamolls estudiats es dissenyen i implementen com a part de la planta pilot de tractament d’aigües residuals del Departament d’Enginyeria Hidràulica, Marítima i Ambiental ubicat al Campus Nord de la Universitat Politècnica de Catalunya. El treball experimental dut a terme en dues campanyes, es basa en l’avaluació del perfils verticals redox dins dels aiguamolls construïts en funció del règim hidràulic, la presència de plantes i la fondària. Els sistemes estudiats van ser analitzats també per la seva eficiència en l’eliminació de contaminants en termes de DQO soluble, DQO total, amoni i anions (nitrats, sulfats i fosfats). Els perfils redox obtinguts van mostrar un patró clar. Per tant, condicions redox baixes es van observar durant el dia i condicions redox altes durant la nit. En alguns casos, la fluctuació del potencial redox es va produir en períodes de temps curts (algunes hores). Les condicions redox dins de l’aiguamoll es distribueixen en una zona superficial amb un constant redox elevat (5 cm de profunditat, amb un potencial redox al voltant de 200 mV), una zona intermèdia amb un alta variabilitat del redox (15 cm de profunditat, amb una oscil·lació del potencial redox entre 200 i -300 mV), i una zona més profunda (25 cm de profunditat, amb un potencial redox entre -100 i -300 mV). Es van observar diferències sobre comportament del potencial redox basades en l’existència de vegetació. En conseqüència, les condicions redox als aiguamolls plantats van ser en general més baixes que els aiguamolls no plantats (a la zona intermèdia), probablement a causa dels compostos de carboni orgànics biodegradables (exudació de les arrels) proporcionats per les plantes. Segons la influència del règim hidràulic, una descàrrega d’aigua residual va produir ràpides variacions del potencial redox a l’interior de l’aiguamoll (variació del potencial redox d’uns 300 mV en poques hores). L’augment de la temperatura i la presència d’irradiància solar afecten el cicle diari del potencial redox, baix durant el dia i alt durant la nit.El control dels processos redox, a través de les piles de combustible microbianes, ofereix la possibilitat de generar energia elèctrica neta per aplicacions de baixa potència i sense afectar l’entorn. Els paràmetres de qualitat estudiats (DQOs, DQOT, amoni i anions) varien segons les condicions de disseny i d’operació per a cada aiguamoll. La DQOs presentava uns rendiments d’eliminació superiors al 60%. La DQOT presentava uns rendiments d’eliminació del 60% en aiguamolls amb règim hidràulic discontinu i del 80% en aiguamolls amb règim hidràulic continu. Els rendiments d’eliminació d’amoni van ser del 100% en aiguamolls amb presència de plantes, a diferència dels aiguamolls no plantats, on no existia reducció. L’eliminació de nitrats va ser major als aiguamolls amb presència de vegetació, superior al 40%. L’eliminació de sulfats va ser al voltant del 25% als aiguamolls amb règim hidràulic continu, i del 60% als aiguamolls amb règim hidràulic discontinu. L’eliminació de fosfats va variar entre el 30 i el 60% als aiguamolls plantats amb règim hidràulic discontinu, mentre que va ser gairebé insignificant en altres circumstàncies.