El sistema Fitotratamiento

La tecnología Fitotratamiento se inspira en el humedal natural con todas sus procesos sinérgicos entre 1) el sustrato 2) las plantas 3) los microorganismos que forman el mismo. El sistema natural funciona, dando espacio a la gran variedad de efectos simbióticos que tienen lugar dentro del ecosistema. Estos efectos beneficiosos, los imitamos y aprovechamos para purificar Aguas Residuales de forma controlada. Por esto también se habla de „Humedales Construidos“ o „Constructed Wetland“ a sistemas de similar concepto.

El sistema Fitotratamiento básico consiste en dos etapas: una Cámara Séptica (tratamiento primario) y una Fitodepuradora (tratamiento secundario). La Cámara Séptica remueve la gran parte de los sólidos suspendidos y grasas del efluente, quitando partículas que sedimentan o flotan. La Fitodepuradora consta de un sustrato de piedras y arena, donde se plantan macrófitas seleccionadas de entornos húmedos. La Fitodepuradora realiza la purificación biológica final del agua residual. Se reduce la contaminación de la carga orgánica (DBO5* y DQO**) y de bacterias coliformes. El sistema garantiza cumplir los límites legales vigentes. (* Demanda Biológica de Oxígeno en 5 días. ** Demanda Química de Oxígeno.)

El Fitotratamiento se puede pisar. No se forman superficies de agua abiertas y no se presentan riesgos de accidentes.

La tecnología purifica aguas residuales incluso en pleno invierno, aunque la parte aérea de las plantas se seca.

Los sistemas se integran armónicamente en el diseño paisajístico del lugar.

Sin consumo eléctrico y sin problemas. El sistema construido para la familia Bender funciona desde 1993.

Procesos de purificación en un sistema Fitotratamiento

Como en todas las plantas de tratamiento de aguas residuales, la depuración biológica la llevan a cabo los microorganismos. En los sistemas basados en la naturaleza como el Fitotratamiento, los microorganismos se asientan en la superficie del sustrato y degradan las sustancias que lleva el agua. El sustrato poroso y los rizomas de las plantas crean un ambiente ideal para la purificación biológica de aguas contaminadas. Además de los procesos biológicos, los procesos mecánicos (efecto de filtrado) y físico-químicos (adsorción y precipitación) desempeñan un papel importante en el funcionamiento.

El sistema Fitotratamiento reduce la contaminación orgánica hasta en un 90% en las capas superiores del sustrato gracias a las actividades microbianas. Un requisito fundamental para una buena descomposición del carbono es el suministro de oxígeno a los microorganismos. Esto se asegura mediante una alimentación intermitente, es decir, alternando fases de alimentación con agua con fases de recuperación.

En efluentes cloacales, el nitrógeno se presenta mayormente en forma de nitrógeno amoniacal (NH4-N). El nitrógeno amoniacal puede transformarse en amoníaco tóxico en el agua y convertirse en un peligro para la fauna acuática. En nuestros humedales construidos de flujo vertical, el nitrógeno amoniacal es eliminado por microorganismos amantes del oxígeno (aeróbicos) y convertido en nitrato. Este nitrógeno nítrico (NO3-N) permanece en las aguas residuales tratadas como producto final de la nitrificación. Para la eliminación del nitrógeno nítrico, es necesaria agregar otra etapa de tratamiento en la que se produce la desnitrificación.

Si se requiere la desnitrificación del nitrato, añadimos a nuestros filtros de flujo vertical un humedal de flujo superficial. Las aguas residuales se vierten deliberadamente en las capas de agua más profundas, donde el nitrato-nitrógeno (NO3-N) se convierte en nitrógeno atmosférico (N2) mediante la microbiología presente en condiciones anaeróbicas. Este nitrógeno se escapa a la atmósfera o se fija en las plantas.

Está ampliamente documentado que los humedales construidos son muy buenos para reducir los coliformes fecales. Pudimos demostrar esta observación de manera impresionante en una de nuestras plantas de tratamiento en Paraguay. Desde julio de 2014, un humedal construido trata las aguas residuales de un matadero de pollos. La planta está diseñada para 400 m³/d, pero se carga con hasta 800 m³/d diarios. La planta se muestrea mensualmente, lo que demuestra que la reducción de gérmenes funciona muy bien incluso con sobrecarga hidráulica.

«Pollo Don Juan» en Itá, Paraguay. El sistema se puso en funcionamiento en julio de 2014. Desde entonces, la reducción de coliformes fecales a través del Fitotratamiento ha estado casi siempre por debajo de los valores exigidos en la Unión Europea para las cuerpos receptores con uso humano. Las aguas residuales tratadas se reutilizan para el lavado de vehículos y el riego de espacios verdes.

El rol de las plantas en un humedal construido

Donde tienen lugar la mayor parte de los procesos de depuración, es decir en la zona superficial del filtro, el crecimiento de las raíces de las plantas es especialmente pronunciado. En los climas templados, el uso de juncos (Phragmites australis o Phragmites communis) ha dado buenos resultados. Cada primavera, los juncos vuelven a brotar de los rizomas que han invernado en el suelo. Los brotes de la planta enraízan a través del cuerpo del filtro principalmente en el tercio superior y forman una rama muy ramificada. A medida que crecen, el suelo es penetrado una y otra vez, y la creciente masa de raíces hace que el sustrato crezca suavemente hacia arriba con el paso de los años. Este ecosistema de microorganismos y sistema radicular se mantiene mientras el suministro de humedad y nutrientes esté garantizado. Es un proceso completamente natural que utilizamos para el tratamiento de las aguas residuales.

La presencia natural de juncos pueden encontrarse en todos los climas templados, como aquí en el sur de Argentina.

En Irak y Kuwait, los cañaverales naturales de juncos forman una vegetación casi impenetrable de hasta 4 m de altura.

Un humedal construido no tiene por qué estar plantado si o si con juncos. También hay buenas razones para utilizar otras plantas:

Razones climáticas: En gran parte de las zonas climáticas tropicales y subtropicales no existen rodales naturales de juncos. Sin embargo, cuando se planta, es susceptible de sufrir daños por insectos y es débil en la competencia con otras especies.

Razones estéticas y ecológicas: Un humedal construido puede ser un hermoso elemento de diseño paisajístico. La Achira (Canna indica), de la familia de plantas Cannaceae, ofrece una amplia gama de variedades con hermosas flores. A la “Caña de la India” le encanta un lugar húmedo y rico en nutrientes, siempre que no esté inundado permanentemente. Se propagan muy bien por crecimiento de rizomas y pueden formar imponentes rodales en muy poco tiempo. Las especies nativas de América de esta planta ofrecen néctar en sus cálices y son fácilmente visitadas por polinizadores como colibríes y grandes mariposas.

Por razones comerciales: Tiene sentido utilizar el sitio rico en nutrientes de un filtro de suelo para especies de plantas comercialmente viables. En el CIATEJ de Guadalajara (México) se plantan, propagan y venden lirios ornamentales (Agapanthus africanus) en la propia planta de tratamiento del instituto. En Paraguay, el Pirí (Cyperus giganteus) prospera bien en la alternancia de sitios húmedos y forma densos rodales. Los tallos del piri se recolectan y se usan para el tejido de diferentes productos.

Sistema de Fitotratamiento en Paraguay plantado con Achiras (Canna indica) y Pirí (Cyperus giganteus).

Lirios (Agapanthus africanus) en un humedal construido por el CIATEJ en Guadalajara, México

En septiembre de 2013, se puso en marcha el Fitotratamiento en nuestro edificio de oficinas en Paraguay.

Marzo de 2014, después de 6 meses las Achiras (Canna indica) ha establecido un rodal denso. El imponente Taro (Colocasia spc.) ya se está imponiendo poco a poco y será más dominante en los próximos años.

Verfahren und Funktionsweise

Die Abwasserreinigung in einer Pflanzenkläranlage erfolgt über zwei Stufen. In der mechanischen Stufe wird das Abwasser vorgeklärt und in dem Bodenfilter erfolgt die biologische Reinigung.

El tratamiento primario

Bei Kleinkläranlagen kommt als Vorklärung in der Regel eine Mehrkammergrube nach DIN 4261-1 zum Einsatz. Die erforderliche Größe der Mehrkammergrube beträgt 300 Liter pro Einwohner und mindestens 3.000 Liter.

Die Vorgabe für das Grubenvolumen stammt aus dem DWA-Regelwerk Arbeitsblatt DWA-A 262 Ausgabe November 2017 „Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb von Kläranlagen mit bepflanzten und unbepflanzten Filtern zur Reinigung häuslichen und kommunalen Abwassers“
Jeder Branche sein Regelwerk!

In Ländern die mit weniger Regeln auskommen, planen wir meist deutlich kompaktere Klärgruben als das deutsche Arbeitsblatt vorschreibt. Die Anlagen funktionieren tadellos, die Ausführungspläne werden auf die verfügbaren Materialien und das handwerkliche Know-how der lokalen Maurer zugeschnitten.

Cámara séptica en hormigón premoldeado se instala rapidamente con una grúa, estándar en Alemania

Cámara séptica realizada en mampostería con ladrillos y revoque hidrófugo en Paraguay

Die Bodenfilter – Horizontal durchströmt

Ende der 80er / Anfang der 90er Jahre begannen die ersten Bundesländer ihre Wasserhaushaltsgesetze zu verschärfen. In Zukunft mussten den bestehenden Absetzgruben biologische Klärstufen nachgeschaltet werden. Das einzige naturnahe Verfahren neben den Abwasserteichen war damals die horizontal durchströmte Pflanzenkläranlage. Die Diskussion drehte sich damals noch darum, ob als Filtermaterial ein eher bindiges oder ein durchlässiges eingesetzt werden sollte.

Abb.: Dreikammergrube, horizontal durchströmte Pflanzenkläranlage mit Zu- und Ablaufkulisse und einem Kontrollschacht

Bei der horizontal durchströmten Anlage wird das vorgeklärte Abwasser im Idealfall im Freigefälle in die Anlage geleitet. Der Zu- und Ablaufbereich besteht aus Drainagekies in der das Abwasser schnell einsickert bzw. abläuft. Eine Schicht Feinkies bildet einen Übergang zu dem eigentlichen Bodenkörper, der aus einem gut durchlässigen Sand besteht. Das Filtervlies, das in der Zeichnung noch zu sehen ist, verwenden wir schon lange nicht mehr, da sich entlang des Vlieses Sperrschichten gebildet hatten.

Humedal construido de flujo horizontal en Alemania. La planta funciona sin inconveniente desde el año 1994

Sistema de flujo horizontal con estanque de pulido en Tenerife, Islas Canarias

Vertikal durchströmter Bodenfilter

Die vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage besteht aus der Vorklärung, der Beschickereinheit (Schwallbeschicker oder Pumpe) und dem Pflanzenbeet.
Der Substrataufbau gliedert sich in eine Drainageschicht bestehend aus einer abgestuften Kieskörnung, der Filterschicht aus einem sandigen Material und dem Zulaufverteiler.
Ziel ist es, das vorgeklärte Abwasser möglichst gleichmäßig über die gesamte Oberfläche zu verteilen. Das Abwasser sickert vertikal durch den Filterkörper und wird bei der Bodenpassage gereinigt.

Alimentación en caída libre mediante un alimentador mecánico

Bei einem natürlichen Gefälle (Höhenunterschied von der Absetzgrube zur Einleitstelle mindestens 2 m) kann die Anlage stromlos betrieben werden. Notwendig für die Beschickung ist ein Mechanismus, der das Abwasser im Schwall auf die Kläranlage bringt. Denn nur durch den Druck, der infolge des Schwalls entsteht, kann sich das verzweigte Verteilersystem komplett füllen.

Wir haben einen vom Ingenieurbüro Karl Wursthorn entwickelten Schwallbeschicker über mehrere Jahre optimiert und verfügen nun über ein robustes und zuverlässiges Gerät.
Wir bieten die Schwallbeschicker mit drei verschiedenen Rohrdurchmessern an. Durch individuelle Auslegung der Hebellänge kann das Schwallvolumen an die Größe der Beetfläche angepasst werden.

Funcionamiento de un alimentador mecánico

Cañería de distribución de un sistema de flujo vertical, la planta se carga mediante un alimentador mecánico.

Fitotratamiento en la comuna Dorweiler, Alemania, sistema alimentado en caída libre mediante alimentador mecánico.

Alimentación en pulsos mediante una bomba eléctrica.

Wenn kein natürliches Gefälle vorhanden ist, wird das Abwasser über eine Tauchpumpe auf die Beetfläche gefördert. Bei der Beschickung ist darauf zu achten, dass zwischen den einzelnen Pumpintervallen längere Pausen liegen, da es für die optimale Funktion einer Anlage notwendig ist, dass die Filter abtrocknen und ausreichend Sauerstoff in das Substrat nachströmen kann. Eine kurz- und mittelfristige hydraulische Überlastungen schadet der Anlage nicht, sie regeneriert sich sobald sich der Normalbetrieb wieder einstellt.

Bei lang anhaltender Überlast bildet sich eine Kolmationsschicht, eine dünne Schicht aus Algen und Bakterien, die die Durchlässigkeit deutlich reduziert. Eine solch kolmatierte Anlage funktioniert eingeschränkt, kann aber über längere Zeiträume betrieben werden.

Fitotratamiento para un edificio de oficinas en Shanghai, Yangshan Deep Water Port en China, alimentación del sistema mediante una bomba sumergida.

Frigorífico Pollo Don Juan en Paraguay, alimentación mediante bombas centrífugas.