Un anteproyecto para una EDAR sostenible para una pequeña unidad de población en el Municipio de Tegueste
Por Julio Muñiz Padilla. Químico. Profesor jubilado de Química Ambiental, módulo de Depuración de Aguas, CSFP.
El presente anteproyecto de mínimos es una aportación voluntaria, sin lucro, que realiza el autor de la misma al Ayuntamiento de Tegueste en el que tiene una vivienda.
Orienta sobre las posibilidades de la construcción de una pequeña estación depuradora de aguas residuales de un diseminado de viviendas que cumpla con la normativa, bajo criterios de economía, economía circular, ausencia de mantenimiento, seguridad y bajo impacto ambiental. En definitiva, un modelo adaptado a los criterios de sostenibilidad.
(I) Objeto del anteproyecto:
Definición de las bases para un concurso de una EDAR sostenible, de bajo mantenimiento y autónoma, sin necesidad de fuente externa de energía.
Tecnología combinada de reactor anaerobio de flujo ascendente de lodos y un humedal de flujo subsuperficial.
El agua de la salida debe cumplir los requerimientos para que sirvan para la regeneración y su uso agrícola en cultivos resistentes a los niveles de sodio propio de las aguas residuales de entrada.
Debe cumplir los requerimientos del agua depurada a la que se le ha aplicado un tratamiento terciario.
No utiliza tecnología de electrodiálisis, ni de ósmosis inversa como alternativa al tratamiento terciario para reducción de fósforo y nitrogeno. Por tanto, los contenidos de cationes sodio y otros alcalinos y alcalinos térreos, excepción de una pequeña fracción de potasio y magnesio considerados fitonutrientes, serán los mismos que la del agua de entrada.
Los niveles de DQO y DBO, así como los de fósforo total y nitrógeno a la salida se adecúan a la normativa actualmente vigente sobre aguas depuradas y regeneradas.
En el presente proyecto, al no observarse como objetivo la manipulación del agua, no se trata la desinfección final de la misma mediante dosificador de hipoclorito, dióxido de cloro, ozono o ultravioleta, que, en todo caso, se aplicaría a las aguas ya depuradas por lo que, en cualquier caso no formarían parte sustancial del presente proyecto de depuración.
En el caso de manipulación de las aguas, habrá que instalar un depósito final en el que se graduará mediante dosificador las cantidades adecuadas de hipoclorito o cualquier otro desinfectante autorizado.
(II) Marco normativo de las característica de la depuración y regeneración de aguas residuales.
Las propuestas de los proyectos, al margen de la normativa que regulan estos procedimietos, deberán técnicamente atenerse a lo dispuesto en las normas básicas de de aplicación sobre depuración de agua y el uso de las mismas con fines agrícolas y equivalentes.
Real Decreto-ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas.
• Real Decreto 509/1996, de 15 de marzo, de desarrollo del Real Decreto-ley 11/1995, de 28 de diciembre, por el que se establecen las normas aplicables al tratamiento de las aguas residuales urbanas.
El 5 de junio 2020, se publicó en el Diario Oficial de la Unión Europea el nuevo Reglamento Europeo relativo a la reutilización de agua que había sido aprobado el 25 de mayo 20202 en el Parlamento Europeo: El REGLAMENTO (UE) 2020/741 de 25 de mayo de 2020 relativo a los requisitos mínimos para la reutilización del agua. De igual forma también se ha publicado en la misma fecha en el Boletín Oficial del Estado (BOE). Este proyecto se adapta a los requerimientos de calidad que se establecen en dicho reglamento.
(III) Situación.
Municipio de Tegueste.
Barrio de Pedro Álvarez.
Diseminado Hoya de la Mesa. C.P. 38280
Situado a 500 metros del punto de saneamiento más próximo.
Actualmente las aguas se derivan, a través de la cuneta del camino asfaltado, directamente al barranquillo anexo que desemboca en el Barranco de Pedro.
Conjunto de 9 casas, alguna poco habitada.
Se calcula una población oscilante de una 25 personas pudiendo llegar a 50.
(IV) Proyección técnica. Descripción somera de los requerimientos esenciales:
Dirigido a una población de 50 habitantes equivalentes, considerado como aquel sujeto hipotético que necesita para sanear sus aguas negras y grises en un caudal de oxígeno de 50 g O2 /día
Usando los datos habituales que se manejan en el Plan Hidrológico de Tenerife, a este habitante equivalente se le asocia una generación de aguas residuales vertidas al saneamiento de 150 Litros/días.
Por tanto, los valores que usaremos para el cálculo de la materia biodegradable y químicamente oxidable será 333 ppm (DQO).
En ese contenido se incluirán aceites y detergentes que en la propuesta de depuración no necesitarán un proceso previo de separación como natas, que es lo habitual en los sistemas de depuración aeróbicos por lodos activados.
Tecnología propuesta para la depuración de las aguas residuales actualmente vertidas ilegalmente al barranco aledaño al que llegan mediante una acequia a modo de cuneta anexa a la vía de acceso a la pequeña población.
(iv.1) Caudales.
Como el número de casas y habitantes equivalentes es tan bajo, no podemos estimar valores estadísticos sobre caudales mínimos y caudales máximos.
Los caudales medios se establecerán de la forma siguiente.
Qm= 50 hab_eq x 150 L/hab-equ-dia x 1/(24x3600)= 0,087 L/s
A partir de ahí vamos a tomar los valores máximos como el 75% del valor medio y el caudal mínimo el 25% de el valor medio.
Por tanto,
Qmax= 0,065 L/s
Qmin= 0,021 L/s
Aplicamos la ecuación de Manning
v = 1/n Rh2/3 i1/2
Donde:
v Velocidad media del agua en la tubería.
n Coeficiente de rugosidad Manning (para pared lisa de PVC 0,09)
Rh Radio hidráulico de la sección hidráulica mojada.
i Pendiente en tanto por 1.
Dado el escaso caudal de diseño se calcula la pendiente mínima para que la velocidad sea superior a 0,6 m/s, de forma que se establece un límite inferior del 0,5%.
Se propone un sistema basado en 4 elementos, a saber:
(iv.2) Canalización de las aguas negras
Se trata de una instalación que debido a sus bajos caudales lo dividimos en dividida en dos sectores:
i.1 Acometida de las casas hasta arqueta de cribado de sólidos, mediante tubería individual de 160 mm.
i.2 Canal de las aguas desde la arqueta de cribado o pretratemiento hasta el reactor anaerobio, mediante conducciones de P.V.C. de 315 mm de diámetro exterior y 7,7 mm de espesor.
(iv.iii) Arqueta para la separación de grabas, grandes sólidos, con puestas laterales para la retirada de grandes sólidos arrastrado y puerta inferior para la retirada periódica de arenas dispersas sedimentadas. Entradas superior y salidas superior. Dos tramas de 10 mm y 2.5 mm de paso inclinadas hacia recogedores laterales. Fondo troncocónico inferior con llave de descarga inferior de 8 cm. Salida superior de agua superior de 16 cm.
La altura de la salida del agua debe garantizar una retención de flujo de tal forma que en horario nocturno, de apenas consumo, no circule agua sin necesidad de instalar una válvula de flotador a la salida.
Sin datos estadísticos, para el caso concreto el volumen de este remanente,lo obtenemos a partir del caudal mínimo estimado en ese periodo Qm=0,021 L/s
Volumen de retención de arqueta = 8 horas x 3600 s x 0,021 L/s =604L
De ahí que, parece que tomar un volumen de retención, debajo de la tubería de salida, de 1 m³ asegura un caudal continuo de salida durante 16 horas al día y una retención nocturna de ese caudal.
Nota: La arqueta tendrá una salida superior o aliviadero para caso de emergencia por interrupción del caudal al EDAR o desbordamiento por grandes lluvias.
(iv.iv) Reactor anaerobio de flujo ascendente. (RAFA)
Estanque cerrado, enterrado, de hormigón armado impermeable, con cinturón metálico que garantice la estanqueidad.
El diseño, justificado en el anexo, se basa en la circulación de aguas y lodos en el interior unas 25 veces a lo largo del periodo de retención. Los lodos en este reactor salen conjuntamente con el agua, para lo cual hay que dimensionar la altura y anchura del mismo que permita el reflujo laminar y circula.
La entrada y salida del agua se hace en forma tangencial en lados opuestos para imprimir el movimiento aproximadamente circular.
Dimensiones:
(iii.1)Volumen de agua=82.5 m³
(iii.2)Volumen de gases=2.5 m³
(iii.3)Altura: 5.59 metros.
(iii.4) Altura de salida de agua 5,39
(iii.5)Base: 15.21 m². (3,9m *3,9m)
(iii.5)Salida superior de gases mediante tubería de cobre 12 mm con llave, trampa para gases ácidos y globo de acumulación.
(iii.6) Tiempo e retención del agua en e: Relación entre el volumen del reactor y el volumen diario: 11 días.
(iii.7) Comparación en 4 cámaras, una superior de gases y otras tres separadas por plancha de metal horadadas con salidas de ascenso y descenso
(iii.8)Campana superior abatible para, en caso de necesidad, se pueda entrar al interior del reactor. Los elementos no estarán soldados ni remachados para, en su caso, poder ser desmontado desde fuera a través de la puerta de la trampilla.
(iii.9) En la parte superior del reactor se dispondrá un acceso cerrado, trampilla, con puerta de acero, abatible hacia afuera, hermética con juntas, disimulada que se usará solo en caso de avería.
Nota :Después de cada abertura se sellará con silicona que asegure el ambiente anaerobio.
Para acceder será necesario desmontar una de las planchas del captador de gases.
(iii.10) La salida de gases y la conducción hacia el mechero, se dispondrá de manera que no impida el acceso superior al reactor. (En este proyecto se preverá que sobre la tapa del reactor podrán circular personas o vehículos. Incluso aparcar)
(iv.v) Humedal de flujo subsuperficial.
Dimensiones:
Volumen= 10 m³
Superficie=10 m²
Altura= 160 cm.
Altura de agua=100 cm
Tiempo medio de insolación=10 h.
velocidad descenso 0.25 m/h
Longitud = 6,5 m.
Anchura =1,75 m.
Inclinación inicial 0,5º. (se inclinará para asegurar el flujo constante del agua garantizando que aquella que inunden el humedal por la noche garanticen un horario mínimo de asolación media de 8 horas)
Altura de los tabiques internos 77 cm. Los tabiques tendrán tubos para la descarga del agua por rebose.
Caudal entrada= 5,2 L/minuto.
Caudal salida= 4,3 L/minuto.
Porcentaje medio de regeneración =76%Las propuestas de humedales que se presenten deben garantizar el aislamiento total de las aguas de la atmósfera. Así se garantiza la ausencia total de posibles malos olores.
El procedimiento de subestanques con tabiques horadados aumentan de facto la trayectoria que debe recorrer el agua entre las micorrizas incremendando así, la superficie de contacto y, por tanto, la eficiencia de la fitodepuración. 
(iv.vi) Borboteador y mechero de metano.
Por la parte superior del reactor anaerobio, RAFA, se deprenden los gases, fundamentalmente una mezcla de Dióxido de Carbono, CO2, metano, CH4 y otros en menor volumen como H2S, H2.
Esos gases se borbotan por una disolución básica de hidróxido sódico en agua, e hipoclorito, lejía. en la que fundamentalmente el CO2 se captará en forma de carbonato sódico y las pequeñas cantidades de sulfhídrico se oxidaran a SO2, por la acción del ClO-
Así, la mezcla de gases que irá al quemador será de gases combustibles, en la que más del 90% será metano.
Esos gases, mediante una válvula saldrán a una presión ligeramente superior a la atmosférica para garantizar la no implosión.
Debido a la pequeña dimensión de la depuradora, simplemente se quemará el gas, lo que reduce su capacidad de gas invernadero. 
(iv.vii) Combinación de elementos.
Los elementos esenciales antes descritos van combinados de tal manera que fluya impulsado exclusivamente por la gravedad. La velocidad de los caudales de entrada a cada uno de los subsistemas se regularan mediante llaves de paso.
En ningún caso, en el presente proyecto se usará sistemas de impulsión de agua mediante bombeo, incluso, cuando la fuente energética de la misma se considere renovable. Se trata simplemente de simplificar al máximo el funcionamiento en la depuración reduciendo al mínimo su mantenimiento. 
(iv.vii) Esquema global. Elementos de control
Caudalímetro entrada RAFA (entrada al reactor o salida del cribador)
Caudalímetro salida RAFA.(salida del reactor o entrada al humedal)
Depósito captador de CO2 de gases de salida por burbujeo en disolución de NaOH en agua en la salida superior de gases.
Acumulador por balón de metano y mechero quemador de metano.
Válvulas de entrada al reactor anaerobio, junto al caudalímetro de entrada.
Esquema global. Elemento complementarios.
Depósito regulador de volumen mínimo de 6 m³ para aguas depuradas conectado con la salida del humedal.
Equipo portátil de control, compuesto por :
• Turbidímetro.
• Conductímetro.
• PHmetro.
• Equipo portátil para DQO
• Determinación de Amonio.
• Determinación de Fosfatos
(V) Entretenimiento y mantenimiento .
Semanal.
• Retirada de objetos del cribador.
• Descargas de arenas
• Comprobación del pH=13 y nivelación del agua del borbotador de gases.
• Comprobar las presiones de entrada y salida del Reactor Anaerobio.
• Comprobar la Temperatura interna del Reactor Anaerobio.
• Comprobar pH del agua de salida del reactor.
• Comprobar pH del agua de entrada del reactor.
• Comprobar turbidez, pH y conductividad del agua a la salida del humedal.
• Registrar los datos en el sistema de registro.
Mensual.
• Análisis de las aguas de salida.
• DBO
• DQO,
• Conductividad.
• PH.
• Turbidez.
• Caudal salida.
• Caudal entrada.
Anual.
• Podado del carrizal y elementos vegetales del Humedadl SubSuperficial.
• Comprobación de la costra de nitratos. Aprovechamiento del compost.
• Análisis del agua
• DBO5
• DQO,
• Conductividad.
• PH.
• Turbidez
• Nitrógeno total.
• Nitrógeno estimado.
• Fósforo total
• Fosfatos.
Estos valores se incluirán Registro de los datos para su envío al CIATF e incorporación a la memoria anual.
(VI) Especies para la fitodepuración.
En principio en el HSS se pueden plantar especies vegetales que resistan las aguas residuales.
La resilencia de este tipo de sistema de fitodepuración, aconseja, en cada caso, elegir empíricamente las especies que más se adapten.
Normalmente, después de un tiempo funcionando, 6 meses, se observa claramente el avance de las especies que más se adecúan en cada caso.
Entre las que planteamos de manera genérica se encuentras las variables canarias de las siguientes especies genéricas.: Typha latifolia, Iris pseudacorus, Cyperus alternifolius, Equisetum, Pystacia, Lentiscos, Myrtus communis, Tamarix SP
Saos, lentiscales, almácigos, cañaverales, orejas de burro, tarajales…..por su bajo mantenimiento y adaptación al ombrio del Norte de Tenerife son alternativa seguras para el funcionamiento inicial.
Especies foráneas como PHRAGMITES australis han sido usada de forma genérica en todo el mundo. 
Apéndice (I)
Diseño del Reactor
Carga hidráulica volumétrica, CHL
CHL = Caudal diario/Volumen del reactor = Q/V
En nuestro caso 0,09;
Tiempo de retención t = 1/CHL =11 días.
Velocidad de carga orgánica Lv La velocidad de carga orgánica se define como la cantidad de materia orgánica aplicada diariamente al reactor, por unidad de volumen:
Lv= Q S0/V en Kg de DQO /m³ -día
So = concentración de sustrato en el influente (kg DQO/m3) V = volumen total del reactor (m3)
En nuestro caso
Q = caudal (m3/d) => 7,5 m³ (150 L x 50 hab-eq-dia)
So=0,4 kg/m³ (equivale a 6O g/hab-equ con un consumo de 150 L/dia)
V= 82,5 +2,5 m³ (Volumen de agua + volumen de gases)
Lv=7, 5 x 0,4 /85 = 0,035 kg/m3-día
La velocidad de carga biológica o de lodos cantidad de material orgánica aplicada diariamente al reactor, por unidad de biomasa presente:
Ls= Q S0/M en Kg de DQO /Kg microorganismo Reactor
M = masa de los microorganismos presentes en el reactor (kg SV/m3)
Velocidad ascendente y altura del reactor
La velocidad ascendente de la agua en el interior del reactor
relación entre el flujo del influente y la sección transversal del reactor, según v= Q/A = H/t donde H es la altura del reactor
A= Area en m² o superficie transversal del Reactor. En nuestro caso 15, 21 m2
V=7,5 m³dia/15,21m2 = 0,49 m/día que equivale a v=0,02 m/h
Altura del nivel de agua = 82.5/0.49=5,39 m
Altura Total del reactor =85/15,21= 5,59 m
Base cuadrada de 3,4 x 3,9 m² interior (ver Número de ciclos en el interior)
Número de ciclos en el interior del reactor y anchura :
La relación entre la velocidad óptima global, estimada en 0,5 y la velocidad de ascenso no da el número de ciclos diarios que se realizan. Ello permite que los lodos salgan mezclados con el agua, por lo que no es necesario separarlos pos su interior. Esos lodos, reducidos en un 80% de los iniciales formarán parte de los fitonutrientes del cultivo hidropónico que constituye lo esencial de Humedal SubSuperficial.
Número ciclos de los lodos = 0,5 m/h / 0,02m/h=25 ciclos/depuración
En caso de un reactor de solo ciclo, el agua no arrastrará lodos que se recogerían por su parte inferior. En ese caso, la construcción del reactor sería completamente diferente con una velocidad de 0,5 m/h y una altura de 0,5 m/h x 24 h=12 metros.
La relación entre la longitud lineal y la cíclica nos ayuda al calculo del diámetro de esta vuelta, en régimen estacionario.
Radio del reactor 12 /Pi = 3,82
Por ello, hemos optado como anchura ideal del reactor la tomada de 3,9 metros que cumple los requerimientos de altura eficiente para un número entero de vueltas.
Los datos experimentales nos dan la velocidad máxima de la corriente ascendente en el reactor con lodos floculentos o con velocidades de carga orgánica que van de 5.0 a 6.0 kg DQO/m3-_día, la media de las velocidades de flujo ascendente deben encontrarse entre 0.5 y 0.7 m/día
Eficiencia del reactor UASB La eficiencia de eliminación de DQO y DBO la calculamos para una eliminación del COD del 80% y un 20% que pasa como lodo al humedal. Ello corresponde a un valor mínimo de eliminación de la DBO del 90% la DBO. Las concentraciones de DQO y DBO en el efluente final pueden ser estimadas mediante la siguiente forma:
Concentración total de DQO efluente = Cout=S0- Eficiencia/100
Cout =0.4 kg/m³ (1 – 0,9)=0,04 kg/m3 que equivale a una DBO de 40 ppp a la salida del reactor anaerobio.
Apendice II
Carga hidráulico superficial
CHS=100* Q/S
Q: caudal del influente (m3/d)
S: superficie del humedal (m²)
En nuestro caso CHS=100 x7,5/10 m² = 75
Eliminación de la materia en suspensión
En los Humedales de Flujo Subsuperficial, Reed y col. proponen la expresión
SSout =Ssin (0,1058+ 0,0011 x CHs )
Ssout =0,188 SSin
SSe: concentración de sólidos en suspensión en el efluente (mg/l)SSi: concentración de sólidos en suspensión en el influente (mg/l)CHS: carga hidráulica superficial (cm/d).
En el presente proyecto
Ssout =0,188 SSin
Eliminación del fósforo y del nitrógeno en el humedal subsuperficial.
Reed y col. proponen la siguiente expresión, para la evaluación de la eliminación de fósforo (Reed et al., 1995):
[P]out=[P]in e -Kp/cHs
[P]out: concentración de fósforo en el efluente (mg/l)
[P]in: concentración de fósforo en el influente (mg/l)
Kp: constante de reacción con un valor de 2,73 cm/d
CHS: carga hidráulica superficial (cm/d)
Nota: El fósforo mineralizado excedente, en su mayoría como fosfato de potasio K3PO4, formará parte del compost que se depositará en la parte superficial del humedal y que no proviene del agua residual sino del manto vegetal que se forma conjuntamente se degrada las costras de fosfato y nitrato. Cada dos o tres años ese compost fertilizado, con un contenido orgánico que oscila entre el 3 al 6%, puede ser aprovechado como un magnifico suelo fértil.
Un problema mayor es el tratamiento del nitrógeno.
Los humedales de flujo subsuperficial actúan como reactores biológicos de película fija. El nitrógeno orgánico atrapado dentro del lecho será sometido a las reacciones de amonificación. El amoniaco liberado puede estar disponible para las plantas en función de la ubicación de raíces de las plantas. El nitrógeno NH4+ es ácido. Por ello conviene que el pH del humedal también lo sea pues, en caso contrario se fijaría al suelo dando sales armónicas. En un medio con pH<6.5 en presencia de aire los cationes amoniacales se degradarán a N2 y agua.
Es el periodo del tratamiento del N el más lento, por lo que hay que ajustar la velocidad del agua a la más adecuada, y menor, para el tratamiento del N.
(5) Superficie del humedal. Teniendo en cuenta que el humedal subsuperficial (HSS) debe, a groso modo, gestionar el 10% de la DBO y sabiendo que el proceso más lento es el de desnitrificación, además del periodo calculado de 10 años para superar la costra de fosfatos. La profundidad del humedal adaptada a las especies vegetales y el sistema de circulación quebrada, no lineal, optimizada es de 1 m.
La velocidad de descenso del agua en primera estimación será como máximo de 0,25 m/h en 24 horas, garantizando 16 horas de insolación.
El volumen mínimo de agua del humedal debe ser igual, al menos, al volumen de entrada de agua diario, es decir de 7,5 m3. En función del volumen de las especies plantadas y el sustrato hidropónico, el volumen real será de 15 m2
La longitud L= 0,25 m/h x 24h =6 metros, en la dirección del flujo de agua. (6,5 m construido)
Para una altura de agua de 1 m
Altura Total: 1,6 metros. (Vagua + Vsustrto)
Ancho lámina agua : 7,5 m² /6m = 1,25 m. (1,75 construido)
Superficie del HSS=11,4 m² (construidos) .
(6). Inclinación HSS: a los largo del largo de 5,76 metros con una inclinación de 0.5º.. Altura superior a la entrada del agua sobre la salida de 5,50 cm.
(7) profundidad del humedal. Los estudios empíricos de JL Peraza en diversos HSS en la zona y las especies vegetales seleccionadas permiten una profundidad de 1.6 metros para el eficiente proceso aerobio y el crecimiento del sistema reticular. (1metro de agua)
(8) Caudal de agua depurada. Qout. Con los datos medios de evaporatranspiración en el norte de Tenerife considerando el valor del 12.6% promediado, el caudal promedio del agua que fluye del humedal ya depurada será de 6,5 m3/dia.
(8) La velocidad lineal de descenso del aura en el humedal en m/h
V= Caudal/(24 * Superficie lateral) = 7,5/(24h * 1,25 *1) = 0,25 m/h
En Tegueste, 22 abril de 2021.
Julio Muñiz Padilla.
