Módulo estructural de soporte de helofitas, instalación de tratamiento de agua que lo comprende, método de montaje del módulo estructural y método de tratamiento de agua.

Módulo estructural de soporte de helofitas, instalación de tratamiento de agua que lo comprende,

método de montaje del módulo estructural y método de tratamiento de agua.

Módulo estructural de soporte de helofitas destinado a quedar totalmente sumergido en agua a una profundidad fija. Comprende un armazón (1) con aberturas (3) y unos recipientes (4) abiertos fijados en posición vertical en ellas. La unión entre recipiente (4) y armazón (1) se realiza preferentemente en dos puntos para asegurar que no haya movimientos de vaivén ni vuelcos. En el extremo inferior del recipiente (4) hay al menos una abertura de paso (6) para el paso de las raíces de la helofita (7) para permitir la creación de un entramado reticular en el armazón (1). Asimismo se describe una instalación de tratamiento de agua que comprende el módulo estructural, un método de montaje de dicho módulo y un método de tratamiento de agua.

Módulo estructural de soporte de helofitas, instalación de tratamiento de agua que lo comprende, método de montaje del módulo estructural y método de tratamiento de agua.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca dentro del campo técnico de las instalaciones y métodos de depuración de agua y regeneración de aguas depuradas para su reutilización.

Más concretamente se describen un módulo estructural de soporte de helofitas, una instalación de tratamiento de agua que comprende al menos un módulo como el descrito, un método de montaje del módulo estructural de soporte de helofitas y un método de tratamiento de agua empleando al menos uno de dichos módulos estructurales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La depuración es una solución muy utilizada actualmente para resolver el problema medioambiental consecuencia del vertido de las aguas residuales. Para ello, el agua que ya ha sido empleada para alguna determinada función y que no presenta ya unas condiciones adecuadas para que pueda ser devuelta al cauce natural se somete a uno o diversos tratamientos que permiten que recupere unos parámetros de calidad suficientes para su vertido o, si detrás de la depuración se efectúa un tratamiento adicional de regeneración del agua, permiten que puede reutilizarse.

Uno de los sistemas conocidos del estado de la técnica para el tratamiento de agua es la fitodepuración. En la mayoría de los casos se utilizan plantas palustres o plantas acuáticas flotantes (como por ejemplo jacinto de agua, nenúfares, lentejas de agua, etc.). Dentro de este tipo de sistemas de tratamiento, los más destacados actualmente son los que emplean macrofitas anfibias que en su estado natural crecen enraizadas en el sustrato del fondo de lagunas poco profundas (helófitos o plantas helofitas, también conocidas como plantas anfibias o emergentes) o en suelos saturados de agua al borde de dichas lagunas (plantas higrofitas). Las especies de macrofitas más utilizadas pertenecen a los géneros Typha (espadaña o enea), Phragmites (carrizo), Sparganium (espargaño), y Juncus o Scirpus (juncos).

La característica más relevante de este tipo de plantas que permite poder utilizarlas en sistemas de tratamiento es que sus tallos y raíces disponen de un tejido parenquimático prácticamente hueco, denominado aerénquima, que facilita la transferencia interna hasta las raíces del oxígeno producido en las hojas. La fuerza motriz de dicho transporte aerenquimático es el gradiente de presiones parciales de 02 que se establece entre las raíces sumergidas, consumidoras de este gas, y los tejidos fotosintéticos que lo desprenden tras la reacción fotoquímica de separación de cargas que conduce a la disociación de la molécula de agua.

Las raíces y rizomas son órganos de la planta que obtienen su energía metabólica exclusivamente mediante el proceso de respiración celular por lo que utilizan el oxígeno que les llega desde las estructuras verdes superiores. Sin embargo, una parte de dicho oxígeno también escapa a la rizosfera, el microcosmos que rodea a las raíces, donde unas bacterias simbióticas oxidan la materia orgánica disuelta en el agua.

Además, en determinadas condiciones también pueden ocurrir procesos de nitrificación- desnitrificación y anammox, que contribuyen a la eliminación del nitrógeno de las aguas. Por tanto, el ecosistema formado por el entramado radicular y los microorganismos asociados a él en la rizosfera es el verdadero agente depurador de los sistemas de fitodepuración.

En fundón de la posidón relativa de las plantas con respecto al agua los sistemas de fitodepuración se pueden clasificar en cuatro grupos:

1) Grupo de sistemas de humedales artificiales de flujo superficial (HAFS). Estos sistemas remedan el crecimiento natural de las macrofitas emergentes, pero en humedales artificiales impermeabilizados. Las plantas se cultivan enraizadas en el sustrato del fondo, y sus tallos y hojas emergen sobre la superficie del agua. La principal limitación de este método es que, al estar las raíces enterradas en el lecho inundado, la transferencia de oxígeno a la rizosfera es inútil, desaprovechándose la vía aerenquimática al no existir contacto entre las raíces y el agua a tratar. Por tanto, la eficiencia de la depuración es escasa y se limita a la que efectúan los microorganismos epífitos que crecen sobre la parte sumergida del tallo aprovechando el oxígeno que emiten dichos tejidos verdes y el intercambio pasivo de gases que atraviesan la interfase atmósfera-agua.

2) Humedales artificiales de flujo subsuperficial (HAFSs). Los humedales artificiales impermeabilizados en este caso están rellenos de un material inerte de gránulo grueso, normalmente grava o arena, en el que se plantan las macrofitas. El agua, que no debe aflorar a la superficie del lecho, drena a través de los intersticios de este y durante su recorrido es forzada a encontrarse con las raíces. Estos sistemas proporcionan un buen contacto entre el agua a depurar y el entramado radicular de las plantas, pero la transferencia de oxígeno se limita a la que se produce a través del aerénquima, sin permitirse el intercambio gaseoso directo entre la atmósfera y el agua ni el aporte de 02 de los tallos verdes al agua. En función de la dirección del drenaje a través del sustrato existen sistemas verticales u horizontales. Estas dos modalidades a menudo se utilizan de forma secuencial si se pretende eliminar nitrógeno. El principal inconveniente de este tipo de sistemas es que los intersticios por los que debe circular el agua se colmatan con cierta rapidez, formándose caminos preferenciales o forzando al medio líquido a aflorar sobre el lecho granular, hecho que perjudica la eficiencia depuradora del cultivo y que limita mucho su vida útil.

3) Humedales flotantes de tratamiento (FTW), filtros de macrofitas emergentes forzadas a crecer en flotación (FMF) y Schwimmkampen o islas flotantes artificiales. Este conjunto de sistemas implica el desarrollo de cultivos de helófitos que formen tapices flotantes de raíces y rizomas. Los helófitos se plantan mediante diferentes dispositivos con flotadores en la superficie de canales o balsas impermeabilizados. A medida que crecen y proliferan vegetativamente, se forma un entramado radicular y rizomático lo suficientemente bien trabado como para que las plantas aumenten su porte manteniéndose en posición erguida y flotando de manera autónoma sobre la superficie del humedal. Cada cultivo se comporta como una única masa flotante debido a que la densidad de las plantas trabadas es menor que la del agua. Se han descrito numerosos métodos y unidades de plantación más o menos eficaces para desarrollar este tipo de tratamientos.

Todos se basan en elementos de plantación que confieren flotabilidad a las plántulas jóvenes a la vez que intentan contrarrestar su tendencia al vuelco mientras las distribuyen regularmente hasta que se forma el entramado radicular, que puede cubrir el humedal o formar islas independientes (islas flotantes). Mientras las islas flotantes artificiales se han enfocado casi exclusivamente a la restauración de humedales y remediación de aguas en espacios naturales, los FTW y FMF se han utilizado también para tratar aguas residuales. Su principal ventaja respecto a los humedales de flujo subsuperficial es que se elimina el riesgo de colmatación de los espacios por los que el agua debe circular y se reduce la formación de caminos preferenciales.

Sin embargo, en fases avanzadas del cultivo el entramado flotante se hace tan espeso que se establece una barrera infranqueable para los gases, de modo que la limitación principal de este conjunto de sistemas flotantes es que, cuando el tapiz radicular cubre toda la superficie de la cubeta del humedal o canal, la transferencia de oxígeno entre la atmósfera y la rizosfera se realiza exclusivamente por la vía del aerénquima. Por esta razón los sistemas FTW se suelen hacer

intercalados con zonas libres de plantas que permitan una aireación del agua, lo cual disminuye el rendimiento por unidad de superficie. Por otra parte, debido a los balanceos y vaivenes de las plantas jóvenes, el establecimiento de un tapiz radicular lo suficientemente tupido para lograr una eficiencia depuradora requiere meses o incluso periodos del orden de un año. Además, dependiendo de la profundidad del canal o balsa, en estos sistemas el agua puede circular libremente por debajo del tapiz sin penetrar en la rizosfera, lo cual también reduce el rendimiento del filtro depurador.

4) Filtros de helófitos semisumergidos. En estos filtros se trata de compensar la flotabilidad de las helofitas para conseguir que el entramado radicular y rizomático quede flotando entre dos aguas un poco por debajo...

1- Módulo estructural de soporte de helofitas que está destinado a quedar sumergido en una masa de agua a una profundidad fija y está caracterizado por que comprende:

-un armazón (1) que comprende una pluralidad de aberturas (3), y

-una pluralidad de recipientes (4) abiertos y cada uno de ellos está fijado en posición

vertical en una abertura (3) del armazón (1) y estos recipientes (4) comprenden:

-una boca (5), destinada al paso de la parte aérea de la helofita (7), y

-al menos una abertura de paso (6) destinada al paso de las raíces de la helofita

(7).

2.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 1 caracterizado por que la abertura de paso (6) de los recipientes (4) son ranuras verticales que se extienden desde la boca (5) del recipiente (4) hasta un extremo opuesto.

3.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 1 caracterizado por que el armazón (1) comprende al menos un punto de apoyo adicional (8) dispuesto a una distancia (d) de las aberturas (3).

4.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 3 caracterizado por que la boca (5) del recipiente (4) está unida a la abertura (3) del armazón (1) en la que se encuentra y una base del recipiente (4), opuesta a la boca (5), está unida al punto de apoyo adicional (8) mediante una sujeción lateral configurada para evitar la oscilación de los recipientes (4).

5.- Módulo estructural de soporte de helofitas según una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por que el armazón (1) comprende al menos una armadura plana formada por varillas que se cruzan y delimitan una infinidad de cuadrículas conformantes de las aberturas (3).

6- Módulo estructural de soporte de helofitas según una de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado por que el armazón (1) comprende un primer cuerpo (10) y un segundo cuerpo (11) ambos con aberturas (3) dispuestos uno sobre el otro y separados entre sí una distancia (d) menor o igual a la longitud de los recipientes (4) que están fijados al armazón (1) en las aberturas (3) del primer cuerpo (10) y encajados en las aberturas (3) del segundo cuerpo (11).

7.- Módulo estructural de soporte de helofitas según las reivindicaciones 3 y 6 caracterizado por que el punto de apoyo adicional (8) está en el segundo cuerpo (11).

8.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 6 caracterizado por que el primer cuerpo (10) y el segundo cuerpo (11) son armaduras planas formadas por varillas que se cruzan y delimitan una infinidad de cuadrículas conformantes de las aberturas (3) y están separadas entre sí mediante columnas (13) que las vinculan.

9.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 1 caracterizado por que el armazón (1) es rígido.

10.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 1 caracterizado por que la unión entre los recipientes (4) y el armazón (1) se realiza mediante unos dispositivos de unión (9).

11.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 8 caracterizado por que las columnas (13) están conformadas por unos tubos interiores (18) dispuestos verticalmente y vinculados al segundo cuerpo (11) y unos tubos exteriores (19) dispuestos alrededor de los tubos interiores (18) de forma que un extremo del tubo exterior (19) hace tope con el segundo cuerpo (11) y otro extremo del tubo exterior (19) hace tope con el primer cuerpo (10).

12.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 11 caracterizado por que el tubo exterior (19) tiene una longitud coincidente con la distancia de separación (d) entre el primer cuerpo (10) y el segundo cuerpo (11).

13.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 11 caracterizado por que los tubos interiores (18) están dispuestos en aberturas (3) del segundo cuerpo (11) y están vinculados a dicho segundo cuerpo (11) mediante tornillería (20).

14.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 11 caracterizado por que los tubos exteriores (19) tienen unas medidas mayores que las medidas de las aberturas (3) del primer cuerpo (10) y del segundo cuerpo (11).

15.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 11 caracterizado por que los tubos interiores (18) son más largos que la distancia de separación (d) y los tubos exteriores (19) son intercambiables.

16.- Módulo estructural de soporte de helofitas según una de las reivindicaciones 1 a 15 caracterizado por que el armazón (1) comprende adicionalmente unas barras (12) que están unidas al armazón (1) y que disponen de unos extremos en ángulo configurados para apoyarse en las paredes (16) de un canal o balsa de depuración.

17.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 16 caracterizado por que las barras (12) tienen forma de "L invertida.

18.- Módulo estructural de soporte de helofitas según una de las reivindicaciones 1 a 17 caracterizado por que comprende una pluralidad de elementos de unión mecánicos (14) destinados a unirse a las paredes (16) de un canal o balsa de depuración.

19.- Módulo estructural de soporte de helofitas según la reivindicación 18 caracterizado por que los elementos de unión mecánicos (14) comprenden adicionalmente unos tensores (15) unidos al armazón (1).

20.- Instalación de tratamiento de agua caracterizada por que comprende al menos un módulo estructural de soporte de helofitas (2) como el descrito en una de las reivindicaciones 1 a 19.

21.- Instalación de tratamiento de agua según la reivindicación 20 caracterizado por que las helofitas dispuestas en los recipientes (4) del módulo estructural de soporte (2) se seleccionan de la lista que comprende Typha spp., Phragmites spp., Sparganium spp., Iris spp., Juncus spp. o Scirpus spp., o cualquiera de sus combinaciones.

22.- Instalación de tratamiento de agua según la reivindicación 21 caracterizada por que las helofitas se seleccionan de la lista que comprende Typha domingensis, Typha latifolia, Saccharum officinarum, o cualquiera de sus combinaciones.

23.- Instalación de tratamiento de agua según una de las reivindicaciones 20 a 22 caracterizada por que además de plantas helofitas comprenden otras macrofitas acuáticas.

24.- Instalación de tratamiento de agua según la reivindicación 23 caracterizada por que las macrofitas acuáticas son plantas vasculares acuáticas.

25.- Instalación de tratamiento de agua según una de las reivindicaciones 20 a 24 caracterizada por que adicionalmente comprende un módulo en el interior del que se alojan macroalgas.

26.- Instalación de tratamiento de agua según una de las reivindicaciones 20 a 24 caracterizada

por que el módulo estructural de soporte de helofitas está dispuesto en un canal, atravesado por el agua a tratar, que comprende una pluralidad de tabiques verticales destinados a compartimentar dicho canal evitando cortocircuitos, atajos o caminos preferenciales del agua.

27.- Instalación de tratamiento de agua según la reivindicación 26 caracterizada por que los tabiques verticales están colocados en el canal sustancialmente en perpendicular a las paredes del canal, tienen una longitud menor que la anchura del canal y están colocados de forma alterna y opuesta a lo largo de su longitud.

28.- Método de montaje de un módulo estructural de soporte de helofitas según se describe en una de las reivindicaciones 11 a 19 caracterizado por que comprende los siguientes pasos:

i) colocar los tubos interiores (18) en aberturas (3) correspondientes del segundo cuerpo (11) de forma que queden vinculados,

ii) colocar los tubos exteriores (19) alrededor de los tubos interiores (18) con un extremo en contacto con el segundo cuerpo (11),

iii) colocar el primer cuerpo (10) de forma que los tubos interiores (18) queden introducidos en correspondientes aberturas (3) del primer cuerpo (10) y que dicho primer cuerpo (10) quede en contacto con el extremo libre del tubo exterior (19).

29.- Método de montaje según la reivindicación 28 caracterizado por que adicionalmente comprende las etapas de:

iv) retirar el primer cuerpo (10) y retirar los tubos exteriores (19),

v) colocar unos tubos exteriores (19) de diferente longitud que los tubos exteriores (19) retirados en la etapa anterior,

vi) colocar el primer cuerpo (10).

30.- Método de montaje según la reivindicación 28 caracterizado por que adicionalmente comprende las etapas de:

iv) retirar el primer cuerpo (10),

v) colocar unos tubos exteriores adicionales sobre los tubos exteriores (19) de forma que aumenta la distancia de separación entre el primer cuerpo (10) y el segundo cuerpo (11),

vi) colocar el primer cuerpo (10).

31.- Método de tratamiento de agua en un canal o balsa de depuración caracterizado por que comprende alguna de las siguientes etapas:

a) fijar en un depósito de agua lleno de agua hasta una altura operativa un módulo estructural de soporte de helofitas (2) como el descrito en una de las reivindicaciones 1 a 19 a una altura que permita que el módulo de soporte de las helofitas quede totalmente sumergido en el agua,

b) dejar crecer las raíces de las helofitas que salen de los recipientes (4) por la abertura de paso (6) hasta que formen un entramado reticular trabado.

32.- Método de tratamiento de agua según la reivindicación 31 caracterizado por que las etapas a) y b) se realizan en un depósito de agua diferente del canal o balsa de depuración y posteriormente se introduce en el canal o balsa de depuración ya lleno hasta la altura operativa y se realiza la etapa c).

33.- Método de tratamiento de agua según una de las reivindicaciones 31 a 32, caracterizado por que además comprende una etapa adicional de hacer pasar el agua a tratar por un módulo adicional en el interior del que se alojan macroalgas que recibe las aguas procedentes del canal o balsa de depuración en el que está colocado el módulo estructural de soporte de helofitas (2).