MX2010011415A - Sistema y metodo de bio-retencion. - Google Patents
Sistema y metodo de bio-retencion.Info
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Abstract
Se proporcionan un sistema y método de bi-retención para remover fósforo, nitrógeno y otros materiales de un efluente tal como agua residual y agua pluvial. El sistema y el método pueden incluir un medio de filtración que comprende residuos de tratamiento de agua y otro relleno tal como tierra. Plantas se pueden desarrollar en la tierra. El sistema también puede incluir un sistema de drenaje para regular la salida , para funcionar durante producciones, altas y bajas, de agua.
Description
SISTEMA Y METODO DE BIO-RETENCION
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud de Patente
Provisional de E.U.A. Serie No. 61/045,506, presentada el 16 de Abril de 2008, titulada "SISTEMA Y METODO DE BIO-RETENCION" y también la Serie No. 61/149,175, presentada el 2 de Febrero de 2009. Cuyos contenidos se incorporan en su totalidad en la presente para referencia.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En general, la invención se relaciona con un sistema de tratamiento de efluentes que contiene contaminados en partículas y disuéltos. Más específicamente, la invención se relaciona con un sistema y método para remover excedentes de fósforo (P) y nitrógeno (N), tales como P y N disueltos en la forma de iones y compuestos de P o N, de agua pluvial y otro efluente de agua residual contaminada. La invención también se relaciona con medios mejorados para retener fósforo a largo plazo en sistemas de bio-retención y una salida mejorada para fomentar la retención de nitrógeno.
; Con frecuencia, los sistemas de bio-retención incluyen una cuenca para contener el efluente a tratar. Normalmente, el fondo de la cuenca está compuesto por un medio poroso sembrado con vegetación. Conforme el efluente pasa a través del sistema de bio-reter|ición, los contaminantes en partículas se remueven mediante filtración. El fósforo disuelto puede removerse del efluente mediante procesos biológicos del sistema, tales como captación de biomasa vegetativa y microbiana, así como también procesos químicos de absorción/precipitación (denominados en la presente en la categoría de absorción), que se efectúan mediante las propiedades del medio. El nitrógeno disuelto también puede removerse del efluente mediante captación de biomasa vegetativa y microbiana, así como también transformaciones biológicas, que incluyen desnitrificación, que finalmente convierte el nitrógeno en gas de nitrógeno.
Se ha documentado que los sistemas de bio-retención son instalaciones de bajo costo para el manejo de efluentes para escurrimiento de agua pluvial en términos de remover sedimentos y fósforo y nitrógeno con sedimentos. Esto puede ser particularmente relevante en vertientes ¡mpactadas por escurrimiento urbano y/o agrícola en tal grado, que se someten a los denominados criterios de Carga Máxima Diaria (TMDL) para nutrientes. Sin embargo, los sistemas de bio-retención usuales con medios arenosos y salidas de descarga libre son menos efectivos para remoción a largo plazo de nitrógeno disuelto y fósforo disuelto. Los métodos para incrementar la retención de contaminantes de nutrientes que cumplen con los criterios de TMDL pueden ser importantes en el diseño de instalaciones de manejo de efluentes, de modo que puedan procesar los efluentes de manera más efectiva, aceptable y eficiente.
En consecuencia, existe la necesidad de desarrollar sistemas y métodos de bio-retención mejorados y medios mejorados a utilizar en sistemas de bio-retención.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION
Se proporcionan u método y sistema de bio-retención para remover fósforo y nitrógeno de efluentes tales como agua residual y agua pluvial. El sistema y método pueden incluir un medio de filtración que tiene una matriz de textura áspera, de preferencia de arena bien graduada con un bajo coeficiente de uniformidad, mezclada con material orgánico resistente a la descomposición, tal como musgo esfagnáceo, mezclado con un ajuste de fracción mínima de material similar a la arcilla que tiene alta capacidad de absorción de fósforo. La fracción de matriz áspera puede variar de alrededor de 50 a'80% en volumen. El material orgánico puede variar de alrededor de 10 a 20% en volumen, y el ajuste de fracción mínima puede variar de alrededor de 10% a 40% en volumen. El componente de fracción áspera puede incluir materiales triturados a una gradación de partículas de arena, de preferencia la gradación de la zona de enraizamiento de la Asociación Estadounidense de Golf (USGA) de la cual,: por lo menos 60% está dentro de un diámetro de 0.1016 centímetros y 0.0254 centímetros, no más de 10% debe ser mayor que 0.1016 centímetros. No más de 5% debe ser menor que 0.000508 centímetros. Ejemplos de materiales preferibles incluyen piedra caliza triturada, arena recubierta con hierro, arena residual neutralizada a partir de procesamiento de bauxita, ladrillo triturado, etc. El componente orgánico puede incluir fibra de coco (cascara de coco), turba o musgo esfagnáceo. El ajuste mínimo de material puede incluir residuos de tratamiento de agua a base de aluminio o hierro (WTR), subproducto de barro rojo neutralizado con agua de mar de bauxita de procesamiento en aluminio, subproducto de yeso rojo de rutilo de procesamiento en suelo natural rico en titanio, o hierro y aluminio, donde los WTR se prefieren para muchas aplicaciones.
El sistema también puede incluir un sistema de salida que tiene una salida inferior, un tubo que se extiende hacia arriba desde una parte cercana de la salida inferior, y una salida superior que se conecta a un extremo distante superior del tubo. Las salidas de preferencia extienden el tiempo de permanencia para remoción de nitrógeno mejorada en los eventos breves de tratamiento de agua, que comprenden la mayoría de volúmenes de escurrimiento anual. De preferencia, estas salidas de también permiten que los flujos altos en eventos de tratamientos de agua más prolongados pasen a través del medio, lo que permite de este modo que los sistemas traten incluso eventos sustanciales con un flujo de desviación mínima sin trata;.
: El sistema puede incluir además hierbas, árboles, arbustos y/o o matojos proporcionados en una cantidad suficiente para mejorar la captación y transformaciones biológicas, así como también propiedades de infiltración en el medio.
El sistema también puede proporcionar el medio, la roca y el sistema de salida dentro de una estructura unitaria. El sistema puede incluir además un árbol, arbusto o matojo y/o hierbas. Éstos deben estar en cantidades suficientes para mejorar las propiedades de filtración y/o impedir la erosión de la superficie. De preferencia, se proporciona una rejilla por encima del medio para proteger el medio contra el peso de personas, animales y objetos que~ pasen por encima de ésta. De preferencia, la rejilla incluye una o más aperturas para permitir que entre el agua y escapen los gases.
Otros objetivos y atributos de la presente invención serán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, considerada junto con las figuras trazadas anexas. Sin embargo, debe entenderse que los dibujos solo están diseñados para propósitos ilustrativos y no como una definición de los límites de la de invención, para lo cual debe! hacerse referencia a las reivindicaciones anexas.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Los atributos y ventajas particulares de la invención, así como también otros objetivos, serán aparentes a partir de la siguiente descripción, tomada junto con los dibujos anexos, en los que:
: La Figura 1 es una vista en sección frontal de un sistema de bio-retención de acuerdo con una modalidad de la invención;
La Figura 2 es una vista en sección frontal de un sistema de salida de acuerdo con una modalidad de la invención;
La Figura 3 es una vista en sección frontal de un sistema de bio-retención de acuerdo con una modalidad de la invención;
La Figura 4 es una vista en sección frontal de un sistema de salida de acuerdo con una modalidad de la invención; y
La Figura 5 muestra en 5(a) y 5(b) una reducción en la concentración de nitrógeno debido a la vegetación mediante los sistemas de acuerdo con las modalidades de la invención.
* La Figura 6 muestra en 6(a) y 6(b) una reducción en la concentración de nitrógeno debido a salidas restringidas mediante los sistemas de acuerdo con las modalidades de la invención.
; La Figura 7 muestra en 7(a), 7(b) una reducción en la concentración de fósforo mediante sistemas krasnozem de acuerdo con las modalidades de la invención.
La Figura 8 muestra en 8(a), 8(b) una reducción en la concentración de fósforo mediante sistemas de barro rojo y WTR de acuerdo con las modalidades de la invención.
DESCRIPCION DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS
La invención se enfoca en un sistema y método de bio-retención para remover fósforo, nitrógeno y otros contaminantes de efluentes fluidos, tales corrientes de como agua residual y agua pluvial. El sistema y método pueden incluir capas de medios de filtración. Algunos medios pueden tener una matriz de textura áspera, de preferencia, de arena bien graduada con un bajo coeficiente de uniformidad. Ésta puede intercalarse o mezclarse con material orgánico resistente a la descomposición, tal como musgo esfagnáceo y/o un ajuste de fracción mínima de material similar a la arcilla, tal como uno con alta capacidad de absorción de fósforo. La fracción de matriz áspera puede variar de alrededor de 50 a 80% en volumen. El material orgánico puede variar de alrededor de 10 a 20% en volumen. El ajuste de fracción mínima puede variar de alrededor de 10% a 40% en volumen.
El componente de fracción áspera puede incluir materiales triturados a una gradación de partículas de arena, de preferencia la gradación de la zona de enraizamiento de la Asociación Estadounidense de Golf (USGA) de la cual, por lo menos 60% está dentro de un diámetro de 0.1016 centímetros y 0.0254 centímetros, no más de 10% debe ser mayor que 0.1016 centímetros. No más de 5% debe ser menor que 0.00508 centímetros para la mayoría de las aplicaciones previstas. Ejemplos de materiales preferibles incluyen piedra caliza triturada, arena recubierta con hierro, arena residual neutralizada a partir de procesamiento de bauxita, ladrillo triturado, etc. El componente orgánico puede incluir fibra de coco (cáscara de coco), turba o musgo esfagnáceo.
I Los medios de filtración preferidos, incluidos, por ejemplo, como un ajuste mínimo de material, pueden incluir residuos de tratamiento de agua a base de aluminio o hierro (WTR), subproducto de barro rojo neutralizado con agua de mar de bauxita de procesamiento en aluminio, subproducto de yeso rojo de rutilo de procesamiento en suelo natural rico en titanio, o hierro y aluminio. Todos estos materiales se caracterizan por tener un índice de saturación de fósforo muy bajo (PSI), en el que valores más bajos representan una mayor capacidad de absorción de fósforo.
Los Residuos de Tratamiento de Agua (WTR) se utilizan comúnmente en plantas de tratamiento de agua potable y puede incluir el material, tanto en su forma corriente como en su forma estancada. La forma estancada se prefiere para muchas aplicaciones. Éstas pueden incluir los residuos resultantes de la coagulación de ácidos orgánicos disueltos y coloides minerales con ya sea sulfato de aluminio o hierro. Con arcilla, material orgánico y los metales originales, normalmente estos materiales tienen una textura muy fina y son muy resistentes al secado al aire cuando están frescos. Una vez secos, forman agregados hidrófobos cohesivos quebradizos. Después de un periodo de exposición a la intemperie, los WTR se tornan menos quebradizos e hidrófobos y son más fáciles de mezclar.
El sulfato de hierro genera WTR de ferrihidrita- (Fe5p7(OH).4H20) en la que los procesos de adsorción requieren condiciones ácidas; de modo que la capacidad de absorción de P de WTR férrico es mucho más pronunciada en suelos ácidos. El efecto de la ferrihidrita puede ser 50 veces mayor que un pH por debajo de 6.0, en comparación con los suelos alcalinos con un pH por encima de 8.0. La caliza calcítica puede añadirse a suelos en los que la adición de WTR férrico resulta en un pH por debajo de 6.0. La aplicación de ferrihidrita puede incrementar la adsorción y retención de P en suelos de campo normales.
' Los WTR a base de aluminio están dominados por grandes proporciones de hidróxidos de aluminio, que con frecuencia exceden 25%, del cual, una porción sustancial se encuentra en el estado amorfa más efectivo. También pueden existir cantidades considerables de compuestos de hierro, así como también proporciones menores de calcio, magnesio y otros elementos. El PSI de WTR a base de aluminio puede variar de 0.37 a 6.34, con una media de 2.10. Con un funcionamiento efectivo y un pH neutro, los WT a base de aluminio pueden ser efectivos para reducir las concentraciones de P intersticial disuelto en suelos altamente enriquecidos con P. Una aplicación de 6% puede reducir de manera significativa las concentraciones de P disuelto por debajo del umbral para desorción de P. Los altos índices de las aplicaciones de WTR en suelos enriquecidos con P pueden reducir las pérdidas de P disuelto en escurrimiento de manera significativa y mejorar la retención de P disuelto al incorporar WTR a base de aluminio en los suelos. Incrementar el contenido de aluminio amorfo en sustratos puede correlacionarse con menores concentraciones de P disuelto.
| Los WTR pueden tener capacidades máximas de adsorción de P que van de alrededor de 6.6 a alrededor de 16.5 g/kg después de 17 hrs de equilibrio. Cuando los agregados se trituran desde alrededor de 2 mm a alrededor de 150 µ m , los valores de la media pueden incrementarse a alrededor de 9.68 g/kg. Cuando se equilibra durante 6 días, el valor de la media puede incrementarse a alrededor de 22.9 g/kg, un orden de magnitud mayor que el valor inicial. La mayoría de este equilibrio puede ocurrir dentro de los primeros dos días, lo que demuestra el efecto del área superficial y el tiempo. Después de la captación máxima, puede desorberse menor de alrededor de 10% del P adsorbido, lo que indica que los procesos de adsorción son irreversibles.
Se ha reportado la difusión intra-poros con las partículas y es un aspecto integral de la naturaleza irreversible de la absorción por WTR. El área superficial específica intra-poros es 24 veces aquélla del tamaño promedio de partículas. La degradación acelerada por múltiples ciclos de estado húmedo/seco acelera la difusión interna en las ubicaciones donde P se une de manera irreversible.
Se ha determinado que los WTR son muy efectivos para retener P disuelto, incluso después de absorber grandes cantidades de P. Las concentraciones de P disuelto en agua que pasa a través de los WTR permanecen muy bajas, incluso después de absorber cantidades que ' resultarían en altas concentraciones de P disuelto de otros materiales, utilizados normalmente en medios de bio-retención.
: El barro rojo es un subproducto del refinamiento de bauxita en aluminio. En el proceso de Bayer, se añade sodio cáustico para disolver la alúmina de la matriz mineral cristalina con alta temperatura y presión. La solución resultante se separa y purifica más tarde, después de lo cual se calcina para separar la alúmina de la solución. Comúnmente, el barro rojo comprende la fracción más reducida de la bauxita original que queda después de este proceso.
: Los barros rojos se caracterizan por grandes proporciones de minerales secundarios. Los hidróxidos de sodio y carbonatos de sodio altamente alcalinos resultan en valores de pH que van de alrededor de 9.75 a alrededor de 12.56. Los minerales de hierro comprenden hematita (Fe02), un óxido de hierro cristalino y, con frecuencia, goetita (FeO(OH)), que es más amorfa y tiene mayor capacidad de absorción de P. Los minerales de aluminio gibsita (AI(OH)3) y boehmita (?-?????) también son muy abundantes en la mayoría de los barros rojos. Las proporciones de hierro y aluminio amorfo van de alrededor de 0.05% a alrededor de 022%, y alrededor de 0.93% a alrededor de 5.02%, respectivamente. Pueden existir cantidades considerables de calcita (CaO), pero éstas pueden variar en gran medida. Los minerales primarios resistentes incluyen cuarzo, zircón e ilmenita (TÍO) y comprenden una proporción más o menos reducida que va de alrededor de 6% a alrededor de 24%. También pueden existir cantidades menores de metales pesados y radiónúclidos, la mayoría de los cuales se encuentran en formas muy estables. Dependiendo de la fuente y el proceso, los barros rojos pueden diferir de manera considerable en términos de composición mineralógica y, con frecuencia, dentro del mismo depósito. Por lo tanto, siempre variará la composición mineral del barro rojo.
: Los barros rojos son muy efectivos para retener P disuelto, incluso después de absorber grandes cantidades de P. Las concentraciones de P disuelto del agua que pasa a través de los barros rojos permanecen muy bajas, incluso después de absorber cantidades que resultarían en concentraciones de P disuelto elevadas de otros materialmente normalmente utilizados en los medios de bio-retención.
Los suelos con minerales ricos en hierro y aluminio tales como suelos Krasnozem derivados de basalto también son muy efectivos para retener fósforo. En comparación con la mayoría de los suelos, estos suelos contienen una proporción elevada de aluminio y hierro amorfos. Los suelos Krasnozem también se conocen por retener fósforo.
Los suelos de Krasnozem son muy efectivos para retener P disuelto, incluso después de absorber grandes cantidades de P. Las concentraciones de P disuelto del agua que pasa a través de los barros rojos, permanecen muy bajas después de absorber cantidades que resultaría en concentraciones de P disuelto elevadas de otros materiales normalmente utilizados en medios de bio-retención.
: A diferencia de la retención de P, que, como según se entiende, es un proceso químico para absorción en medios, la retención de nitrógeno es un proceso biológico que puede realizarse finalmente mediante la producción fotosintética de las plantas. Las plantas no sólo captan el nitrógeno de manera directa, éstas liberan compuestos de carbono en el suelo, que es consumido por la actividad microbiana, que también puede captar nitrógeno, así como transformar cierta parte del nitrógeno en gas de nitrógeno, que se pierde del sistema. Estos procesos de remoción de N se fomentan mediante los incrementos en el tiempo de retención y las condiciones saturadas.
Los sistemas y métodos de acuerdo con la invención también pueden incluir un sistema de drenaje que de preferencia tiene un sistema de control de salida que puede gestionarse de manera adaptativa para controlar el tiempo de retención, saturación y depósito superficial sobre las capas del medio de filtración en respuesta a los cambios en las propiedades del medio y el suelo con el paso del tiempo. El sistema de drenaje puede incluir un sistema de salida que tiene una salida inferior, un tubo que se extiende hacia arriba desde la salida inferior y una salida superior conectada a un extremo superior del tubo. De preferencia, las salidas prolongan el tiempo de permanencia para mejorar la remoción de nitrógeno en evéntos breves de tratamiento de agua, que comprende la mayoría de los volúmenes de escurrimiento anuales. De preferencia, estas salidas también permiten el paso de altos flujos a través del medio en eventos más prolongados de tratamiento de agua, con lo que permiten que los sistemas traten incluso eventos sustanciales con un flujo de desviación mínima sin tratar. El control del flujo a través del sisteima de drenaje también puede afectar la remoción de fósforo.
¦ El sistema también puede proporcionar el medio, la roca y el sistema de salida dentro de una estructura unitaria. Además, el sistema puede incluir un árbol, arbusto o matojo, así como hierbas.
De preferencia, se proporciona una rejilla por encima del medio para proteger el medio contra el peso de personas, animales y objetos que pasan por encima de ésta. De preferencia, la rejilla incluye una o mas aperturas para permitir que el agua entre y que los gases escapen.
Ciertas modalidades preferidas de la presente invención se describirán ahora con referencia a los dibujos. Con referencia a las FIGURAS 1-4, un sistema 100 de tratamiento de agua de bio-retención puede colocarse dentro, de preferencia en contacto con una parcela 1 de suelo existente. De preferencia, el sistema 100 incluye una capa 5 de medio, de preferencia, ubicada por encima de una capa 4 de obstrucción, que de preferencia se encuentra por encima de una capa 3 de roca, que de preferencia comprende rocas de desagüe inferior. Un desagüe 9 inferior se ubica de preferencia dentro de la capa 3 de rocas de desagüe inferior. Un material de retención de suelo, tal como una capa de geotextil 2 de drenaje puede incluirse para impedir que el suelo 1 que rodea el sistema emigre al medio 5 y a la capa 3 de rocas de drenaje inferior.
De acuerdo con una modalidad de la invención, el medio 5 puede comprender una matriz áspera, también denominada fracción áspera. Ésta también puede comprender un componente orgánico, también denominado fracción orgánica. El medio 5 también puede incluir ajustes mínimos de materiales que de preferencia tienen una capacidad elevada de absorción de fósforo. De preferencia, el medio 5 incluye alrededor de 50% a alrededor de 80% en volumen del componente de fracción áspera, alrededor de 10% a alrededor de 20% en volumen del componente orgánico, y alrededor de 10% a alrededor de 40% en volumen del componente de ajuste mínimo de material. Los ajustes orgánicos y mínimos pueden proporcionarse para mejorar las condiciones del suelo. Por ejemplo, estos pueden mejorar la retención de agua del suelo y pueden añadir micronutrientes de elementos traza. La fracción áspera, la fracción orgánica y los materiales de ajuste mínimo pueden mezclarse con una planta de cribado u otro dispositivo mecánico.
La fracción áspera puede incluir arena con calidad de césped con un bajo coeficiente de uniformidad, que de preferencia fomenta la infiltración. Otros ejemplos preferidos de la fracción áspera incluyen cualquiera o la totalidad de, sin limitación, arena derivada de piedra caliza triturada, arena recubierta con hierro derivada de áreas con alto contenido de hierro, arena residual neutralizada a partir del procesamiento de bauxita, y/o ladrillo triturado.
; El componente orgánico de preferencia incluye fibra de coco (cáscara de coco), turba, que de preferencia incluye fibras ásperas, además de la cáscara triturada finamente molida. Otros ejemplos preferidos del componente orgánico incluyen, sin limitación, musgo esfagnáceo. La composta, las astillas de madera y la cubierta orgánica degradada también pueden estar presentes. De preferencia, la fracción orgánica fomenta la retención de agua y mejor los índices de infiltración.
; De preferencia, el ajuste mínimo de material incluye un material que tiene una capacidad elevada de absorción de fósforo y una vasta área superficial específica (proporción de superficie respecto al volumen). Un ejemplo preferido del material es un residuo de tratamiento de agua a base de aluminio (WTR), que puede ser un producto de desecho de la industria del tratamiento de agua. Se ha determinado que los WTR a base de aluminio de preferencia siguen reteniendo más de 95% del fósforo aplicado en concentraciones de agua pluvial, incluso después de casi una década de cargas de agua pluvial, cuando los sistemas de limo arenoso normales se han vuelto poco efectivos. Otros ejemplos preferidos de los materiales finos incluyen, sin limitación WTR a base de hierro y/o WTR a base de piedra caliza.
Otro ejemplo del material fino preferido incluye barro rojo, un material fino del tamaño de la arcilla, que permanece después de la extracción del aluminio de menas de bauxita. Debido a que éste puede ser altamente alcalino, se neutraliza de preferencia para reducir su alcalinidad. El barro rojo neutralizado con agua marina subproducto del procesamiento de la bauxita en aluminio puede ser efectivo. Se ha determinado que el medio con barro rojo puede retener más de 85% del fósforo aplicado en concentraciones de agua pluvial, incluso después de cargas de agua pluvial durante más de una década.
Otro ejemplo del material fino preferido incluye yeso rojo, un material fino del tamaño de la arcilla que permanece después de extraer titanio de las menas de rutilo. Se ha demostrado que el yeso rojo tiene una afinidad muy elevada para retener fósforo aplicado en concentraciones de agua pluvial.
Otro ejemplo del material fino incluye suero natural, en particular, aquellos con alto contenido de hierro y/o aluminio. Se ha determinado que el medio con suelos Krasnozem altos en contenido de hierro puede retener más de 70% del fósforo aplicado en concentraciones de agua pluvial, incluso después de una década de cargas de agua pluvial.
El material fino puede proporcionarse igualmente entre los materiales finos y agregados más ásperos de materiales finos. Conforme el medio fino se degrada, los fragmentos ásperos pueden dispersarse, y proporcionar una capacidad de retención de P mayor en la medida en la que los sistemas se desarrollan.
De acuerdo con una modalidad de la invención, el terreno puede prepararse mediante excavación y/o relleno de una profundidad suficiente para colocar una capa 5 de medio y una roca 3 de! desagüe inferior, mientras que se permite el almacenamiento de efluentes en el depósito superficial cuando los índices de flujo entrante exceden el índice de infiltración del medio. De preferencia, el geotextil 2 retiene el medio 5 y la roca de desagüe inferior y divide el medio 5 y la roca 3 de desagüe inferior del suelo 1 en un lado;del geotextil 2 y el suelo 1 en el otro lado del geotextil 2. El material geotextil de preferencia es poroso para permitir que el medio 5 y la capa 3 de roca drenen al suelo. En configuraciones dond¡e tanto las cargas totales de nitrógeno (TN) y el índice de infiltración del suelo natural son generados, el geotextil puede fabricarse en esencia impermeable para impedir la exfiltración de nitrógeno al agua subterránea.
De preferencia, la capa de roca es de por lo menos 2.7 cm, con mayor preferencia más de alrededor de 15.24 cm de profundidad. De preferencia, ésta comprende un agrega, de preferencia, un agregado triturado No. 4 con granulometría abierta, en donde el diámetro de la mediana es alrededor de 2.54 cm (o alrededor de 2.03 cm a alrededor de 3.04 cm). De preferencia, el agregado se lava con mayor preferencia, con agua, para enjuagar los componentes finos que se acumulan durante el proceso de trituración. La capa 4 de obstrucción puede tener alrededor de 5.08 cm, a alrededor de 10.16 cm, 7.62 cm de profundidad y, de preferencia, también incluye un agregado, con mayor preferencia, un agregado mixto del No. 89, en donde el diámetro de la mediana es de alrededor de 0.63 cm (o alrededor de 0.50 cm a alrededor 0.76 cm). Tal agregado facilita de preferencia la limitación de la emigración del medio 5 a la capa 3 de roca:del desagüe inferior.
: De preferencia, el medio 5 tiene por lo menos alrededor de 38.1; cm, a alrededor de 91.4 cm, de preferencia alrededor de 45.72 cm de profundidad. En áreas con cargas de fósforo concentradas, la media de profundidad y la proporción de ajuste pueden incrementarse para proporcionar una capacidad de absorción mayor. Para utilizar más medios 5 para un mejor desempeño del tratamiento, la profundidad del medio puede incrementar a lo largo de los lados, de preferencia, a una profundidad de depósito 6 normal.
Un ejemplo del método para instalar el sistema de acuerdo con una ; modalidad de la invención se describirá en la presente. Al comparar el sitio para excavación y rellenado, el geotextil 2 puede colocarse dentro del subsuelo excavado para recubrir de manera sustancial toda la superficie expuesta del área preparada. Por lo tanto, el geotextil 2 puede proporcionar una base y paredes que se extienden hacia arriba desde la base. Parte de la capa 3 de roca puede ubicarse en esta base. El drenaje 9 inferior puede instalarse dentro de la capa 3 de roca. La capa 4 de obstrucción puede colocarse sobre la capa 3 de roca del desagüe inferior con el desagüe 9 inferior dentro de la capa 3 de roca. Después, el medio 5 puede colocarse sobre la capa 4 de obstrucción, de preferencia sin utilizar equipo con ruedas u orugas que pueda comprimirla. De preferencia, se permite que el medio 5 se asiente alrededor de 15% a alrededor de 25%, de preferencia alrededor de 20%, hasta que el medio 5 tenga la profundidad deseada. El medio 5 humedece de preferencia con agua de lluvia o irrigación suficiente para inducir el asentamiento de por lo menos alrededor de 10% a alrededor de 15%, de preferencia alrededor de 15% antes sembrar uno o más de un material 7 derivado de plantas.
, Después del asentamiento inicial, el material 7 derivado de plantas puede añadirse al sistema para mejorar los procesos de remoción de fósforo y nitrógeno, así como también mantener los índices de infiltración conforme se acumulan los sedimentos. De preferencia, las plantas 7 comprenden una mezcla de hierbas de temporada fría y temporada cálida C4 adaptadas para el régimen hidrológico del sitio. En particular, se ha determinado que las hierbas C4 hierbas Pennesetum alopecuroides (Cola de gato) y Panicum virgatum (Mijo perenne) son efectivas para fomentar la retención de nutrientes en configuraciones de bio-retención. Como una ¡alternativa, también pueden utilizarse matojos, arbustos leñosos y árboles pequeños adaptados para el régimen hidrológico para el material derivado de plantas. Tales plantas tienen de preferencia una raíz profunda para evitar el descuajado. Además, puede proporcionarse cualquier combinación de hierbas, malezas, matojos y árboles, dependiendo de la configuración, sin desviarse del alcance de la invención.
Una capa superficial de cubierta 8 orgánica puede depositarse después de sembrar el material 7 derivado de plantas. La cubierta 8 orgánica puede impedir la compresión superficial a causa del impacto de las gotas de lluvia, erosión de flujos entrantes superficiales, y secado y agrietamiento excesivos. Una modalidad de la invención utiliza para este propósito varios centímetros de grava fina ¡bien graduada, en donde el diámetro de la mediana es de alrededor de 0.50 cm a alrededor de 0.76 cm, de preferencia alrededor de 0.63 cm. Otro ejemplo de la capa de cubierta 8 orgánica, que de preferencia proporciona una mejor reducción del atascamiento superficial y más absorción de cationes de metal, es la cubierta orgánica de madera dura con bastante degradadas, que
intercepta la mayoría de los sedimentos sostenidos en el efluente. Esto puede facilitar la remoción de sedimentos acumulados como parte de un proceso periódico de reemplazo de la cubierta orgánica.
; La selección de cubierta orgánica puede depender del material 8 derivado de plantas. En instalaciones en las que el material derivado de plantas incluye hierbas, la cubierta orgánica preferida puede incluir grava. Debido a que las hierbas pueden expandirse, su desfronde puede proporcionar su propia cubierta orgánica y la elevada densidad de tallo de la hierba puede mejorar los índices de infiltración cuando se acumulan los sedimentos. Con los matojos y árboles, la baja densidad del tallo puede ser menos efectiva para prevenir el atascamiento, mientras que permite reemplazar fácilmente la cubierta orgánica. En esta modalidad de sembrado, puede preferirse la cubierta orgánica de madera dura.
: Los flujos tratados mediante su paso a través del medio 5 pueden entrar en la capa 3 de roca del desagüe inferior. En consecuencia, puede proporcionarse un sistema de salida que comprenda uno o más desagües 9 inferiores, tales como un tubo perforado o ranurado, de preferencia, con un diámetro de alrededor de 5.08 cm a alrededor de 20.32 cm separados en intervalos regulares, de preferencia de alrededor de 9.14 metros o menos. Pueden preferirse tubos más grandes y rocas más profundas cuando los desagües 9 inferiores son más largos. En los sistemas más largos, los desagües inferiores pueden conectarse mediante un colector. El desagüe inferior (o colector) puede conectarse a un sistema de salida, de modo que un fluido pueda fluir desde dentro del desagüe 9 inferior hasta el sistema de salida.
En áreas donde la retención de N es importante y los suelos son muy permeables, es probable que el agua fluya a través del geotextil 2 permeable al suelo 1 demasiado rápido para una retención efectiva de N. Debido a que el agua se desvía de la salida y fluye directamente al suelo 1, puede que la salida inferior no controle los flujos que van al suelo 1. En consecuencia, el geotextil 2 puede fabricarse de manera sustancialmente impermeable para asegurar que todos los flujos se dirijan a través de la salida, de modo que puedan controlarse con las características de la salida. La elevación del tubo 11 de salida puede aumentar por encima de los agujeros 203, de modo que, de preferencia, el agua tratada abandone el ensamble de salida a través de los agujeros 203 y pase a una capa 204 de roca, ubicada bajo la membrana 2 impermeable. De esta manera, sólo el agua totalmente tratada puede infiltrarse al suelo.
De acuerdo con una modalidad ejemplar de la invención, que tiene la configuración mostrada en la FIGURA 1, el efluente puede entrar al medio 5 a través de la cubierta 8 orgánica. Conforme éste pasa: a través del medio 5, el fósforo puede absorberse desde el efluente. De preferencia, el efluente filtrado puede entrar al desagüe 9 inferior y fluir al sistema 200 de salida y a la caja 10, y luego al tubo 11 de drenaje. El sistema 200 de salida controla de preferencia el índice al cual pasa el afluente a través del medio 5 para mejorar la filtración, absorción y transformación. Por ejemplo, puede removerse más nitrógeno del efluente si el efluente se retiene en el medio 5 durante un periodo más prolongado. Al proporcionar dos o más salidas dentro de la caja, el sistema 200 de salida puede proporcionar un flujo mayor del efluente desde el desagüe 9 inferior hasta la caja 10. Aunque se ilustran dos salidas, debe entenderse que el número de salidas puede variar en función de la selección de diseño específico de la aplicación.
En la FIGURA 2, se muestra un sistema 200 de salida de acuerdo con una modalidad de la invención. El medio puede tener altos índices de infiltración. En ciertas condiciones, un sistema sin un sistema de salida controlado puede proporcionar tiempo de retención dentro de la media de una hora o menos. Este tiempo de retención puede ser demasiado breve para que ocurran de manera efectiva las transformaciones de nitrógeno dependientes del tiempo, tales como la desnitrificación. El sistema de salida proporciona de preferencia el control de los flujos a un índice que represente una fracción del índice de infiltración de la media, por lo tanto, se prolonga la duración de retención dentro del medio. Los índices de f I uj o ; salientes efectivos pueden ajustarse de preferencia para proporcionar el tiempo de retención deseado para fomentar las transformaciones de nitrógeno según se seleccione. Proporcionar una estructura de control de flujo bajo puede prolongar el tiempo de retención durante, por ejemplo, hasta seis horas, mientras que tiene un efecto mínimo en las profundidades de depósito superficial. De preferencia, el sistema de salida también prolonga la duración de las condiciones saturadas durante hasta alrededor de seis horas, alrededor de doce horas o hasta un día o más, con lo que se fomenta una desnitrificación mejorada.
Con referencia a la Figura 2, la disposición del sistema 200 puede permitir incrementar el índice del. flujo saliente, donde la lluvia predominante es más intensa o donde la proporción entre el área de la fuente y el tamaño de las instalaciones es mayor. De manera alternativa, cuando los índices de infiltración en el suelo natural son elevados, puede restringirse la salida de flujo bajo. La salida también puede ajustarse de preferencia para responder a los cambios en las condiciones con el paso del tiempo.
El sistema 200 de salida puede incluir una caja preformada, tal como una caja 10 de concreto, de preferencia, dimensionada para corresponder con las tomas de públicas estándar. La caja 10 se drena mediante un tubo 11 de salida, que puede dimensionarse de acuerdo con procedimientos de canalización estándar familiares para aquellos con experiencia ordinaria en la técnica. El sistema 200 de salida puede incluir una o más salidas 12 de flujo intermedio en un lado; con una rejilla 13 próxima a la parte superior de la caja 10 para transportar eventos de gran flujo, de preferencia, todos estos tienen un tamaño de acuerdo con los procedimientos de canalización estándar familiares para aquellos con experiencia ordinaria en la técnica. La salida 12 tiene de preferencia alrededor de 15.24 cm, alrededor de 60.96 cm, con mayor preferencia alrededor de 22.8 cm,
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a alrededor de 30.48 cm por encima de la superficie de la capa de cubierta 8 orgánica.
El drenaje 9 inferior (o colector) puede pasar a través de la caja 10 y terminar en un tubo 14 en forma de T. Puede proporcionar un codo 15 giratorio con un ensamble 16 de buje reductor y conector en el otro extremo del tubo 14 en forma de T y pueden terminar con una tapa extrema, que de preferencia tiene un orificio 17. El orificio 17 puede ajustarse para casos intermedios al perforar su buje central con un tamaño de talador específico.
! Considerando la infiltración al suelo natural y el deseo de proporcionar una zona saturada, el tamaño y elevación del orificio 17, de preferencia, pueden diseñarse de manera precisa por aquellos con experiencia en la técnica para proporcionar una zona saturada y prolongar el tiempo de retención dentro de la media, una vez que el sistema se haya drenado por debajo de la salida superior que se menciona en lo anterior. Puede evitarse que el orificio 17 se atasque por los flujos superficiales al sujetar un tamiz 18 sobre el conector 16. Los flujos provenientes del desagüe 9 inferior y que salen por la salida pueden filtrarse de preferencia a través del medio.
: Un tubo 18 de elevación inferior puede extenderse hacia arriba desde el tubo 14 en forma de T, terminar con un ajuste 21 reductor flexible y ajustarse con una abrazadera para tubos. Un elevador 24 superior puede dimensionarse de modo que cuando menos se ajuste de manera parcial dentro del elevador 18 inferior. El elevador 24 superior puede unirse de preferencia al ajuste 20 reductor con una abrazadera 22 para tubo, que de preferencia facilita el ajuste de la longitud expuesta del elevador 24 superior y su ensamble de salida mencionado en lo siguiente. Puede proporcionarse una abrazadera 23 de ajuste ancho para mantener el elevador 24 superior unido a una pared de la caja 10, mientras que se permiten los ajustes a su altura según se requiera o solicite.
De preferencia, un ensamble de salida superior comprende un codo 25 que se conecta con un elevador 24 superior, con una tapa 26 extréma ubicada en el codo 25. La capa extrema 26 puede perforarse o cortarse al tamaño de la salida diseñada para la instalación particular. De preferencia, un tamiz 26 puede sujetarse sobre el extremo del conector 25 para impedir que el conector 25 se atasque.
De preferencia, la tapa 26 extrema puede dimensionarse y su elevación puede establecerse por aquellos con experiencia en la técnica para optimizar el tiempo y profundidad de depósito para detener tanto escurrimiento como sea posible, mientras que ocurren grandes eventos de tratamiento de agua. En caso de tormenta, con intensidades normales de lluvia, la superficie puede formar depósitos por encima de la elevación de salida, con una altura de hasta 60.96 cm. Esto puede hacer que aumente la profundidad de depósito, lo que provoca un incremento correspondiente en la cantidad efectiva. Como consecuencia, los índices de filtración que eran reducidos controlados por la salida 201 inferior pueden complementarse con el flujo a través de la salida 202 superior, por ejemplo, de acuerdo con la Ley de Darcy, de tal modo que los índices de flujo pueden encontrarse en varios múltiplos de índice de descarga del flujo bajo normal. El beneficio de tener una elevación ajustable para la salida 202 superior puede ser que su elevación puede manipularse para responder a los cambios en los índices de infiltración del medio con el paso del tiempo. Conforme los sedimentos se acumulan y disminuye la conductividad hidráulica saturada, es posible disminuir la altura de la salida 202 superior para aumentar la cantidad efectiva, con lo que se mantienen las respuestas de infiltración efectiva. Esto puede proporcionar la capacidad de gestionar de manera adaptativa y obtener el mejor rendimiento con base en las características estabilizadas del medio.
En áreas donde la retención N es importante y los suelos son muy permeables, el geotextil 2 puede fabricarse en esencia impermeable para asegurar que todos los flujos se dirijan a través de la salida, de modo que puedan controlarse mediante las características de la salida. El agua tratada puede abandonar después el ensamble de salida a través de los agujeros 203 y pasar a la capa 204 de roca, ubicada bajo la membrana 2 impermeable. De esta manera, sólo el agua totalmente tratada puede infiltrarse después al suelo.
El sistema 200 de salida proporciona de preferencia una manera no sólo de regular bajos flujos frecuentes para mejorar la remoción de nitrógeno, sino también para utilizar la capacidad del índice de infiltración rápida del medio para tratar flujos altos transitorios que contienen materia de partículas que aún requiere ser filtrada. La capacidad de ajustar la elevación y diámetro de los orificios del sistema 200 de salida puede permitir que los sistemas de acuerdo con la invención respondan a los cambios en los índices de infiltración del medio o los criterios de descarga de diseño. En combinación con las mejoras a la absorción del medio y a la respuesta a la infiltración, la configuración de salida de las modalidades de los sistemas 200 de salida puede mejorar la retención de nutrientes en comparación con los sistemas descarga libre con medios que no van de acuerdo con la invención.
En la Figura 3, se muestra un sistema 300 de bio-retención de tratamiento de agua de acuerdo con otra modalidad de la invención. El sistema 300 de tratamiento de agua puede incluir por lo menos un árbol o matojo 27. El sistema 300 se denominará en lo sucesivo como instalación 300 de plantadora. Tal modalidad puede ser benéfica en ubicaciones donde el espacio está limitado o confinado, tal como en entornos urbanos. Con referencia a la Figura 3, el material derivado de plantas de la instalación 300 de plantadora puede incluir un árbol o matojo 27 adaptado al régimen hidrológico. Los árboles y matojos pueden proporcionar mayor evapotranspiración para; la misma área con el medio que la hierba y, de este modo, pueden mejorar la retención de humedad general. Ejemplos de árboles adecuados para la instalación 300 de plantadora incluyen Acer rubrum (Arce Rojo), Platanus acerifolia (Plátano de Londres) y Quercus palustris (Roble de los Pantanos). Sin embargo, debe entenderse que es posible utilizar otros árboles y matojos sin desviarse del alcance de la invención.
; Alrededor del árbol, puede proporcionarse una mezcla de hierbas de temporada fría C3 y temporada cálida C4. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, la hierba de temporada cálida C4 puede incluir Pennesetum alopecuroides (Cola de gato) y/o Panipum virgatum (Mijo perenne), los cuales se han determinado efectivas para fomentar la retención de nutrientes. De acuerdo con una modalidad de la invención, puede colocarse una cubierta de roca del No. 4 o grava suelta alrededor del árbol 27 para llenar la estructura. De preferencia, esto permite la entrada de aire y agua, mientras que evita la compresión del medio de tratamiento del agua a. causa del tráfico peatonal. La disposición que tienen las rocas del No. 4 puede ser menos costosa, pero también puede ser menos efectiva para la remoción de nutrientes y puede proporcionar menos volumen de depósito superficial.
; Con referencia a la Figura 3, el suelo 1 natural puede aislarse de preferencia del medio mediante una estructura 28 de concreto poroso con alta permeabilidad que, de preferencia, rodea los suelos para que estos no emigren al medio y las rocas, mientras que perm'ite que el medio y las rocas desagüen lentamente en el suelo. La estructura puede cubrirse con una rejilla 29 con aberturas lo suficientemente pequeñas para permitir la facilidad del paso peatonal y al( mismo tiempo con un tamaño suficientemente grande para permitir la entrada libre de aire y agua. La rejilla 29 también puede tener de preferencia una abertura 30 para que el árbol se extienda a través de ésta. De preferencia, la rejilla 29 puede nivelarse en una acera 31. La rejilla 29, como se ilustra, puede ser en particular benéfica para un sistema que no incluye rocas que rodean el árbol 27.
] Una capa 32 de roca puede tener de preferencia por lo menos
7.63 cm, con mayor preferencia alrededor de 10.16 cm de profundidad y, de preferencia puede incluir un agregado triturado del No. 4 de granulometría abierta, en donde el diámetro de la mediana es de alrededor de 2.03 cm a alrededor de 3.04 cm, de preferencia alrededor de 2.54 cm. El agregado puede lavarse de preferencia con agua suficiente para enjuagar los componentes finos acumulados durante el proceso de trituración. El agregado puede cubrirse con una capa 33 de obstrucción, de preferencia alrededor de 3.81 cm a alrededor de 6.35 cm, de preferencia alrededor de 5.08 cm de profundidad. La capa 33 de obstrucción de preferencia puede incluir un agregado mixto del No. 89, en donde el diámetro de la mediana es alrededor de 0.50 cm a alrededor de 0.76 cm, de preferencia alrededor de 0.63 cm, lo que puede limitar la emigración del medio hacia la capa 32 de roca. La capa 32 de roca puede drenarse de preferencia mediante un desagüe 34 inferior perforado que tiene por lo menos alrededor de 2.54 cm, con mayor preferencia alrededor de 5.08 cm de diámetro, que puede conectarse a un sistema 350 de salida en un tubo 35 vertical de desbordamiento, dimensionado con mayor detalle en lo siguiente y representado con mayor detalle en la Figura 4.
Una capa 36 de medio puede ubicarse sobre la capa 32 de obstrucción, se preferencia sin utilizar equipo con ruedas u orugas que pudiera comprimir el medio. La profundidad del medio puede ser de preferencia, por lo menos de alrededor de 45.7 cm, de preferencia alrededor de 60.96 cm, después de permitir un asentamiento de alrededor de 20%. En áreas con cargas concentradas de fósforo, la profundidad del medio 36 y la composición y proporción del ajuste puede manipularse para proporcionar mayor capacidad de absorción de acuerdo con los requerimientos particulares del sitio.
Los flujos entrantes de una calle 37 pueden recolectarse a través de una sección 38 de reborde de concreto poroso muy permeable con un tamaño que permite dirigir la entrada del escurrimiento contaminado, al tiempo que se impide que los desechos ásperos tales como hojas y basura se atasquen en el medio 36. De manera alternativa, el escurrimiento puede recolectarse mediante un sistema de entrada de reborde estándar ubicado corriente arriba del sistema 300. El "primer lavado" más contaminado y los flujos bajos pueden desviarse de manera selectiva en un sistema colector desde una entrada corriente arriba distribuida por un tubo 39 que tiene perforaciones o ranuras 40 a lo largo del mismo. De preferencia, las perforaciones 40 pueden dimensionarse por aquellos con experiencia en la técnica para distribuir los flujos en esencia de manera uniforme entre varias unidades de plantadora a diferentes elevaciones. Bajo el tubo 39 y/o adyacente a la sección 38 del flujo entrante de concreto poroso, puede ubicarse una estera
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41 de refuerzo de césped no biodegradable para impedir la erosión y la degradación truncada por los flujos entrantes concentrados.
, Un sistema 350 de salida, de acuerdo con una modalidad de la invención, que tiene una salida 352 superior y una salida 351 inferior se muestra en general en la Figura 4. El sistema 350 de salida puede incluir un tubo 42 elevador, de preferencia, que comprende material plástico. De preferencia, el tubo 42 puede incluir un diámetro de alrededor de 25.4 cm a alrededor de 45.7 cm, de preferencia, 30.48 cm. La salida puede incluir además una tapa 43 extrema sellada para impedir la pérdida no controlada de agua. Para transportar desbordamientos, el escurrimiento depositado en la superficie puede entrar en un extremo 35 superior del tubo 42 a través de una rejilla 44 que puede determinar la evaluación de desbordamiento del tubo vertical. Estos flujos pueden transportarse de preferencia desde el sistema 300 mediante el tubo 45 de salida.
Los flujos entrantes del desagüe inferior pueden pasar a través de la tapa 43 extrema en un ajuste 46 a prueba de filtración. El desagüe 34 inferior puede terminar de preferencia en una curva 47, por encima de la cual puede sujetarse un tubo 48 en forma de T. Puede proporcionarse un ensamble 49 de codo giratorio con un ensamble 50 de buje reductor y conector en el otro extremo del tubo 48 en forma de T y terminar con un orificio 51. De preferencia, el orificio 51 puede ajustarse a un tamaño intermedio al perforar el buje central con un tamaño de taladro específico, según aplique para el orificio 51 inferior.
De preferencia, un ensamble 50 de buje reductor y conector puede ubicarse de preferencia en el extremo del ensamble 49 de codo y terminar en el ensamble 50 de buje, que, de preferencia, incluye un orificio 51. Si se considera la infiltración al suelo natural y la oportunidad de proporcionar una zona saturada, el tamaño y elevación del orificio 51 puede diseñarse de preferencia por una pers,ona con experiencia en la técnica para proporcionar una zona saturada y prolongar el tiempo de retención dentro del medio una vez que el sistema se ha drenado por debajo de una salida 352 superior mencionada en lo anterior. De preferencia, puede impedirse el atascamiento del orificio 51 al proporcionar un filtro 52 sobre el conector, en donde el filtro puede asegurarse de preferencia al conector. De preferencia, los flujos que salen de la salida 352 pueden estar filtrados previamente por el medio.
La salida inferior puede ajustarse para responder a los índices de infiltración de campo. En suelos permeables, ésta puede restringirse y/o levantarse, e incrementar el volumen del agua tratada que se infiltra. En suelos con muy baja capacidad de drenaje, la salida puede expandirse y/o reducirse, con lo que se incrementa el índice de flujo mientras que disminuye el volumen almacenado. De esta manera, la respuesta del sistema puede adaptarse a las condiciones encontradas en el campo, puede proporcionar respuestas consistentes.
: Un tubo 53 elevador inferior puede extenderse hacia arriba desde el tubo 48 en forma de T y terminar en un ajuste 55 reductor flexible y, de preferencia, puede sujetarse con una abrazadera 54 para tubos. Un elevador 58 superior puede construirse y disponerse de preferencia para ajustarse por lo menos de manera parcial dentro del elevador 52 inferior. El elevador 55 superior puede unirse de preferencia al ajuste 53 reductor con una abrazadera 54 para tubos. De preferencia, la abrazadera 54 para tubos puede facilitar el ajuste de la longitud expuesta del elevador 55 superior. Puede colocarse una abrazadera 56 de ajuste ancho para sujetar el elevador 55 superior a la pared 42 de la estructura.
El ensamble 352 de salida superior de preferencia puede comprender un codo 57 próximo a la parte de arriba del elevador 55 supérior, dentro del cual puede sujetarse de preferencia un buje 58 reductor. De preferencia, puede insertarse un conector 59 a través del buje 58 reductor. Puede impedirse el atascamiento en el conector 59 al proporcionar un filtro 60 sobre el extremo del conductor 59. De preferencia, el filtro 60 puede asegurarse al conductor 59. De preferencia el conector 59 puede ajustarse a tamaños intermedios al añadir una tapa extrema con un orificio formado por un tamaño de taladro específico, según aplique para el orificio 51 inferior.
De preferencia, la tapa 60 extrema puede dimensionarse y su elevación puede establecerse por una persona con experiencia ordinaria en la técnica para optimizar el tiempo de depósito y la profundidad para retener tanto escurrimiento como sea posible al trata'r eventos grandes. En caso de tormenta, con intensidades de lluvia normales, la superficie puede formar depósitos por encima de la elevación de la salida 352 superior. Esto puede hacer que la profundidad del depósito se incremente, lo que provoca un incremento correspondiente en la cantidad efectiva. Como consecuencia, el índice de filtración que era reducido y estaba controlado por la salida 351 inferior se incrementa de acuerdo con la Ley de Darcy, de tal modo que los índices de flujo en la salida 352 superior son varios múltiplos del índice de descarga de flujo bajo. El posible beneficio de tener una elevación flexible para la salida superior puede ser que su elevación se ajuste para responder a los cambios en los índices de infiltración que ocurren con el paso del tiempo. Conforme se acumulan los sedimentos y disminuye la conductividad hidráulica saturada, la salida puede reducirse para incrementar la cantidad efectiva, con lo que se mantienen las respuestas efectivas de infiltración. Esto puede proporcionar un manejo adaptativo para incrementar el rendimiento con base en las características estabilizadas del medio.
! De preferencia, el sistema de salida proporciona una manera no sólo para regular pequeños flujos frecuentes, con el fin de mejorar la remoción de nitrógeno y responder a los índices de infiltración de campo, sino también para utilizar la capacidad del índice de infiltración rápida del medio para tratar flujos altos transitorios que contienen materia en partículas que aún necesita filtrarse. La capacidad de ajustar la elevación y diámetro de los orificios puede permitir que los sistemas respondan a los cambios en los índices de infiltración del medio o los criterios de descarga de diseño. En combinación con las mejoras a la absorción del medio y a la respuesta de infiltración, la configuración de la salida de las modalidades de los sistemas de salida puede mejorar la repetición de nutrientes en comparación con los sistemas de descarga libre con medios que no van de acuerdo con la invención.
De acuerdo con modalidades preferidas de la invención, el sistema de bio-retención puede ser adecuado para el tratamiento de agua residual y/o agua pluvial. Varios ejemplos del medio de tratamiento de agua como los describen en la presente pueden mejorar la remoción de fósforo de estas corrientes residuales. De preferencia, el medio permitir la retención de fósforo y proporcionar al mismo tiempo un drenaje rápido. Los flujos a través del medio de preferencia pueden controlarse mediante un sistema de salida de acuerdo con modalidades ejemplares de la invención para prolongar el tiempo de permanencia para la remoción de nitrógeno mejorada en eventos pequeños, que comprende la mayoría de los volúmenes de escurrimiento anual. De preferencia, los sistemas de salida pueden estar diseñados y construidos para permitir flujos altos en eventos mayores, con lo que se permite que los sistemas traten incluso eventos sustanciales con una desviación de flujo mínima sin tratar.
La reducción de las cargas de escurrimiento urbano de fósforo (P) soluble es importante para minimizar la insuficiencia de cuerpos de agua corriente en dirección descendente. Aunque la retención de P a través de sistema de bio-retención recién construida es elevada, la retención de P en un medio de arena arcillosa sé utiliza normalmente en sistemas de bio-retención que duran hasta, y en ocasiones, más de media década de cargas de escurrimiento urbano. Los sistemas de acuerdo con la invención pueden ajustarse con un tratamiento de aguas residuales, barro rojo y/o suelo krasnozem, una arcilla con alto contenido de hierro.
También se ha determinado que la capacidad del medio de bio-retención normal, sin plantas que ayuden a retener el fósforo en concentraciones de agua pluvial, puede agotarse después de varios años. Sin embargo, la presencia de plantas aumenta de manera considerable la retención de fósforo, mucho más de lo que se atribuye a la captación.
Debe entenderse que los ejemplos proporcionados en lo siguiente sólo son ilustrativos, como una aplicación específica a la selección de diseño y no deben interpretarse como limitantes para el alcance de la invención de ninguna manera.
Se utilizaron veintisiete mesocosmos de 240L de capacidad para! investigar las respuestas hidráulicas y la retención de nitrógeno y fósforo disueltos de sistemas de bio-retención de acuerdo con la invención. El medio comprendía suelos de krasnozem, barro rojo y residuos de tratamiento de agua (WTR), combinados con arena y turba de fibra de coco. Todos los tratamientos, salvo uno se sembraron con matojos y hierbas, mientras que uno no presentaba vegetación (estéril). El Cuadro 1 representa la composición de los tratamientos del medio.
Cuadro 1: Composición del medio de varios tratamientos. Las proporciones minerales se muestran en peso, según se determina mediante Fe extraído de oxalato y Al. Las proporciones de turba de fibra de coco se muestran en volumen.
Aunque existió una proporción elevada de materiales finos en el medio, las conductividades hidráulicas saturadas fueron muy altas, con ¡valores de la media que iban de 15.1 a 55.7 cm-h"1. Para prolongar el tiempo de retención, todos los sistemas, salvo uno (el tratamiento nr de WTR-K) se controlaron con una configuración de doblé salida. Esto implicó una salida elevada no restringida que transportaba el flujo saliente en función del flujo a través del medio de acuerdo con la Ley de Darcy. Esta salida en general se
encontraba cerca de la superficie del medio y controlaba el flujo saliente cuando se saturaban los tratamientos y ocurría el depósito.
: Al ajusfar su elevación para proporcionar una cantidad más o menos efectiva en respuesta a la permeabilidad producida, esta disposición tenía como consecuencia respuestas similares de depósito y drenaje en réplicas que contenían un medio con permeabilidades muy variables. Esta disposición redujo la posible desviación de los tiempos de retención no uniformes con la retención de nutrientes. Para drenar los tratamientos después de cada evento, una manguera de 4 mm colocada en el fondo de la capa de grava drenó con un índice de flujo inferior (con un promedio de 8.4 cm-h"1). A diferencia de la salida superior, la salida controlaba los índices de flujo en función de las propiedades hidráulicas que eran más restrictivas que las del medio, de modo que su respuesta fue similar en todas las réplicas. Esta salida se obstruyó hasta obtener índices de descarga muy bajos (±1 cm-h") durante el régimen de carga accionado por muelles. Su elevación se levantó por encima de la capa de drenaje para proporcionar condiciones saturadas en el fondo del medio.
Durante un estudio, los mesocosmos de krasnozem y barro rojo se cargaron cada semana con 49 cm de efluente terciario que comprendía 2.2 mg-1"1 de óxidos de nitrógeno (NOx) y 4.4 mg- "1 de nitróigeno total (TN) durante 81 semanas. El mesocosmos de WTR se cargó cada semana con 49 cm de efluente terciario que comprendía 2.2 r g-L"1 NOx y 4.1 mg-L" TN durante 80 semanas. En intervalos de seis meses, tos tratamientos se dosificaron con agua pluvial sintética que comprendía 0.7 mg-L"1 NOx y 1.1 a 1.6 mg-L"1 TN, como se muestra en el Cuadro 2:
Cuadro 2: Características de la carga de Efluente y Agua Pluvial, concentraciones con flujo ponderado (mg-1 1), y cargas de masa (kg-ha"1), experimento total y periodos de 80-81 semanas.
Para cada tipo de medio, los mesocosmos se sembraron con vegetación local y se proporcionaron 3 réplicas para cada tratamiento. Los mesocosmos de Krasnozem y Barro Rojo con vegetación contenían dos matas de Hierba Pantanosa de Cola de Zorro (Pennisetum alopecuroides) plantada en esquinas opuestas y se plantaron matojos Limpiatubos leñosos {Callistemon pachyphyilus) y Árbol de Corteza de Papel (Melaleuca thymifolia) en las esquinas restantes. Se plantó Junco Nudoso (Ficinia nodosa) en el centro. El tratamiento K20 se duplicó sin vegetación para comparar sus respuestas con el mismo tratamiento con vegetación. En lugar de P. alopecuroides, los tratamientos con WTR más novedosos contenían dos C. apressa en esquinas opuestas, C. pachyphyllus plantada en una esquina, con TM thymifolia plantada en la esquina restante, y F. nodosa plantada en el centro. Todos los mesocosmos se recubrieron con una cubierta orgánica de grava de 2.5 cm de profundidad.
También se ha determinado que los sistemas de bio-retención con plantas bien establecidas y tiempos de retención prolongados pueden proporcionar más de alrededor de 70% e incluso más de alrededor de 90% de retención total de nitrógeno (TN) del agua pluvial. Esta retención de TN mejora con plantaciones densas que tienen un buen desempeño en cuanto a retención de nutrientes.
Pueden obtenerse resultados duplicados en la retención de nitrógeno, con más de alrededor de 70%, incluso más de alrededor de 9p% de retención de nitrógeno disuelto (NOx) de agua pluvial.
. Las Figuras 5a y 5b representan gráficamente la frecuencia de distribución de concentraciones de de flujo entrante y saliente de NOx , y TN para K20nv, y los tratamientos con K20 durante el experimento. Los datos de otros tratamientos con K10/40, K40 RM06 y RM10 se colocaron encima de los mostrados, así que se omitieron por cuestiones de claridad. Debido a que los tratamientos con K20nv tarde o temprano se vuelven inefectivos, no se recopilaron sus datos después de las primeras 81 semanas.
La retención de TN de agua residual cuando las plantas se encontraban en un estado más asentado fue de 63% en el tratamiento restringido con WTR-K, donde la retención más baja fue de 43%, encontrada en los tratamientos con WTR30. A diferencia de los tratamientos con vegetación, la remoción de TN a través de medio estéril fue menor que 7%. La retención de NOx fue de 72% a 45% en los tratamientos con vegetación, mientras que el tratamiento estéril produjo 72%. Durante la corrida final de agua pluvial, la retención de TN fue de -34% a 60%, mientras que la retención de NOx fue de 3% a 84%. La retención de NOx y TN en el tratamiento no restringido fue la más baja y significativamente menor que el tratamiento controlado correspondiente, que fue el más elevado. Esto documentó la importancia del tiempo de retención para mejorar la retención de N. A diferencia de los tratamientos con vegetación, el TN y ?? se produjeron del tratamiento estéril durante las corrientes de iagua pluvial. La retención acumulativa de TN mediante tratamientos con vegetación excedió en esencia los índices de captación previstos para N, lo que sugiere que la desnitrificación también contribuye a la remoción de TN en tratamientos de bio-retención.
: Para confirmar de forma adicional las observaciones anteriores, la Figura 5a demostró cómo los tratamientos estériles siempre filtran mayores concentraciones de NOx en comparación con los flujos entrantes, mientras que la retención de NOx en los tratamientos con vegetación fue sustancial. La retención de N0X mediante tratamientos con vegetación fue particularmente evidente en las concentraciones de flujo entrante por debajo de 1.5 mg-1"1 durante la corrida de agua pluvial, donde las concentraciones de flujo saliente fueron inferiores por casi un registro. Estas tendencias sugirieron que la remoción de masa era en general una cantidad constante, sin importar las concentraciones de flujo entrante. En este proceso, las cargas pequeñas de flujos entrantes se reducirán proporcionalmente más que las cargas más grandes. Estas observaciones muestran que, en ocasiones, los tratamientos fueron capaces de descargar concentraciones de NOx incluso por debajo de 0.1 mg-1"1.
A diferencia de los resultados de NOx, la Figura 5b demuestra que se retuvo TN incluso con los tratamientos estériles, aunque esto fue mucho menos efectivo en comparación con los tratamientos con vegetación. Como se observa en el caso de NOx, los tratamientos con vegetación tuvieron mejor desempeño con concentraciones de flujoi entrante por debajo de 2.5 mg-1"1, pero las reducciones no fueron tan grandes como las observadas para NOx. Sin embargo, el desempeño relativo de la retención de TN en las concentraciones de cargá de efluentes más elevadas fue mejor que el observado para NOx.: Estos datos sugieren un proceso de remoción de masa relativamente uniforme, en el que las cargas de flujo entrante más pequeñas se reducirán de manera proporcional más que las cargas de more más grandes. Estos sistemas fueron capaces de descargar concentraciones de TN por debajo de 0.5 mg-1"1.
El Cuadro 3 presenta la respuesta de retención de N de los tratamientos desarrollados.
Cuadro 3: Retención de Óxidos de Nitrógeno y TN, Carga de Efluentes, agosto de 2008 a enero de 2009 (kg-ha 1 y porcentaje de carga de flujo entrante retenido).
Tratamiento óxidos de Nitrógeno Nitrógeno Total
Carga Porcentaje Carga Porcentaje
Flujo entrante 221 382
Captación 169 169
K20 66 70% 171 55%
K10/40 66 70% 194 49%
K40 86 61% 188 51%
RM06 64 71% 154 60%
RM10 72 68% 164 57%
WTR-Knr 82 63% 141 63%
WTR-K 122 45% 208 45%
WTR30 106 52% 217 43%
'Durante las primeras 81 semanas, la retención acumulativa de NOx en los tratamientos de krasnozem y barro rojo fue de 49%, incluso con una concentración promedio de flujo entrante de 4.4 mg1" 1. Durante las últimas 80 semanas, la retención acumulativa de NO„ en lós tratamientos con WTR con la misma antigüedad se aproximó a 47% ; incluso con una concentración promedio de flujo entrante de 4.1 mg-r1.
También se determine que la retención de N era mucho menos variable en los nuevos tratamientos con WTR con un coeficiente mucho menor de variabilidad en permeabilidad. Aunque la permeabilidad de los tratamientos no restringidos con WTR-Knr no se midió, debido a que siempre excedía los índices máximos de flujo entrante de 40 cm-h"1, estos tratamientos fueron notablemente consistentes en términos de retención. Estos tratamientos de libre descarga descargaron 49% más NOx y 47% más TN en comparación con los tratamientos correspondientes con WTR-K.
Para confirmar además las observaciones anteriores, la Figura
6a demostró cómo los tratamientos no restringidos con WTR-Knr casi siempre filtraban concentraciones más elevadas de NOx en comparación con los tratamientos correspondientes de WTR-K. La Figura 6b demostró cómo los tratamientos no restringidos con WTR-Knr casi siempre filtraban concentraciones más elevadas de TN en comparación con los tratamientos correspondientes con WTR-K.
En general, con la utilización de hasta 25% y 40% en volumen de material fino, la conductividad hidráulica saturada promedio del medio 5 puede exceder 50.8 cm por hora en tratamientos con vegetación. Estos índices fueron rápidos para el material que contiene un porcentaje tan alto de material fino. Se determine que este;alto índice puede persistir durante un año e incluso más de dos o más años, y mostró una tendencia mejorada en los tratamientos con vegetación conforme éstos se desarrollaban. En contraste, los tratamientos sin vegetación en general tuvieron menos de la mitad de este índice y mostraron una tendencia cada vez menor en los índices de filtración.
Esto respalda la conclusión de que el sistema de la presente invención puede tratar escurrimiento considerable en un periodo determinado, que incluye escurrimientos de eventos de lluvia de alta intensidad.
Los sistemas de la presente invención tienen salidas de dos etapas para reducir los índices de flujo y prolongar los tiempos de retención. Las salidas de acuerdo con la invención fueron capaces de igualar índices de flujo efectivos, y dejar pasar al mismo tiempo flujos sustanciales sin desbordamiento. Los sistemas también fueron capaces de prolongar el tiempo de retención durante los flujos bajos.
¦ La retención de N en un tratamiento sin controles de salida fue significativamente menor que el tratamiento controlado correspondiente, lo que demuestra cómo el tiempo de retención mejorado proporcionado por la salida mejora la retención de N.
Los hallazgos demuestran que puede ocurrir una retención considerable de NOx y TN incluso en sistemas de bio-retención con drenaje rápido, y que la presencia de vegetación incrementa la retención de manera significativa. Como resultado de la captación de las plantas y la desnitrificación, también puede obtenerse una retención sustancial de TN en los sistemas de bio-retención. Con concentraciones de agua pluvial, La retención de NOx fue de 95%, con descarga en concentraciones que se aproximaban al limite de detección experimental. La retención de TN de agua pluvial en los tratamientos con krasnozem más antiguos fueron de 66% a 80%. La descarga a una concentración promedio fue de 0.29 mg-1"1, esto sugiere un límite inferior para las concentraciones de TN de los sistemas de bio-retención. También se ha documentado que tiempos de retención más prolongados mejorarán en esencia tanto la retención de NOx como de TN, lo que incrementa la retención y el agua pluvial hasta 80% y 48%, respectivamente.
La Figura 7 presenta la distribución de frecuencia acumulada de las respuestas de retención de P con krasnozem; donde la Figura 7(a) muestra el tratamiento con K20nv sin vegetación y la Figura 6(b) muestra los tratamientos con krasnozem con vegetación. El umbral entre la corrida de agua pluvial y la carga de efluentes se muestra como la línea 0.80 mg-1"1, mientras que el criterio ambiental deseado se muestra como la línea 0.05 mg-1"1. El tratamiento con K20nv no fue capaz de cumplir con estos criterios en ninguna corrida, mientras que los tratamientos con K20 con vegetación pudieron cumplir estos criterios en la mitad de las corridas de agua pluvial y el tratamiento con K10-40 fue capaz de cumplir los criterios en casi todas las corridas de agua pluvial. Existe una reducción de por lo menos 90% en todas las corridas de carga de efluentes.
: La Figure 8 presenta las respuestas de retención de P para la distribución de frecuencia acumulada de los tratamientos con barro rojo y WTR; donde la Figura 8(a) muestra los tratamientos con barro rojo, y la Figura 8(b) muestra los tratamientos con WTR. El tratamiento con barro rojo pudo cumplir con el criterio de 0.05 mg-1'1
I
en más de la mitad de las corridas de agua pluvial. Se presentó una reducción de más del 90% en todas las corridas de carga de efluentes. Los tratamientos con WTR pudieron cumplir con el criterio de 0.05 mg-1" en todas las corridas de agua pluvial. El tratamiento con WTR30 pudo cumplir con este criterio en más de la mitad de las corridas de carga de efluente. Se presentó una reducción de más de 98% en todas las corridas de carga de efluentes. El Cuadro 4 resume los resultados de los experimentos.
Cuadro 4: Retención de Orto-fosfato en periodos de 80-81 semanas (kg-ha 1 y porcentaje de carga de flujo entrante
retenido).
Tratamiento Carga Porcentaje
Primeras 81 semanas
Flujo entrante 1.284
Captación 101
K20nv 276 79%
K20 136 89%
K10/40 110 91%
RM10 72 68%
K40 156 88%
RM06 100 92%
RM10 55 96%
Tratamiento Carga Porcentaje
Ultimas 80 semanas
Flujo entrante 1.111
Captación 120
WTR-Knr 55 95%
WTR-K 16 99%
WTR30 12 99%
El medio de acuerdo con las modalidades de la invención siguió reteniendo cantidades sustanciales de fósforo, incluso con concentraciones bajas de descarga. Puede obtenerse hasta 92%, incluso 99% de la remoción total de fósforo disuelto (DP) de agua pluvial en estos sistemas después de más de una década e incluso tres décadas de cargas de agua pluvial.
A modo de ejemplo, después de 80 semanas de aplicar cargas de agua residual, el medio de acuerdo con una modalidad de la invención puede mostrar retención de DP de agua residual mayor que 88% e incluso 99%.
Los resultados también muestran que la retención de P a través de un medio estéril de krasnozem se agota tarde o temprano con cargas a largo plazo. El medio mejorado retrasará esta saturación inevitable de P, pero puede ser deseable tener vegetación, tanto por la captación como por su efecto para incrementar la capacidad de P absorción. Incluso con concentraciones de flujo entrante menores que 10.40 mg-1"1, la retención sustancial de P en agua pluvial persistió después de dos décadas de carga de agua pluvial en todos los medios tratados. Los medios no mostraron saturación en los tratamientos con K40 y WTR, con una concentración irreducible de 0.003 mg-1"1, incluso por debajo de los criterios de descarga más estrictos para agua pluvial. Esto muestra que los medios de acuerdo con la invención pueden reducir las cargas de P de agua pluvial y agua residual.
Se observó una tendencia a disminuir la retención de P conforme el P se acumulaba y el medio se saturaba más. Por otro lado, se retuvo hasta 99% de la carga total de P en sistemas con los residuos de tratamiento de agua y no se observó una tendencia en el desempeño de retención con el paso del tiempo.
Estos resultados muestran tales estos ajustes no sólo mejoran sustancialmente la retención de P en sistemas de bio-retención; sino que también prolongan la vida útil de los sistemas. Además, estos ajustes pueden ser económicos y ampliamente disponibles.
: Los experimentos hidráulicos mostraron que es posible obtener conductividades hidráulicas muy saturadas, incluso con medios que contienen proporciones muy altas de minerales arcillosos. En varios tratamientos, se observó una amplia gama de conductividades entre las réplicas. Para responder a estas variaciones, se desarrolló una innovadora configuración de salida para retener flujos, con el fin de proporcionar respuestas casi idénticas. Esta configuración no sólo igualó los flujos en comparación con los sistemas de descarga libre, sino1 que mostró que las respuestas del sistema pueden adaptarse según las necesidades del diseño. En ubicaciones donde es necesario un tratamiento exhaustivo proporcionado mediante detención prolongada, la salida puede configurarse según sea el caso. Por otro lado, en una configuración ultra-urbana, donde los sistemas están diseñados para filtrar altos índices de flujo, las salidas pueden configurarse para retener flujos pequeños, y retener al mismo tiempo eventos aún mayores a través del medio, con lo que se evita la desviación de los flujos. Esto mejora en gran medida la retención de sedimentos, metales, aceite y grasa. Además, conforme los sedimentos se acumulan en la superficie y reducen el índice efectivo, las salidas pueden ajustarse para mejorar los índices. Esta capacidad de manejo adaptativo es una tendencia emergente en el diseño de controles de agua pluvial.
Como se describió en lo anterior, un sistema de tratamiento de agua para remover sustancias del agua que fluye en el sistema de acuerdo con la invención puede comprender una cámara de tratamiento de agua que comprende paredes laterales, un fondo y una entrada. Ésta puede tener por lo menos una capa de retención que comprende un medio formulado para retención de fósforo, que comprende por lo menos uno de los residuos de tratamiento de agua, barro rojo, yeso rojo, y suelos ricos en hierro o aluminio dentro de la cámara de tratamiento de agua, la capa de retención se coloca para recibir el agua de la entrada. El sistema puede tener un área de por lo menos 3.34 metros cuadrados, un volumen de aguas residuales de por lo menos más de alrededor de 1.01 metros cúbicos de profundidad y 0.31 multiplicado por el área de la capa de filtración por hora.
i Los sistemas de acuerdo con la invención pueden tener una capaj de drenaje bajo la capa de reacción y pueden construirse y disponerse de modo que el agua tratada a través de la capa de retención pueda recolectarse a través del sistema de drenaje. El sistema de drenaje puede estar bajo la entrada y la capa de retención y dentro de una capa de drenaje, construida y dispuesta de modo que el agua a tratar pueda fluir desde la entrada, a través de la c;apa de retención al sistema de drenaje. El sistema de drenaje puede construirse para dirigir el agua que pasa a través de la capa de retención fuera de la cámara de tratamiento de agua.
La capa de retención puede ser efectiva para tratar una profundidad de por lo menos más de alrededor de 30.48 cm, de preferencia más de alrededor de 60.96 cm y con mayor preferencia mayor que alrededor de 91,44 cm de agua que pasa a través de la capa en 24 horas, tal agua tiene un contenido de nitrógeno de por lo menos alrededor de 0.50 mg-1"1 y/o un contenido de fósforo de por lo menos alrededor de 0.30 mg-1"1 y reduce ese contenido de nitrógeno por |o menos alrededor de 40%, de preferencia alrededor de 80% y/o reducir el contenido de fósforo por lo menos alrededor de 90%, de preferencia alrededor de 95%. La capa de retención puede reducir ese contenido de nitrógeno por lo menos alrededor de 40% y/o reducir el contenido de fósforo por lo menos alrededor de 90%.
; Las paredes de la cámara de tratamiento de agua pueden ser en esencia impermeables al flujo de agua y el fondo puede ser permeable al flujo de agua fuera de la cámara. El sistema de drenaje puede comprender una red de tubos/tuberías de drenaje, por lo menos uno de los cuales se extiende a través y fuera de la cámara de tratamiento de agua y termina con un mecanismo de control de flujo: Este mecanismo puede construirse y disponerse para regular automáticamente el flujo de agua fuera de la cámara de tratamiento de agua con diferentes índices de flujo, en proporción a la altura piezométrica del agua que fluye a través de la capa de filtración. Esto puede permitir un manejo adaptativo para controlar la dinámica de flujo en respuesta a cambios ya sea en el medio y/o índices de infiltración de suelo y/o cambios en los criterios de descarga requeridos. El mecanismo de control de flujo puede tener un tubo que; reciba agua desde la cámara de tratamiento de agua en comunicación fluida con por lo menos una primera y segunda abertura de salida, la segunda abertura de salida se ubica a una altura por encima de la altura de la primera abertura de salida, de modo que, con una primera presión, el agua sólo fluya fuera de la abertura inferior de salida inferior, pero, con una segunda presión, el agua fluya fuera de ambas aberturas de salida.
De este modo, aunque se han mostrado y descrito e indicado nuevos atributos de las modalidades de la presente invención, se entenderá que varias omisiones, sustituciones y cambios en la forma y detalles de la invención descrita pueden realizarse por aquéllos con · experiencia en la técnica sin alejarse del espíritu de la invención.
i También debe entenderse que las siguientes reivindicaciones pretenden cubrir todos los atributos genéricos y específicos de la invención descrita en la presente y todas las afirmaciones de la invención que, de acuerdo con el idioma, se pueden considerar como parte de la misma.
Claims (16)
1. Un sistema de tratamiento de agua para remover sustancias del agua que fluye en el sistema, comprende: una cámara de tratamiento de agua que comprende paredes laterales, un fondo y una entrada; por lo menos una capa de retención que comprende un medio formulado para retención de fósforo, que comprende por lo menos uno de: residuos de tratamiento de agua, barro rojo, yeso rojo y suelos ricos en hierro o aluminio dentro de la cámara de tratamiento de agua, la capa de retención se ubica para recibir agua desde la entrada; ' una capa de drenaje bajo la capa de retención, construida y dispuesta de modo que el agua tratada a través de la capa de retención pueda recolectarse por un sistema de drenaje; el sistema de drenaje se encuentra bajo la entrada y la capa de retención, y dentro de una capa de drenaje, construida y dispuesta de modo que el agua a tratar pueda fluir desde la entrada, a través de la capa de retención al sistema de drenaje; : el sistema de drenaje está construido para dirigir el agua que pasa a través de la capa de retención fuera de la cámara de tratamiento de agua; y la capa de retención es efectiva para tratar una profundidad de por lo menos de más de 60.96 cm del agua que pasa a través de la capa en 24 horas, esta agua tiene un contenido de nitrógeno de por lo menos 0.50 mg-G1 o un contenido de fósforo de por lo menos 0.30 mg-1"1 y reduce ese contenido de nitrógeno por lo menos 40% o reduce el contenido de fósforo por lo menos 90%.
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la capa de retención tiene un grosor de por lo menos 30.48 cm.
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las paredes de la cámara de tratamiento de agua son en esencia impermeables al flujo de agua y el fondo es permeable al flujo de agua fuera de la cámara.
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de drenaje comprende una red de tubos de drenaje, por lo menos uno de los cuales se extiende a través y fuera de la cámara de tratamiento de agua y termina con un mecanismo de control de flujo construido y dispuesto para regular automáticamente el flujo de agua fuera de la cámara de tratamiento de agua a diferentes índices de flujo, en proporción a la altura piezométrica del agua que fluye a través de la capa de filtración.
5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el mecanismo de control de flujo comprende un tubo que recibe agua desde la cámara de tratamiento de agua en comunicación fluida con por lo menos una primera y segunda aberturas de salida, la segunda abertura de salida se ubica a una altura por encima de la altura de la primera abertura de salida, de modo que, con una primera presión el agua sólo fluirá fuera de la abertura inferior de salida, pero con una segunda presión lo suficientemente elevada, el agua fluirá fuera de ambas aberturas de salida.
6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un medio en la cámara de tratamiento de agua que recibe agua desde la entrada y una cantidad y tipo de vida vegetal efectivo que crece en el medio para ayudar a la remoción de contaminantes de nitrógeno y/o fósforo.
7. Un método para tratar agua, que comprende: formar una capá de retención que comprende un medio formulado para retención de fósforo, que comprende por lo menos uno de: residuos de tratamiento de agua, barro rojo, yeso rojo, y suelos ricos en hierro o aluminio; una entrada que dirige el escurrimiento de agua de lluvia o agua residual, tal como agua con un contenido de nitrógeno de por lo menos 0.'50 mg-1"1 o más o un contenido de fósforo de por lo menos 0.30 mg-1"1, que dirige el agua a la capa de retención; y permitir que el agua fluya corriente abajo a través de la capa de filtración para reducir ese contenido de nitrógeno por lo menos 50% y reducir ese contenido de fósforo por lo menos 90%.
; 8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el escurrimiento de agua de lluvia o agua residual tiene un contenido de nitrógeno de por lo menos 0.50 mg-G1 o un contenido de fósforo de por lo menos 0.30 mg- 1, que dirige el agua a la capa de retención; y permite que el agua fluya corriente abajo a través de la capa: de retención para reducir el contenido de nitrógeno por lo menos 60% o reducir el contenido de fósforo por lo menos 90%.
9. El método de la reivindicación 7, en donde el agua de lluvia se dirige a la capa de retención desde una calle pavimentada.
10. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde una o más plantas se siembran por encima de la capa de retención y ayudan a los procesos de remoción de nitrógeno y/o fósforo del agua.
11. Un método para tratar aguas residuales, que comprende dirigir a una capa de filtración que tiene un área de por lo menos 3.34 metros cuadrados, un volumen de aguas residuales de por lo menos 1.01 metros cúbicos de profundidad y 0.31 metros multiplicado por el área de la capa de filtración, por hora, el agua contiene fósforo y nitrógeno, la capa de filtración comprende un medio formulado para retención de fósforo, que comprende por lo menos uno de: residuos de tratamiento de agua, barro rojo, yeso rojo, y/o suelos ricos en hierro o aluminio, lo que permite que el agua pase a través del medio para reducir el contenido de nitrógeno por :lo menos 60% o reducir ese contenido de fósforo por lo menos 90%.
; 12. Un sistema de tratamiento de agua, que comprende: una capa de retención que comprende un medio formulado para retención de fósforo, que comprende ya sea residuos de tratamiento de agua, barro rojo, yeso rojo, o suelos ricos en hierro o aluminio; por lo menos un tubo de drenaje bajo la capa de filtración está construido y dispuesto para conducir el agua lejos del fondo de la capa de filtración; el tubo de drenaje se extiende hasta un sistema de salida, el sistema de salida incluye por lo menos una primera y segunda aberturas en comunicación fluida con el tubo de drenaje, la segunda abertura se encuentra a una altura por encima de la primera abertura.
13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la primera abertura está en comunicación, fluida con y en el extremo distante de un conducto, y la altura de la primera abertura puede ajustarse de manera selectiva al hacer girar el conducto selectivamente.
14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la segunda abertura está en comunicación fluida con y en el extremo distante de un conducto, y la altura de la segunda abertura puede ajustarse selectivamente con respecto a la altura de la primera abertura al mover el conducto de manera selectiva.
15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la altura de la segunda abertura se encuentra en esencia dentro o por encima de la altura de la capa de retención. ;
16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la capa de retención comprende una capa de suelo sobre una capa que comprende un medio formulado para retención de fósforo, que comprende por lo menos uno de: residuos de tratamiento de agua, barro rojo, yeso rojo, o suelos ricos en hierro o aluminio, y una cantidad y tipo de vida vegetal efectivo que crece en el medio para ayudar a la remoción de contaminantes de nitrógeno y/o fósforo del agua,, y la altura de la segunda abertura se encuentra dentro o por encima de la capa de medio.
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Legal Events
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| FG | Grant or registration |