La biorretención es el proceso mediante el cual se eliminan los contaminantes y la sedimentación de las escorrentías pluviales . El objetivo principal de la celda de biorretención es atenuar las escorrentías máximas, así como eliminar los contaminantes de las escorrentías pluviales.
Las aguas pluviales se dirigen primero hacia el área de tratamiento diseñada, que convencionalmente consiste en un lecho de arena (que sirve como transición hacia el suelo real), una capa de medio filtrante (que consiste en materiales en capas de diversas composiciones) y plantas sobre el medio filtrante. [1] A lo largo de los años se han propuesto varias enmiendas del suelo, como residuos de tratamiento de agua (WTR), cáscara de coco, biocarbón , etc. [2] [3] Se informó que estos materiales tenían un rendimiento mejorado en términos de eliminación de contaminantes. La escorrentía pasa primero sobre o a través de un lecho de arena, que reduce la velocidad de la escorrentía, la distribuye uniformemente a lo largo del área de encharcamiento, que consiste en una capa orgánica superficial y/o cubierta vegetal y el suelo de plantación subyacente. El agua almacenada en el suelo de plantación del área de biorretención se exfiltra durante un período de días en los suelos subyacentes. [4]
Cada uno de los componentes del área de biorretención está diseñado para realizar una función específica. La franja de protección de césped reduce la velocidad de la escorrentía entrante y filtra las partículas de la escorrentía. El lecho de arena también reduce la velocidad, filtra las partículas y distribuye el flujo a lo largo del área de biorretención. La aireación y el drenaje del suelo de plantación son proporcionados por el lecho de arena de 0,5 m (20 pulgadas) de profundidad. El área de encharcamiento proporciona un lugar de almacenamiento temporal para la escorrentía antes de su evaporación o infiltración . Algunas partículas no filtradas por la franja de filtro de césped o el lecho de arena se depositan dentro del área de encharcamiento. [4]
La capa orgánica o de mantillo también filtra contaminantes y proporciona un ambiente propicio para el crecimiento de microorganismos , que degradan los productos derivados del petróleo y otros materiales orgánicos . Esta capa actúa de manera similar a la hojarasca de un bosque y evita la erosión y el secado de los suelos subyacentes. La cubierta vegetal plantada también reduce el potencial de erosión, ligeramente más eficazmente que el mantillo. La velocidad máxima del flujo de la hoja antes de las condiciones erosivas es de 0,3 metros por segundo (1 pie por segundo) para la cubierta vegetal plantada y de 0,9 metros por segundo (3 pies por segundo) para el mantillo. [5]
La arcilla en el suelo de plantación proporciona sitios de adsorción para hidrocarburos , metales pesados , nutrientes y otros contaminantes. El almacenamiento de aguas pluviales también lo proporcionan los huecos en el suelo de plantación. El agua y los nutrientes almacenados en el agua y el suelo están entonces disponibles para que las plantas los absorban. El diseño del área de biorretención se determina después de considerar las limitaciones del sitio, como la ubicación de los servicios públicos, los suelos subyacentes, la vegetación existente y el drenaje. Los sitios con suelos arenosos francos son especialmente apropiados para la biorretención porque el suelo excavado se puede rellenar y usar como suelo de plantación, eliminando así el costo de importar suelo de plantación. Un estrato de suelo circundante inestable y suelos con un contenido de arcilla superior al 25 por ciento pueden impedir el uso de biorretención, al igual que un sitio con pendientes superiores al 20 por ciento o un sitio con árboles maduros que se eliminarían durante la construcción de las mejores prácticas de manejo . [6]
Los metales traza contaminantes como el zinc , el plomo y el cobre se encuentran en la escorrentía de aguas pluviales de superficies impermeables (por ejemplo, carreteras y aceras). Los sistemas de tratamiento como los jardines de lluvia y las jardineras de aguas pluviales utilizan una capa de biorretención para eliminar los metales pesados en la escorrentía de aguas pluviales. Las formas disueltas de metales pesados pueden unirse a partículas de sedimentos en la carretera que luego son capturadas por el sistema de biorretención. Además, los metales pesados pueden adsorberse a partículas de suelo en los medios de biorretención a medida que la escorrentía se filtra a través de ellos. [7] En experimentos de laboratorio, las celdas de biorretención eliminaron el 94%, 88%, 95% y >95% de zinc, cobre, plomo y cadmio , respectivamente, del agua con concentraciones de metales típicas de la escorrentía de aguas pluviales. Si bien esto es un gran beneficio para la mejora de la calidad del agua, los sistemas de biorretención tienen una capacidad finita para la eliminación de metales pesados. Esto, en última instancia, controlará la vida útil de los sistemas de biorretención, especialmente en áreas con altas cargas de metales pesados. [8]
La eliminación de metales por parte de las celdas de biorretención en climas fríos fue similar o ligeramente inferior a la de los ambientes más cálidos. Las plantas son menos activas en las estaciones más frías, lo que sugiere que la mayoría de los metales pesados permanecen en el medio de biorretención en lugar de ser absorbidos por las raíces de las plantas. [9] Por lo tanto, la eliminación y el reemplazo de la capa de biorretención serán necesarios en áreas con contaminantes de metales pesados en la escorrentía de aguas pluviales para extender la vida útil del sistema de tratamiento.