Depuración de las aguas residuales mediante humedales artificiales

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Sobre el blog

Patricia López Agudo
Patricia López Agudo es licenciada en Ciencias Ambientales por la Universidad de Almería, donde también realizó un Master sobre agua y medio ambiente en zonas semiáridas.
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Todos conocemos la importancia que tiene el agua para la vida en la Tierra: es junto a la luz solar el responsable de la vida en ella. Por eso gestionarla de una forma responsable es vital para el desarrollo de nuestro planeta.

Se pueden hablar de muchos temas referentes a este recurso, ya que hay muchas actividades que le afectan de una manera directa o indirecta, pero este post se va a centrar en la depuración de las aguas residuales de pequeños municipios mediante humedales artificiales.

Las personas debemos de tomar conciencia en la importancia de la depuración de las aguas  y exigir que se realice de forma correcta. Las actividades humanas generan inevitablemente aguas residuales, produciéndose la modificación de las características del agua de partida, contaminándolas e invalidándolas para realizar otros usos.

El vertido de aguas residuales urbanas sin depurar provoca sobre los cauces receptores una serie de efectos negativos como: fangos y flotantes, agotamiento del contenido en oxígeno presente en las aguas, aportes excesivos de nutrientes (nitrógeno y fosforo, sobre todo) y daños a la salud pública (fomentan la propagación patógenos  y de enfermedades como el tifus).  Por lo que es necesario su tratamiento para devolver dicha agua al medio o para su reutilización.

El hacer una copia de los humedales naturales, se debe a que éstos son conocidos como los “riñones del planeta” por su gran capacidad para depurar agua, consiguiéndolo al ser sistemas complejos formados por:

  • lámina de agua
  • vegetación sumergida, flotante y emergente;
  • nivel freático cercano a la superficie.

Todos los seres vivos que crecen en los humedales están adaptados a las condiciones anteriores y junto a los procesos físico-químicos son capaces de eliminar la materia orgánica, los sólidos en suspensión, nitratos, fosfatos y también algunos metales pesados.

Debido a que su construcción tiene un coste de inversión competitivo, que no necesitan casi personal para su mantenimiento y  su inexistente consumo energético, en las últimas décadas estos sistemas han aumentado considerablemente en los municipios con poblaciones no superiores a 2000 habitantes.

Funcionamiento de los humedales artificiales

Los humedales artificiales son sistemas pasivos de depuración que potencian la descomposición de los materiales que se encuentran en las aguas residuales mediante mecanismos que se dan de forma espontánea  en la naturaleza, tanto a nivel físico-químico como biológico.

Las aguas residuales entran en el sistema por gravedad (se necesita una pendiente aproximada del 5%) y se produce la filtración por procesos mecánicos. Las plantas del humedal mueven el oxígeno a la zonas sumergidas de la raíz, permitiendo la degradación biológica de contaminantes y materias orgánicas por medio de los microbios. El efluente del sistema debe de ser analizado para comprobar la eficiencia de eliminación.

Los humedales artificiales tienen las siguientes particularidades:

  • El vaso del humedal se construye mecánicamente y se impermeabiliza para evitar pérdidas de agua al subsuelo.
  • Se emplean sustratos para el enraizamiento de las plantas diferentes al terreno original.
  • Se eligen las plantas que van a colonizar el humedal.

El medio granular juega el papel más importante en los humedales, aquí ocurren múltiples procesos como la retención y sedimentación de la materia en suspensión, la degradación de la materia orgánica, la transformación y asimilación de nutrientes y la inactivación de los microorganismos patógenos. Además en su sedimento crecen los microorganismos, que son los responsables de los procesos de nitrificación y desnitrificación, teniendo también mucha importancia en la dinámica del fósforo, que aparte de ser consumido por los microorganismos, en los sedimentos se produce su adsorción a las arcillas y la precipitación.

Los humedales artificiales son sistemas de depuración de aguas residuales idóneos para los pequeños municipios

Las plantas helófitas que mejor viven en los humedales son las aneas, las cañas, etc.; son plantadas en la capa superficial del suelo y las raíces crecen en el sustrato de grava. Producen la degradación de la materia orgánica y la nitrificación; también asimilan el nitrógeno y el fósforo junto con algunos metales pesados. Es muy importante que estas plantas estén adaptadas al clima local y que sean colonizadoras activas con una gran extensión de sus rizomas, para alcanzar una biomasa elevada y así poder asimilar la máxima cantidad de nutrientes. Pero tenemos que tener cuidado con las especies invasivas y no introducirlas, ya que éstas pueden invadir todo el humedal y producir una disminución de la biodiversidad. Otro papel importante que juega la vegetación en este sistema es el de amortiguar la temperatura, disminuyendo la insolación en verano y actuando como aislante en verano, esto produce un efecto positivo sobre los procesos biológicos. Cuando las plantas se marchiten hay que cosecharlas, para impedir que vuelvan a caer al sistema y se descompongan liberando nuevamente los nutrientes al medio.

Contaminantes que se eliminan

  1. DBO5 particulada y DQB ocurre rápidamente por sedimentación y filtración de las partículas ente la grava y las raíces, siendo eliminada por los microorganismos que crecen en la superficie de la grava, raíces y rizomas de las plantas.
  2. Los sólidos en suspensión mediante:
    • Sedimentación: la materia en suspensión de origen orgánico se decanta por gravedad.
    • Floculación: las partículas de pequeño tamaño forman agregados y estos decantan.
    • Filtración: el sustrato, los rizomas, las raíces y los tallos de las plantas retienen la materia en suspensión.
  3. La materia orgánica se descompone en los humedales por medio de los procesos de degradación biológica, también parte de esta materia orgánica quedará retenida al filtrarse por el entramado sustrato-raíces-tallos. La materia orgánica se degrada rápidamente.
  4. El nitrógeno mediante la vegetación y en mayor medida por los microorganismos como las bacterias mediante procesos de nitrificación-desnitrificación. Las plantas  asimilan del  15-20 %, si no se siegan dichas plantas y se retiran del humedal, este se cargara nuevamente del nitrógeno debido a la degradación de la materia vegetal. Mediante la  nitrificación-desnitrificación producida por las bacterias los porcentajes se incrementan significativamente llegando a alcanzar el 65%.
  5. El fósforo donde las principales vías de eliminación son:
    • Mediante las bacterias, incorporándolo en su microorganismo, suelen fijar 10-20%.
    • Absorción directa por las plantas.
    • Adsorción sobre arcillas, partículas orgánicas y otros compuestos como el aluminio.
    • Y mediante la precipitación, produciéndose reacciones del fosforo con el calcio, con el hierro, etc.
    • El fósforo puede liberarse durante determinadas épocas del año, por lo que su reducción en estos sistemas no es muy elevada pudiendo ser del orden anual del 15-30%.
  6. Los metales (cadmio, cinc, cobre, cromo, plomo, etc.) mediante diferentes procesos:
    • Procesos de adsorción.
    • Precipitación química.
    • Sedimentación.
    • Por medio de la asimilación de las plantas.
    • Los metales retenidos pueden volver a liberarse en determinadas épocas del año, por las reacciones de oxidación-reducción que se producen en el sistema.
  7. Los patógenos, se logra su eliminación por diferentes mecanismos, destacando entre ellos:
    • La adsorción sobre las partículas del sustrato.
    • La toxicidad que sobre los organismos patógenos ejercen los antibióticos producidos por las raíces de las plantas.
    • La acción depredadora de bacteriófagos y protozoos.
    • En los humedales artificiales la eliminación de coliformes fecales se ajusta a modelos de cinética de primer orden,  eliminándose en los primeros tramos del humedal alrededor del 80% de los mismos.

Conclusión

Los humedales artificiales son sistemas de depuración de aguas residuales idóneos para los pequeños municipios, simples de operar, con baja producción de lodos residuales y sin consumo energético. No necesitan la adición de químicos ni de energía para airear el agua o conseguir su circulación. Totalmente integrados con el paisaje donde su construcción es muy sencilla y económica, son fáciles de mantener, y el efluente puede ser vertido directamente sobre el cauce de un rio o sobre el suelo sin ningún problema de contaminación.

Además al salir el efluente sufre un tratamiento terciario apto para riego agrícola (la conductividad eléctrica no suele incrementarse en el humedal): se eliminan los sólidos y materia orgánica que pueden provocar daños en el riego por goteo, su contenido en sales es similar al de entrada en el humedal, y como el efluente tiene algo más de nutriente que el agua normal (ya que no se consigue eliminar en dicha depuración todo el fósforo ni el nitrógeno) es un aporte positivo para la agricultura, ya que estos nutriente son fertilizantes agrícolas.

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