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Introducción a los Humedales Artificiales como tratamiento de las aguas residuales

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  • Introducción Humedales Artificiales como tratamiento aguas residuales

Sobre el blog

Juan José Salas
MÉDICO DEL AGUA y DOCTOR EN QUÍMICA. Director de Servicios Tecnológicos de la Fundación CENTA. 36 años de experiencia en el tratamiento de las aguas residuales, especialmente de los vertidos generados en las pequeñas aglomeraciones urbanas.
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Hablamos hoy de los Humedales Artificiales, una de las tecnologías más implantadas a nivel mundial para el tratamiento de las aguas residuales generadas en las pequeñas aglomeraciones urbanas.

Podemos definir a los Humedales Artificiales como sistemas de depuración en los que se reproducen los procesos de eliminación de contaminantes, que tienen lugar en las zonas húmedas naturales. El carácter artificial de este tipo de humedales viene definido por las siguientes peculiaridades: 

En los Humedales Artificiales se reproducen los procesos que se dan en las zonas húmedas naturales

  • El confinamiento del humedal se construye mecánicamente y se impermeabiliza para evitar pérdidas de agua al subsuelo.
  • El empleo de sustratos diferentes al terreno original para el enraizamiento de las plantas.
  • La selección del tipo de plantas que van a colonizar el humedal.

La depuración de las aguas residuales tiene lugar al hacerlas circular a través de estas zonas húmedas artificiales, en las que tienen lugar procesos físicos, químicos y biológicos, que van reduciendo los contaminantes presentes.

La tecnología de Humedales Artificiales actúa pues como un complejo ecosistema en el que participan los siguientes elementos:

  • Las aguas a tratar, que circulan a través del sustrato filtrante y/o de la vegetación.
  • El sustrato, que tiene las finalidades de servir de soporte a la vegetación y de permitir la fijación de la población microbiana (en forma de biopelícula),  que va a participar en la mayoría de los procesos de depuración.
  • Las plantas emergentes acuáticas, que proporcionan superficie para la formación de las películas bacterianas, facilitan la filtración y la adsorción de los constituyentes del agua residual, contribuyen a la oxigenación del sustrato y a la eliminación de nutrientes y controlan el crecimiento de algas, al limitar la penetración de la luz solar. Además, la vegetación contribuye notablemente a la integración paisajística de estos dispositivos de tratamiento.

La vegetación que se emplea en este tipo de humedales es la misma que coloniza los humedales naturales: plantas acuáticas emergentes (carrizos, juncos, aneas, etc.), helófitos que se desarrollan en aguas poco profundas, arraigadas al subsuelo, y cuyos tallos y hojas emergen fuera del agua, pudiendo alcanzar alturas de 2-3 m. Este tipo de plantas toleran bien las condiciones de falta de oxígeno, que se producen en suelos encharcados, al contar con canales internos o zonas de aireación (aerénquima), que facilitan el paso del oxígeno desde las partes aéreas hasta la zona radicular. Asimismo, presentan una elevada productividad (50-70 toneladas de materia seca/ha.año).

Los Humedales Artificiales se clasifican en dos tipologías, en función del modelo de circulación del agua: superficial o subterránea. En los Humedales Artificiales de Flujo Superficial o Flujo Libre, el agua a tratar circula por encima del sustrato, mientras que en los Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial, el agua recorre el humedal de forma subterránea, a través de los espacios intersticiales del lecho filtrante.

Dado que en los Humedales de Flujo Subsuperficial el agua no es visible, el denominarlos humedales le parece un contrasentido al Médico del Agua, que considera más correcta la denominación “Filtros o Biofiltros Plantados”. De hecho, en Francia se les conoce como “Filtres Plantés de Roseaux”. No obstante, y dado lo extendido del empleo de la denominación Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial, esta será la que empleemos en este texto.

En los Humedales Artificiales de Flujo Superficial, el agua a tratar discurre libremente por la superficie del sustrato donde se encuentran enraizadas las plantas, circulando alrededor de sus tallos y hojas, por lo que se encuentra expuesta directamente a la atmósfera. Estos humedales están constituidos por balsas o canales con vegetación emergente y niveles de agua poco profundos (inferiores a 0,4 m). En cierta medida estos sistemas pueden considerarse como una variedad de los lagunajes clásicos, con las diferencias ya mencionadas en cuanto a la menor profundidad de lámina de agua y a la existencia de vegetación arraigada en el fondo.


Sección transversal y longitudinal de un Humedal Artificial de Flujo Superficial

Este tipo de humedales suelen ser instalaciones de varias hectáreas que, principalmente, se emplean como tratamiento de afino (reciben efluentes procedentes de tratamientos secundarios), a modo de reutilización ambiental de las aguas tratadas.

La alimentación a estos humedales puede llevarse a cabo de forma continua o intermitente y la depuración tiene lugar en el tránsito de las aguas a través de los tallos y raíces de la vegetación emergente implantada. Es en los tallos, raíces y hojas caídas, donde se desarrolla la película bacteriana encargada de la eliminación de los contaminantes presentes en las aguas.

En los Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial la circulación del agua es subterránea, a través de un medio granular (arena, gravilla, grava) de permeabilidad suficiente, y en contacto con los rizomas y raíces de las plantas.

Este tipo de humedales se encuentran confinados en recintos impermeabilizados, que contienen al material soporte para el enraizamiento de la vegetación. La profundidad del sustrato filtrante en el punto medio del humedal es del orden de 0,6-1,0 m. Son instalaciones de menor tamaño que los de Flujo Superficial y, en la mayoría de los casos, se emplean como tratamiento secundario de las aguas residuales generadas en pequeños núcleos de población. A parte de la menor superficie requerida, este tipo de humedales presenta ciertas ventajas con respecto a los de Flujo Superficial:

  • Menor incidencia de malos olores, debido a la naturaleza subterránea del flujo de agua.
  • Bajo riesgo de exposición directa de las personas y de aparición de insectos (mosquitos) gracias al flujo subterráneo.
  • Protección térmica, debido a la acumulación de restos vegetales y al flujo subterráneo. Esta es una ventaja interesante en zonas de clima frío.

Entre los inconvenientes de los Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial con relación a los de Flujo Superficial cabe destacar:

  • Mayores costes de construcción por unidad de superficie debido, fundamentalmente, al material granular (costes de adquisición y colocación del sustrato).
  • Riesgo de colmatación del lecho filtrante, especialmente en los de flujo horizontal.
  • Menor valor como ecosistemas para la vida salvaje, debido a que el agua no es accesible a la fauna.

Según la dirección en la que circulan las aguas a través del sustrato, este tipo de humedales se clasifican en Horizontales y Verticales.

En los Humedales Horizontales la alimentación se efectúa habitualmente de forma continua, aunque también pueden funcionar de forma intermitente, si fuese necesario bombear las aguas residuales. Las aguas circulan horizontalmente, atravesando un sustrato filtrante de gravilla-grava de unos 0,6 m de espesor, en el que se fija la vegetación. A la salida de los humedales, una tubería flexible permite controlar el nivel de encharcamiento, que suele mantenerse unos 5 cm por debajo del nivel de los áridos, lo que impide que las aguas sean visibles.


Sección longitudinal de un Humedal Artificial de Flujo Horizontal

En los Humedales Artificiales de Flujo Vertical la alimentación se efectúa de forma intermitente, para lo que se recurre generalmente al empleo de bombeos (comandados por temporizadores o boyas de nivel) o, cuando la topografía lo permite, a sifones de descarga controlada.

Para la distribución del agua sobre la superficie de filtración se recurre últimamente al empleo de tuberías que se apoyan en pivotes repartidos por toda la superficie, con un punto de alimentación cada 25-30  m2 de superficie del humedal.

Las aguas circulan verticalmente a través de un sustrato filtrante de arena-gravilla-grava, del orden de 1 m de espesor, en el que se fija la vegetación. En el fondo de estos humedales una red de drenaje permite la recogida de los efluentes depurados. A esta red de drenaje se conectan un conjunto de conductos, que sobresalen de la capa de áridos, al objeto de incrementar la oxigenación del sustrato filtrante por ventilación natural (efecto chimenea).

La aportación de oxígeno por las raíces de las plantas, en este tipo de humedales, es pequeña en comparación con los aportes a través de la alternancia de los periodos de inundación y secado y del sistema de ventilación.


Sección longitudinal de un Humedal de Flujo Vertical

El grado de inundación, temporal o permanente, confiere propiedades muy diferentes a los Humedales de Flujo Vertical y Horizontal, afectando, principalmente, a la transferencia de oxígeno y, por ende, al estado de oxido-reducción del humedal. Los Humedales de Flujo Horizontal operan fundamentalmente en condiciones anaerobias, produciendo efluentes con ausencia de oxígeno disuelto, mientras que en los de Flujo Vertical, pese a operar con cargas orgánicas superiores, imperan condiciones aerobias, dando lugar a efluentes bien oxigenados y libres de olores. 

El grado de inundación del sustrato filtrante confiere propiedades diferentes a los Humedales de Flujo Vertical y Horizontal

Por otro lado, mientras que los Humedales de Flujo Horizontal operan con tiempos de retención hidráulica de varios días, en los de Flujo Vertical estos tiempos son de tan sólo unas horas.

En lo referente al diagrama de flujo de esta tecnología de tratamiento, las aguas residuales se someten, en primera instancia, a una etapa de desbaste que, siempre que se pueda, se recomienda sea de limpieza automática. Tras ello, y en el caso de redes de alcantarillado unitarias, las aguas residuales pasarán por una etapa de desarenado, antes de ingresar en el tratamiento primario. Este tratamiento, que está constituido normalmente por una fosa séptica, o un Tanque Imhoff, tiene por objeto eliminar la mayor parte de las partículas en suspensión (sedimentables y flotantes) que, de no retirarse, podrían provocar la rápida colmatación de la superficie filtrante.

Los efluentes del tratamiento primario alimentarán, de forma continua, o intermitente, a los Humedales de Flujo Horizontal y Vertical, respectivamente.


Diagramas de flujo de Humedales Verticales y Horizontales

En Francia (paraíso de los Humedales Artificiales), la configuración más utilizada consta de Humedales de Flujo Subsuperficial Vertical, dispuestos en paralelo-serie, pero de ello hablaremos en profundidad en el próximo post.

P.D.1.  Acabado de escribir en La Paz (Bolivia), a 3.640 m de altitud y estado de cuasi-anoxia, que usted, querido lector, puede aliviar pinchando en el corazón azul de cabecera. ¡GRACIAS!

P.D. 2. Agradecimiento a mi compañero Álvaro Real por las ilustraciones.

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