I. INTRODUCCIÓN
En América Latina y el Caribe el 35% de las aguas residuales recolectadas son procesadas en sistemas de tratamiento antes de descargarse en los ambientes acuáticos o usarse en riego agrícola. Existen tecnologías alternativas de bajo costo para el tratamiento de estas aguas residuales que pueden ser adoptadas y manejadas por municipios o comunidades.
En este sentido se ha desarrollado una serie de sistemas basados en los mecanismos de depuración existentes en la naturaleza, que emplean la energía solar; la energía cinética del viento, la energía potencial acumulada en la biomasa y en el suelo; entre estos sistemas se encuentran los humedales artificiales o construidos (HC).
Los HC se componen de una serie de zonas inundadas con plantas acuáticas y sustratos como grava y arena. El agua residual fluye a través de estas zonas, donde ocurre una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que conducen a la depuración del agua. Las plantas acuáticas desempeñan un papel importante al proporcionar oxígeno a las raíces, estimular el crecimiento de bacterias beneficiosas y eliminar nutrientes, metales pesados y patógenos del agua.
Estos sistemas de tratamiento, comenzaron a ser estudiados en Alemania en el año 1952 y en el resto del hemisferio occidental durante la década del 70, sin embargo, es alrededor del año 1985 que se acelera la implementación de esta tecnología. A partir de las últimas décadas del siglo XX, el uso de HC se ha expandió y se consolidó en muchos países industrializados. En los países en desarrollo, su utilización no se ha extendido debido, principalmente, a la falta de conocimiento y experiencia suficientes en el diseño y operación.
Específicamente, en la región de América Latina y el Caribe el bajo porcentaje de uso de los HC radica en el hecho de que la mayoría de las investigaciones realizadas son experimentales y hay escasez de directrices locales de diseño, combinadas con la falta de formación y conocimiento de las partes interesadas y los responsables de la toma de decisiones; además, las soluciones basadas en la naturaleza no son tan estudiadas en las escuelas de ingeniería de la región.
Sin embargo, en países como Brasil, Argentina, México y Colombia se han publicado estudios y se han implementado diversos HC. En menor escala países como Perú, Nicaragua; Chile, Costa Rica, Paraguay, Argentina, El Salvador, y Bolivia también han usado estos sistemas (Figura 1).
Figura 1. Humedal construido en una Casa de Ancianos, en Chincha, Perú. (Fuente: Altafin, 2020).
En este artículo se explicará el funcionamiento de humedales construidos y su uso en el tratamiento de aguas residuales.
II. BENEFICIOS DE LOS HC EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
1. Eficiencia de tratamiento: Los humedales construidos pueden eliminar eficazmente contaminantes como materia orgánica, nutrientes y patógenos del agua residual.
2. Bajo costo: Comparados con tecnologías convencionales, los humedales construidos tienen costos de instalación y operación más bajos.
3. Sostenibilidad: Estos sistemas son amigables con el medio ambiente, ya que utilizan procesos naturales para depurar el agua.
4. Control de inundaciones: Actúan como esponjas, absorbiendo el exceso de agua durante períodos de lluvia intensa, lo que ayuda a reducir el riesgo de inundaciones en áreas circundantes.
5.Biodiversidad: Proporcionan hábitats para diversas especies de flora y fauna, contribuyendo a la conservación de la biodiversidad local.
6. Educación y recreación: Pueden servir como áreas para la educación ambiental y la recreación, permitiendo a las comunidades conectarse con la naturaleza y aprender sobre la importancia de los ecosistemas acuáticos.
7. Estética y valor paisajístico: Contribuyen a la belleza del paisaje y pueden aumentar el valor de las propiedades cercanas al crear espacios verdes y saludables.
8. Regulación del clima local: Pueden influir en el microclima local al aumentar la humedad y moderar las temperaturas extremas.
9. Recuperación de ecosistemas degradados: Pueden ayudar a restaurar áreas degradadas y mejorar la salud del ecosistema en general.
III. FUNCIONAMIENTO DE LOS HC
Los HC son sistemas complejos de medio saturado con vegetación sumergida y emergente que simula un humedal natural. Este sistema de depuración está constituido por lagunas o canales poco profundos (normalmente de menos de 1 metro) con plantas macrófitas acuáticas y en los que los procesos de descontaminación son ejecutados simultáneamente por la acción simbiótica de las plantas y microorganismos y por procesos físicos y químicos tales como filtración, sedimentación; absorción, foto-oxidación, fotosíntesis, entre otros; que permiten la eliminación de las cantidades excesivas de nutrientes, materia orgánica, trazas de metales pesados y agentes patógenos presentes en las aguas residuales.
Los procesos de remoción de contaminantes ocurren de la siguiente manera:
1) Remoción de sólidos suspendidos:
- Sedimentación: Se basa en la gravedad para permitir que las partículas más pesadas se asienten en el fondo de un tanque. Este proceso se utiliza en etapas de clarificación.
- Filtración: Implica el paso del agua a través de un medio filtrante (como arena o carbón activado) que retiene partículas sólidas y materia orgánica.
- Degradación biológica: Puede ser aerobia (con oxígeno) o anaerobia (sin oxígeno), donde microorganismos descomponen la materia orgánica disuelta.
2) Remoción de nitrógeno:
- Nitrificación: Es un proceso biológico en dos etapas donde las bacterias convierten el amoniaco (NH₃) en nitritos (NO₂⁻) y luego en nitratos (NO₃⁻).
- Desnitrificación: Ocurre cuando las bacterias convierten los nitratos en nitrógeno gaseoso (N₂), que se libera a la atmósfera.
- Absorción de plantas: Las plantas acuáticas pueden absorber nitrógeno en forma de nitratos para su crecimiento.
3) Remoción de fósforo:
- Absorción: El fósforo se adhiere a superficies de sólidos presentes en el agua, como lodos o materiales filtrantes.
- Precipitación: Se pueden formar compuestos insolubles (como fosfatos de calcio o hierro) que se eliminan del agua.
Absorción de plantas: Al igual que con el nitrógeno, las plantas pueden absorber fósforo para su crecimiento.
4) Remoción de patógenos:
- Sedimentación: Los patógenos, al ser partículas, también pueden ser removidos mediante sedimentación.
- Filtración: Los medios filtrantes pueden atrapar patógenos presentes en el agua.
- Depredación: Algunos microorganismos en el sistema pueden actuar como depredadores de patógenos, ayudando a reducir su número.
Los efectos de las plantas macrófitas en los hábitats acuáticos se relacionan principalmente con el transporte de oxígeno hacia la zona radicular, el mantenimiento de la conductividad hidráulica del sustrato arenoso, el fomento del crecimiento de colonias bacterianas y otros microorganismos que generan una biopelícula adherida a las raíces y a las partículas del sustrato, así como con la absorción y disponibilidad de oxígeno en las raíces para facilitar los procesos microbianos.
Los humedales construidos pueden clasificarse en función del tipo de flujo que en ellos ocurre:
1) Humedales de flujo superficial. El agua está expuesta directamente a la atmósfera y circula a través de los tallos de los macrófitas y de la superficie del sustrato, a menudo compuesto de grava, arena o tierra. Se dividen en:
- Humedales de flujo superficial horizontal (HF): El agua se mueve horizontalmente a través del lecho del humedal, donde las plantas y microorganismos ayudan a tratar el agua. Son efectivos para eliminar nutrientes y contaminantes.
- Humedales de flujo superficial vertical (FV): El agua fluye verticalmente a través de un sustrato permeable. Este tipo es útil para el tratamiento de aguas residuales y puede ser más efectivo en la eliminación de ciertos contaminantes.
2) Humedales de flujo subterráneo o subsuperficial. La circulación del agua es subterránea a través de un medio granular (con una profundidad de la lámina de agua de alrededor de 0,6 m) y en contacto con los rizomas y raíces de los macrófitos. Se dividen en:
- Humedales de flujo subterráneo horizontal (HF): El agua se filtra horizontalmente a través del sustrato, lo que permite un tratamiento eficiente en un espacio reducido.
- Humedales de flujo subterráneo vertical (FV): El agua se mueve verticalmente a través del sustrato, similar a los humedales de flujo vertical, pero con un enfoque en la filtración subterránea.
3) Humedales Híbridos. Estos sistemas combinan características de humedales de flujo superficial y subterráneo para optimizar el tratamiento del agua, lo que permite una mayor flexibilidad en el tratamiento de diferentes tipos de aguas residuales.
El uso de los humedales artificiales puede limitarse por la necesidad de disponer de áreas relativamente grandes o por el volumen de arena gruesa especialmente en zonas urbanas. Pero las aplicaciones descentralizadas de estos sistemas pueden ser suficientemente pequeñas como para ocupar los espacios urbanos disponibles.
IV. APLICACIONES DE LOS HC EN EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES
Los humedales construidos se han utilizado con éxito en una variedad de aplicaciones, incluyendo:
1. Tratamiento de aguas residuales municipales
2. Tratamiento de agua residuales domésticas o aguas grises
3. Tratamiento terciario de efluentes plantas convencionales de aguas residuales
4. Tratamiento de aguas residuales industriales (lixiviados de rellenos sanitarios, tratamiento de lodos, desechos de refinerías de petróleo, drenaje ácido de minas, desechos agrícolas, efluentes de fábricas de pulpa y o fábricas textiles)
5. Tratamiento y retención de aguas pluviales
6. Tratamiento natural para agua de piscinas (sin cloro)
7. Tratamiento natural de ríos y lagos contaminados
V. CONCLUSIONES
Los humedales construidos son sistemas que imitan los procesos que ocurren en los humedales naturales. Los HC son eficaces, presentan bajo costo y sostenibilidad, por lo que son una opción viable y sostenible para el tratamiento de aguas residuales; esto, aunado a los beneficios ambientales, los convierten en una alternativa atractiva a las tecnologías convencionales. Se espera que su uso continúe creciendo en el futuro, contribuyendo a la protección de los recursos hídricos y al bienestar de las comunidades.
VI. BIBLIOGRAFÍA
1. Agencia de Cooperación Internacional de Alemania, GIZ (2011). Revisión Técnica de Humedales Artificiales de flujo subsuperficial para el tratamiento de aguas grises y aguas domésticas. En: https://ecotec.unam.mx/wp-content/uploads/Revision-T–cnica-de-Humedales-Artificiales.pdf 2, Altafin, Irene (2020). Innovaciones en el Desarrollo e Implementación de Humedales Construidos para el Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas en Latinoamérica y el Caribe. Banco Interamericano de Desarrollo. Nota Técnica N°IDB-TN-01911. En: https://publications.iadb.org/es/publications/spanish/viewer/Innovaciones-en-e-desarrollo-e-implementacion-de-humedales-construidos-para-el-tratamiento-de-aguas-residuales-domesticas-en-Latinoamerica-y-El-Caribe.pdf
3.García de Durango, Águeda (2018). Humedales artificiales: Una solución basada en la naturaleza para el Día Mundial del Agua. En: https://www.iagua.es/blogs/agueda-garcia-durango/humedales-artificiales-solucion-basada-naturaleza-dia-mundial-agua
4. Organización Panamericana de la Salud, OPS (2024). 338 millones de personas en América Latina y el Caribe aún no disponen de servicios de saneamiento gestionados de forma segura. En: https://www.paho.org/es/noticias/19-11-2024-338-millones-personas-america-latina-caribe-aun-no-disponen-servicios 5. Rodríguez-Dominguez, Marco A; et. al. (2020). Humedales construidos en América Latina y el Caribe: Un examen de experiencias durante el último decenio. Water, 2020, 12(6), 1744. En: https://www.mdpi.com/20734441/12/6/1744#B20-water-12-01744
Fuente: Neyla Camacho y Miriam Suárez
Centro de Tecnología de los Materiales (CTM)
