HUMEDALES ARTIFICIALES: UNA ALTERNATIVA PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUALES LÍQUIDOS EN LA COMUNIDAD

Transcripción

1 HUMEDALES ARTIFICIALES: UNA ALTERNATIVA PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUALES LÍQUIDOS EN LA COMUNIDAD Adelmo Montalván Estrada; Kirenia Estrada Guerra; Zurima Sanz Ramos; Osvaldo Brígido Flores; Yanitse Caparrós Cubeña. Centro de Ingeniería Ambiental de Camagüey. Tlf: RESUMEN En Cuba, las pequeñas comunidades rurales que cuentan con sistemas centralizados de recolección, tratamiento y disposición de aguas residuales domésticas son relativamente pocas. La contaminación crónica de los suelos y aguas subterráneas requiere la búsqueda de alternativas a los métodos tradicionales de disposición vertimiento directo al suelo o a pozos negros (letrinas). Los humedales artificiales son una alternativa válida para comunidades de hasta 1000 habitantes en países del primer mundo. Estos sistemas combinan los bajos costos de construcción y mantenimiento con una buena eficiencia de remoción de contaminantes. Por demás, las plantas pueden usarse en la alimentación de animales y el efluente de estos sistemas puede destinarse al ferti-riego o recircularse para determinados usos domésticos. El presente trabajo tiene el propósito de brindar información comparativa de algunas variantes de humedales artificiales, atendiendo a factores económicos, técnicos y medioambientales, de tal forma que los decidores tengan una opción de consulta a la hora de planificar las políticas de gestión ambiental a nivel comunitario. Con tal propósito se comparan dos tipos de humedales artificiales de flujo sub-superficial: de flujo horizontal y de flujo vertical, así como humedales artificiales de flujo superficial de agua. Las principales ventajas de los humedales artificiales de flujo sub-superficial radican en su mayor eficiencia de remoción de contaminantes en su período inicial de trabajo y un mejor control de vectores, mientras que los humedales artificiales de flujo superficial de agua son más económicos y conservan su capacidad de trabajo por un período más prolongado. INTRODUCCIÓN Son pocas las comunidades rurales cubanas que cuentan con un sistema centralizado de recolección y tratamiento de residuales líquidos domésticos. Los pozos negros (letrinas) constituyen la alternativa más socorrida para la disposición de los desechos metabólicos, mientras que otros tipos de residuales domésticos se descargan directamente en el suelo. La contaminación crónica de suelos y aguas subterráneas es un efecto de tal práctica (1). De otro lado, la recolección centralizada y disposición directa en cuerpos receptores de aguas superficiales es una práctica poco recomendable, tomando en consideración que la contaminación de las aguas superficiales es uno de los problemas ambientales de más relevancia en el país, y en las condiciones de sequía y detrimento de los cauces de agua superficiales sería improcedente destinar los menguados recursos hídricos a diluir la carga contaminante de nuestras pequeñas comunidades.

2 Los humedales artificiales han encontrado amplia difusión en el tratamiento de aguas residuales domésticas de casas aisladas o comunidades de hasta 1000 habitantes (2). Al mismo tiempo que estos sistemas aseguran una buena eficiencia de remoción de contaminantes orgánicos, permiten el ulterior uso del agua en actividades agrícolas o domésticas. En nuestro país existen condiciones naturales excepcionales para desarrollar esta alternativa de tratamiento, al mismo tiempo que su introducción se ve frenada por falta de financiamiento y disposiciones sanitarias. El presente trabajo tiene el propósito de brindar información comparativa de algunas variantes de humedales artificiales, atendiendo a factores económicos, técnicos y medioambientales, de tal forma que los decidores tengan una opción de consulta a la hora de planificar las políticas de gestión ambiental a nivel comunitario. Con tal propósito se comparan dos tipos de humedales artificiales de flujo sub-superficial: de flujo horizontal y de flujo vertical, así como humedales artificiales de flujo superficial de agua. DESARROLLO Un humedal artificial (HA) es un sistema para el tratamiento de aguas que basa su funcionamiento en la optimización de los procesos físicos, químicos y biológicos que transcurren naturalmente en los ecosistemas de humedales, con el objetivo de mejorar la calidad del agua. Los HA pueden alcanzar altas eficiencias de remoción de DBO, sólidos suspendidos y nitrógeno, así como niveles significativos de metales, trazas de compuestos orgánicos y patógenos. La relación entre la carga orgánica y la tasa de remoción de DBO sugiere la existencia de una correlación lineal; al menos hasta tasas de carga de 10 g/(m 2.día), se alcanzan valores de remoción de DBO de hasta un 93 %. Existen múltiples tipologías constructivas de HA. En este trabajo se realizará una descripción comparativa de los siguientes tipos: Humedales artificiales de flujo sub-superficial (HAFSS): de flujo horizontal (HAFH) de flujo vertical (HAFV) Humedales artificiales de flujo superficial de agua (HAFS) Humedales artificiales de flujo sub-superficial: El agua residual recibe un tratamiento preliminar en un tanque séptico multicámara, donde los sólidos groseros sedimentan. Posteriormente el efluente se distribuye mediante una tubería soterrada de distribución en el lecho de grava del humedal. Este lecho debe aislarse del terreno mediante un material impermeable y consta de capas de grava y arena o mezclas de ambos materiales; por lo general su superficie se cubre con vegetación, la cual facilita la transferencia de oxígeno a las raíces subterráneas. La actividad de millones de microorganismos en las raíces y el suelo descompone las sustancias orgánicas. El efluente del humedal artificial se puede descargar en un cuerpo receptor, percolarse en el suelo, utilizarse en el ferti-riego o, en el mejor de los casos, recircularse para su empleo en actividades domésticas.

3 Figura 1: Humedal artificial de flujo horizontal Figura2: Humedal artificial inclinado de flujo horizontal Tanto en los HAFH como los HAFV se alcanzan altas eficiencias de purificación bajo distintas condiciones. Especialmente para los HAFV, se requiere un pretratamiento muy eficiente si el principal objetivo del tratamiento es la remoción del nitrógeno total, debido a que la desnitrificación no es un proceso generalmente eficiente en los HAFV. El tratamiento de residuales en los HAFV sin desnitrificación significativa, sería suficiente solo si el efluente se descarga en cuerpos receptores con una contaminación orgánica moderada o elevada. Se estima que los HAFH poseen, por lo general, menor capacidad de remoción para las sustancias orgánicas y nutrientes que los HAFV. Mediante una adecuada inclinación (1-2%) y un recorrido relativamente largo del flujo, se puede utilizar todo el lecho del HAFH en el proceso de purificación, por lo que la tasa de remoción a largo plazo alcanza hasta un 90 % para la mayoría de los parámetros. Si la eliminación de fósforo es el principal objetivo del proceso de purificación, entonces se prefieren los HAFH, debido a que tienen la posibilidad de acumular grandes cantidades de fósforo en sustancias húmicas (a diferencia de los HAFV).

4 Figura3: Humedal artificial de flujo vertical Tabla 1: Comparación de los HAFV vs HAFH. Tipo de Humedal Ventajas Desventajas HAFV Menor necesidad de superficie Buen suministro de oxígeno Buena nitrificación Hidráulica simple Elevada eficiencia de purificación, desde el principio HAFH Recorridos largos del flujo, que favorecen el establecimiento de gradientes de nutrientes Son posibles la nitrificación y la desnitrificación Formación de ácidos húmicos por la remoción de nitrógeno y fósforo Recorridos cortos del flujo Desnitrificación pobre Demandas técnicas elevadas Perdida de eficiencia en la remoción de fósforo (a los 2-3 años de explotación) Mayor necesidad de superficie Hidráulica más complicada: se requiere un cálculo óptimo del suministro de oxígeno Suministro estable de agua residual

5 Se ha demostrado que uno de los principales factores de depuración en los humedales son los helófitos (plantas capaces de arraigar en suelos anegados o encharcados, con una parte sumergida y otra aérea). Debido a su particular fisiología y ecología, estas plantas tienen la capacidad de depurar el agua mediante la asimilación directa de nutrientes (en especial Nitrógeno y Fósforo) y metales, que son retirados del medio e incorporados al tejido vegetal. Además de este efecto directo, los helófitos son capaces de transportar oxígeno en grandes cantidades desde los tallos hacia sus raíces y rizomas (como resultado la zona del suelo en contacto inmediato con las raíces o rizomas puede ser aeróbica, en un medio que de otra forma sería anaeróbico-la estimación de esta transferencia se sitúa en el intervalo: 5-45 g O 2 /día.m 2 de superficie del humedal), donde es utilizado por los microorganismos heterótrofos que crecen sobre ellos en forma de biopelícula, lo que contribuye a la reducción de contaminantes a través de procesos aerobios de degradación. Se establece una especie de simbiosis en la que la planta suministra oxígeno a los microorganismos y aprovecha algunos productos resultantes del metabolismo de los mismos, consiguiendo en condiciones adecuadas, crecer a ritmos muy elevados. Los helófitos, más usados en depuración son Typha, Scirpus, Phragmites y Carex. Los HAFV y HAFH con el tiempo de explotación van perdiendo sus características hidráulicas debido a la saturación del lecho del humedal, por lo que los residuales tienden a fluir por la superficie del sistema, reduciéndose significativamente la capacidad de depuración. Humedales artificiales de flujo superficial de agua (HAFS): En estos sistemas seminaturales, como su nombre indica, el agua a tratar circula por la superficie, la cual es cubierta total o parcialmente por macrofitas flotantes o enraizadas. Figura 4: Humedal artificial de flujo superficial En estos sistemas no es posible la saturación, por lo que poseen una gran capacidad efectiva y permanente de depuración; además los costos de construcción y mantenimiento son muy bajos (3). Las plantas cumplen funciones similares que en los humedales de flujo sub-superficial; además de los helófitos antes mencionados se emplean macrofitas flotantes, tales como

6 jacintos. Por su gran abundancia en nuestros humedales se debe prestar especial interés a la Eichhornia Crassipes (malangueta de agua); al respecto son de interés los resultados de los análisis bromatológicos, productividad y remoción de la contaminación hídrica obtenidas para esta planta en un ambiente eutrofizado y que se exponen en (4): las plantas que habitan en el medio eutrifizado poseen un mayor contenido de casi todas las especies químicas estudiadas que aquellas que habitan en el sistema de referencia, existiendo una correlación positiva entre las concentraciones de estos parámetros en el agua y las plantas-el contenido de proteína bruta aumentó en un 2 %.. La productividad de la malangueta de agua en el ambiente eutrofizado (kg/(m2.año) fue de 22, mientras que en el sistema de referencia fue de 9, lo que significa un crecimiento de 2.4 veces. En esta misma fuente se informa que en una superficie de 9500 m 2 cubierta con esta vegetación la calidad del agua tiene una mejoría, a juzgar por el ligero aumento del oxígeno disuelto, pero sobre todo por la disminución de la DBO en un 41 % y de la DQO en un 36 %. Las eficiencias de remoción de nitrógeno y fósforo totales son bajas, pero se observa el proceso de nitrificación al disminuir las concentraciones de amoníaco y aumentar las de nitrato. Por su parte la remoción de la salinidad es insignificante. Humedales artificiales de flujo sub-superficial (HAFSS) vs Humedales artificiales de flujo superficial de agua (HAFS) Aspectos económicos: Los HAFSS son más caros que los HAFS en su construcción y mantenimiento. Aspectos técnicos: Los HAFSS poseen una mayor complejidad hidráulica, con aditamentos como tuberías distribuidoras, registros de control de flujo, e incluso bombas; también requieren de la impermeabilización del lecho y material de relleno (gravas y arena) de diferentes granulometrías; gradualmente pierden sus capacidades de depuración debido a la saturación, por lo que se requiere de un recargo periódico del material del lecho. Por su parte, los HAFS son muy sencillos hidráulicamente, pero están más expuestos a las inclemencias climatológicas, lo que influye en la estabilidad del sistema; no requieren de material de relleno. Mantienen una alta capacidad de depuración por prolongados períodos de tiempo. Aspectos medio ambientales: Los HAFSS aseguran una mayor capacidad de remoción de contaminantes en la etapa inicial de explotación que los HAFS, pero esta ventaja se pierde rápidamente debido a la saturación del lecho de los HAFSS. Los HAFSS serían preferibles en situaciones en que se requiera una elevada remoción de nitrógeno y fósforos totales o se requiera un mejor control de vectores. Los HAFS ofrecen mayores oportunidades de sacar provecho de la vegetación si se desea destinar al consumo animal.

7 CONCLUSIONES Se describen algunas tipologías constructivas de humedales artificiales, haciendo hincapié en sus ventajas y desventajas según aspectos económicos, técnicos y medioambientales. La malangueta de agua, por su abundancia en nuestros ecosistemas de humedales y sus capacidades depuradoras y de rendimiento, debe ser una opción a considerar en la elección de la vegetación a la hora de diseñar los humedales artificiales. Los humedales artificiales constituyen una alternativa viable para el tratamiento de residuales líquidos domésticos generados en comunidades rurales cubanas, debido a sus bajos costos de construcción y mantenimiento, y sus ventajas medio ambientales.

8 BIBLIOGRAFÍA 1. Odum, E. P.; Ecología. Edición Revolucionaria. C. Habana, (1986). 2. Luederitz, V. et al; Nutrient renoval efficiency and resurce economics of vertical and horizontal flow constructed wetlands. Journal of Ecological Engineering 00 (2000). 3. Torres Junco, V.; Filtro de macrofitas en flotación. V Convención Internacional de Medio Ambiente y Desarrollo, Memorias del I Simposio Internacional de Manejo de Recursos Hídricos. La Habana, (2005). 4. Montalván Estrada, A; Zanz Ramos, Z; Estrada Guerra, K; Gainza Carmenates, R; Delmonte, S. Comportamiento de la Eichhornia Crassipes (Malangueta de agua) en un ambiente contaminado. Memorias del I Simposium Internacional de Ciencias Biológicas Charles Ramsden in Memoriam. ISBN