Regeneración de aguas residuales mediante macrofitas en flotación

Transcripción

1 Regeneración de aguas residuales mediante macrofitas en flotación Mª Carmen Pérez Gil Estudiante de Ciencias Ambientales. Universitat de València RESUMEN El principal problema de las aguas residuales urbanas es el alto contenido en materia orgánica, la cual debe tratarse antes de verterla en el medio porque produce anoxia y eutrofización. Los problemas derivados del tratamiento convencional del agua son elevados, en general, requieren un elevado coste de energía, infraestructuras con elevado coste paisajístico, elevada inversión económica, fangos derivados y se requiere una alta especialización del personal que gestiona las aguas. Se pueden evitar los problemas derivados del tratamiento con la utilización de macrofitas en flotación, que son un tipo de plantas que permiten la regeneración de aguas de modo natural, sin usar energía y sin emisión de malos olores. Este trabajo presenta los beneficios e inconvenientes de este método. Palabras clave: Macrofitas, Depuradoras, Aguas residuales, Contaminación. INTRODUCCIÓN La descarga de aguas residuales en cursos naturales de agua es una práctica antigua que tiene como objetivo trasladar estas aguas fuera de los núcleos urbanos. El impacto ambiental que producen estas aguas, llevó a la obligación de la depuración previa. Esto es relativamente reciente en España, por ejemplo en Madrid hasta la década de 1970 se vertían las aguas residuales, sin depurarlas, directamente en el río Manzanares. En buena parte de España destaca la falta de depuración de las aguas urbanas y el mal funcionamiento de las depuradoras existentes. Un ejemplo de ello es la Cuenca del río Segura ya que de las 207 depuradoras que tiene, sólo 87 realizan su labor adecuadamente, 2 están abandonadas, 59 no funcionan y 59 presentan un funcionamiento deficiente. Además, zonas con escasos recursos, poblaciones aisladas, industrias pequeñas o medianas no pueden afrontar la gran inversión que suponen los métodos convencionales de depuración de aguas residuales. El Departamento de Agroenergética de la Escuela Superior de Ingenieros Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) tuvo la idea de utilizar plantas macrofitas de tipo emergente y transformarlas en flotantes para la depuración de aguas residuales. Este sistema esta protegido por la patente nº P (propiedad de la UPM) y es denominado comúnmente Sistema FMF o Filtro Macrofitas en Flotación. Este sistema se basa pues en el uso de vegetación emergente como flotante (Figura 1), ya que consigue que plantas que naturalmente se encuentran enraizadas en el fondo de los cursos de agua o en sus orillas se desarrollen flotando. Figura 1. Esquema del uso de plantas emergentes como flotantes. 1

2 Se usan helófitos como las eneas (en la naturaleza están arraigadas al suelo de los humedales) e higrófitos como los juncos (se dan en suelos permanentemente húmedos). Este tipo de plantas se hacen crecer como si fuesen plantas flotantes, a fin de que el sistema radicular y los rizomas se entrelacen formando un tapiz filtrante que esté permanentemente bañado por el agua residual. El tipo de plantas usadas suele ser juncos de agua, eneas o espadañas (Typha sp.), lirio de agua (Iris pseudocorus), esparganios (Sparganium sp.), diversas especies de juncos (Cyperus sp.,scirpus, Juncus etc...), carrizos (Phragmites sp.). Figura 2. Carrizos en la albufera de Valencia. La albufera de Valencia es un ejemplo de humedal con macrofitas como los carrizos (Figura 2), en este caso están enraizados en el fondo y de este modo ya poseen cierto poder depurador, permiten que las aguas sean más claras, por el contrario cuando domina el fitoplancton destaca la turbidez del agua al impedir el paso de luz. Las macrofitas tienen menor densidad que el agua, por lo que consiguen flotar sin dificultad cuando los sistemas radiculares de todas las macrofitas se entrelazan formando una autentica isla flotante sobre la superficie de medios acuáticos (Figura 3). Figura 3. Sistema radicular de macrofitas en flotación.fuente: Tienen tejidos especializados (aerénquima) por los que se conduce el oxígeno del aire y el producido por la fotosíntesis hasta las raíces únicamente por diferencia de presión del oxígeno entre el aire y las raíces. El oxígeno, por tanto, va desde las hojas hasta las raíces (Figura 4). El oxígeno del sistema radicular permite la vida de muchos microorganismos los cuales degradan la materia orgánica que contiene el agua residual mediante esta sencilla ecuación: C + Microorganismo + O 2 CO 2 2

3 Se digiere la materia orgánica sin provocar olores ni fangos. Por ello, es un sistema muy adecuado para la depuración. Al poner en un tanque las macrofitas flotando (sólo esta sumergido el sistema radicular) si hacemos pasar el agua residual urbana a dicho tanque, las macrofitas absorberán los nutrientes del agua (la materia orgánica es degradada por los microorganismos que viven en las raíces) y obtendremos un agua que sin ningún otro tratamiento puede verterse en el río o ser reutilizada (Figura 5). Es recomendable hacer un pretratamiento previo para eliminar los elementos gruesos (tratamiento primario) y una homogenización previa mediante un deposito de capacidad suficiente que permita la dilución de contaminantes puntuales altamente tóxicos con el resto de las aguas residuales a depurar. Alta presión de O 2 Energía solar Movimiento del oxígeno por el aerénquima Zona de baja presión de O 2 Raíces con microorganismos Figura 4. Proceso de aireación de las macrofitas. Figura 5. Sistema básico de depuración de aguas residuales. Además de descomponer la materia orgánica también fijan en ciertas partes de su biomasa minerales y metales. Absorben los nitratos y fósforo directamente con lo cual estas plantas desarrollan un sistema de autoabono y evitan la eutrofización porque permiten pasar desde sus hojas (parte emergente) hacia el interior de éstas solamente el oxígeno que está en el aire. Por la superficie de las raíces y los rizomas siempre se emite o expulsa el oxígeno al exterior. Cuanto más tendencia tenga un medio a la eutrofización, más oxígeno tiende a salir por la raíz o por el rizoma de las macrofitas, con lo que el medio recibe una cantidad de oxígeno que le impide entrar en condiciones anóxicas. 3

4 Se consigue la eliminación de los coloides del agua debido a la generación de una diferencia de cargas eléctricas, que produce la atracción de éstos en las raíces, ya que en las raíces la carga es positiva y en los coloides negativa. Suponen un gran ahorro económico y energético en comparación a las depuradoras habituales debido al sistema de aireación natural. Además, el cultivo de macrofitas, rompe el impacto visual negativo de las depuradoras, porque la cubierta vegetal da un aspecto de humedal y una estética más adecuada para una sociedad cada vez más sensibilizada con lo ecológico (Figura 6). Figura 6. Aspecto de la parte aérea de las macrofitas. Fuente: Con macrofitas, además, se reduce la mortandad de animales por ahogamiento debido al tapiz que forman las raíces de las macrofitas en flotación. Una vez instalado el sistema el mantenimiento se reduce a vigilar posibles plagas o enfermedades. El segado no es recomendable, aunque con el paso del tiempo las plantas adquieran aspecto seco, ya que las hojas secas siguen cumpliendo su principal misión para la depuración, la captura de oxígeno del aire y trasporte a las raíces. Sólo es adecuado el segado para la extracción de los metales pesados fijados en las plantas y en este caso la biomasa que se obtiene al segar las plantas se puede reutilizar para diversos fines como la producción de compost o la obtención de productos artesanos. El hecho de usar vegetación emergente como flotante, en lugar de usar plantas que naturalmente flotan como Jacinto de agua (Eichornia crassipes) o lenteja de agua (Lemna spp) es porque éstas alcanzan un tamaño pequeño con lo cual la cantidad de biomasa que la planta acumula por unidad de superficie es relativamente pequeña y esto hace que la función de depuración sea ineficiente. Se han usado macrofitas en flotación por ejemplo en las depuradoras de aeropuertos (Reus, Alicante, Zaragoza, Madrid, Girona, Fuerte Ventura, Vitoria etc.), casas rurales, y como tratamiento terciario integrado en las depuradoras de aireación prolongada. Los resultados de estas aplicaciones han sido excelentes. Los aspectos limitantes del uso de macrofitas en flotación son la disponibilidad de superficie de terreno para la instalación de estas depuradoras. Actualmente se usan balsas que requieren de 2 a m 2 por habitante. El tipo de vertido con contaminantes especiales o excesivamente tóxico también puede ser una limitación porque pueden resultar, en ocasiones, excesivamente agresivos para las plantas. Además, las plantas al estar flotando pueden volcar y asfixiarse aunque este problema ha sido resuelto con la invención de la PIEZA ESE patentada por Macrofitas SL. MATERIAL Y MÉTODOS 4

5 La revisión bibliográfica y la asistencia a conferencias del encuentro internacional sobre oportunidades de negocio en el medio ambiente (ECOFIRA) de la empresa Macrofitas, S.L. son las fuentes de información para elaborar el estudio. RESULTADOS Las mediciones realizadas en la depuradora de Macrofitas en flotación del aeropuerto de Reus, basada en 10 canales de 60 m de longitud y 24 de anchura se reflejan en la Tabla 1 y Figura 7: PARÁMETROS Entrada Salida Reducción (%) DQO(mg O 2 /l) > >89,50 ph 8,05 7,02 - Nitrógeno(mg/l) >220 1,8 >99,18 Fosforo(mg/l) 12,6 0,8 93,65 Amonio(mg/l) >40 <0,2 >99,50 Sólidos suspend ,2 95,16 Conductividad Tabla 1. Aeropuerto de Reus. Fuente: Gespaser 29/06/06. Figura 7. Aeropuerto de Reus. Fuente: Gespaser. Se observa una gran reducción de todos los parámetros químicos (Tabla 1), así como de los microorganismos (Figura 7) ya que éstos encuentran un medio idóneo en las raíces de las macrofitas. Otros resultados que muestran la misma dinámica, son los del aeropuerto de Alicante: DIA PARAMETROS ENTRADA SALIDA REDUCCIÓN (%) 1 DQO(mg/l) ,3 DBO5(mg/l) ,7 NITRÓGENO(mg/l) ,5 73,5 FOSFORO(mg/l) 44 97,3 15 DQO(mg/l) ,1 DBO5(mg/l) ,8 NITRÓGENO(mg/l) ,5 82,7 FOSFORO(mg/l) 54 97,1 29 DQO(mg/l) ,8 DBO5(mg/l) ,4 NITRÓGENO(mg/l) ,5 65,5 FOSFORO(mg/l) 49 94,8 Tabla 2. Aeropuerto de Alicante. Fuente: Aigues d Elx, Noviembre

6 Estos ejemplos de Reus y Alicante nos indican prácticamente lo mismo y reflejan la eficacia del método. Otra aplicación llamativa es en una depuradora de 5000 habitantes-equivalente en la que se instaló el sistema de Macrofitas en flotación: Figura 8. Acoplamiento de Macrofitas en flotación. Fuente: Macrofitas S.L. Parámetros Antes de FMF (julio 2006) 3 meses después de la implantación de FMF REDUCCIÓN (%) DBO5 (mg/l) DQO (mg/l) Aceites grasas (mg/l) y Amonio (mg/l) Tabla 3. Residencia de 5000 habitantes. Fuente: Macrofitas S.L. Lo llamativo de la aplicación anterior (Figura 8, Tabla 3) es que a los 3 meses las macrofitas sólo han alcanzado un 20% del tamaño final, por tanto, al final de su crecimiento la reducción de los parámetros comentados se prevé aún más positiva. La directiva 91/271 de depuración de aguas residuales urbanas establece que los vertidos de instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas deben cumplir, entre otros, los siguientes requisitos: Parámetros Concentración (mg/l) % mínimo de reducción DBO DQO Sólidos en suspensión Fósforo total 2 80 Nitrógeno total Tabla 4. Requisitos de vertidos procedentes de instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas sujetos a lo dispuesto en los artículos 4 y 5 de la Directiva 91/271. En todos los resultados se cumplen la directiva en lo referido a la DQO y DBO5 y además no sólo se cumple sino que se disminuyen mucho más. Respecto al resto de 6

7 parámetros en la mayoría de casos también se cumplen y en ocasiones se reducen mucho más que lo que establece la directiva. DISCUSIÓN Los resultados obtenidos con este sistema muestran la eficacia como método de depuración de aguas residuales de una forma natural y económica, con un gasto mínimo de energía y un mantenimiento sencillo. En el caso de necesitar una depuración más completa o compleja por la composición de las aguas residuales se puede complementar con otros sistemas, o bien ampliar la superficie de plantación de macrofitas. En ciertas aplicaciones y épocas de año sería adecuado un sistema de apoyo para mejorar la reducción de fósforo y nitrógeno. Este método ha tenido su reconocimiento internacional en la Cumbre mundial de Kyoto donde fue Mención de honor de Acciones sobre el agua. La mayor parte de la superficie terrestre está cubierta por mares aunque entre tanta abundancia de agua nos encontramos con escasez debido a la carga de sales. Esta paradoja es una gran realidad que tenemos que admitir. Por esto, la gestión del agua es un punto clave para la sociedad actual. Esa falta de agua hace muy importante la reutilización de esta, pero problemas como vertidos tóxicos, plaguicidas y métodos ineficientes de tratamiento hacen difícil la reutilización, lo que lleva a la construcción de más embalses, transvases o desaladoras. El uso de macrofitas a escala más pequeña (urbanizaciones, industrias, centros de ocio, aeropuertos, etc.) junto al papel de las depuradoras tradicionales sería una buena gestión del agua en España. El aumento de población y economía empuja hacia arriba la demanda de recursos y energía y sin embargo, la disponibilidad de los recursos naturales decrece en cantidad y calidad. Ambos procesos avanzan por la misma vía en sentido contrario. Por eso, deberíamos optar por técnicas más innovadoras para conseguir igual o más que en la actualidad pero con menos coste de agua, suelo y energía. Un ejemplo de estas técnicas innovadoras es la energía solar o el uso de macrofitas para la depuración de aguas. Según el último informe de Desarrollo Humano de las Naciones Unidas, 1100 millones de personas carecen de agua potable en el mundo y como consecuencia de ello mueren aproximadamente 3800 niños al día debido a enfermedades relacionadas con el agua. Muchas ONGs están trabajando para elaborar proyectos que intenten mejorar la vida de muchas personas. También en países desarrollados como Estados Unidos se dan casos de enfermedades transmitidas por el agua, así pues, el tratamiento del agua es fundamental tanto para evitar problemas sanitarios como económicos y ambientales. El uso de macrofitas puede ser una técnica adecuada para reutilizar el agua y permitir su uso agrícola, industrial y urbano. Las macrofitas son una buena noticia para las poblaciones con déficit hídrico ya que con técnicas innovadoras se puede regenerar parte de los recursos. CONCLUSIONES El agua es un recurso muy preciado y necesario por lo cual la regeneración de agua es fundamental debido al gran consumo por parte del hombre. Las macrofitas en flotación son un sistema de depuración de aguas respetuoso con el medio ambiente y con numerosas ventajas. Este método provoca la reflexión sobre las técnicas actuales que se aplican sobre el medio ambiente. En la actualidad, las administraciones públicas apuestan por grandes infraestructuras muchas veces ineficientes y no se piensa en soluciones a escala más pequeña como macrofitas en flotación. AGRADECIMIENTOS 7

8 Se agradece la invitación al encuentro internacional sobre las oportunidades de negocio en el medio ambiente (ECOFIRA) a Manolo Gil que forma parte de la dirección de dicho evento y a la empresa Macrofitas S.L por la autorización del uso de fotos y datos y por la revisión del trabajo. REFERENCIAS ECOFIRA CD García, E Medio ambiente y sociedad. Alianza editorial, Madrid, 129 pp. Madigan,T Brock. Biología de los microorganismos. Pearson editorial, Madrid, 934 pp. 8