Humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales

¿Qué es un humedal?

Se consideran humedales, «las extensiones de marismas, pantanos y turberas, o superficies cubiertas de aguas, sean éstas de régimen natural o artificial, permanentes o temporales, estancadas o corrientes, dulces, salobres o saladas. Los humedales artificiales en depuración de aguas residuales pueden ser de agua marina y su profundidad en marea baja no supera los seis metros» (Fuente: Convenio Ramsar).

En las zonas denominadas «humedales» viven y se desarrollan distintos tipos organismos (animales y vegetales) adaptados a estas condiciones de inundaciones. En este tipo de ecosistema se desarrollan ciertos procesos físicos y químicos capaces de depurar el agua ya que eliminan grandes cantidades de materia orgánica, sólidos en suspensión, y minerales (nitrógeno, fósforo,…) e incluso productos tóxicos (plomo, mercurio,…).

Los humedales artificiales, como su propio nombre indica, son zonas inundadas construidas por el hombre.  En estas zonas se generan los procesos físicos, químicos y biológicos de eliminación de contaminantes que ocurren normalmente en los humedales naturales.

¿Qué son los humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales?

Los humedales artificiales son sistemas de depuración en los que se reproducen los procesos de tratamiento de agua, en concreto, de reducción de contaminantes que tienen lugar en los humedales naturales.
Los humedales artificiales pertenecen a las denominadas tecnologías no convencionales, o tecnologías de bajo consumo de tratamiento de agua residual.
Estos sistemas de tratamiento de agua se están implantando en numerosos municipios de España, y sin duda, parece una magnifica opción para municipios y pequeñas poblaciones con un número de habitantes equivalentes inferior a 2000.

La idea fundamental es que los metales pesados, el carbono, y el fósforo de las aguas residuales queden inmovilizados en el sedimento del humedal de manera permanente. Su funcionamiento es similar a un espacio natural. Estos humedales artificiales permiten depurar el agua filtrando los desechos en un espacio reducido y controlado

Estructura de un humedal artificial

La formación de un humedal artificial requiere un conocimiento técnico y un personal altamente cualificado. De manera muy sencilla, podemos resumir que las tres partes fundamentales de un humedal son:

• • el sustrato o material granular: tiene la función de soporte a la vegetación y posibilita la fijación de la biopelícula bacteriana que intercede en la gran mayoría de los procesos de eliminación de contaminantes orgánicos de las aguas residuales.
  • las plantas: en su mayor parte son plantas macrófitas emergentes que intervienen en a la oxigenación del sustrato radical y a la eliminación de contaminantes por absorción.
  • el agua: el agua residual con alta carga de contaminación aporta el alimento a las plantas y después de atravesar el humedal pierde esa DBO5, solidos en suspensión, y retorna al cauce en unos parámetros de calidad superiores al inicio del tratamiento.

Tipos de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales

Los humedales artificiales se clasifican en función del modelo de circulación del agua:

Humedales artificiales de flujo superficial (HAFS)

El agua circula libremente por la superficie a través de tallos, raíces y hojas caídas, donde se desarrolla la película bacteriana encargada de la eliminación de contaminantes. Generalmente, son instalaciones de varias hectáreas, constituidas por balsas o canales de vegetación emergente y con un nivel de agua poco profundo (inferior a 0,4 metros). La entrada de agua residual es continua (o intermitente si precisa bombeo). Se emplean principalmente como tratamiento de afino, recibiendo efluentes de un tratamiento secundario anterior.

Humedales artificiales de flujo subsuperficial (HAFSs)

En estos tipos de humedales el agua discurre de forma subterránea por los espacios intersticiales del lecho filtrante y en contacto con los rizomas y raíces de la vegetación del humedal. En este tipo de depuración actúa en mayor medida la acción del suelo. La profundidad del sustrato filtrante es del orden de 0,5-1,0 metros.

En ambos casos, pueden dividirse en horizontales o verticales según la dirección en la circula el agua residual.

Funcionamiento de un humedal artificial

El funcionamiento de un humedal artificial para el tratamiento de aguas residuales está basado en los procesos que suceden de forma natural en el medio ambiente. Los sistemas que provocan la depuración de las aguas residuales se basan en los diversos principios, de los cuales cabe destacar:

• • • Eliminación de materia orgánica: sucede por sedimentación y filtración de particulas entre los espacios de grava y las raices. En este proceso intervienen diversos microorganismos (esencialmente bacterias). Los microorganismos que se desarrollan pueden ser aerobios o anaerobios.
    • Eliminación de sólidos en suspensión: se debe a fenómenos de filtración entre el sustrato y las raíces. Los sólidos en suspensión son eliminados en los cinco primeros metros de distancia desde la entrada. Normalmente, se logran valores del efluente inferiores a 20 mg/l.
    • Eliminación de organismos patógenos: tiene lugar mediante la adsorción sobre partículas del sustrato. También intervienen la acción depredadora de bacteriófagos y protozoos que habitan en el sustrato. Habitualmente, se logra una reducción de dos ordenes logaritmicos de los coliformes fecales.
    • Eliminación de nitrógeno: normalmente, se encuentra en forma de nitrógeno orgánico o amoniacal. En estas condiciones se generan procesos de nitrificación-desnitrificación desarrollados por diferentes microorganismos. El aumento de la poda de las plantas del humedal aumenta los rendimientos en este aspecto.
    • Eliminación de fósforo: sucede al contactar el fluido que contiene el fosforo, influente, y el sustrato. En estas circunstancias se producen fenómenos de adsorción que sujetan el fosforo, si bien esta reducción es muy baja.

Se requiere al menos un año para que el desarrollo de la vegetación sea efectiva, y las colonias de microorganismos formen un ecosistema que permitan la eliminación de los contaminantes del efluente.

Sistema de francés de humedales artificiales

Los humedales artificiales de tratamiento de aguas se han desarrollado en los últimos años en Europa, destacando el impulso de paises como Francia y Alemania. El denominado sistema fránces tiene la caracteristica de no emplear un sistema de tratamiento primario. Las aguas residuales pasan por un sistema de desbaste manual y son repartidas directamente sobre el material filtrante de las balsas.

La ventaja más importante es que la eliminación de los fangos se realiza aproximadamente cada 8 años. Esto implica una gran reducción de los costes de mantenimiento.

También, se diferencian de los sistemas de flujo horizontal por las distintas características del material filtrante. Está compuesto por algunas capas de gravas de diámetro variable, desde una capa fina en la superficie hasta llegar a una capa de piedras sobre el sistema de drenaje del fondo.

Otra diferencia consiste en la altura de las balsas que es mayor que en los sistemas convecionales de humedales artificiales para tratamiento de aguas residuales. La modalidad de distribución del fluido sobre la superficie de las balsas, se realiza de forma intermitente. El flujo hidráulico mantiene un gradiente vertical.

La modalidad de alimentación de este sistema vertical permite una mayor oxigenación del líquido y, por lo tanto, una mayor capacidad de degradación de la materia orgánica. Además, se alcanza un mayor rendimiento en nitrificación y desnitrificación del efluente, respecto a los sistemas de flujo sumergido horizontal.

Este tipo de humedal artificial admite plantas decorativas en la superficie, ya que el proceso se realiza en la parte inferior.

Partes del tratamiento de aguas residuales con humedales artificiales con sistema frances

Los componentes del sistema frances de los humedales artificiales son:

1. Tubería de entrada de agua.

2. Arqueta de desbastes.

3. Tanque de alimentación.

4. Toma de muestras.

5. Colector de reparto.

6. Colector de recogida.

7. Tubería de salida de agua.

8. Estratificaciones de materiales filtrantes.

9. Plantas acuáticas.

10. Geotextil.

11. Geomenbrana.

12. Balsa de Fitodepuración.

Ventajas e inconvenientes de los humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales

Cada tecnología de depuración de aguas presenta unos puntos fuertes y unos puntos débiles. Los expertos en el tratamiento de aguas dominan todas las tecnologías para aplicar en cada situación la tecnología que proporcionará un mayor rendimiento, considerando todos los condicionantes del entorno.
Los humedales artificiales, son sin duda, una opción muy interesante. Por eso, actualmente, se están implantando en numerosas poblaciones que desean depurar sus aguas con una gran integración paisajística y un coste mínimo.

Ventajas

• • • Consumo energético nulo, debido a que el proceso de depuración lo realizan plantas.
      Integración ambiental excelente, porque sustituye edificios y maquinas por una plantación de macrofitas.
    • Disminución de olores. Destaca que los humedales de flujo subsuperficial el agua no está en contacto con la atmosfera y reduce drásticamente la generación de olores y mosquitos.
    • Facilidad en la explotación. Se reducen las averías al carecer de equipos mecánicos, y la operación es menos complicada, menos peligrosa, y requiere menos medios para mantenerla en su punto óptimo.
    • Programa de mantenimiento más sencillo y fácil de seguir.

Inconvenientes

• • • Tarda más tiempo en lograr el régimen óptimo de funcionamiento. Dado que se basa en un sistema natural necesita que las plantas adquieran un grado de madurez.
    • Un mantenimiento insuficiente en los humedales de flujo subsuperficial conlleva problemas de colmatación del sustrato.
    • Requiere una superficie mayor que los sistemas de depuración convencionales.
    • Requiere grandes conocimientos en el diseño, porque después tiene pocas posibilidades de regulación en la operación de la estación depuradora.
    • Las plantas pueden ser alimento de ciertos animales, por lo que se debe controlar que no accedan al interior de la parcela.

Mantenimiento de humedales artificiales de flujo subsuperficial

Hay numerosos aspectos que se deben controlar para obtener el máximo rendimiento en la depuración de aguas de una EDAR con un humedal artificial de flujo subsuperficial. No obstante, analicemos los 5 puntos más importantes:

• • • Se debe evitar el acceso de animales que se alimenten de macrófitas como jabalíes, ovejas, incluso algunas aves como la focha común.
    • Mantenimiento del sustrato. El sustrato es una pieza clave en el humedal, por eso se debe evitar su compactación y saturación. Para ello, es recomendable realizar las mínimas pisadas y controlar el interior del humedal mediante inspecciones frecuentes desde el perímetro. También es conveniente el uso de herramientas extensibles para acometer ciertas operaciones desde el exterior del sustrato.
    • Limpieza de los sistemas de distribución. Una buena distribución del agua residual favorecerá el crecimiento regular de todas las plantas del humedal y con ello un aumento del rendimiento de la depuración. Además alargará la vida útil del sustrato.
    • Se debe prestar atención al estado vegetativo de las plantas para evitar plagas y enfermedades. En este aspecto, es fundamental una detección precoz para actuar en los estados iníciales. Esta situación debe estar prevista en el programa de trabajo.
    • Lectura de las analíticas de afluente y efluente. El buen comportamiento del humedal implicará un rendimiento adecuado de la DBO, DQO y sólidos en suspensión. Cualquier anomalía en uno de estos parámetros debe ser señal de alarma ante un posible problema en el humedal. La frecuencia de toma de muestra y análisis de aguas estará contemplado en el plan de operación y mantenimiento de la EDAR.

Casos de éxito en humedales artificiales construidos

Existen numerosas referencias entre las que podemos destacar:

• • • EDAR Aeropuerto Adolfo Suarez-Barajas: situada en Madrid, está diseñada para 500 habitantes equivalentes.
    • EDAR Dormea: situada en Galicia da servicio a 200 habitantes equivalentes.

Otras depuradoras de este tipo han sido licitadas este año, y pronto veremos sus resultados como la: EDAR de Cabezuela, EDAR de Santa María de Nieva-Nieva, y EDAR de Villaverde de Íscar.

Los humedales artificiales: una depuración de aguas sostenible

El modelo de humedales artificiales es un complemento ideal para la depuración de aguas residuales convencional. Este modelo supone generar una lámina con aguas residuales ricas en materia orgánica que se ajuste a las necesidades adecuadas a cada terreno. Los humedales artificiales permitirían complementar y solucionar los déficits que no cubren las instalaciones tradicionales.

El menor gasto energético de este sistema natural de depuración favorece los criterios de sostenibilidad, y ayuda a los municipios a tratar una mayor calidad de agua. Esto repercute directamente en la calidad del efluente y favorece una mejora del estado de los rios y los ecosistemas fluviales.

Otros países como EEUU y la República Checa han implementado sistemas basados en la ingeniería ambiental, que combinan la depuración convencional con humedales de aguas grises.

   Integración ambiental

La tecnología de tratamiento de aguas basado en humedales artificiales, presenta una magnifica integración visual y paisajística. Además de la función de saneamiento de aguas residuales genera unos espacios naturales protegidos con habitat para la fauna (especialmente aves). Por estos motivos, gozan de una gran aceptación social.

   Espacios protegidos

Estos humedales también constituyen una solución ante el caso de Parques Naturales y espacios protegidos. Sin lugar se trata de una opción a considerar en lugares donde se pretenda incrementar el número de visitantes, incluso de construir zonas servicio público como restaurantes, tiendas y aseos.

El caso de Las Tablas de Daimiel, uno de los humedales más característicos de Castilla La Mancha. Este humedal natural ha tenido una capacidad “cuando funcionaba bien” de producir una gran cantidad de materia orgánica. Sin embargo, no le ha supuesto ningún problema porque esta se precipitaba y quedaba acumulada en el fondo en forma de turba.

En lugares con una reducida cantidad de agua residual, el humedal puede tener la capacidad de degradación de materia orgánica, a la vez que logra la cantidad necesaria de agua para pasar la época estival.

Coincide que en la época de verano, hay multitud de espacios naturales que reciben un mayor número de visitas, mientras que en invierno se reduce de manera considerable. En estos lugares no es viable la construcción de una depuradora convencional, ya que la marcada estacionalidad provocaría que trabajará fuera de rango la mayor parte del año. Esto implica un coste económico inasumible y una calidad del efluente por debajo del mínimo requerido.

Los humedales artificiales aportan un enfoque distinto a otros sistemas de depuración. Podemos concluir que estamos ante un nuevo sistema de depuración sostenible de aguas.

   Pantanos artificiales

Una variante en investigación dentro de los humedales son los pantanos artificiales con escasa profundidad. Las lineas de investigación buscan aumentar la capacidad de depuración de aguas residuales evitando fenómenos de eutrofización que causan daños en el ecosistema fluvial.

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