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Nature-based solutions - Sustainable water management

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HUMEDALE COSTRUIDOS PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES

Los humedales naturales se han utilizado durante varios siglos para el tratamiento de las aguas residuales producidas por núcleos poblacionales y por algunas actividades productivas. Pero en la mayoría de los casos los pantanos se utilizaban como una especie de zona de acumulación antes del desagüe en el cuerpo hídrico receptor final y no como verdaderos sistemas de tratamiento, con la consiguiente degradación irreversible de la calidad de los pantanos causada por el vertido incontrolado y por la inexistencia de una evaluación de impacto debido a las aguas contaminadas. De hecho, históricamente los humedales han sido considerados como lugares insanos e inaptos a la vida humana, y por eso, mientras que predominó la visión antropocéntrica, fueron dejados de lado también por el mundo científico.

En los últimos treinta años hemos asistido a un neto aumento del interés y a un cambio radical en la consideración de los humedales (Williams 1990). Se han identificado los varios beneficios debidos a los humedales entre los cuales están la posibilidad de abastecimiento de agua (recarga de los acuíferos, utilización para agua potable y para el riego), la buena funcionalidad para el control hídrico (cajas de expansión para fenómenos torrenciales), el aprovechamiento para actividades de extracción (yacimientos de arena, grava y turba), el uso de las plantas situadas en ellos (materias primas para productos alimenticios, cosméticos y farmacéuticos, forraje, madera, producción de papel y de cartón, material para cubrimientos, fertilizantes), la presencia de animales en libertad (aves acuáticas migratorias, abrevaderos para muchas especies), la presencia de peces e invertebrados (gambas, cangrejos, ostras, mejillones, almejas), la posibilidad de utilización para producciones integradas (por ejemplo piscicultura junto al cultivo de arroz), el control de los fenómenos erosivos y de desertificación y la gran contribución a la biodiversidad, la posibilidad de utilización como fuentes energéticas (hidroeléctrica, solar, bombas de calor, producción de gas y combustibles líquidos y sólidos), y finalmente las actividades educativas y recreativas (Mitsch & Gosselink 1986, Sather et al 1990, Whigham & Brinson 1990).

Los humedales naturales están caracterizados por una extrema variabilidad de sus componentes funcionales, haciendo virtualmente imposible la previsión de las consecuencias de la llegada de aguas contaminadas y la traslación de los resultados de un lugar a otro. Aunque se observen mejoras significativas en la calidad de las aguas residuales durante sus fluencia en los humedales naturales, no es posible prever una precisa cuantificación de las capacidades de tratamiento (Brix 1993). Sobre estas bases se han desarrollado, a partir de la mitad de los años setenta, varias experiencias de utilización planificada y bien controlada del poder autodepurativo de algunos humedales naturales para alcanzar objetivos fijados de calidad del agua y, sobre todo, de "reconstrucción" o "creación" de humedales estudiados propiamente para el tratamiento de las aguas residuales. De hecho la tendencia ha sido la de preservar los humedales naturales existentes y proyectar y construir humedales especiales para el tratamiento depurativo.

                            


La aplicación de humedales construidos (Constructed Wetlands) para el tratamiento de las aguas residuales representa ya una elección ampliamente utilizada en la mayor parte del mundo. Muchas actividades de investigación se han hecho en Universidades y Centros ingleses, daneses, alemanes, estadounidenses, austriacos, franceses, etc., que llevan casi quince años haciendo experimentaciones sobre plantas piloto a escala real y una vez individuados, modelos y cinéticas de proceso, utilizando datos obtenidos mediante los seguimientos, que tienen en cuenta las condiciones climáticas de las áreas de intervención, de los diferentes tipos de agua residual tratada y de los tipos de plantas utilizadas.

Los humedales artificiales ofrecen de hecho un mayor nivel de control, permitiendo una precisa evaluación de sus eficacia en base al conocimiento de la naturaleza del sustrato, de los tipos vegetales y de los recorridos hidráulicos. Además los humedales artificiales ofrecen ventajas respecto a los naturales, como por ejemplo la elección del sitio, la flexibilidad en el dimensionamiento y las geometrías, y, la más importante, el control de los flujos hidráulicos y de los tiempos de retención.

En estos sistemas las sustancias contaminantes son quitadas por medio de una combinación de procesos químicos, físicos y biológicos, entre los cuales la sedimentación, precipitación, asimilación por las plantas y la actividad microbiana son las más eficaces (Brix 1993).

Algunos humedales naturales todavía son utilizados para el tratamiento de las aguas residuales (Kadlec & Tilton 1979, Chan et al 1982, Olson 1993) pero, de momento, en todo el mundo es más difuso y eficaz la utilización de humedales artificiales (Reddy & Smith 1987, Hammer 1989a, Cooper & Findlater 1990, Moshiri 1993, Bavor & Mitchell 1992, Kadlec & Brix 1995, Kadlec & Knight 1996, Vymazal et al. 1998).

Lo sistemas de tratamiento de las aguas contaminadas mediante humedales artificiales, en nuestro País llamados plantas de "fitodepuración", son obras de ingeniería, proyectadas y construidas para reproducir los procesos naturales autodepurativos en un ambiente mayormente controlable.

La primera experiencia de este tipo es del 1952, año en el que Seidel empezó una serie de experimentaciones en el Max Planck Institute di Plon (Seidel 1955). Han sido necesarios casi veinte años de investigaciones para llegar en el 1977 a la primera planta de fitodepuración a escala real, construida en Othfresen (Alemania) para el tratamiento de aguas residuales urbanas (Kickuth 1977).

 

En Italia hace poco tiempo se han realizado sistemas naturales para la depuración de las aguas residuales, dimensionados aplicando modelos americanos y europeos , o en algunos casos , improvisando; esto ha creado por un lado nuevas perspectivas de acercamiento al problema de la depuración de las aguas, por otro, ha generado algunas dudas debidas al mal funcionamiento o bajas eficacias respecto a las estimadas, de esto tipo de planta.

A partir de investigaciones efectuadas sobre plantas realizadas en Italia surge, por un lado la falta frecuente de un acercamiento metodológico-científico en la fase de proyectación, por otro, los datos del seguimiento de las plantas a menudo tienen escasa documentación y, si presente, resulta, en la mayoría de los casos, efectuada de manera discontinua.

 

En esta situación es mayormente necesario, sobre todo durante las fases de proyectación, considerar los tipos de plantas a través de un acercamiento multidisciplinar (químico, biológico, hidráulico y paisajístico) evitando aproximaciones y estandarizaciones.

Teniendo en cuenta todo eso, es deseable, en un futuro próximo, una atención mayor por parte de los comitentes, tanto públicos como privados, y por los administradores del ciclo del agua el verificar la fiabilidad de las elecciones efectudas por los proyectistas y un mayor esfuerzo en las fases sucesivas a la de proyectación, relativos al encauzamiento y al seguimiento de las plantas.

Este último paso es fundamental para obtener datos que podrían ser comparados, elaborados y finalmente utilizados para calcular nuevas constantes cinéticas de proceso y para comprender las dinámicas de funcionamiento indispensables para la redacción de las líneas directrices de proyecto miradas a la zona del Mediterráneo

Una correcta evaluación de las posibilidades reales de aplicación de las técnicas de depuración natural, para el tratamiento "secundario" de las aguas residuales y para el tratamiento avanzado de los desechos de depuradoras con ciclo biológico oxidativo existentes, que considere los nuevos criterios de dimensionamento, constituye la herramienta ideal para alcanzar una estimación precisa de los costes de instalación, junto con la previsión de los costes de gestión que está fuertemente vinculada a problemas locales y por eso de difícil generalización.

Además, en un contexto normativo que está viendo la actual asunción de la Directiva Europea 91/271 y la revisión de los límites de calidad de los efluentes descargados, es necesario tener en cuenta la exigencia por un lado de garantizar la mayor cobertura del servicio depurativo, y por otro de modificar las plantas existentes para que se alcancen los nuevos objetivos mediante sistemas que no comporten costes de inversión y gestión elevados.

Los sistemas de fitodepuración, ilustrados próximamente, presentan tales requisitos para responder a estas exigencias.

Por otro lado es importante recordar que en la aplicación de la Ley n.36 del 5 de enero del 1994 con el fin de garantizar una buena calidad de los servicios ofrecidos, la "Autorità di Ambito Territoriale Ottimale" ( Autoridad para le gestión óptima del Territorio), además de considerar los parámetros como la calidad de las aguas potables, el nivel de cobertura del servicio, las reducciones de las pérdidas, la eficacia, de las plantas de tratamiento, las tarifas, es necesario que actúe por la tutela de los recursos hídricos para no perjudicar los equilibrios hidrológicos y de los sistemas acuáticos.

De hecho entre los principios generales de esta ley se subrayan conceptos como: "cualquier utilización de las aguas tiene que hacerse en el respeto de las espectativas y de los derechos de las futuras generaciones que disfrutarán de un patrimonio medioambiental integro" (art.1, apartado 2) y "los usos del agua se dirigen hacia el ahorro y la renovación de los recursos para no perjudicar el patrimonio hídrico, la sostenibilidad del medioambiente, la agricultura, la fauna y la flora acuáticas, los procesos geomorfológicos y los equilibrios hidrológicos" (art. 1, apartado 3).

En esta óptica los sistemas de depuración naturales, para el tratamiento secundario y el terciario de las aguas residuales, representan unas soluciones válidas capaces, mediante una gestión sencilla y económica, con óptimos rendimientos depurativos (sobre todo para parámetros como el COD, BOD5, sólidos suspendidos y sedimentables y Nitrógeno) con impacto medioambiental y consumo energético netamente reducidos respecto a otros sistemas depurativos.

Los sistemas de depuración naturales de las aguas residuales pueden aplicarse a tipos de aguas residuales muy diferentes, como viene descrito en la tabla siguiente, para tratamientos secundarios y terciarios.


TIPO DE AGUA RESIDUAL

Aguas residuales civiles

TRATAMIENTOS SECUNDARIOS

Aguas residuales mixtas

Y TERZIARIOS (o post-tratamientos)

Aguas residuales industriales

percolados de vertedero

escorrentías de carreteras y autovías

Campos de aplicación de la fitodepuración

Los tratamientos terciarios se aplican en general a las aguas residuales anteriormente depuradas en instalaciones de tipo químico-físico y/o mediante oxidación ( fangos activos, biomasas), cuyas características no satisfacen los límites impuestos por la normativa italiana y europea. Sus principales objetivos son:

  • Reducción del Fósforo
  • Reducción del Nitrógeno
  • Reducción de los metales pesados
  • Reducción de las sustancias orgánicas que tienen tiempos de biodegradabilidad lentos y necesitan por eso mayores tiempos de retención
  • Asegurar una acción de contención contra eventuales malos funcionamentos de las instalaciones tecnológicas
  • Mejorar la calidad microbiológica y química de las aguas residuales

De todas formas no hay que olvidarse que en un óptica de prevención de los recursos hídricos, sobre todo en las zonas sensibles según la Directiva Europea 91/271, es indispensable que el desagüe sea compatible con el cuerpo receptor y sin comprometer las naturales capacidades autodepurativas del sistema natural. De tal forma la aplicación de los tratamientos terciarios asume un papel de importancia fundamental.

Teniendo en cuenta además las reales dificultades operativas y de gestión de las "tradicionales" plantas de depuración debidas a las variaciones, a menudo consistentes, de las cargas hidráulicas y orgánicas que se dan en los períodos de intensas percipitaciones y de llegada de turistas, se entiende que los tratamientos terciarios puedan tener un papel de faja de contención para minimizar y amortiguar los efectos negativos (disminución del rendimiento depurativo) debidos a estos factores.

Las técnicas de fitodepuración pueden clasificarse en base al tipo de macrofitas utilizadas (Brix 1993):

  1. Sistemas de macrófitas flotantes ( Lemna minor , jacinto de agua ( Eichhornia crassipes)...);
  2. Sistemas de macrófitas arraigadas sumergidas ( Elodea,... );
  3. Sistemas de macrófitas arraigadas emergentes (anfibias) ( Phragmites australis, Typha, ... );
  4. Sistemas multiestadio (combinaciones de los tres tipos antecedentes y con interventos de baja tecnología como, por ejemplo, lagunajes o filtros de arena).

Los sistemas de macrófitas emergentes pueden clasificare según el recorrido hidráulico de las aguas residuales:

  • Sistemas con flujo superficial (FWS: Free Water System);
  • Sistemas con flujo sumergido horizontal (SFS-h o HF: Subsurface Flow System - horizontal);
  • Sistemas con flujo sumergido vertical (SFS-v o VF: Subsurface Flow System - vertical).

Para profundizar: TEXTOS ACONSEJADOS