los humedales artificiales como ecosistemas

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Page 1: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

INDICE

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Page 2: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

1. INTRODUCCIÓN

La depuración de aguas residuales es un tema de gran importancia para controlar los

riesgos de polución y por lo tanto es necesario buscar alternativas que permitan mejorar

las condiciones de los líquidos para poderse verter a fuentes naturales. Existen diferentes

tecnologías que presentan ventajas y desventajas dependiendo del contexto entre las

opciones tecnológicas se encuentran los humedales artificiales.

Los humedales artificiales consisten en estanques de poca profundidad, en los que se

implantan especies vegetales adaptadas a la vida acuática y su funcionamiento se

fundamenta en tres principios básicos: la actividad bioquímica de microorganismos, el

aporte de oxígeno a través de los vegetales durante el día y el apoyo físico de un lecho

inerte que sirve como soporte para el enraizamiento de los vegetales, además de servir

como material filtrante.

El comportamiento de los humedales artificiales es el resultado de un entramado complejo

de procesos físicos, químicos y biológicos, siendo de extrema importancia la actuación e

interacciones con el agua residual, de los componentes vivos del sistema:

microorganismos, hongos, algas, vegetación (plantas superiores).

Las bacterias intervienen en procesos esenciales para el buen comportamiento del

sistema. Así pues, son responsables de la degradación de la materia orgánica y de la

remoción de la contaminación orgánica por intervenir en la liberación de compuestos

gaseosos del carbono hacia la atmósfera (anhídrido carbónico, metano).

También desempeñan una función esencial en el ciclo del nitrógeno, ya que hidrolizan el

nitrógeno orgánico y lo transforman hacia formas asimilables para las plantas (ion amonio

y nitrato); además, la actividad de ciertas bacterias anaerobias conduce a la

desnitrificación, el cual se libera hacia la atmósfera.

Mientras que las partes de las plantas que están en contacto con el influente, actúan

como soporte pasivo de microorganismos y crean en sus proximidades ambientes

propicios para el desarrollo de estos; es decir, las plantas crean una enorme área

superficial para el desarrollo de ‘bio-películas’, en las que crecen bacterias, protozoos, y

algas microscópicas

En relación con otros sistemas de depuración tecnológicos, los humedales artificiales

tienen las ventajas de bajo coste, mantenimiento sencillo. Sin embargo presentan

limitaciones, ya que requieren amplias superficies de terreno y que no son apropiados

para determinadas aplicaciones, como por ejemplo el tratamiento de aguas industriales.

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Page 3: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

2. FITORREMEDIACION ACUÁTICA

Existen diferentes sistemas biotecnológicos para depurar ambientes contaminados uno de

ellos es la fitorremediacion, este representa una serie de tecnologías que resulta ser

alternativa, sustentable y de bajo costo y presenta un impacto ambiental mínimo, para la

restauración de ambientes y efluentes contaminados que se basan en el uso de plantas

para recuperar ambientes en deterioro tales como el agua, suelo e incluso el aire. El

principio básico consiste en destruir o modificar los materiales contaminantes con el fin de

disminuir su peligrosidad o dejen de serlo por completo.

En la actualidad la denominada Fitorremediacion Acuática se refiere exclusivamente a

la utilización de plantas acuáticas que tengan la capacidad fisiológica y bioquímica para

absorber, retener o degradar dichas sustancias a formas menos toxicas. Las cuales

pueden ser manejadas adecuadamente y volverse útiles, debido a su capacidad para

remover y acumular diversos tipos de contaminantes, además, su biomasa puede ser

aprovechada como fuente de energía forraje y fibra.

Los primeros sistemas de tratamiento de aguas residuales a base de plantas se

implementaron en los países europeos a principios de 1960, utilizando juncos o carrizos.

Desde entonces, los sistemas de fitorremediación acuática se han perfeccionado y

diversificado, y su aceptación y aplicación cada vez es mayor. La fitorremediación

acuática tiene la ventaja de que se pueden remover, in situ, diferentes tipos de metales

que se hallen con bajas concentraciones en grandes volúmenes de agua.

2.1. TIPOS DE PLANTAS ACUATICAS:

Actualmente el uso de plantas acuáticas para los procesos de biodegradación

para el tratamiento y posterior reutilización de las aguas residuales, son algunas

opciones para mejorar la calidad y aumentar la eficiencia de los sistemas de

tratamiento, por ello las plantas utilizadas en los sistemas de fitorremediación

acuática se clasifican en tres grupos:

Emergentes

Flotantes

sumergidas.

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Page 4: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Figura 1. Tipos de Plantas, de izquierda a derecha: emergentes, raíces flotantes, sumergidas y de libre flotación.

Las plantas acuáticas emergentes

Son plantas anfibias que viven en aguas poco profundas, arraigadas en el

suelo, y cuyos tallos y hojas emergen fuera del agua, pudiendo llegar hasta

alturas de dos o tres metros.

Ejemplos: Carrizo (Phragmites communis), platanillo (Sagitaria latifolia) y

tule (Thypa dominguensis).

Son plantas vivaces cuyas hojas se secan en el invierno, rebrotando en

primavera a partir de órganos subterráneos como los rizomas, que

persisten durante el periodo frío.

Estas plantas, intermedias entre las terrestres y las acuáticas propiamente

dichas, son muy vigorosas y productivas, ya que aprovechan las ventajas

de los dos medios, el terrestre y el acuático: no sufren limitaciones de agua

y tienen un mayor acceso a la luz que las plantas sumergidas. Por otra

parte, están adaptadas para tolerar las condiciones de falta de oxígeno que

se producen en un suelo encharcado, ya que poseen canales o zonas de

aireación (aerenquima) que facilitan el paso del oxígeno de las hojas a las

raíces.

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Page 5: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Figura 2. Humedal artificial con Phragmites communis “Carrizo”

Las plantas acuáticas flotantes

La utilización de plantas flotantes es uno de los sistemas más usados, y se

subdividen en dos grupos:

a) Plantas de libre flotación (no fijas): sus tallos y hojas se desarrollan

sobre la superficie del agua. Sin embargo, sus raíces no están fijas en

ningún sustrato y cuelgan en la columna de agua.

Sus estructuras vegetativas y reproductivas se mantienen emergentes.

Ejemplos: lirio acuático (Eichhornia crassipes), lenteja de agua (Lemna spp.

y Salvinia minima).

Figura 3. Plantas de libre flotación: Lemna spp en el humedal.

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b) Plantas de hoja flotante (fijas): tienen sus hojas flotando sobre la

superficie del agua, pero sus raíces están fijas en los sedimentos. Ejemplo:

nenúfares (Nymphaea elegans y Nymphoides fallax). Poseen un sistema de

raíces, que pueden tener microorganismos asociados a ellas que favorecen

su acción.

Plantas acuáticas sumergidas

La vegetación acuática sumergida se desarrollan debajo de la superficie

del agua o completamente sumergidas manteniendo todos sus órganos

vegetativos en especial los reproductores por debajo de la lámina de agua,

pero también existen ciertos casos en que los órganos reproductores

pueden emerger o quedar por encima de la superficie de agua. Ejemplos:

bejuquillo. Son plantas muy interesantes en los humedales naturales a

causa de su efecto oxigenador en la columna de agua, al estar los órganos

asimiladores sumergidos, el oxígeno liberado por fotosíntesis pasa

directamente al agua. Pudiendo actuar como un factor mitigante, por

ejemplo reduciendo los impactos corriente abajo tal el caso de los

pesticidas tras una afluencia y un factor movilizante por ejemplo la re

movilización de contaminantes de sedimentos que influyen en la

distribución de los contaminantes orgánicos en el medio ambiente. Se

encuentran especies muy comunes como Ranunculus aquatilis  (ranúnculo

de agua) y Potamogeton spp.

3. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE PLANTAS PARA LA

FITORREMEDIACIÓN:

La eficiencia de remoción de contaminantes durante el proceso de fitorremediación

dependerá principalmente de la especie de planta utilizada, el estado de crecimiento de

las plantas, su estacionalidad y el tipo de CONTAMINANTE a remover. Por lo mismo,

para lograr buenos resultados, las plantas a utilizar deben tener las siguientes

características:

• Ser tolerantes a altas concentraciones de metales.

• Ser acumuladoras de metales.

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Page 7: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

• Tener una rápida tasa de crecimiento y alta productividad.

• Ser especies locales, representativas de la comunidad natural.

• Ser fácilmente cosechables.

Tener que alcanzar la mayor biomasa posible, para conseguir una mayor asimilación del

nutriente, igualmente han de poseer un vigoroso sistema radicular para facilitar el

crecimiento de la biopelícula y el de la propia planta.

Poseen un buen sistema y aporte de oxigeno hacia las raíces para facilitar la nitrificación y

los procesos aeróbicos.

4. FUNCIONES DE LAS PLANTAS EN LOS SISTEMAS DE

FITORREMEDIACIÓN ACUÁTICA

En general, los mecanismos involucrados en la remoción de contaminantes de aguas

residuales son de tres tipos: físicos (sedimentación, filtración, adsorción, volatilización),

químicos (precipitación, hidrólisis, reacciones de óxido-reducción o fotoquímicas) y

biológicos (resultado del metabolismo microbiano, del metabolismo de plantas, de

procesos de bioabsorción).

Uno de los principales procesos que ocurren en el tratamiento de aguas residuales, es la

degradación de la materia orgánica que llevan a cabo los microorganismos que viven

sobre y alrededor de las raíces de las plantas. Los productos de degradación son

absorbidos por las plantas junto con nitrógeno, fósforo y otros minerales. A su vez, los

microorganismos usan como fuente alimenticia parte o todos los metabolitos desechados

por las plantas a través de su raíz. Otro fenómeno importante es el relacionado con la

atracción electrostática entre las cargas eléctricas de las raíces de las plantas con las

cargas opuestas de partículas coloidales suspendidas, las cuales se adhieren a la

superficie de la raíz y posteriormente son absorbidas y asimiladas por las plantas y los

microorganismos. Además, las plantas tienen la capacidad de transferir oxígeno desde

sus partes superiores hasta su raíz, produciendo una zona aeróbica en sus alrededores

que favorece los distintos procesos que ocurren durante el tratamiento de aguas

residuales domésticas.

Como se ha mencionado, las raíces de las plantas sirven primeramente como sustrato

para la comunidad microbiana, cuya actividad reduce significativamente el contenido de

sólidos suspendidos, los niveles de nitrógeno y el consumo de oxígeno.

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Page 8: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Posteriormente, las propias plantas, a través de sus actividades metabólicas, se encargan

de asimilar, transformar y acumularlos diferentes tipos de contaminantes.

5. SISTEMA DE FITORREMEDIACIÓN ACUÁTICA: HUMEDALES

CONSTRUIDOS O ARTIFICIALES.

Los humedales artificiales reproducen la dinámica de los humedales naturales, y como

estos constituyen delicados ecosistemas que combinan procesos físicos, químicos y

biológicos en un medio diseñado, construido y manejado por el hombre.

Los humedales son áreas que se caracterizan por tener un suelo saturado de agua y una

comunidad viviente (plantas y animales) adaptados a la vida acuática o a un suelo

saturado. El término humedal se usa para definir áreas que tienen tres componentes

típicos:

• Presencia de agua: el área permanece inundada periódicamente con una profundidad

menor de un metro.

• Suelos característicos: clasificados como hídricos.

• Vegetación: prevalecen las plantas macrófitas adaptadas a las condiciones hidrológicas

y del suelo.

En los humedales artificiales el flujo de agua es más estable, el tiempo de retención está

controlado y la carga contaminante es más elevada. La influencia de los parámetros

climáticos como la precipitación, radiación y temperatura en el comportamiento el

humedal es importante. Las temperaturas bajas hacen que se retarden los procesos

biológicos, pero en cambio no afectan a procesos físicos como la filtración y

sedimentación.

Existen dos tipos de humedales artificiales desarrollados para el tratamiento de aguas

residuales: los de flujo superficial y los de flujo subsuperficial. A continuación se explicará

cada uno de ellos.

Humedal artificial de flujo superficial

Consiste en canales con la superficie del agua expuesta a la atmósfera y el fondo

constituido por suelo relativamente impermeable, o con una cubierta impermeable,

vegetación emergente y niveles de agua poco profundos que oscilan entre 0.1 y 0.6

metros. El tratamiento se produce durante la circulación lenta del agua a través de los

tallos y raíces de la vegetación.

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Page 9: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Este sistema se puede dividir, de acuerdo con el tipo de macrófitas en: Sistemas con

macrófitas flotantes y Sistemas con macrófitas sumergidas.

Sistemas con macrófitas flotantes: formados por grandes lagunas con bajos

niveles de agua y provistas de plantas macrófitas que flotan libremente en la

superficie. Sus raíces sumergidas tienen un buen desarrollo.

Figura 4. Humedal de flujo superficial con macrófitas flotantes

Sistemas con macrófitas sumergidas: compuestos por lagunas con bajo nivel

de agua y plantadas con plantas macrófitas cuyo tejido fotosintético está

totalmente sumergido. Estas plantas solo crecen bien en aguas que contienen

oxígeno disuelto, por lo cual no se utilizan para aguas residuales con alto

contenido de materia.

Figura 5. Humedal de flujo superficial con macrófitas sumergidas

Humedal artificial de flujo subsuperficial

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Page 10: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Este tipo de sistemas con macrófitas emergentes que consiste en un filtro biológico

relleno de un medio poroso (por ejemplo piedra volcánica, grava), en el cual las plantas

macrófitas se siembran en la superficie del lecho filtrante y las aguas residuales

pretratadas atraviesan de forma horizontal o vertical el lecho filtrante, en estos sistemas el

nivel del agua se mantiene por debajo de la superficie del medio granular.

Estos humedales se clasifican a su vez en humedales artificiales de flujo horizontal y

humedales artificiales de flujo vertical, según la manera como las aguas residuales pre

tratadas atraviesen el lecho filtrante.

Humedales de flujo horizontal

En este tipo de humedal las aguas residuales fluyen lentamente desde la zona de

distribución en la entrada dela pila, en una trayectoria horizontal a través del lecho

filtrante, hasta la superficie de recolección del efluente.

Figura 6. Humedal subsuperficial de flujo horizontal

Humedal artificial de flujo vertical :

Aquí las aguas pretratadas se distribuyen de manera uniforme e intermitente sobre

la superficie del lecho filtrante y luego percolan hacia la zona de recolección.

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Page 11: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Figura 7. Humedal subsuperficial de flujo vertical

La eliminación de patógenos se da por adsorción sobre las partículas del sustrato así

como por el efecto deletéreo que sobre los organismos patógenos ejercen los antibióticos

producidos por las raíces de las plantas y por la acción depredadora de bacterias y

protozoos.

6. LOS HUMEDALES ARTIFICIALES COMO ECOSISTEMAS

Los humedales artificiales reproducen la dinámica de los humedales naturales, y como

éstos, constituyen delicados ecosistemas, que combinan procesos físicos, químicos y

biológicos en un medio diseñado, construido y manejado por el hombre. La principal

diferencia con respecto a los humedales naturales, es el grado de control que puede

ejercerse sobre los procesos inter vinientes.

Algunos de los aspectos diferenciales con respecto a los humedales naturales, son el

hecho de que el flujo de agua es más estable –no está sometido necesariamente a

fluctuaciones estacionales–, el tiempo de retención está controlado por el operador, y la

carga contaminante es más elevada.

El comportamiento de los humedales artificiales es el resultado de un entramado complejo

de procesos físicos, químicos y biológicos, siendo de extrema importancia la actuación e

interacciones con el agua residual, de los componentes vivos del sistema:

microorganismos, hongos, algas, y vegetación (plantas superiores).

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6.1. Microorganismos y organismos inferiores heterótrofos

En este apartado se incluyen pequeños organismos heterótrofos que tienen cometidos

indispensables para la depuración del agua residual, como bacterias, protozoos,

actinomicetes, hongos.

Las bacterias intervienen en procesos esenciales para el buen comportamiento del

sistema. Así pues, son responsables de la degradación de la materia orgánica y de la

remoción de la contaminación orgánica por intervenir en la liberación de compuestos

gaseosos del carbono hacia la atmósfera (anhídrido carbónico, metano). También

desempeñan una función esencial en el ciclo del nitrógeno, ya que hidrolizan el

nitrógeno orgánico y lo transforman hacia formas asimilables para las plantas (ion

amonio y nitrato); además, la actividad de ciertas bacterias anaerobias conduce a la

desnitrificación, que consiste en la reducción del ion nitrato a nitrógeno gaseoso, que

se libera hacia la atmósfera.

Otros procesos en los que participan bacterias son la reducción de compuestos de

azufre a sulfuros y la oxidación de sulfuros.

Los protozoos son muy abundantes en las aguas residuales de tipo orgánico. Son

importantes organismos en la cadena trófica del sistema, ya que al alimentarse de

bacterias, regulan la población bacteriana responsable de la descomposición de la

materia orgánica. Otros aspectos a destacar son su contribución a flocular sólidos

orgánicos en suspensión del agua residual y la excreción.

Con carácter general los hongos son organismos descomponedores de la materia

orgánica. Los hongos que se encuentran en los humedales (actinomicetes y otros) son

mayoritariamente organismos saprofíticos que se nutren de restos de organismos –

restos de alimentos, residuos de plantas–, contribuyendo, por tanto, a reducir la carga

orgánica contaminante del sistema.

6.2. Algas

La presencia de algas en los humedales es inherente a su condición de hábitats

húmedos. Las algas, al realizar la función fotosintética, contribuyen a crear ambiente

aerobio liberando oxígeno propicio para procesos oxidativos de la carga contaminante.

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Page 13: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Figura 8. Sistema radicular de Typha spp afectado por la proliferación de algas

Sin embargo, la proliferación incontrolada de algas, que puede ocurrir cuando en el

medio hay un exceso de nitratos y fosfatos (eutrofización), no es deseable, porque

puede ocasionar efectos perniciosos en el sistema. Entre otros efectos, cabe señalar el

aumento de los sólidos en suspensión, turbidez, bloqueo del paso de la luz a través de

la columna de agua, competencia por nutrientes con plantas superiores acuáticas y

afección a las raicillas de la vegetación del humedal.

6.3. Vegetación

La vegetación desempeña papeles múltiples en el buen funcionamiento del sistema. Se

trata tanto de actuaciones activas derivadas de la actividad fisiológica de la vegetación

como actuaciones pasivas, en las que no intervienen éstos, sino procesos físicos por

efecto de la presencia de las plantas en el sistema.

6.3.1. Actuación pasiva de la vegetación en la depuración

En el balance global de las funciones que desempeña la vegetación en los

humedales artificiales, los procesos físicos suponen la función más importante de

las plantas para la eficacia depuradora del sistema.

En primer lugar las macrofitas pueden ejercer funciones de desbaste, reteniendo los

sólidos gruesos arrastrados por el agua residual.

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Page 14: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

También, por actuar de barrera física para el flujo del agua residual, reducen la

velocidad del influente, lo que favorece la floculación la sedimentación de partículas

en suspensión.

Por otra parte, las partes de las plantas que están en contacto con el influente,

actúan como soporte pasivo de microorganismos y crean en sus proximidades

ambientes propicios para el desarrollo de estos; es decir, las plantas crean una

enorme área superficial para el desarrollo de ‘bio-películas’, en las que crecen

bacterias, protozoos, y algas microscópicas.

6.3.2. Procesos activos de la vegetación en la depuración

El intercambio gaseoso desde las hojas hacia la zona radicular en contacto con el

agua residual, y la extracción de contaminantes del agua. Las plantas adaptadas a

vivir en aguas con elevada carga orgánica, utilizando su propia energía procedente

en última instancia de la energía solar captada por fotosíntesis, son capaces de

enviar el oxígeno del aire hasta sus raíces a través de un sistema conductor muy

especializado. Esto favorece la degradación de la materia orgánica del entorno de

las raíces por medio de los microorganismos que viven asociados al sistema

radicular de la planta.

Oxigenación del medio

La presencia de lenticelas, pequeñas aberturas en hojas y tallos, permite que el aire

entre dentro de la planta, pero lo que es más importante es el desarrollo de un tejido

especializado con grandes espacios huecos interconectados, el aerénquima, que

permite la convección de gases a través de toda la longitud de la planta,

Finalmente, por intercambio gaseoso en las raíces se libera oxígeno al medio,

redundando en la creación de un microambiente aerobio en el agua próxima a las

raíces. Este microambiente estimula el desarrollo de microorganismos aerobios

responsables de la degradación de la materia orgánica, resultando en la disminución

de la carga contaminante del sistema

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Page 15: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

7. PROCESOS DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES EN LOS HUMEDALES.

Antes de introducir el agua residual en los humedales artificiales es necesario eliminar o

reducir el contenido de algunos contaminantes presentes en el agua bruta.

En primer lugar, se realiza un pre-tratamiento para eliminar sólidos gruesos, arenas,

materias flotantes y grasas (desbaste, desarenador, desengrasador). Después se realiza

un tratamiento primario que tiene por objeto reducir el contenido en sólidos totales y en

suspensión y materia orgánica. A continuación el agua residual podría introducirse en el

sistema de humedal artificial para su tratamiento secundario, cuyo objeto es la eliminación

de la materia orgánica biodegradable.

7.1. Sólidos en suspensión

Se denominan sólidos en suspensión a aquellos sólidos que quedan retenidos en un

filtro estandarizado. Los procesos que conducen a su remoción dependen del tipo de

humedal.

En los sistemas de flujo de agua libre (flujo superficial) los sólidos en suspensión se

eliminan por mecanismos de floculación/sedimentación y filtración/intercepción.

La sedimentación ocurre por efecto de la gravedad. Mientras que la floculación ocurre

naturalmente por unión de partículas cargadas eléctricamente que colisionan entre sí,

bien por el discurrir del agua, o bien por efecto de las partes sumergidas de las plantas.

En los sistemas de flujo sub-superficial la remoción de sólidos en suspensión es muy

eficaz debido a que la velocidad del flujo del influente está ralentizada y hay una gran

superficie proporcionada por el lecho de arena y grava.

7.2. Materia orgánica

La materia orgánica que llega en el influente puede encontrarse en forma de partículas,

coloides o disuelta.

En los procesos biológicos intervienen organismos vivos (micro y macroscópicos) e

influyen de manera drástica factores como la disponibilidad de oxígeno, el pH del

medio, y la temperatura.

La materia orgánica biodegradable sirve como sustrato a múltiples organismos para

desarrollarse.

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Page 16: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Las reacciones de hidrólisis son fundamentales para transformar la materia orgánica

sólida-en forma de partículas-, en compuestos orgánicos de más bajo peso molecular,

que resultan más fácilmente atacables por microorganismos

En condiciones aerobias, los productos finales son compuestos oxidados de nitrógeno

y azufre, anhídrido carbónico y agua. En condiciones anaerobias, se producen ácidos

orgánicos y alcoholes, y cuando ocurre metanogénesis los productos finales son

metano, anhídrico carbónico e hidrógeno.

7.3. Nitrógeno

El nitrógeno está presente en las aguas residuales en forma de nitrato (NO3-), nitrito

(NO2-), amonio (NH4+) y nitrógeno orgánico.

Los procesos de remoción del nitrógeno en los humedales artificiales son de tipos

físico-químicos y biológicos

7.3.1. Procesos físico-químicos de remoción de nitrógeno

Un proceso fisico-químico a indicar es el desprendimiento de amoníaco gaseoso

(volatilización), por efecto de la variación del pH del agua. El pH puede subir en

puntualmente en momentos de alta actividad fotosintética, y en condiciones

determinadas de temperatura y alcalinidad el ión amonio pasa a amoníaco gas, que

puede desprenderse del sistema.

7.3.2. Procesos biológicos de remoción de nitrógeno

En relación a los procesos biológicos, o procesos en los que media la intervención

organismos vivos, hay que mencionar: amonificación, nitrificación, desnitrificación,

fijación de nitrógeno y asimilación por las plantas.

La amonificación, también denominada hidrólisis o mineralización del nitrógeno

orgánico, consiste en la transformación biológica del nitrógeno que está en la

materia orgánica a nitrógeno amoniacal, proceso que ocurre durante la degradación

de la materia orgánica

La nitrificación es el proceso de conversión biológica del amonio a nitrato por parte

de microorganismos aerobios nitrificantes, suspendidos en el agua o situados en las

biopelículas de las superficies sumergidas. El proceso se realiza en dos fases; la

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Page 17: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

primera es la oxidación del amonio a nitrito por bacterias del género Nitrosomona, y

la segunda, la del nitrito a nitrato por bacterias del género Nitrobacter.

Figura 9. Diagrama del metabolismo del nitrógeno

La desnitrificación, o reducción del nitrato a nitrógeno gaseoso, se produce en

condiciones anaerobias por microorganismos –bacterias heterótrofas– que utilizan el

nitrato como aceptor de electrones y el carbono orgánico como donante electrónico.

El carbono puede proceder bien de la contaminación orgánica del influente o bien de

los restos de plantas y otros organismos.

La desnitrificación tiene lugar, principalmente, en los sedimentos del humedal y en

biopelículas de zonas con muy bajo oxígeno disuelto y con alta disponibilidad de

carbono.

El proceso de asimilación del nitrógeno gas N2 a nitrógeno orgánico se denomina

fijación del nitrógeno, y se realiza por organismos que contienen enzima

nitrogenasa, como algunas bacterias y algas verde-azuladas, en condiciones

anaerobias o aerobias.

El proceso de extracción de N por las plantas consiste en la asimilación de formas

inorgánicas del nitrógeno para formar compuestos orgánicos nitrogenados

estructurales de la planta.

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Page 18: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

Como se sabe, el nitrógeno es un macronutriente indispensable para las plantas;

cuanto mayor es la tasa de crecimiento de la planta mayor es la extracción de

nitrógeno. Ademas, hay que tomar en cuenta que las plantas acumulan el nitrógeno

principalmente en sus órganos vegetativos verdes (hojas, tallos).

En los sistemas de flujo subsuperficial, los procesos físicos de separación del

nitrógeno orgánico asociado a los sólidos en suspensión son muy eficaces, ya que

el lecho de grava/arena proporciona una gran superficie de interceptación.

El nitrógeno orgánico sufre amonificación, y el amonio liberado, si está al alcance de

las raíces, puede ser asimilado por las plantas; en caso contrario, discurre con el

flujo del agua hacia la salida.

7.4. Fósforo

Se encuentra en las aguas residuales en forma de fosfatos, ya sea disuelto o en

partículas.

El fósforo inorgánico del agua residual procede generalmente de productos de

limpieza; otra fuente posible son los fertilizantes agrícolas.

7.4.1. Procesos biológicos de transformación de los fosfatos

El fósforo orgánico disuelto, fósforo orgánico en partículas y fósforo insoluble no

están disponibles para las plantas, a menos que sean transformados en fósforo

inorgánico soluble. En el humedal estas transformaciones pueden ocurrir por la

intervención de microorganismos que se hayan suspendidos y en biopelículas sobre

superficies de plantas emergentes y en los sedimentos.

Una vez solubilizado, puede ser asimilado por plantas y otros organismos –

bacterias, algas– y por tanto, ser temporalmente retirado del agua.

7.5. Patógenos

Las aguas residuales pueden contener un amplio espectro de organismos patógenos,

entre los que se incluyen helmintos, protozoos, hongos, bacterias o virus. Sin embargo,

para caracterizar rutinariamente el grado de contaminación del agua únicamente se

realiza la determinación de un grupo de microorganismos que sirva como índice de

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Page 19: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

contaminación fecal, ya que la caracterización completa sería inabordable

económicamente.

El indicador más común utilizado es el recuento de coliformes fecales.

En consecuencia, la mayor parte de los patógenos no sobrevive por falta de adaptación

al medio; otros desaparecen por organismos depredadores, o si están próximos a la

superficie del agua, por efecto de la radiación ultravioleta. En cambio, otros patógenos

como virus y protozoos que se dispersan por esporas, son más resistentes. Por ello, en

función del destino del efluente del humedal puede ser necesario hacer un tratamiento

de desinfección antes de su descarga.

7.6. Metales traza

El influente de los humedales artificiales puede contener metales traza que haya que

eliminar en el sistema. Algunos metales son necesarios en una cierta cantidad -que

depende del metal para el crecimiento de plantas y animales, pero en cantidades altas

pueden resultar tóxicos, como por ejemplo, el cromo, cobalto o cobre.

Cuando se sabe que el agua residual tiene contaminación significativa por metales, es

necesario llevar a cabo tratamientos específicos de descontaminación, que exceden a

los objetivos de los humedales artificiales de tratamiento de aguas residuales de

población.

Algunos de esos tratamientos involucran métodos biológicos, y se denominan

genéricamente ‘biorremediación’.

Los procesos biológicos de remoción de metales se basan en la extracción por plantas,

algas y bacterias. En el caso de las macrofitas, la extracción se realiza a través del

sistema radicular, y la capacidad de extracción depende del tipo de metal y de la

especie vegetal que se trate. Para similar capacidad de extracción, cuanta más

biomasa pueda formar la planta mayor será la cantidad absoluta que se habrá

eliminado del sistema.

8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE HUMEDALES ARTIFICIALES

En relación con otros sistemas de depuración tecnológicos, los humedales artificiales

tienen las ventajas de bajo coste, mantenimiento sencillo, eficaz capacidad depuradora de

aguas residuales con contaminación principalmente orgánica, y bajo impacto visual de las

instalaciones, porque la vegetación proporciona una apariencia natural. Entre sus

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Page 20: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

limitaciones se pueden indicar que requieren amplias superficies de terreno y que no son

apropiados para determinadas aplicaciones, como por ejemplo el tratamiento de aguas

industriales con alta contaminación inorgánica. Los humedales artificiales son

especialmente apropiados para el tratamiento de aguas residuales de pequeñas

poblaciones, en donde se suelen dar las circunstancias de bajo coste del terreno y mano

de obra no altamente tecnificada.

FLUJO SUPERFICIAL

FLUJO

SUBSUPERFICIAL

OPERACIÓN Opera con baja carga orgánica. Altas tasas de carga

orgánica.

OLOR Puede ser controlado No existe

COSTO

Menor costo en relación al subsuperficial.

Mayor costo debido

al material granular

que puede llegar a

incrementar.

VALOR

ECOSISTEMA

Mayor valor como ecosistema para la vida

salvaje, el agua es accesible a la fauna.

Menor valor como

ecosistema para la

vida.

USOS

GENERALES

Son de restauración y creación de nuevos

ecosistemas.

Tratamiento de

aguas residuales.

OPERACIÓN Son tratamientos adicionales a los sistemas

convencionales (usadas para tratamiento

terciario y mejoramiento de la calidad del

agua).

Puede usarse como

tratamiento

secundario.

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Page 21: Los Humedales Artificiales Como Ecosistemas

9. CONCLUSIONES

La fitorremediacion es una forma de solución limpia y económica para el uso

apropiado de aguas residuales, podemos tratar grandes cantidades de agua

contaminadas de una manera fácil y eficiente, utilizando plantas nativas del lugar que

se puedan encontrar con facilidad el territorio.

Las plantas macrófitas ayudan a purificar las aguas, las cuales pueden ser utilizadas

si se sabe usar los recursos naturales y económicos como debe de ser para el

beneficio de la sociedad.

Los sistemas de flujo superficial son aquellos donde el agua circula preferentemente

a través de los tallos de las plantas y está expuesta directamente a la atmósfera.

De forma indirecta, el medio granular contribuye a la eliminación de contaminantes,

porque sirve de soporte de crecimiento de las plantas y colonias de microorganismos

que llevan a cabo la actividad biodegradadora (biopelículas).

Los principales microorganismos presentes en la biopelícula de los humedales son:

bacterias, levaduras, hongos y protozoarios.

Los principales mecanismos de remoción de nitrógeno en humedales construidos son

la nitrificación y la denitrificación, que ocurren en diferentes zonas del sustrato.

Los principales contaminantes en el agua residual entra en las siguientes categorías:

nitrógeno, fosforo, organismos patógenos, metales pesados, y trazas organicas.

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10. BIBLIOGRAFÍA

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CONCLUSIONES

La fitorremediacion es una forma de solución limpia y económica para el uso apropiado de aguas residuales, podemos tratar grandes cantidades de agua contaminadas de una manera fácil y eficiente, utilizando plantas nativas del lugar que se puedan encontrar con facilidad el territorio.

Las plantas macrófitas ayudan a purificar las aguas, las cuales pueden ser utilizadas si se sabe usar los recursos naturales y económicos como debe de ser para el beneficio de la sociedad.

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Los sistemas de flujo superficial son aquellos donde el agua circula preferentemente a través de los tallos de las plantas y está expuesta directamente a la atmósfera.

De forma indirecta, el medio granular contribuye a la eliminación de contaminantes, porque sirve de soporte de crecimiento de las plantas y colonias de microorganismos que llevan a cabo la actividad biodegradadora (biopelículas).

Los principales microorganismos presentes en la biopelícula de los humedales son: bacterias, levaduras, hongos y protozoarios.

Los principales mecanismos de remoción de nitrógeno en humedales construidos son la nitrificación y la denitrificación, que ocurren en diferentes zonas del sustrato.

Los principales contaminantes en el agua residual entra en las siguientes categorías: nitrógeno, fosforo, organismos patógenos, metales pesados, y trazas organicas.

Las plantas tienen la capacidad de transferir oxigeno desde sus partes superiores hasta su raíz, produciendo una zona aeróbica en sus alrededores que favorece los distintos procesos que ocurren durante el tratamiento de aguas residuales domesticas.

REFERENCIAS

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