los humedales artificiales como ecosistemas
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INDICE
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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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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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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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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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• 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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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