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INGENIERO
LUIS EDUARDO MONJE
CASO COLOMBIANO
CORPORACION AUTONOMA REGIONAL
CAR
BOGOTA –COLOMBIA
HUMEDALES ARTIFICIALES
El hombre para sus diferentes actividades, requiere del recurso hídrico. Las
aguas que utiliza son evacuadas con elementos orgánicos, inorgánicos y/o
bacteriológicos, que hacen indispensable su tratamiento para minimizar su
impacto en el suelo, aguas superficiales y subterráneas o para reutilizarlas en
riego u otros usos alternativos.
Concientes de lo anterior, se pensó en una alternativa de tratamiento biológico
natural de aguas residuales por medio de humedales artificiales, siendo objeto
de motivación la eficiencia de remoción, fácil operación, funcionamiento
hidráulico, requerimiento de pequeñas áreas, aspecto que disminuye cantidad
de obra, posibilita la utilización de materiales de la región minimizando costos
de construcción y operación, no requiere de energía convencional, reduce el
impacto sobre ambientes acuáticos por exceso de sustancias nutrientes,
reduce impactos visuales en áreas afectadas por vertimientos líquidos de
caudales residuales, destacando así su efectividad y limpieza en el tratamiento.
APLICACIONES DEL SISTEMA BIOLÓGICO
Las poblaciones óptimas recomendadas para llevar a cabo este tratamiento
biológico corresponden a un máximo de 2000 habitantes, siendo beneficiadas
pequeñas comunidades presentes en la jurisdicción de la Corporación y otras
zonas del país como:
4 Territoriales; inspecciones de policía, corregimientos y veredas
nucleadas.
4 Institucionales; colegios escuelas, universidades, casas de rehabilitación,
plazas de mercado, batallones, cárceles ubicadas en áreas suburbanas y
rurales.
4 Actividad agropecuaria; sector agroindustrial, granjas avícolas, porcícolas,
fincas ganaderas y cafeteras.
4 Turística y recreacional; parcelaciones, clubes campestres, zonas de
camping, entre otras.
En esta tecnología de carácter biológico, los procesos que intervienen en la
depuración son principalmente el metabolismo bacteriano y la sedimentación,
con la ayuda de la reducida velocidad que suministra el flujo generando
tiempos de retención largos posibilitando de esta manera la decantación de
sólidos suspendidos.
Humedal natural de la conejera (santafé de Bogotá)
Humedal artificial construido en el club rincón grande (Santafé de Bogotá)
1. Oxidación ; 2. Reducción ; 3. Volatización ; 4. Adsorción ; 5. Sedimentación ; 6.
Precipitación ; 7. Alimentación vegetal ; 8. Formación de turba. Fuente: An introduction to wetlands wastewater treatment and potencial western Canadian applications. p.6.
Procesos naturales de la remoción de contaminantes
MECANISMOS DE REMOCIÓN
Los principales mecanismos de remoción en humedales artificiales se muestran
en la siguiente tabla :
Mecanismos de remoción
Parámetros Mecanismos de remoción
SÓLIDOS SUSPENDIDOS Sedimentación/filtración
DBO Degradación microbiana (aerobia y
anaerobia) ; sedimentación (acumulación de materia orgánica)
NITRÓGENO Amonificación seguida de nitrificación y desnitrificación por microorganismos.
FÓSFORO Absorción del suelo (reacciones de adsorción-precipítación con aluminio, hierro, calcio y minerales) y absorción
por parte de las plantas.
PATÓGENOS Sedimentación/filtración ; muerte
natural ; radiación ultravioleta.
TIPO DE VEGETACIÓN UTILIZADA EN LOS HUMEDALES
El tipo de vegetación que se desarrolla sobre lugares anegados, húmedos y/o
suceptibles a inundaciones son llamadas macrófitas, de las cuales algunas de
ellas son utilizadas en los humedales.
La vegetación acuática está constituida por las plantas que germinan en
condiciones de humedad considerable y que desarrollan su ciclo vegetativo, por
lo menos en parte, dentro del agua.
De acuerdo con el hábitat o medio de vida, las macrófitas se clasifican en tres
grandes grupos :
Fuente : EPA (1993) Constructed wetlands for wastewater treatment. P.112.
Tipo de vegetación utilizada en los humedales artificiales
VEGETACIÓN EMERGENTE
Son plantas enraizadas en los sedimentos y se desarrollan sobrepasando la
superficie, a este tipo pertenecen:
Tipos de vegetación emergente
Familia Especie Género Nombre común Typhaceae Tifáceas Typha Juncos Poaceae Gramíneas Phragmites Chuscal
Scirpoideae Ciperáceas Scirpus Juncos Juncaceae Juncáceas Juncos Juncos
Juncos
Chuscal
VEGETACIÓN FLOTANTE
Este tipo de plantas se encuentra sobre el agua, manteniendo sus raíces
sumergidas, sin estar fijas a un soporte, a este tipo pertenecen:
Tipos de vegetación flotante
Familia Especie Género Nombre común
Eichhorniceae Pontederiáceas Eichhornia Buchón de agua Lemnaceae Lemnáceas Lemna Lenteja Azollaceae Pinnatáceas Azolla Helecho de agua
Lenteja de agua
Helecho de agua
VEGETACIÓN SUMERGIDA
Estas plantas se encuentran enraizadas en los sedimentos y toda la planta se
desarrolla dentro de la columna de agua, a este grupo pertenecen:
Tipos de vegetación sumergida
Familia Especie Género N. ComúnPotamogetonaceae Potamogetonáceas Potamogeton Gualola Ceratophyllaceae Ceratofiláceas Ceratophyllun Trompa Hidrocharitaceae Hidrocaridáceas Elodea Elodea
Las anteriores especies vegetales clasificadas en emergentes, flotantes y
sumergidas se encuentran en forma natural en la Sabana de Bogotá,
especialmente los Juncos y Chuscal, ésta última se localiza en regiones
como la Orinoquía y Amazonía con fácil adaptabilidad a climas fríos y
templados. Estas a su vez son utilizadas en los humedales artificiales para
tratamiento de aguas residuales domésticas.
Función de las colonias microbianas
La principal característica de los humedales, es que sus funciones están casi
que exclusivamente reguladas por los microorganismos y su metabolismo. Las
propiedades retentivas de las partículas del suelo de los sedimentos se rigen
por las condiciones oxidantes y reductoras del microambiente, que a su vez es
controlado principalmente por el metabolismo bacteriano el cual se regula por
la composición química, cantidad de materia orgánica, nutrientes, entre otros.
Debe reconocerse también que la biomasa microbiana es un gran sumidero de
materia orgánica y nutrientes. La masa de la microbiota, con sus altas tasas de
reproducción y crecimiento, en la enorme superficie de detritus y partículas de
suelo es muy grande. Bajo condiciones anaeróbicas una porción significativa de
esta masa se entierra y descompone a tasas bastante lentas.
Con respecto a la microbiota de los humedales, se tiene la propensión hacia el
reciclaje de nutrientes esenciales, incluyendo carbono. La productividad
fotosintética de las algas y cianobacterias puede ser muy alta.
La asimilación de nutrientes por parte de las algas y bacterias es el primer
paso; una vez obtenidos, los nutrientes son retenidos por la comunidad,
incorporados en el detritus orgánico o inorgánico y reciclados. Un nuevo
crecimiento se sustenta por las altas cargas que contenga el agua residual a
tratar, por ello la microbiota funciona como un reciclador efectivo de nutrientes.
Los nutrientes críticos como el fósforo son retenidos dentro de la comunidad.
Láminas filtrantes
Es una combinación de un sistema de filtrado conformado por el sustrato de
crecimiento y la planta Phragmites communis o Chuscal (especie macrófitas),
la que tiene como ventaja el uso de cada una de sus secciones para realizar la
remoción (a flujo subsuperficial).
Fuente : Folleto Tecnoskandia. Ltda. Sistema de láminas filtrantes
Dicho sustrato está generalmente constituido por material inerte como roca,
grava, arena y biomasa.
La permeabilidad del sustrato, junto con el gradiente hidráulico, contribuyen a
determinar el régimen hidráulico y las condiciones necesarias para mantener el
flujo en el sistema. Adicionalmente, permite una acción de filtración mecánica y
conforma junto con el conjunto de raíces de las macrófitas, el sustrato para la
adherencia de la película biológica integrada por bacterias, hongos, protozoos,
pequeños metazoos (alrededor de 1000 bacterias/gr), responsable de la
depuración, aprovechando así la alta actividad biológica de la planta
Phragmites communis conocida comúnmente como chuscal.
El oxígeno es transportado a través de los poros de la planta hasta las raíces
de la misma, a fin de aumentar la actividad biológica.
El sistema se compone básicamente de un sedimentador primario que remueve
sólidos suspendidos y grasas, de una piscina impermeabilizada de
aproximadamente 60 cm de profundidad requerida para la especie vegetal.
Fuente : EPA (1993) Wetlands for wastewater treatment. P.112.
Corte ilustrativo de un sistema de laminas filtrantes con su respectiva pendiente
Vista en planta del humedal artificial.
PROCESO CONSTRUCTIVO
Excavación del terreno
Impermeabilización del área proyectada para el humedal y distribución de
tubería
Distribución del sustrato orgánico e inorgánico
Siembra y distribución de la especie vegetal en el humedal
Vista final del proceso constructivo del humedal
Completa adaptabilidad de la planta en el sistema.
RECOMENDACIONES
∗ El sistema de humedales como alternativa de tratamiento debe
considerarse como sostén ecológico, barrera viva y aislamiento para
evitar contaminación visual y paisajística.
∗ La construcción de humedales artificiales de flujo subsuperficial es
preferible para evitar malos olores y propagación de vectores; al implantar
sistemas a flujo superficial es importante la siembra de árboles de la
región que sirvan como cerca viva además evitando que el viento
propague los olores a posibles viviendas cercanas.
∗ Los residuos vegetales del mantenimiento del sistema puede utilizarse
para compost o abono.
∗ A la unidad de tratamiento primario se le debe realizar un mantenimiento
periódico (cada 6 meses o cada año) para la remoción de lodos
decantados, evitando así efectos de taponamiento en el humedal, además
si no se cuenta con un terreno para el secado y disposición final de estos,
mediante operarios puede ser distribuido de manera uniforme en el
humedal artificial en donde va a servir como abono para las plantas y al
mismo tiempo se estará tratando el lixiviado producido en el lodo ya que
este escurrirá por el sustrato.
∗ Las especies vegetales a implantar en el sistema deben ser en lo posible
nativas de la zona, evitando la necesidad de un proceso de adaptación e
irrigación permanente reduciendo así los costos de mantenimiento.
∗ Los climas tropical y subtropical son los que poseen mayor potencial para
el uso de los humedales, no obstante en regiones frías como en la sabana
de Bogotá, sistemas construidos con chuscal han dado buenos resultados
en cuanto a adaptabilidad de la especie vegetal y eficiencia. En pleno
funcionamiento, sistemas a flujo subsuperficial se encuentran en el Club
campestre Guaymaral, Club Rincón Grande, Colpapel, y en clima cálido
(municipio de Ricaurte) centro vacacional.
∗ Los climas tropical y subtropical son los mas ideales a implantar el
sistema debido a que la temperatura afecta la velocidad de las reacciones
bioquímicas, la toma de nutrientes será mucho mas baja por parte de la
biomasa y plantas aplicado el sistema en climas fríos.
∗ Las tormentas pueden afectar en parte la eficiencia del tratamiento, la
vegetación y estructuras del humedal; para ello deben diseñarse diques y
vertederos para que soporten la erosión causada por las diferentes
variables climáticas como lluvia y viento.
∗ Los humedales construidos de una zona se pueden interconectar
mediante canales con rondas revegetalizadas para obtener un mayor
tiempo de retención, y un mejor sistema de drenaje además de servir
como fuente potencial de agua tratada para el ecosistema.
∗ Las aguas tratadas en el sistema también se pueden usar para alimentar
humedales naturales así como para reservorios que se tengan para
operaciones agropecuarias y riego de pastizales para ganado.
∗ Para una población de 1000 habitantes con un caudal residual a tratar de
170m³/día se necesitaría aproximadamente un área transversal de 34m²,
un área superficial de 2962m², obteniendo un largo de 80m y un ancho de
43 m. Estas dimensiones se requieren para lograr una eficiencia del
sistema de un 90%.