L’aigua al planeta

La gestió adequada dels recursos hídrics és essencial en un món on l’aigua dolça, vital per a la supervivència humana, és un recurs limitat. Per comprendre la magnitud d’aquesta situació, podem començar examinant la distribució global de les formes d’aigua.

El 97,5% de l’aigua a la Terra és salada, deixant tot just un 2,5% com a aigua dolça. D’aquest percentatge, el 69,5% es troba a l’Antàrtida, Groenlàndia i altres àrees gelades, com els glaciars o el permafrost. El 30,1% restant constitueix aigües subterrànies.

En resum, només el 0,4% de l’aigua del planeta és aigua superficial dolça, i aquesta es distribueix entre la humitat del sòl (67,4%), els aiguamolls naturals (20,7%) i l’atmosfera (9,5%). Sorprenentment, només l’1,6% d’aquesta fracció és aportada pels rius, representant un mínim 0,1% de l’aigua total del planeta. [1]

L’aigua potable, essencial per a la vida quotidiana, esdevé cada vegada més escassa. A Espanya, el consum mitjà és de 133 litres per habitant i dia, segons les últimes dades de l’INE de 2020, xifra que pot variar significativament en diferents regions del món. [2] L’OMS estima que 100 litres d’aigua per persona i dia són necessaris per viure còmodament.

Davant d’aquest escenari, és necessari dur a terme una gestió responsable dels recursos hídrics i això passa per dos objectius fonamentals:

– Reduir el consum, reutilitzar en la mesura del possible, contaminar el mínim indispensable i aprofitar recursos que fins ara no s’estaven tenint en compte.

– Disposar d’una aigua de més qualitat i més saludable per a l’ésser humà.

La problemàtica de les aigües residuals

Les aigües residuals no tractades poden ocasionar greus problemes ambientals i sanitaris, com infeccions bacterianes (febres tifoidees, salmonel·losi, còlera, gastroenteritis), infeccions víriques (gastroenteritis, hepatitis A) o parasitosis (coccidis, amebes, hidatidosi, cisticercosi, nematodosi).

Des del punt de vista ambiental, la contaminació de les aigües no només elimina una bona part de la vegetació i fauna autòctona aquàtica, sinó que també ocasiona desequilibris generalitzats a tot l’ecosistema terrestre que depèn d’aquests recursos.

L’excés de matèria orgànica i nutrients en l’aigua (nitrogen i fòsfor) condueix a l’eutrofització, és a dir, l’esgotament d’oxigen i la mort de la majoria dels éssers vius, mentre que la presència de metalls pesants i altres compostos tòxics produeixen enverinaments i bioacumulació.

Existeixen infinitat de sistemes coneguts per a la devolució de la matèria orgànica al medi ambient; algunes filosofies parteixen de la base de minimitzar aquestes aigües negres o bé reaprofitar-les per al creixement d’espècies vegetals d’interès per a l’home.

Un altre criteri consisteix a portar el concepte de separativitat d’aigües fins a l’últim extrem, podent arribar a tenir 5 circuits d’aigua diferents: aigües pluvials, aigua de xarxa, aigües grogues, aigües grises i aigües negres.

A més, es poden implementar sistemes que eliminen la generació d’aigües residuals, com és el cas de l’anomenat vàter sec, que converteix les fems en compost gràcies a la seva barreja amb cendres o serradures.

Bacteris en aigües residuals

Els bacteris s’utilitzen com a indicadors de contaminació fecal en les aigües, sent la més utilitzada l’Escherichia coli. Una persona adulta pot excretar diàriament fins a 2.000.000.000 de bacteris coliformes al dia. Destaca la presència també de salmonel·les i el Vibrio Cholerae, causant del còlera. Finalment, també apareixen protozous i paràsits com cucs.

Sistemes de tractament d’aigües residuals

A causa d’aquesta problemàtica al voltant de les aigües residuals, en les àrees urbanes el tractament d’aigües és una necessitat imperativa i es realitza mitjançant sistemes convencionals, comunament coneguts com EDAR (estacions de depuració d’aigües residuals).

Aquestes instal·lacions permeten el tractament eficient de grans volums d’aigua utilitzant superfícies de sòl relativament reduïdes, encara que a costa d’un elevat consum d’energia, els costos de la qual solen recaure en els residents locals. No obstant això, aquesta necessària aportació activa d’energia sol provenir de fonts renovables, començant pel fet que un 30-40% del consum prové del propi biogàs que es produeix durant el procés de depuració, i la resta pot consistir en energia elèctrica renovable (eòlica, hidràulica, fotovoltaica…).

Les poblacions rurals no han adoptat tradicionalment pràctiques de depuració d’aigües residuals, ja que històricament aquest procés es duia a terme de manera natural en rierols o rius que voregen els seus assentaments en ser la població molt menys densa i els residus menors a causa d’un model de vida diferent.

A diferència de l’elevada densitat de les àrees urbanes, les zones rurals disposen d’àmplies superfícies, la qual cosa ha permès desenvolupar una sèrie de «sistemes tous» per al tractament d’aigües residuals en comunitats petites.

Els anomenats sistemes tous de depuració són mètodes que solen ser menys costosos i sofisticats pel que fa a operació i manteniment que els convencionals, amb un consum energètic relativament baix.

Dins d’aquests sistemes, els «fitosistemes» destaquen per la seva característica principal: la utilització de l’energia solar a través de processos biològics naturals, com la fotosíntesi. Aquesta metodologia reemplaça l’ús d’energia activa que requereixen els sistemes de depuració de les EDAR de les grans poblacions, proporcionant així una alternativa més sostenible i adequada per a entorns rurals.

Què és la fitodepuració?

La fitodepuració és un mètode natural, eficient i econòmic per depurar les aigües residuals que imita el mecanisme natural de la vegetació que filtra i absorbeix els constituents de l’aigua residual. Així, recrea el mateix funcionament que en la natura tenen els aiguamolls naturals, que comentàvem que constitueixen el 20,7% del 0,4% de l’aigua del planeta, a través de la creació d’un entorn aquàtic amb macròfits en flotació, una sèrie de plantes aquàtiques com poden ser les espigues d’aigua, els nínfols… Aquestes plantes, mitjançant processos biològics i fisicoquímics, depuren progressivament l’aigua residual fins a assolir el nivell òptim de depuració per, posteriorment, abocar-la al medi.

Així, existeixen una sèrie de fitosistemes de baix consum en energia convencional i, per tant, de baix cost, però que requereixen una gran superfície de terreny per habitant, per poder utilitzar de forma adequada l’energia solar a través de les algues o dels vegetals aquàtics que són els que produiran l’oxigen necessari per al creixement de la població microbiana que degradarà una gran part de la matèria orgànica. Entre aquests sistemes hi ha els llacunatges (algues i bacteris suspesos en l’aigua), filtres verds basats en espècies herbàcies o llenyoses i aiguamolls artificials, en els quals entrarem en detall al llarg d’aquest article.

Fitosistemes de tractament d’aigües residuals per a petites comunitats

En la cerca de solucions sostenibles i eficients per al tractament d’aigües residuals en petites comunitats, els fitosistemes han sorgit com una alternativa prometedora.

Aquests sistemes aprofiten la capacitat natural de les plantes per purificar l’aigua, transformant les deixalles orgàniques en nutrients essencials per al creixement vegetal. L’aplicació de fitosistemes en un projecte específic requereix una acurada consideració de diversos factors clau com el consum, la pluviometria, la disponibilitat del terreny, normatives…

Consum d’aigua: El primer pas en la implementació d’un fitosistema és avaluar el consum d’aigua de la comunitat. Aquesta anàlisi proporciona informació essencial sobre la mida necessària del sistema i la capacitat de tractament requerida. Un disseny adequat garanteix que el fitosistema pugui gestionar eficientment la càrrega d’aigües residuals, assegurant resultats òptims.

Pluviometria: La quantitat de pluja a la regió és un factor crucial per determinar l’eficàcia d’un sistema de fitodepuració. La pluviometria afecta directament la disponibilitat d’aigua per al tractament i regeneració del sistema. En àrees amb estacions seques prolongades, s’han d’incorporar solucions d’emmagatzematge i gestió de l’aigua per garantir un funcionament continu.

Disponibilitat del terreny: La topografia i la qualitat del sòl són elements determinants en la selecció del lloc per instal·lar un fitosistema, ja que la disposició del terreny ha de permetre un flux adequat d’aigües residuals a través del sistema.

Sistemes de pretractament

Desbast: El desbast, una fase essencial dels fitosistemes, implica un tipus específic de filtratge mecànic dissenyat per eliminar partícules grans i sòlids gruixuts presents en l’aigua residual. Aquest procés actua com la primera barrera, preparant l’aigua per a etapes posteriors de tractament.

Desarenadors: Els desarenadors són components clau en el pretractament, destinats a l’eliminació de sorres i sediments més fins. En eliminar aquestes partícules, s’evita que obstrueixin o danyin les etapes següents del sistema de fitodepuració.

Desgreixadors: Dissenyats per separar i eliminar els greixos i olis presents en l’aigua residual, els desgreixadors són essencials en la preparació de l’aigua abans d’ingressar al següent nivell de tractament. Això assegura un funcionament eficient i prolonga la vida útil del fitosistema.

Sistemes de tractament primari

Sedimentació o decantació: En la fase de tractament primari, la sedimentació i la decantació són processos crucials. La sedimentació permet que les partícules més pesades s’assentin al fons, mentre que la decantació facilita la separació addicional de sòlids sedimentables.

Flotació: Facilita l’eliminació de materials més lleugers a la superfície de l’aigua. Aquest pas contribueix significativament a la clarificació de l’aigua abans d’entrar en el sistema de fitodepuració.

Homogeneïtzació: L’aigua durant el dia arriba amb diferents càrregues, per la qual cosa resulta necessari que es vagi barrejant durant el temps que triga la fase primària, d’unes 8 a 12 h, perquè a la sortida resulti el més homogènia possible.

Aquest procés es duu a terme en un decantador, fossa sèptica, tanc polivalent o tanc Imhoff, tots ells dispositius la funció dels quals és la de sedimentar/decantar i retenir els flotants, millorant la qualitat general de l’aigua que surt del sistema amb la càrrega contaminant dissolta que es depurarà en el següent procés.

Fitosistemes de tractament d’aigües residuals

Llacunatges

Consisteix a abocar l’aigua residual sobre una sèrie de llacunes en les quals es produeix la depuració. En aquest sistema de fitodepuració, participen elements com el medi aquós, la radiació solar (ultraviolada i visible), matèria orgànica, bacteris i microorganismes, contingut d’oxigen (principalment en funció de la profunditat), profunditat (condiciona l’abast de la radiació lluminosa) i compostos inorgànics.

En funció de la profunditat, les llacunes poden classificar-se com a anaeròbies (més de 2,5 m), facultatives (entre 1,2 i 2,5 m) i de maduració (entre 0,3 i 0,6 m). Cada zona dins d’una llacuna exerceix rols específics, des d’una capa superficial aeròbia rica en oxigen, llum i alges fins a una zona profunda mancada d’oxigen on es duu a terme una digestió anaeròbia mitjançant bacteris. Cadascun dels tipus de llacunatge duu a terme processos específics que contribueixen a la purificació de l’aigua mitjançant l’acció d’algues i bacteris.

Llacunes anaeròbies: Són llacunes profundes (2,5-6 m) amb predomini anaerobi a causa de la falta d’oxigen en les capes inferiors, utilitzades per reduir la càrrega orgànica mitjançant digestió anaeròbia dels bacteris, encara que presenten l’inconvenient de produir males olors a causa de la producció d’àcid sulfhídric.

Llacunes facultatives: Són llacunes menys profundes (1,2-2,5 m) amb zones aeròbies i anaeròbies, assolint una depuració combinada per l’acció d’algues i bacteris. Aquestes llacunes eliminen significativament els nutrients, evitant així l’eutrofització de les aigües.

Llacunes aeròbies o de maduració: Són llacunes poc profundes (0,3-0,6 m) amb condicions aeròbies en tot el perfil, on es duen a terme processos de reducció de nutrients i oxigenació, encara que és cert que solen utilitzar-se després d’una altra tipologia de llacunatge per la seva capacitat de depuració reduïda.

Les llacunes de depuració són especialment adequades per a petites comunitats rurals. L’eficàcia del sistema pot adaptar-se segons la mida de la població i la càrrega orgànica, sent més idoni per a comunitats amb demandes moderades de tractament d’aigües residuals.

La meteorologia juga un paper crucial en el rendiment de les llacunes de depuració. Factors com la radiació solar, la temperatura de l’aigua i els vents impacten directament en processos com la fotosíntesi, l’aireació i la sedimentació, afectant així l’eficiència global del sistema.

Els requisits de manteniment inclouen el monitoratge regular de la càrrega orgànica, les condicions d’oxigen i la qualitat de l’aigua. A més, és essencial mantenir la vegetació aquàtica i controlar l’acumulació de llims a la zona profunda de la llacuna. El manteniment adequat assegura un rendiment òptim i la sostenibilitat a llarg termini del sistema de depuració.

Filtres verds

Els filtres verds consisteixen en superfícies de terreny amb o sense vegetació, sobre les quals s’aboca l’aigua residual, actuant com a principal element depurador el sòl i la rizosfera de les plantes, és a dir, la zona del sòl propera a les arrels de les plantes on es desenvolupa la vida microbiana.

No obstant això, presenten diverses limitacions i, en alguns casos, poden resultar contraproduents, impactant negativament en els aqüífers propers. Entre les limitacions s’inclouen la disponibilitat del terreny, la influència climàtica, la hidrologia, les característiques de l’aigua residual i la retenció eficaç de bacteris pel sòl, especialment desaconsellant cultius per a consum humà.

Reg sobre superfícies herbàcies: El reg sobre superfícies herbàcies es realitza mitjançant mètodes clàssics com aspersió, solc o gravetat, presentant desafiaments d’obstrucció en mètodes moderns com microaspersió o degoteig, per la qual cosa resulten molt importants tant els sistemes de pretractament com els de tractament primari. La depuració s’aconsegueix a través del pas de l’aigua pel sòl i l’absorció de les plantes, com pot ser un exemple el reg de zones recreatives.

Filtres verds d’espècies llenyoses: Aquests filtres utilitzen espècies de ràpid creixement adaptades a sòls humits. Pollancres i salzes, especialment vimeteres, s’empren per a la depuració i la producció de fusta o biomassa amb finalitats energètiques, una energia que es considera font renovable.

Escorrentia sobre coberta vegetal: L’escorrentia sobre coberta vegetal implica l’aplicació mitjançant sistemes d’aspersió fixos. La depuració es realitza a través de sistemes físics, químics i biològics en passar l’aigua per la vegetació en un pendent. Tot i que presenta avantatges com el baix cost d’instal·lació, requereix abundant terreny i en cas d’implementar-se malament podria comportar riscos sanitaris.

Infiltració: El sistema d’infiltració empra diversos mètodes de reg, sent més efectius la inundació i el solc. La depuració ocorre mitjançant processos biològics, físics i químics durant la filtració a través del sòl. No obstant això, hi ha un risc elevat en cas de trobar-se prop d’algun aqüífer, sent aquest un mètode pràcticament obsolet.

Aquests sistemes són més adequats per a comunitats petites o rurals, on la disponibilitat de terreny i la menor càrrega d’aigües residuals poden ser gestionades de manera efectiva. Per a poblacions més grans, s’han de considerar sistemes més complexos.

Aquests sistemes tenen impactes positius en oferir solucions sostenibles per al tractament d’aigües residuals, però és necessari tenir en compte els possibles riscos sanitaris i requereixen un maneig acurat per evitar problemes associats, com la contaminació d’aqüífers.

El manteniment implica supervisar la qualitat de l’aigua, garantir el compliment de regulacions, i en el cas de filtres verds amb vegetació, pot incloure la gestió de la vegetació i la prevenció d’obstruccions en els sistemes de reg. A més, s’ha de monitoritzar contínuament per assegurar el funcionament adequat i evitar possibles riscos ambientals i sanitaris.

Aiguamolls

Els aiguamolls són zones entollades, on prolifera una vegetació aquàtica característica perfectament adaptada a tenir tots o part dels seus òrgans submergits en el medi aquós. Poden ser naturals o artificials i la inundació pot ser temporal o permanent. Els aiguamolls utilitzats com a sistema de fitodepuració són artificials i utilitzen espècies amb les arrels arrelades al fons o substrat de l’aiguamoll (macròfites emergents) o lliures a l’aigua (macròfites flotants). Els aiguamolls artificials es divideixen en tres tipus principals, en funció del seu flux d’aigua.

Aiguamolls de flux superficial: Dissenyats per al flux visible d’aigua a la superfície. La vegetació s’adapta a condicions d’aigua poc profunda i constant, amb plantes comunes com joncs i boga contribuint a la fitodepuració.

Aiguamolls de flux subsuperficial: El flux d’aigua ocorre per sota de la superfície del sòl. Les plantes s’adapten a sòls saturats però no completament submergits. Espècies com l’espargani i la canya comuna poden prosperar, participant en la depuració de l’aigua.

Sistemes aquàtics: Dissenyats per albergar una varietat de plantes aquàtiques, imitant la diversitat d’ambients aquàtics naturals. Inclouen plantes com nenúfars, llenties d’aigua i jacints d’aigua, que exerceixen funcions específiques en la depuració de l’aigua.

Els aiguamolls artificials com a ecosistema:

Seguint els principis de la regeneració, els aiguamolls artificials repliquen la dinàmica dels naturals i constitueixen ecosistemes delicats. Resulten de la interacció entre processos físics, químics i biològics en un entorn creat i gestionat per l’ésser humà. Tot i que comparteixen similituds amb els aiguamolls naturals, la diferència clau rau en el nivell de control que pot exercir-se sobre els processos involucrats.

– Vegetació en aiguamolls artificials: La vegetació en aiguamolls, naturals o artificials, juga un paper crucial gràcies a les seves arrels i rizomes. Les plantes, en ser fotoautòtrofes, utilitzen l’energia solar per convertir el carboni inorgànic en compostos orgànics i transfereixen oxigen des de l’atmosfera a través de fulles i tiges, propiciant regions aeròbies per a l’activitat microbiana. Les plantes emergents en aiguamolls compleixen funcions essencials, com estabilitzar el substrat, absorbir nutrients i facilitar la transferència de gasos. En aiguamolls artificials, plantes com joncs actuen com a filtres naturals, contribuint a la fitodepuració en absorbir nutrients i afavorir la sedimentació. A més, aquestes plantes ofereixen hàbitats per a la fauna, enriquint la biodiversitat en aquests entorns construïts.

– Microorganismes en aiguamolls artificials: En aquests entorns, els microorganismes, principalment bacteris, llevats, fongs i protozous, exerceixen un paper fonamental en el tractament biològic. A la zona superior de l’aiguamoll, on es troba l’oxigen alliberat per les arrels de les plantes i el provinent de l’atmosfera, es formen colònies de microorganismes aerobis. A la part restant del llit granular, predominen els microorganismes anaerobis. Aquests microorganismes realitzen processos clau, com la degradació de matèria orgànica, l’eliminació de nutrients i la desinfecció. A més, gràcies a l’activitat biològica, moltes substàncies contaminants es converteixen en gasos i són alliberades a l’atmosfera.

– Algues en aiguamolls artificials: Les algues són components essencials en els aiguamolls artificials, especialment en sistemes aquàtics. Aquestes microscòpiques plantes realitzen la fotosíntesi, contribuint a l’oxigenació de l’aigua i competint amb les algues indesitjades. La seva presència equilibrada és crucial per mantenir un entorn aquàtic saludable.

– Fauna en aiguamolls artificials: La fauna en aquests ecosistemes és diversa i juga un paper crucial en l’equilibri de l’ecosistema. Inclou diverses espècies d’aus aquàtiques, insectes, amfibis i peixos adaptats a les condicions particulars d’aquests aiguamolls. La interacció entre la flora i la fauna contribueix a l’èxit de la fitodepuració i al manteniment de la qualitat de l’aigua en aquests ecosistemes construïts.

CAS D’ESTUDI: LA TORRE DEL CODINA

Un exemple d’aplicació de sistemes de fitodepuració en un habitatge aïllat és el de la Torre del Codina, una masia de turisme rural situada al municipi de Taladell, a Lleida, que funciona com a observatori d’ocells. El projecte aposta fortament per la preservació de la biodiversitat de la mà de la gestió de les aigües residuals del complex, que consisteix en un circuit de dipòsit rectangular. A continuació, dos embassaments amb graves en les quals circula l’aigua de manera subsuperficial i finalment un aiguamoll artificial a l’aire lliure amb plantes i amfibis, que els ocells utilitzen com a abeurador.