Agua

¿Qué es la fitodepuración?

gestión de recursos hídricos

La gestión adecuada de los recursos hídricos a través de sistemas sostenibles como la fitodepuración es esencial en un mundo donde el agua dulce, vital para la supervivencia humana, es un recurso limitado.

Publicado el 12 marzo 2024

El agua en el planeta

 

La gestión adecuada de los recursos hídricos es esencial en un mundo donde el agua dulce, vital para la supervivencia humana, es un recurso limitado. Para comprender la magnitud de esta situación, podemos empezar examinando la distribución global de las formas de agua.

El 97,5% del agua en la Tierra es salada, dejando apenas un 2,5% como agua dulce. De este porcentaje, el 69,5% se encuentra en la Antártida, Groenlandia y otras áreas heladas, como los glaciares o el permafrost. El 30,1% restante constituye aguas subterráneas.

En resumen, solo el 0,4% del agua del planeta es agua superficial dulce, y ésta se distribuye entre la humedad del suelo (67,4%), los humedales naturales (20,7%) y la atmósfera (9,5%). Sorprendentemente, solo el 1,6% de esta fracción es aportada por los ríos, representando un mínimo 0,1% del agua total del planeta. [1]

El agua potable, esencial para la vida cotidiana, se vuelve cada vez más escasa. En España, el consumo promedio es de 133 litros por habitante y día, según los últimos datos del INE de 2020, cifra que puede variar significativamente en diferentes regiones del mundo. [2] La OMS estima que 100 litros de agua por persona y día son necesarios para vivir cómodamente.

 

 

Ante este escenario, es necesario llevar a cabo una gestión responsable de los recursos hídricos y esto pasa por dos objetivos fundamentales:

– Reducir el consumo, reutilizar en lo posible, contaminar lo mínimo indispensable y aprovechar recursos que hasta ahora no se estaban teniendo en cuenta.

– Disponer de un agua de más calidad y más saludable para el ser humano.

La problemática de las aguas residuales

Tipos de aguas residuales urbanas

 

Aguas amarillas: Son aquellas que se originan a partir de desechos humanos, principalmente de inodoros, conteniendo altas concentraciones de materia orgánica y patógenos, y necesitan un tratamiento específico antes de su liberación o reutilización.

Aguas grises: Se generan en actividades domésticas como duchas, lavamanos o lavavajillas, excluyendo desechos humanos, siendo menos contaminadas que las aguas amarillas y aptas para reutilización no potable.

Aguas negras: Constituyen una mezcla de aguas amarillas y grises, requiriendo tratamientos avanzados antes de ser liberadas o reutilizadas.

 

Las aguas residuales no tratadas, pueden ocasionar graves problemas ambientales y sanitarios, como infecciones bacterianas (fiebres tifoideas, salmonelosis, cólera, gastroenteritis), infecciones víricas (gastroenteritis, hepatitis A) o parasitosis (coccidios, amebas, hidatidosis, cisticercosis, nematodosis).

Desde el punto de vista ambiental, la contaminación de las aguas no sólo elimina una buena parte de la vegetación y fauna autóctona acuática, sino que también ocasiona desequilibrios generalizados a todo el ecosistema terrestre que depende de estos recursos.

El exceso de materia orgánica y nutrientes en el agua (nitrógeno y fósforo) conduce a la eutrofización, es decir, el agotamiento de oxígeno y la muerte de la mayoría de los seres vivos, mientras que la presencia de metales pesados y otros compuestos tóxicos producen envenenamientos y bioacumulación.

Existen infinidad de sistemas conocidos para la devolución de la materia orgánica al medio ambiente, algunas filosofías parten de la base de minimizar estas aguas negras o bien reaprovecharlas para el crecimiento de especies vegetales de interés para el hombre.

Otro criterio consiste en llevar el concepto de separatividad de aguas hasta el último extremo, pudiendo llegar a tener 5 circuitos de agua distintos: aguas pluviales, agua de red, aguas amarillas, aguas grises y aguas negras.

Además, se pueden implementar sistemas que eliminan la generación de aguas residuales, como es el caso del denominado wáter seco, que convierte las heces en compost gracias a su mezcla con cenizas o serrín.

 

Bacterias en aguas residuales

 

Las bacterias se utilizan como indicadores de contaminación fecal en las aguas, siendo la más utilizada la Escherichia coli. Una persona adulta puede excretar diariamente hasta 2.000.000.000 de bacterias coliformes al día. Destaca la presencia también de salmonelas y el Vibrio Cholerae, causante del cólera. Finalmente, también aparecen protozoos y parásitos como lombrices.

Sistemas de tratamiento de aguas residuales

 

A causa de esta problemática alrededor de las aguas residuales, en las áreas urbanas el tratamiento de aguas es una necesidad imperativa y se realiza mediante sistemas convencionales, comúnmente conocidos como EDAR (estaciones de depuración de aguas residuales).

Estas instalaciones permiten el tratamiento eficiente de grandes volúmenes de agua utilizando superficies de suelo relativamente reducidas, aunque a expensas de un elevado consumo de energía, cuyos costos suelen recaer en los residentes locales. Sin embargo, este necesario aporte activo de energía suele provenir de fuentes renovables, empezando por el hecho que un 30-40% del consumo proviene del propio biogás que se produce durante el proceso de depuración, y el resto puede consistir en energía eléctrica renovable (eólica, hidráulica, fotovoltaica…).

Las poblaciones rurales no han adoptado tradicionalmente prácticas de depuración de aguas residuales, ya que históricamente este proceso se llevaba a cabo de manera natural en arroyos o ríos que bordean sus asentamientos al ser la población mucho menos densa y los residuos menores a causa de un modelo de vida distinto.

A diferencia de la elevada densidad de las áreas urbanas, las zonas rurales disponen de amplias superficies, lo que ha permitido desarrollar una serie de «sistemas blandos» para el tratamiento de aguas residuales en comunidades pequeñas.

Los llamados sistemas blandos de depuración son métodos que suelen ser menos costosos y sofisticados en cuanto a operación y mantenimiento que los convencionales, con un consumo energético relativamente bajo.

Dentro de estos sistemas, los «fitosistemas» destacan por su característica principal: la utilización de la energía solar a través de procesos biológicos naturales, como la fotosíntesis. Esta metodología reemplaza el uso de energía activa que requieren los sistemas de depuración de las EDAR de las grandes poblaciones, proporcionando así una alternativa más sostenible y adecuada para entornos rurales.

 

Qué es la fitodepuración

¿Qué es la fitodepuración?

Etimología

Por fitodepuración (phyto = planta, depurare = limpiar, purificar) se entiende la reducción o eliminación de contaminantes de las aguas residuales, por medio de una serie de complejos procesos biológicos y fisicoquímicos en los que participan las plantas del propio ecosistema acuático. La fitodepuración ocurre naturalmente en los ecosistemas que reciben aguas contaminadas y ha sido un procedimiento clásico de recuperación de la calidad del agua.

La fitodepuración es un método natural, eficiente y económico para depurar las aguas residuales que imita el mecanismo natural de la vegetación que filtra y absorbe los constituyentes del agua residual. Así, recrea el mismo funcionamiento que en la naturaleza tienen los humedales naturales, que comentábamos constituyen el 20,7% del 0,4% del agua del planeta, a través de la creación de un entorno acuático con macrofitas en flotación, una serie de plantas acuáticas como pueden ser las espigas de agua, los nenúfares… Estas plantas, mediante procesos biológicos y físico-químicos, depuran progresivamente el agua residual hasta alcanzar el nivel óptimo de depuración para, posteriormente, verterlo al medio.

Así, existen una serie de fitosistemas de bajo consumo en energía convencional y por lo tanto de bajo coste, pero que requieren una gran superficie de terreno por habitante, para poder utilizar de forma adecuada, la energía solar a través de las algas o de los vegetales acuáticos que son los que van a producir el oxígeno necesario para el crecimiento de la población microbiana que va a degradar una gran parte de la materia orgánica. Entre estos sistemas están los lagunajes (algas y bacterias suspendidas en el agua), filtros verdes basados en especies herbáceas o leñosas y humedales artificiales, en los cuales entraremos en detalle a lo largo de este artículo.

 

Qué es la fitodepuración

Fitosistemas de tratamiento de aguas residuales para pequeñas comunidades

 

En la búsqueda de soluciones sostenibles y eficientes para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas comunidades, los fitosistemas han surgido como una alternativa prometedora.

Estos sistemas aprovechan la capacidad natural de las plantas para purificar el agua, transformando los desechos orgánicos en nutrientes esenciales para el crecimiento vegetal. La aplicación de fitosistemas en un proyecto específico requiere cuidadosa consideración de varios factores clave como el consumo, la pluviometría, la disponibilidad del terreno, normativas…

 

Consumo de agua: El primer paso en la implementación de un fitosistema es evaluar el consumo de agua de la comunidad. Este análisis proporciona información esencial sobre el tamaño necesario del sistema y la capacidad de tratamiento requerida. Un diseño adecuado garantiza que el fitosistema pueda manejar eficientemente la carga de aguas residuales, asegurando resultados óptimos.

Pluviometría: La cantidad de lluvia en la región es un factor crucial para determinar la eficacia de un sistema de fitodepuración. La pluviometría afecta directamente la disponibilidad de agua para el tratamiento y regeneración del sistema. En áreas con estaciones secas prolongadas, se deben incorporar soluciones de almacenamiento y gestión del agua para garantizar un funcionamiento continuo.

Disponibilidad del terreno: La topografía y la calidad del suelo son elementos determinantes en la selección del lugar para instalar un fitosistema, ya que la disposición del terreno debe permitir un flujo adecuado de aguas residuales a través del sistema.

La fitodepuración, como cualquier otro sistema de tratamiento de aguas residuales, consta de distintas fases de tratamiento que desarrollamos a continuación. De hecho, cuando se implementa un sistema de fitodepuración para el tratamiento de aguas residuales, diversas etapas se vuelven imperativas para garantizar la eficacia del proceso. Estas fases, estructuradas en sistemas de pretratamiento y tratamiento primario, desempeñan un papel fundamental en la purificación del agua residual.

Sistemas de pretratamiento

 

Desbaste: El desbaste, una fase esencial de los fitosistemas, implica un tipo específico de filtrado mecánico diseñado para eliminar partículas grandes y sólidos gruesos presentes en el agua residual. Este proceso actúa como la primera barrera, preparando el agua para etapas posteriores de tratamiento.

Desarenadores: Los desarenadores son componentes clave en el pretratamiento, destinados a la eliminación de arenas y sedimentos más finos. Al eliminar estas partículas, se evita que obstruyan o dañen las etapas siguientes del sistema de fitodepuración.

Desengrasadores: Diseñados para separar y eliminar las grasas y aceites presentes en el agua residual, los desengrasadores son esenciales en la preparación del agua antes de ingresar al siguiente nivel de tratamiento. Esto asegura un funcionamiento eficiente y prolonga la vida útil del fitosistema.

 

Sistemas de tratamiento primario

 

Sedimentación o decantación: En la fase de tratamiento primario, la sedimentación y la decantación son procesos cruciales. La sedimentación permite que las partículas más pesadas se asienten en el fondo, mientras que la decantación facilita la separación adicional de sólidos sedimentables.

Flotación: Facilita la eliminación de materiales más livianos en la superficie del agua. Este paso contribuye significativamente a la clarificación del agua antes de entrar en el sistema de fitodepuración.

Homogenización: El agua durante el día llega con distintas cargas, por lo que resulta necesario que se vaya mezclando durante el tiempo que tarda la fase primaria, de unas 8 a 12h, para que a la salida resulte lo más homogénea posible.

Este proceso se lleva a cabo en un decantador, fosa séptica, tanque polivalente o tanque Imhoff, todos ellos dispositivos cuya función es la de sedimentar/decantar y retener los flotantes, mejorando la calidad general del agua que sale del sistema con la carga contaminante disuelta que se depurará en el siguiente proceso.

 

Fitosistemas de tratamiento de aguas residuales

Lagunajes

 

Consiste en verter el agua residual sobre una serie de lagunas en las que se produce la depuración. En este sistema de fitodepuración, participan elementos como el medio acuoso, la radiación solar (ultravioleta y visible), materia orgánica, bacterias y microorganismos, contenido de oxígeno (principalmente en función de la profundidad), profundidad (condiciona el alcance de la radiación luminosa) y compuestos inorgánicos.

En función de la profundidad, las lagunas pueden clasificarse como anaerobias (más de 2,5 m), facultativas (entre 1,2 y 2,5 m) y de maduración (entre 0,3 y 0,6 m). Cada zona dentro de una laguna desempeña roles específicos, desde una capa superficial aerobia rica en oxígeno, luz y algas hasta una zona profunda carente de oxígeno donde se lleva a cabo una digestión anaerobia mediante bacterias. Cada uno de los tipos de lagunaje lleva a cabo procesos específicos que contribuyen a la purificación del agua mediante la acción de algas y bacterias.

 

Lagunas anaerobias: Son lagunas profundas (2,5-6 m) con predominio anaerobio debido a la falta de oxígeno en las capas inferiores, utilizadas para reducir la carga orgánica mediante digestión anaerobia de las bacterias, aunque presentan el inconveniente de producir malos olores debido a la producción de ácido sulfhídrico.

Lagunas facultativas: Son lagunas menos profundas (1,2-2,5 m) con zonas aerobias y anaerobias, logrando una depuración combinada por la acción de algas y bacterias. Estas lagunas eliminan significativamente los nutrientes, evitando así la eutrofización de las aguas.

Lagunas aerobias o de maduración: Son lagunas poco profundas (0,3-0,6 m) con condiciones aerobias en todo el perfil, donde se llevan a cabo procesos de reducción de nutrientes y oxigenación, aunque es cierto que suelen utilizarse después de otra tipología de lagunaje por su capacidad de depuración reducida.

 

Qué es la fitodepuración

 

Las lagunas de depuración son especialmente adecuadas para pequeñas comunidades rurales. La eficacia del sistema puede adaptarse según el tamaño de la población y la carga orgánica, siendo más idóneo para comunidades con demandas moderadas de tratamiento de aguas residuales.

La meteorología juega un papel crucial en el rendimiento de las lagunas de depuración. Factores como la radiación solar, temperatura del agua y vientos impactan directamente en procesos como la fotosíntesis, la aireación y la sedimentación, afectando así la eficiencia global del sistema.

Los requisitos de mantenimiento incluyen monitoreo regular de la carga orgánica, condiciones de oxígeno y calidad del agua. Además, es esencial mantener la vegetación acuática y controlar la acumulación de lodos en la zona profunda de la laguna. El mantenimiento adecuado asegura un rendimiento óptimo y la sostenibilidad a largo plazo del sistema de depuración.

Filtros verdes

 

Los filtros verdes consisten en superficies de terreno con o sin vegetación, sobre las que se vierte el agua residual, actuando como principal elemento depurador el suelo y la rizosfera de las plantas, es decir la zona del suelo cercana a las raíces de las plantas en donde se desarrolla la vida microbiana.

Sin embargo, presentan diversas limitaciones y, en algunos casos, pueden resultar contraproducentes, impactando negativamente en los acuíferos cercanos. Entre las limitaciones se incluyen la disponibilidad del terreno, la influencia climática, la hidrología, las características del agua residual y la retención eficaz de bacterias por el suelo, especialmente desaconsejando cultivos para consumo humano.

 

Riego sobre superficies herbáceas: El riego sobre superficies herbáceas se realiza mediante métodos clásicos como aspersión, surco o gravedad, presentando desafíos de obstrucción en métodos modernos como microaspersión o gotero, por lo que resultan muy importantes tanto los sistemas de pretratamiento como los de tratamiento primario. La depuración se logra a través del paso del agua por el suelo y la absorción de las plantas, como puede ser un ejemplo el riego de zonas recreativas.

Filtros verdes de especies leñosas: Estos filtros utilizan especies de rápido crecimiento adaptadas a suelos húmedos. Chopos y sauces, especialmente mimbreras, se emplean para la depuración y la producción de madera o biomasa con fines energéticos, una energía que se considera fuente renovable.

Escorrentía sobre cubierta vegetal: La escorrentía sobre cubierta vegetal implica la aplicación mediante sistemas de aspersión fijos. La depuración se realiza a través de sistemas físicos, químicos y biológicos al pasar el agua por la vegetación en una pendiente. Aunque presenta ventajas como bajo costo de instalación, requiere abundante terreno y en caso de implementarse mal podría conllevar riesgos sanitarios.

Infiltración: El sistema de infiltración emplea diversos métodos de riego, siendo más efectivos la inundación y el surco. La depuración ocurre mediante procesos biológicos, físicos y químicos durante la filtración a través del suelo. Sin embargo, hay un riesgo elevado en caso de encontrarse cerca de algún acuífero, siendo éste un método prácticamente obsoleto.

 

Qué es la fitodepuración

 

Estos sistemas son más adecuados para comunidades pequeñas o rurales, donde la disponibilidad de terreno y la menor carga de aguas residuales pueden ser gestionadas de manera efectiva. Para poblaciones mayores, se deben considerar sistemas más complejos.

Estos sistemas tienen impactos positivos al ofrecer soluciones sostenibles para el tratamiento de aguas residuales, pero es necesario tener en cuenta los posibles riesgos sanitarios y requieren un manejo cuidadoso para evitar problemas asociados, como la contaminación de acuíferos.

El mantenimiento implica supervisar la calidad del agua, garantizar el cumplimiento de regulaciones, y en el caso de filtros verdes con vegetación, puede incluir la gestión de la vegetación y la prevención de obstrucciones en los sistemas de riego. Además, se debe monitorear continuamente para asegurar el funcionamiento adecuado y evitar posibles riesgos ambientales y sanitarios.

Humedales

Desde el punto de vista botánico, el término ‘macrofita’ se aplica a cualquier vegetal que es visible a simple vista (herbáceas, arbustos, árboles), en oposición al término ‘microfita’, utilizado genéricamente para vegetales que no son visibles sin la ayuda de lentes ópticas (algas microscópicas). Por ello, los vegetales de talla visible que crecen en los humedales se denominan ‘macrofitas acuáticas’.

Los humedales son zonas encharcadas, en las que prolifera una vegetación acuática característica perfectamente adaptada a tener todos o parte de sus órganos sumergidos en el medio acuoso. Pueden ser naturales o artificiales y la inundación puede ser temporal o permanente. Los humedales utilizados como sistema de fitodepuración son artificiales y utilizan especies con las raíces enraizadas en el fondo o sustrato del humedal (macrofitas emergentes) o libres en el agua (macrofitas flotantes). Los humedales artificiales se dividen en tres tipos principales, en función de su flujo de agua.

 

Humedales de flujo superficial: Diseñados para el flujo visible de agua en la superficie. La vegetación se adapta a condiciones de agua poco profunda y constante, con plantas comunes como juncos y eneas contribuyendo a la fitodepuración.

Humedales de flujo sub-superficial: El flujo de agua ocurre por debajo de la superficie del suelo. Las plantas se adaptan a suelos saturados pero no completamente sumergidos. Especies como el esparganio y la caña común pueden prosperar, participando en la depuración del agua.

Sistemas acuáticos: Diseñados para albergar una variedad de plantas acuáticas, imitando la diversidad de ambientes acuáticos naturales. Incluyen plantas como nenúfares, lentejas de agua y jacintos de agua, que desempeñan funciones específicas en la depuración del agua.

 

 

Los humedales artificiales como ecosistema:

 

Siguiendo los principios de la regeneración, los humedales artificiales replican la dinámica de los naturales y constituyen ecosistemas delicados. Resultan de la interacción entre procesos físicos, químicos y biológicos en un entorno creado y gestionado por el ser humano. Aunque comparten similitudes con los humedales naturales, la diferencia clave radica en el nivel de control que puede ejercerse sobre los procesos involucrados.

– Vegetación en humedales artificiales: La vegetación en humedales, naturales o artificiales, juega un papel crucial gracias a sus raíces y rizomas. Las plantas, al ser fotoautótrofas, utilizan la energía solar para convertir el carbono inorgánico en compuestos orgánicos y transfieren oxígeno desde la atmósfera a través de hojas y tallos, propiciando regiones aerobias para la actividad microbiana. Las plantas emergentes en humedales cumplen funciones esenciales, como estabilizar el sustrato, absorber nutrientes y facilitar la transferencia de gases. En humedales artificiales, plantas como juncos actúan como filtros naturales, contribuyendo a la fitodepuración al absorber nutrientes y favorecer la sedimentación. Además, estas plantas ofrecen hábitats para la fauna, enriqueciendo la biodiversidad en estos entornos construidos.

– Microorganismos en humedales artificiales: En estos entornos, los microorganismos, principalmente bacterias, levaduras, hongos y protozoarios, desempeñan un papel fundamental en el tratamiento biológico. En la zona superior del humedal, donde se encuentra el oxígeno liberado por las raíces de las plantas y el proveniente de la atmósfera, se forman colonias de microorganismos aerobios. En la parte restante del lecho granular, predominan los microorganismos anaerobios. Estos microorganismos realizan procesos clave, como la degradación de materia orgánica, la eliminación de nutrientes y la desinfección. Además, gracias a la actividad biológica, muchas sustancias contaminantes se convierten en gases y son liberadas a la atmósfera.

– Algas en humedales artificiales: Las algas son componentes esenciales en los humedales artificiales, especialmente en sistemas acuáticos. Estas microscópicas plantas realizan la fotosíntesis, contribuyendo a la oxigenación del agua y compitiendo con las algas indeseadas. Su presencia equilibrada es crucial para mantener un entorno acuático saludable.

– Fauna en humedales artificiales: La fauna en estos ecosistemas es diversa y juega un papel crucial en el equilibrio del ecosistema. Incluye diversas especies de aves acuáticas, insectos, anfibios y peces adaptados a las condiciones particulares de estos humedales. La interacción entre la flora y la fauna contribuye al éxito de la fitodepuración y al mantenimiento de la calidad del agua en estos ecosistemas construidos.

CASO DE ESTUDIO: LA TORRE DEL CODINA

 

Un ejemplo de aplicación de sistemas de fitodepuración en una vivienda aislada es el de la Torre del Codina una masía de turismo rural situada en el municipio de Taladell, en Lleida, que funciona como observatorio de pájaros. El proyecto apuesta fuertemente por la preservación de la biodiversidad de la mano de la gestión de las aguas residuales del complejo, que consiste en un circuito de depósito rectangular. A continuación dos embalses con gravas en las que circula el agua de modo subsuperficial y finalmente un humedal artificial al aire libre con plantas y anfibios, que los pájaros utilizan como bebedero.

 

COLABORADORES

  • Raimon Girona Agut, Ingeniero de Caminos Experto en Depuración