La fitodepuración mediante humedales artificiales

En las acequias y arroyos que conducen las aguas residuales de los pueblos hasta los cauces receptores, existe una vegetación característica, muy bien adaptada a este tipo de medio acuoso. Normalmente las aguas contaminadas recorren varios kilómetros antes de su llegada al punto de vertido de la cuenca (lo más frecuente un río o una laguna), eliminándose durante este trayecto una parte importante de la contaminación. Las plantas integrantes de este tipo de ecosistemas acuosos (hidrofitos) son una pieza fundamental en el proceso depurador contribuyendo a ello de varias formas, según se verá más adelante. Entre las plantas propias de los humedales las hay que son flotantes, las hay que viven completamente inmersas en el agua y las hay que son anfibias, también denominadas helófitos o plantas emergentes. De entre todos los diversos grupos de hidrofitos, los que más importancia tienen en los procesos de depuración son los helofitos o plantas anfibias, que tienen sus raíces hundidas en el suelo del fondo del humedal, pero que sus tallos y hojas, tras atravesar la lámina de agua, emergen por encima de la superficie y desarrollan las funciones propias de los vegetales (fotosíntesis, floración, reproducción fructificación y diseminación, entre otras) en contacto con el aire atmosférico. A este grupo de plantas pertenecen los carrizos (Phragmites spp.), los esparganios (Sparganium spp.), las espadañas (Typha spp.) y el lirio de agua (Iris pseudacorus L.) entre otros. Lo más característico de este grupo de plantas es su capacidad para favorecer la respiración de sus raíces gracias a un sistema de aireación muy especializado, que no tienen las plantas que no toleran el encharcamiento (la gran mayoría). Al ser mayor la presión parcial del oxígeno en las hojas y en el tallo que en las raíces, se establece un flujo de oxígeno hacia el sistema radicular, que es conducido a través de un tejido especializado (aerénquima) que poseen los hidrofitos.

	Detalle del parénquima aerífero de la hoja y el tallo de una espadaña (Typha domingensis)

Los principales mecanismos de depuración que actúan en un humedal son los siguientes:

Eliminación de sólidos en suspensión: Los sólidos se eliminan por sedimentación, decantación, filtración y degradación a través del conjunto que forma el sustrato del humedal con las raíces y rizomas de las plantas.

Eliminación de materia orgánica: La eliminación de la materia orgánica del agua es realizada por los microorganismos que viven adheridos al sistema radicular de las plantas y que reciben el oxígeno a través del sistema de aireación muy especializado comentado anteriormente. Una parte de la aireación del agua también se realiza por difusión del oxígeno del aire a través de la superficie del agua. También se elimina una parte de la materia orgánica por sedimentación.

Eliminación de nitrógeno: El nitrógeno se elimina por diversos procesos: absorción directa por las plantas y, en menor medida, por fenómenos de nitrificación-desnitrificación y amonificación, realizados por bacterias.

Eliminación de fósforo: El fósforo se elimina por absorción por las plantas, adsorción sobre las partículas de arcilla y precipitación de fosfatos insolubles, principalmente con Al y Fe, en suelos ácidos y con calcio en suelos básicos.

Eliminación de microorganismos patógenos: Por filtración y adsorción en partículas de arcilla, acción predatoria de otros organismos (bacteriófagos y protozoos), toxicidad por antibióticos producidos por las raíces y por la radicación UV contenida en las radiaciones solares.

Metales traza: Tienen una alta afinidad por adsorción y complejación con materia orgánica y pueden ser acumulados en los humedales. También existen transformaciones microbianas y asimilación por las plantas.

La reducción o eliminación de contaminantes de las aguas residuales, por medio de ecosistemas acuáticos, con la participación activa de plantas superiores (macrofitas) adaptadas al medio acuático (hidrofitos), se conoce tradicionalmente como fitodepuración. La fitodepuración de las aguas residuales puede efectuarse por humedales naturales, en los que el hombre no interviene en su construcción o mediante humedales artificiales especialmente diseñados y construidos para la optimización de su función depuradora.

LOS HUMEDALES ARTIFICIALES

Estos sistemas consisten normalmente en un monocultivo o policultivo de plantas superiores (macrofitas) dispuestas en lagunas, tanques o canales poco profundos. El efluente, normalmente después de recibir un tratamiento primario, pasa a través del humedal durante un tiempo adecuado (tiempo de retención), donde es tratado a través de varios procesos físico-químicos y bacteriológicos. El oxígeno necesario para la oxidación de la materia orgánica por los microorganismos es suministrado principalmente por las propias plantas del humedal, que lo producen por fotosíntesis o lo toman del aire e inyectan hasta la zona radicular. La transferencia de oxígeno hacia la zona radicular por parte de estas plantas acuáticas favorece también el crecimiento de bacterias nitrificantes. Por estar el agua en continuo movimiento no se producen malos olores ni se generan lodos en cuantía apreciable, ya que son autoasimilados por el propio sistema.

Los humedales artificiales pueden dividirse básicamente en tres grupos, según el tipo de plantas que se utilicen y la localización del sistema radicular en el humedal:

a) Sistemas que utilizan helófitas enraizadas ya sea en el suelo del humedal (sistemas de flujo superficial) o en lechos de grava o arena por los que se hace circular el agua residual (sistema subsuperficial)

b) Sistemas que utilizan plantas flotantes sobre la superficie del agua, tales como el jacinto de agua o la lenteja de agua

c) Sistemas que utilizan helófitas, pero con el sistema radicular libre, directamente bañado por el agua

a) Mayor economía en la implantación ya que no necesita el relleno de grava o arena.

b) Mayor capacidad de depuración al estar todo el sistema radicular bañado por el agua (necesita menos superficie de plantación).

c) No se produce colmatación del lecho y por lo tanto no existen caminos preferenciales en el movimiento del agua residual.

d) Facilidad de cosechar la totalidad de la biomasa formada (incluidas las raíces y rizomas) para eliminar los elementos minerales fijados por las plantas o aprovechar la biomasa para nutrición animal, fabricación de compost o para usos industriales.

Los sistemas del apartado b) tienen el inconveniente de que debido al bajo desarrollo de las plantas se hace preciso eliminar con bastante frecuencia una parte de la biomasa producida, por lo que el sistema resulta costoso y requiere bastante trabajo. Además, muchas de las especies de este tipo son de climas cálidos, por lo que no son aplicables al clima continental, como es el de la mayoría del territorio español.

Dentro de los sistemas del grupo c) está el sistema denominado FMF (filtro de macrofitas en flotación) que fue desarrollado por nuestro Grupo de Agroenergética del Departamento de Producción Vegetal: Botánica, de la E.T.S. de Ingenieros Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid, y ha sido patentado por la UPM en el ámbito nacional con el título: "Procedimiento de depuración de aguas residuales y vertidos contaminantes en base a cultivos de macrofitas emergentes convertidas en flotantes" (nº de patente P9700706). También ha sido patentado en los USA (nº de patente US 6,322,699 B1), y en diversos países europeos (PCT nº 98910752).

La aplicación práctica del sistema FMF se ha llevado a cabo en diversos aeropuertos nacionales y en varias pedanías del municipio de Lorca (Murcia) en el seno de un proyecto Life-MA (Life-Medio Ambiente) de nº de referencia LIFE 02 ENV/E/182 en el que participó, además de la UPM, el Ayuntamiento de Lorca, que fue el beneficiario y la Fundación Global Nature, que actuó como coordinadora del proyecto. El proyecto se desarrolló desde el 01/10/02 al 31/09/05.

En el Cuadro siguiente se indican los resultados de la depuración obtenidos en el humedal de la pedanía de Coy (Lorca. Murcia), de unos 500 habitantes, cuyo filtro tiene en cabeza una reja de desbaste, un arenero y un decantador digestor de 54 m³. El sistema FMF está formado por 4 canales de 60 m de longitud y 4 m de anchura cada uno, conectados en serie y plantados con esparganios (Sparganium erectum). El muestreo se realizó al final del proyecto (18-09-05) y los valores se expresan en mg/l.

Vista general de un canal de fitodepuración plantado con espadañas en la pedanía de Avilés (Lorca. Murcia).