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 ; Precipitación ; 7. Alimentación vegetal ; 8. Formación de turba. 5. Sedimentación ; 6. 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 SÓLIDOS SUSPENDIDOS DBO NITRÓGENO FÓSFORO PATÓGENOS Mecanismos de remoción Sedimentación/filtración Degradación microbiana (aerobia y anaerobia) ; sedimentación (acumulación de materia orgánica) Amonificación seguida de nitrificación y desnitrificación por microorganismos. Absorción del suelo (reacciones de adsorción-precipítación con aluminio, hierro, calcio y minerales) y absorción por parte de las plantas. 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 Typhaceae Poaceae Scirpoideae Juncaceae Especie Tifáceas Gramíneas Ciperáceas Juncáceas Género Typha Phragmites Scirpus Juncos Juncos Nombre común Juncos Chuscal 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 Eichhorniceae Lemnaceae Azollaceae Especie Pontederiáceas Lemnáceas Pinnatáceas Género Eichhornia Lemna Azolla Nombre común Buchón de agua Lenteja 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 Potamogetonaceae Potamogetonáceas Ceratophyllaceae Ceratofiláceas Hidrocharitaceae Hidrocaridáceas Género Potamogeton Ceratophyllun Elodea N. Común Gualola Trompa 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%.