FITODEPURACIÓN: FILTROS VERDES

FITODEPURACIÓN: FILTROS VERDES

Los sistemas de fitodepuracion representan una tecnología de tratamiento biológico secundario, costoefectiva y estética, para los residuos líquidos, designada en lengua inglesa por constructed wetlands, treatment wetlands, vegetated submerged beds, o reed bed treatment systems.

Esta tecnología puede aplicarse a la depuración de aguas residuales domesticas y en el tratamiento de otros tipos de efluentes como aguas lixiviadas, efluentes de variadas industrias y de la agropecuaria, escorrentía de minas y aguas pluviales contaminadas

La primeras investigaciones de este tipo de tratamiento fueron desarrolladas en 1952, año en el cual la Dra. Keite Seidel inició una serie de experimentos en el Instituto Max Planck, en Alemania. Únicamente, después de más de 20 años de investigaciones, se construye en 1977 el primer sistema de FITODEPURACIÓN en escala real en Othfresen en Alemania para el tratamiento de aguas residuales urbanas.

En los últimos treinta años el interés por este sistema de tratamiento se ha incrementado y ha habido un cambio radical en su consideración.

Los motivos que han sostenido las investigaciones y las aplicaciones de estos sistemas se pueden resumir en los puntos siguientes:

• Reducir el impacto de sobre los cuerpos hídricos

• Reutilizar el agua depurada para usos compatibles (riego, acuario, otros)

• Privilegiar un proceso a base de bajo o ningún consumo de energía convencional.

• Adoptar un sistema de gestión poco costoso y seguro (ausencia de tratamiento físico químico)

• Construir un sistema estético y de bajo impacto ambiental.

• Descentralizar los sistemas de tratamiento, evitando largos recorridos de colectores que resultan en incrementos de costos injustificables

Presupuestos teóricos de funcionamiento

La FITODEPURACIÓN, literalmente depuración del agua por medio de las plantas, es un sistema natural de tratamiento de aguas residuales que se basa en los procesos depurativos que ocurren en las áreas húmedas naturales.

Las áreas húmedas naturales son zonas en donde el terreno mantiene condiciones saturadas sustentando un denso crecimiento de plantas vasculares, las cuales crean micro ambientes dentro del agua y proveen sitios para la comunidad microbiana. El crecimiento de la comunidad microbiana es favorecido por la compleja masa de sustancias orgánicas e inorgánicas y las varias oportunidades de intercambio gas/agua, para transformar una amplia variedad de sustancias Específicamente, en estos sistemas los contaminantes son removidos por una combinación de procesos físicos, químicos y biológicos, que se dan en una diversa interacción “sustrato o suelo, micobiota, y plantas”

La saturación hidráulica en el sustrato determina el aparecimiento de déficit de oxigeno disponible que en combinación con la existencia de diversos mecanismos asociados a la reposición de este elemento hace que de forma dinámica se establezcan en el sustrato secuencias espaciales y temporales de microzonas dotadas de metabolismo aeróbico, anaeróbico y anóxico.

Principales secuencias de las reacciones en los sustratos

En el sustrato saturado, el oxigeno disponible es rápidamente consumido por la respiración microbiana y por la oxidación química. Inmediatamente, los microorganismos anaeróbicos utilizan, como receptores finales de electrones en el proceso de respiración, una variedad de sustancias en sustitución del oxigeno. Esta transferencia determina cambios significativos en la valencia química de las sustancias participantes y en el propio grado general de reducción electroquímica del sustrato saturado, que es un proceso secuencial gobernado por las leyes de la termodinámica. A su vez las raíces y rizomas de las plantas tienen un proceso continuo de transferencia de oxigeno hacia el área circundante originando microzonas que permanecen en estado aeróbico. Por lo tanto estos sistemas son reactores que pueden mantener simultáneamente zonas aeróbicas y anaeróbicas, permitiendo la oxidación y reducción de las sustancias

Componentes de los sistemas de FITODEPURACION, FILTROS VERDES

En términos generales los sistemas de fitodepuración, FILTROS VERDES, se conforman de lechos impermeabilizados que contienen: agua, plantas, sustrato pedológico y/o de soporte y microorganismos. El agua que entra al sistema pasa previamente por una sedimentación que retiene sólidos, grasas y espumas, generalmente es una fosa séptica.

Agua

El agua es la fuente de nutrientes para el crecimiento de las plantas vasculares, estableciendo un verdadero sistema hidropónico.

Sustrato

El sustrato en las áreas húmedas puede ser suelo, arena, grava, roca u otros materiales, cuyas funciones son:

 Soportar a muchos de los organismos vivientes

 La permeabilidad el sustrato es un factor importante en el movimiento del agua a través del área húmeda.

 Muchas transformaciones químicas y biológicas (sobre todo microbianas) tienen lugar dentro del sustrato.

 El substrato proporciona almacenamiento para muchos contaminantes.

 La acumulación de restos de vegetación aumenta la cantidad de materia orgánica. La materia orgánica da lugar al intercambio de materia, fijación de microorganismos, y es una fuente de carbono, que proporciona energía para algunas de las más importantes reacciones biológicas.

 Las características físicas y químicas del suelo y otros substratos se alteran cuando se inundan. En un substrato saturado, el agua reemplaza los gases atmosféricos en los poros y el metabolismo microbiano consume el oxígeno disponible y aunque se presenta dilución de oxígeno de la atmósfera, puede darse lugar a la formación de un substrato anóxico, lo cual será importante para la remoción de contaminantes como el nitrógeno y metales.

Vegetación

Las plantas en estos tipos de sistemas de tratamiento son macrofitas acuáticas que tienen entre sus características principales la habilidad para transportar oxígeno al sistema de raíces. Ellas pueden proporcionar un gradiente positivo de oxígeno hacia el sustrato. Así, el transporte de oxígeno al sustrato continúa desde la zona cercana a la superficie hacia lo largo de la profundidad del sistema de raíces. Este flujo de oxígeno permite el establecimiento de grandes cantidades de bacterias aeróbicas alrededor del área de la raíces, con colonias de bacterias anaeróbicas lejos de las raíces en la matriz del sustrato. Esto posibilita al sistema funcionar como el único digestor autónomo aeróbico/anaeróbico. Como consecuencia, el sistema es capaz de atacar toda clase de contaminantes y reducirlos a descargas ambientalmente neutras .

Otra función importante de las plantas está involucrada en los procesos catabólicos de transferencia de nutrientes. Éstos consisten en las actividades normales del N, P, K (Nitrógeno, Fosforoso y Potasio) pero también pueden permitir la asimilación de varios compuestos orgánicos, a través del anillo que se forma alrededor de las raíces, al tejido celular de crecimiento de la planta. Estos procesos sin embargo normalmente representan del 2 a 5% de remoción de contaminantes y los ciclos de N P K tienden a ser reversible dependiendo de las condiciones climáticas.

Una tercera función de las plantas es desarrollar una estructura secundaria en la matriz del sustrato que permite que el flujo hidráulico dentro del sustrato continúe durante y mas tiempo que el de su vida útil.

Microorganismos

Una característica fundamental de los sistemas de fitodepuracion es que sus funciones son principalmente reguladas por los microorganismos y su metabolismo. Los microorganismos incluyen bacterias, levaduras, hongos, y protozoarios. La biomasa microbiana consume gran parte del carbono orgánico y muchos nutrientes.

La actividad microbiana:

• Transforma un gran número de sustancias orgánicas e inorgánicas en sustancias inocuas o insolubles.

• Altera las condiciones de potencial redox del substrato y así afecta la capacidad de proceso de fitodepuracion.

• Está involucrada en el reciclaje de nutrientes.

Algunas transformaciones microbianas son aeróbicas (es decir, requieren oxígeno libre) mientras otras son anaeróbicas (tienen lugar en ausencia de oxígeno libre). Muchas especies bacterianas son facultativas, es decir, son capaces de funcionar bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas en respuesta a los cambios en las condiciones medioambientales.

Las poblaciones microbianas se ajustan a los cambios en el agua que les llega y se pueden extender rápidamente cuando se tiene la suficiente energía.

La comunidad microbiana en la fitodepuracion puede ser afectada por sustancias tóxicas, como pesticidas y metales pesados.

Mecanismos de Remoción de los contaminantes en la Fitodepuracion

En la fitodepuracion, la remoción de los contaminantes presentes en las aguas residuales ocurre como el resultado de complejas interacciones, como se ha expuesto en el desarrollo de los párrafos anteriores, y que se sumariza en el siguiente cuadro:

MECANISMOS DE REMOCIÓN EN LOS SISTEMAS DE FITODEPURACIÓN

(Stowell et al. 1981).

Mecanismo/

Proceso Contaminantes afectados * Descripción

SS SC DBO5 N P MP OR B&V

FÍSICOS

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