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Depuración ecológica del agua

Nos duchamos, vamos al lavabo, tiramos de la cadena, lavamos platos, le damos al botón de la lavadora, nos lavamos las manos…

¿De qué se trata la Depuración ecológica del agua? Para un gran número de las acciones que realizamos diariamente en nuestros hogares, se utiliza el agua como medio de transporte en una parte importante de los residuos que generamos, este sistema se considera como una mejora ambiental lineal y al agua como desconectada de su entorno.

Depuramos para no dañar el río y que nuestros residuos no perjudiquen el entorno. Pero casi nunca nos planteamos el tratamiento del agua como un mecanismo de ahorro, no tan solo el agua, sino los nutrientes que componen nuestra “contaminación”.

El proceso de depuración natural

Los sistemas naturales de tratamiento recrean sistemas acuáticos. Estos sistemas eliminan contaminantes a través de procesos naturales.
Las zonas húmedas, como estanques, lagunas y humedales, contienen plantas acuáticas que ayudan a purificar el agua. Los sistemas naturales de tratamiento son una forma sostenible de tratar las aguas residuales.

Los procesos de depuración que se establecen en cualquier sistema natural de tratamiento son el resultado de la interacción de numerosos procesos físicos, químicos y bióticos que suceden de forma simultánea, donde la contaminación no se “elimina” sino que, sencillamente, se “transforma”: la materia orgánica en forma de contaminación del agua (restos de comida, excretas, jabones, etc.), pasa a quedar fijada en los tejidos celulares de bacterias, algas, plantas y demás fauna vertebrada e invertebrada.

Para entender mejor los ciclos biológicos de la materia orgánica y de los nutrientes, vamos a describirlos de modo simplificado según tengan lugar, fundamentalmente, en la masa de agua o en el suelo acuático (sustrato sólido).

Componentes

Los elementos que encontramos en los humedales construidos son:

Una zona impermeabilizada para mantener el agua en su interior e impedir que se filtre a través del suelo y pueda contaminar las aguas subterráneas.

Sustratos sólidos de distintas medidas, desde gravas hasta arenas gruesas.

Vegetación propia de zonas húmedas. Estas plantas reciben el nombre genérico de macrófitas acuáticas, refiriéndose a que pueden ser vistas a simple vista sin ayuda de microscopios.

Microorganismos, incluyendo en este grupo: bacterias, hongos, algas, etc.
Fauna propia de zonas húmedas, incluyendo organismos invertebrados (zooplancton, zoobentos), insectos y demás fauna vertebrada como peces, anfibios y aves.

Sistemas naturales

Lagunas

Son ecosistemas acuáticos en que gran parte de la lámina de agua queda a la vista; las plantas acuáticas se ubican en los márgenes y en sectores determinados, con amplias zonas desprovistas de vegetación para permitir la incidencia de la luz solar directamente sobre la columna de agua.

Según la profundidad y los procesos que intervienen existen tres tipos:

  • Facultativos: son elementos en los que coexisten las fases aeróbica, anaeróbica y facultativa en diferentes zonas/alturas del sistema. Tienen buenos resultados en la mineralización de materia orgánica y reducción de los sólidos en suspensión. Además, son sistemas que presentan un buen comportamiento a nivel de tratamiento terciario, puesto que pueden alcanzar niveles significativos de reducción de nutrientes y de eliminación de patógenos.
  • Maduración/oxigenación: operan en las fases finales del sistema como tratamientos terciarios de acabado. Al trabajar con bajas cargas orgánicas y con un alto grado de mineralización, se obtienen ambientes aeróbicos en toda la columna de agua.
  • Anaerobios: sin presencia de oxígeno, poco utilizados, su función es la de tratamiento primario.

Filtros de Grava

Los procesos que ocurren en este sistema son similares al descrito para las lagunas. La principal diferencia viene dada por la presencia de un sustrato granular.

Un concepto clave para estos sistemas es el área específica o relación superficie-volumen.

Es el área exterior de la grava en contacto con el agua a tratar y que determina la cantidad de microorganismos que forman biofilms en esta zona.

Como contrapartida, cuanto menor es el tamaño de la grava, menores son los intersticios o volumen libre para el agua, por lo que, será más fácil que se colmaten.

La colmatación ocurre cuando los intersticios libres que existen entre la grava son ocupados por la propia biomasa bacteriana fijada en la grava en forma de biofilm y por las raíces.

En el momento que se colmatan zonas del sistema, se generan “canales” de flujo preferente, por donde circula la mayor parte del agua, dejando otras partes sin circulación y, por tanto, reduciendo tanto la superficie como el volumen de trabajo efectivo del sistema, lo que provoca una disminución de la eficacia del tratamiento.

Cadena trófica en una laguna de tratamiento

Ampliando el foco de atención para observar lo que sucede más allá de la actividad microscópica, en cuanto a fauna se refiere, encontramos una multitud de organismos desde fauna invertebrada (zooplancton, zoobentos, insectos) hasta animales vertebrados propios de zonas húmedas como peces, anfibios y aves.

Todos estos seres vivos, desde los microorganismos hasta las aves que visitan estacionalmente la depuradora, se van a encontrar íntimamente relacionados, constituyendo los eslabones de lo que se conoce como cadena trófica en la que unos van a servir de alimento a otros.
Los microorganismos descomponedores, tanto aeróbicos como anaeróbicos y facultativos, digieren la materia orgánica transformándola en nutrientes inorgánicos asimilables por el fitoplancton y las plantas acuáticas.

Algas y larvas

Las algas y bacterias fototróficas, además de aportar oxígeno al agua, sirven de alimento para el zooplancton que, a su vez, alimentará a macroinvertebrados (gusanos, moluscos y crustáceos). Estos últimos son el alimento predilecto de insectos predadores (libélulas), peces, anfibios y aves, cerrando la cadena trófica del ecosistema.
Las larvas de mosquito serán alimento para todos ellos en especial para libélulas, peces insectívoros y anfibios, de modo que la población de larvas de estos insectos tan molestos, en condiciones normales de equilibrio, se mantendrá bajo control.

Los restos de estos organismos al morir, así como los excrementos de los animales, cierran el ciclo de materia al contribuir al stock de materia orgánica que, de nuevo, los microorganismos descomponedores transformarán en nutrientes inorgánicos. Los lodos del fondo de las lagunas no solamente se van a ir acumulando, también se van a ir consumiendo, de modo que la acumulación neta va a ser mínima.

Su clasificación viene dada según el tipo de flujo. A continuación describimos los dos tipos  más frecuentes:

  • Filtro de grava de flujo subsuperficial horizontal: los más ampliamente utilizados en la actualidad, el agua circula horizontalmente a través de un medio granular dispuesto en un canal impermeable en el que se planta vegetación acuática emergente. El nivel de agua se mantiene subterráneo, unos 5 cm por debajo de la superficie del sustrato, y la alimentación se realiza de forma continua, de modo que el lecho permanece inundado durante todo el proceso de tratamiento.
  • Filtro de grava subsuperficial de flujo vertical: se utiliza de igual manera que los sistemas de flujo horizontal para el tratamiento secundario y terciario de las aguas residuales. El flujo circula en vertical (de la superficie hasta el fondo) y de forma discontinua. Durante la fase de vaciado y reposo, el oxígeno atmosférico penetra en los intersticios del lecho filtrante de modo que el medio granular, con sus colonias de bacterias y las raíces de las plantas acuáticas, se mantiene en condiciones aeróbicas. Es el sistema más intensivo que requiere menos espacio.

Autodepuración de aguas en el medio natural

Autodepuración de aguas en el medio natural

En la naturaleza existen multitud de animales salvajes que viven en un entorno en el que no existen sistemas de depuración ni nada parecido. Y no parece que en las zonas completamente salvajes haya problema de contaminación. 

¿Qué sucede para que sea así?

El secreto está en dos factores: las comunidades y los sistemas de depuración de la naturaleza.

El primero nos debe hacer ver que, si tenemos una comunidad, por pequeña que sea, de humanos, animales, etc. generaremos más contaminación de la que el entorno es capaz de absorber en ese punto. Esto es muy importante ya que nos lleva al hecho de que los procesos de depuración existen en la naturaleza de forma espontánea.

Las primeras depuradoras de aguas residuales no las construyó el hombre, sino que se encontraban en la naturaleza inicial. Lo podemos ver mucho más claro si nos fijamos en la figura que reproduce el cauce de un río. 

En la parte alta del río, lo que se llama curso superior, el agua discurre entre terrenos rocosos, con rocas muy grandes y saltos de agua. En esta parte, si siguiéramos una gota de agua del cauce, veríamos que constantemente entra en contacto con el aire, por lo que hay mucha aireación de las aguas. Tenemos, pues, una zona de alta oxigenación, que podemos asimilar a un sistema aerobio intensivo.

Segunda fase

En una segunda fase nos encontramos con lo que se llama el curso medio del río, en el que el agua discurre por terrenos con rocas y arenas ya mucho más pequeñas por la erosión del agua. En este punto pueden darse dos tipos de sistemas de depuración natural: los canales y sistemas de plug-flow (canales más estrechos) y los filtros de grava. Los primeros nos ayudan a reducir los nutrientes del agua (como los que encontramos en los orines) y los segundos nos permiten una reducción de la carga orgánica de las aguas (muy asociada a las excretas, como veremos), llevada a cabo por microorganismos y algas que crecen entre los granos de arena. 

Y en la parte final del río, nos encontramos con lo que se denomina el curso bajo y el delta o desembocadura del río. En esta parte el terreno suele tener muy poca pendiente, por lo que el curso del río dibuja grandes curvas. Además, el terreno que cruza está formado normalmente por arenas de grano muy pequeño. Aquí nos encontramos con tres tipos de sistemas de depuración natural. El primero serían las lagunas (existe un tipo de depuración que se llama “sistema de lagunas”), los procesos de depuración que se llevan a cabo en ellos permiten eliminar cargas orgánicas y de nutrientes (asociados ambos a las excretas animales), eliminándose en diferente grado en función del tipo de laguna (profundidad, forma, temperatura del agua, etc.). 

En las zonas próximas a la desembocadura nos podemos encontrar con lo que se denomina sistemas anaerobios. Estos sistemas son similares a las lagunas, pero normalmente tienen más profundidad. Los sistemas anaerobios pueden provocar problemas de olores, ya que generan metano y sulfuros, que tienen el olor típico, muy reconocible, de huevo podrido. Por último, en las zonas del delta podemos encontrar áreas con juncos y carrizo, que serán parecidos a los sistemas de depuración de plantas flotantes. 

La depuración espontáneamente en la naturaleza

Lo que debemos tener claro es que la depuración de aguas es un aspecto que se da espontáneamente en la naturaleza, que genera una eliminación de la carga orgánica y de los nutrientes que van asociados a las excretas animales. De este modo tenemos zonas en el planeta que, sin intervención humana y con gran presencia animal, disponen de aguas aptas para diversos usos y sin problemas de contaminación. 

Pero las comunidades humanas, y la situación actual de población concentrada en puntos concretos del territorio, genera tal cantidad de aguas residuales en un mismo punto que los sistemas naturales que hay en el ambiente no pueden asimilarlo. 

Así es como la ingeniería ambiental toma ejemplo de lo que sucede en la naturaleza, lo analiza y diseña sistemas que permiten reproducir los procesos que ocurren, con mayor o menor intensidad, para asegurar que los vertidos humanos no superen la concentración de contaminantes que el medio ambiente puede absorber.

Otros sistemas

Filtros de raíces

Los filtros de raíces son sistemas híbridos entre varios de los humedales anteriormente nombrados. Su desarrollo responde a la voluntad de combinar las ventajas de todos estos sistemas al mismo tiempo, minimizando sus inconvenientes.

La base de la depuración es una malla filtrante que establecen las raíces y los tallos de las macrófitas emergentes. Las macrófitas emergentes permanecen sumergidas en todo momento, ofreciendo una superficie de contacto muy elevada. Esta superficie permite que se establezcan las colonias de bacterias descomponedoras de la materia orgánica. Las bacterias descomponen la materia orgánica, purificando el agua.

Al constituir un medio filtrante flexible se eliminan los principales problemas de los humedales subsuperficiales, relacionados con la conductividad hidráulica y la colmatación del medio granular:

  • Permite el filtrado y la decantación de sólidos en suspensión y de la biomasa bacteriana generada en el sistema.
  • Previene la formación de flujos preferentes del agua.
  • Las partes aéreas de las plantas impiden, con su sombreado, la proliferación de algas y fitoplancton.

Zanjas de infiltración

Se trata de unos canales enterrados, rellenos de grava y semi impermeabilizados que permite que el agua se infiltre controladamente en una porción de terreno significativa. Alrededor de la zona de infiltración se puede plantar especies vegetales que soporten altas cargas orgánicas, como por ejemplo sauces, árboles frutales, etc. Al entrar en contacto con el suelo, las bacterias y la vegetación cercana a estas zanjas húmedas prosiguen con el tratamiento del agua antes de que alcance el nivel freático.

No son estrictamente sistemas de tratamiento, sino sistemas de drenaje controlado de aguas residuales pretratadas, generalmente, en fosas sépticas. Las zanjas de infiltración son una alternativa legal cuando no disponemos del espacio suficiente para construir una depuradora natural completa.

Como ventaja principal es un sistema que queda completamente enterrado pudiendo aprovechar zonas muertas de la finca para situarlo y reaprovechar indirectamente una parte del agua para mantener una zona ajardinada.

Zanja de infiltración con vegetación alrededor.

Criterios de selección a tener en cuenta

A la hora de elegir el sistema es muy importante tener una visión global, tanto de las necesidades de la finca como de los recursos disponibles. Tratando el problema de manera global podremos ir aplicando la solución mediante fases a medida que el presupuesto nos lo permita, de manera que maximicemos el rendimiento de la instalación.

Hay muchas técnicas de tratamiento de aguas residuales que pueden combinarse para obtener resultados óptimos. Cada una de ellas presenta ventajas e inconvenientes en su construcción, operación y mantenimiento, exponemos algunos factores:

  • Grado de saneamiento del agua tratada: muy importante si se requiere reutilizar las aguas tratadas.
  • Limitaciones del espacio disponible: será más limitante cuánto más extensivo sea el sistema. Aunque se disponga del terreno necesario intervienen otros factores: pendiente, dureza del terreno, presencia de árboles de gran porte, etc.
  • Condiciones climáticas: si bien todos los sistemas están adaptados para trabajar en condiciones climáticas extremas, por debajo del punto de congelación y en climas muy calurosos, cada uno presenta diferentes propiedades.
  • Costes de instalación y mantenimiento.
  • Integración en el paisaje.
  • Integración productiva: ya sea para la obtención de biomasa, planta ornamental, acuicultura, etc.

Características de los sistemas naturales de depuración

  • Calidad del efluente que permite alcanzar los estándar solicitados por la normativa incluso en zonas sensibles; además, permite el reaprovechamiento para riego, acuicultura, etc.
  • Alta resiliencia: presentan gran capacidad de autoregulación y soportan sobrecargas que permiten reducir el seguimiento técnico de las instalaciones. Toleran periodos de estacionalidad.
  • Alto valor ambiental: al tratarse de la reproducción de un ecosistema en equilibrio presenta una gran facilidad de integración en el paisaje, generación de puntos húmedos donde aparece fauna, recuperación de espacios degradados.
  • Sin consumo de energía para el funcionamiento del sistema, únicamente requerida para bombeos o para intensificación del tratamiento para reducir el espacio necesario.
  • Mantenimiento muy bajo del sistema que consiste básicamente en la poda anual de las plantas.
  • Baja necesidad de extracción de fangos del sistema, ya que estos se degradan parcialmente en el sistema. La frecuencia de extracción puede llegar a diez años.

¿A quién van dirigidos?

Los sistemas de tratamiento presentan la necesidad de espacio ya que la entrada de oxígeno viene condicionada por la superficie de contacto del sistema y el medio.

Los sistemas extensivos de tratamiento son rentables tanto económicamente como técnicamente. Pueden depurar aguas provenientes de viviendas unifamiliares, restaurantes, casas de turismo rural, hoteles, etc. Incluso pueden tratar aguas de pequeñas poblaciones. En Francia se están tratando exitosamente pueblos de más de 6.000 habitantes con este tipo de tecnología.

También se ha implantado con resultados muy favorables en la industria agroalimentaria (bodegas, queserías…), instalaciones ganaderas y ciertos usos industriales.

Si bien, la disponibilidad de terreno es un condicionante, existen soluciones para reducir esta necesidad de espacio, citamos dos ejemplos:

  • La utilización de sistemas de flujo vertical, son más intensivos y capaces de reducir a la mitad el espacio de tratamiento necesario.
  • La combinación de tecnología extensiva con sistemas convencionales de tratamiento.

Conclusiones

  • La depuración natural utiliza y maximiza una serie de procesos que se dan de forma natural en un emplazamiento controlado (impermeable, de medidas adecuadas, sin olores, etc.).
  • La ingeniería ecológica busca crear un espacio en el que se puedan desarrollar una serie de ecosistemas que permitan la recuperación de un recurso (el agua) y la reintroducción al ciclo biológico de unos excedentes (la contaminación-nutrientes), convirtiéndolos en productos de una forma no traumática para el medio.
  • Trabajar a favor y no en contra de la naturaleza creando espacios en los que se puedan desarrollar los procesos biológicos que nos interesan, respetando el orden que estos tendrían si fuesen directamente al medio. El fin de una actuación de ingeniería ecológica no es controlar los procesos que se desarrollan de una forma reduccionista, más bien es una cultura equivalente al “no hacer” del taoísmo, generamos espacios diversos, posibilitamos infinidad de procesos, pero los estudiamos como un todo, de forma holística, como un supraorganismo por contra de una consecución cuadrada de procesos físico-químico-biológicos parciales.
  • Estas características, junto a las relaciones que se generen entre el sistema y el exterior deben dar, como resultado, un sistema armónico, de mínima intervención por nuestra parte, en el que nos limitamos a favorecer los procesos que son más beneficiosos.
  • En definitiva, permitir a la naturaleza establecer los mecanismos diversos con los que cuenta para aprovechar estos recursos, dejando siempre un espacio para que la diversidad actúe como garantía frente a futuros cambios o crisis.   

David y Pau son expertos de depuración biológica de aguas. Más info en http://lagota.cat/


Artículos del dossier:
Depuración ecológica del agua
Depuración natural en Plà de la Calma, en el Parque Natural del Montseny


Artículo publicado en la revista EcoHabitar nº 60 de invierno de 2018. Puedes adquirir un ejemplar en papel aquí.


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