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6 JULIO - SEPTIEMBRE 2010 FOMIx CaMPEChE REvISTa 7
Tecnologa experimenTal
humedales arTificiales
La zona costera del Estado de Campeche ha tenido el efecto histrico, permanente, crnico y accidental de la contaminacin de sus aguas, sedimentos y organismos derivada de los asentamientos humanos y de las actividades pesqueras, industriales, agropecuarias y urbanas.
La amplia gama de degradacin del medioambiente acutico desde lagos,
ros, aguas subterrneas, hasta los ocanos se puede atribuir al incremento
de actividades urbanas, agrcolas y agropecuarias, por la excesiva fertiliza-
cin, aplicacin de pesticidas y herbicidas (Hooda et al., 2000), as como por
la falta de medidas regulatorias que eviten las descargas directas de aguas
residuales de diversa procedencia sin tratamiento adecuado. Adems, el
incremento en la poblacin urbana genera mayor demanda de recursos y
aumento de contaminantes que deben ser manejados de manera integral
para evitar impactos negativos al medio ambiente.
germn gicoman Vallejos1 , fedro uriel Tapia gonzlez1y2
y mara del carmen ponce caballero1.
desarrollo urbano y rural
aporte de contaminantes por actividades antropognicas en el Estado de Campeche.
alternativa para controlar la contaminacin por las aguas residuales urbanas en el municipio de campeche
1 Facultad de Ingeniera de la Universidad Autnoma de Yucatn (UADY). giacoman@tunku.uady.mx.2 Centro de Investigacin y Estudios Avanzados del Instituto Politcnico Nacional, fedrotapia@hotmail.com.
Foto
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8 JULIO - SEPTIEMBRE 2010 FOMIx CaMPEChE REvISTa 9
COnTROL BIOTECnOLgICO dE La CaLIdad dEL agUa RESIdUaL URBana
De ah la importancia de construir hume-
dales artificiales, por su facilidad y ventajas
para remover materia orgnica, nitrgeno,
microorganismos patgenos y otros con-
taminantes y sanear las aguas residuales
municipales. Esta innovacin tecnolgica
surgi gracias a las observaciones realiza-
das por diversos investigadores en los hu-
medales naturales (Figura 2), pero, desde
luego, con modificaciones que permitan
un mejor control de los procesos que se
desarrollan al interior de estos sistemas y
una propuesta experimental para el muni-
cipio de Campeche.
hUMEdaLES naTURaLES
El humedal natural fue definido en la Con-
vencin Ramsar (1971), donde se esta-
bleci: "...son humedales aquellas exten-
siones de marismas, pantanos, turberas
o aguas de rgimen natural o artificial,
permanentes o temporales, estancadas o
corrientes, dulces, salobres o saladas, in-
cluyendo las extensiones de agua marina
cuya profundidad en marea baja no exce-
da de seis metros".
Los humedales, entonces, son reas transi-
cionales entre sistemas acuticos y terres-
tres frecuentemente inundadas o satura-
das por aguas superficiales y subterrneas.
Independientemente de sus caractersti-
cas, todos los humedales comparten una
propiedad primordial: el agua, que juega
un rol fundamental en el ecosistema, en
la determinacin de la estructura y en las
funciones ecolgicas del humedal.
hUMEdaLES COnSTRUIdOS
En diversas partes del mundo, un amplio
nmero de investigadores se ha dedicado
a estudiar y a evaluar la eficiencia de los hu-
medales construidos para el tratamiento de
las aguas residuales de diversa proceden-
cia, con resultados tan alentadores que su
uso va en aumento. Al buscar alternativas
para el tratamiento de las aguas residuales
del sector urbano en la ciudad de Campe-
che se plante un proyecto para evaluar la
efectividad de dichos sistemas, basados en
el funcionamiento de los humedales natu-
rales. (Figura 3, Steer et al., 2002, Nerella
et al., 2002; Haberl et al., 1995; Greenway y
Simpson, 1996, Kadlec y Knight, 1996).
Hay dos tipos de humedales construidos:
Los de Flujo Superficial generalmente
son sistemas lagunares constituidos
por zonas inundadas en las que se ob-
serva el nivel del agua y la vegetacin
es emergente o flotante (Figura 3)
Los de Flujo Subsuperficial que se
forman por una capa de agua de baja
profundidad (0.4-0.8 metros), aislada
desde el fondo y usualmente rellenada
con grava, aunque a veces se pueden
utilizar materiales granulares (piedra
de ro) de la localidad. Para la zona de
entrada y salida, usualmente se usa
grava gruesa para una mejor distribu-
cin y recoleccin del agua. Ya tratada,
sta sale por una tubera de drenaje a
lo largo del fondo del sistema.
Para el funcionamiento del humedal cons-
truido existen varios elementos funda-
mentales, como la estructura de la biope-
lcula o biofilm, para una buena asimilacin
de los contaminantes; la eleccin del mate-
rial de filtrado y de las especies de plantas
a emplear; as como la correcta relacin
largo-ancho del humedal para evitar el
afloramiento del agua en la superficie del
sistema. De otro modo, el tratamiento no
tendra los efectos esperados, habra ma-
los olores y proliferacin de insectos vec-
tores de alto riesgo. (Figura 4).
dESaRROLLO URBanO y RURaL
FIGUrA 2: HUmEDALEs NAtUrALEs
vEnTaJaS y dESvEnTaJaS dE Un hUMEdaL aRTIFICIaL dE FLUJO SUBSUPERFICIaL
vEnTaJaS dESvEnTaJaS
Proporcionan tratamiento efectivo y mini-
mizan la necesidad de equipos mecnicos,
electricidad y monitoreo de operadores
calificados.
Pueden ser menos costosos de construir,
de operar y mantener, que otro tipo de sis-
tema de tratamiento de aguas.
No producen bioslidos ni lodos residuales
que requeriran tratamiento subsiguiente y
disposicin.
Son muy efectivos en la degradacin de la
materia orgnica (DBO5, la DQO), los me-
tales y algunos compuestos orgnicos per-
sistentes que se encuentran en las aguas
residuales domsticas. La remocin de ni-
trgeno y fsforo a bajos niveles puede ser
tambin efectiva con un tiempo de reten-
cin significativamente mayor.
Los mosquitos y otros insectos vectores si-
milares no son problema, mientras el siste-
ma se opere adecuadamente y se manten-
ga el nivel subsuperficial de flujo.
Requieren un rea extensa en
comparacin con los sistemas
mecnicos convencionales de
tratamiento.
El fsforo, los metales y algunos
compuestos orgnicos persis-
tentes que no son removidos,
permanecen en el sistema liga-
dos al sedimento y se van acu-
mulando.
En climas fros las bajas tem-
peraturas durante el invierno
reducen la tasa de remocin de
materia orgnica; puede no ser
factible desde el punto de vista
econmico o tcnico.
Al reducir el contenido de coli-
formes fecales en al menos un
orden de magnitud, podra ser
insuficiente para cumplir con los
lmites de descarga en todas
las localidades; quiz requerira
desinfeccin subsiguiente.
METOdOLOga
La investigacin atendi la demanda plan-
teada en la Convocatoria 2005 por el Fo-
mix Campeche para el tratamiento de las
aguas residuales del sector urbano. Para
elegir el tipo de humedal adecuado a la
Pennsula y reducir los factores adversos,
se consideraron las condiciones geogrfi-
cas, climticas y el tipo de agua residual
a tratar. A partir de un diseo experimen-
tal, se analiz si los humedales son la al-
ternativa para el control de residuos. Para
efectos de esta investigacin, el esfuerzo
se concentr en el sistema de tratamiento
de Humedal construido (artificial) de flujo
subsuperficial horizontal bajo condiciones
climticas tropicales de la Pennsula de Yu-
catn, especficamente en el municipio de
Campeche.
Figura 4. Estructura de la biopelcula presente en los humedales (Morato, 2005).
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El objetivo fue evaluar el efecto que las
condiciones de operacin del humedal ar-
tificial, bajo condiciones climticas tropica-
les, producen en la eficiencia de remocin
de contaminantes presentes en las aguas
residuales del sector urbano. Para ello, se
elabor un diseo experimental constitui-
do por seis mdulos como muestran las
imgenes de la figura 5 y el esquema de
la figura 6. El estudio se dividi en tres
etapas:
1. Caracterizacin fisicoqumica del
agua residual descargada en la zona
costera del Municipio de Campeche;
2. Localizacin, recoleccin y aclimata-
cin de macrfitos;
3. Se arm una planta a micro-escala de
humedal construido de flujo subsu-
perficial horizontal.
Se confirm que los Slidos Suspendidos
Totales (SST) estn constituidos por part-
culas tanto orgnicas (en alto porcentaje)
e inorgnicas (suelo, arenas) de muy pe-
queo tamao que flotan en el agua, que
no aglomeran y por ende no precipitan
(figura 7). En las pruebas experimentales
dESaRROLLO URBanO y RURaLdESaRROLLO URBanO y RURaL
del proyecto se observ que la remocin
de Slidos (SST) y materia orgnica ocurre
cerca de la entrada del agua debido a me-
canismos fsicos (filtracin y absorcin). La
eficiencia de dichos mecanismos se reflej
en la reduccin de las concentraciones de
SST, de la materia orgnica as como la tur-
bidez del agua tratada, como se aprecia
en las imgenes de la figura 7.
Pudo comprobarse que la eliminacin de
nutrientes se debi principalmente a la
forma en que se oper el humedal. Tam-
bin se analiz la presencia de microorga-
nismos patgenos en las aguas residuales
urbanas y se constat que el sistema
de humedales construidos permite lo-
grar una reduccin de stos. La elimi-
nacin de dichos microorganismos se
puede llevar a cabo gracias a un con-
junto de procesos abiticos o biticos
que se realizan en el humedal.
COnCLUSIOnES
Se pudo constatar que, al aumentar
el tiempo de operacin o de perma-
nencia del agua residual en el sistema,
tambin se increment la eficiencia
en la remocin de los parmetros de
calidad del agua analizados. Qued
demostrado, igual que en otras inves-
tigaciones, que las plantas influyen
para bien sobre la composicin de las
comunidades microbianas en el hume-
dal, y, por lo tanto, sobre el metabolis-
mo en la zona de la rizosfera.
El tamao del medio de soporte juega
un rol importante en la eficiencia de los
sistemas de humedales, al igual que
los sistemas implementados con grava
fina, que generaron mejor eficiencia en
la remocin de materia orgnica.
Figura 6. Diagrama de la recoleccin de agua y la planta a microescala de Humedales Construidos de Flujo Sub-superficial Horizontal usado en la propuesta. Tipo de lechos son: TD D1, Typha Dominguensis con grava fina; TD D2, Typha Dominguensis con grava gruesa; C D1, control con grava fina; C D2, control con grava gruesa; TL D1, Typha latifolia con grava fina; y TL D2, Typha latifolia con grava gruesa.
Los resultados permiten concluir que
los sistemas de humedales construidos
de Flujo Subsuperficial son una alter-
nativa para el tratamiento de las aguas
residuales del sector urbano, ya que
no requieren de altos costos de inver-
sin ni tampoco de operacin. Se lo-
gra, adems, una apreciable reduccin
en los parmetros de control de con-
taminacin, lo que beneficiara amplia-
mente la calidad del agua de mar en
la Baha de Campeche, consolidando
a esta zona como un mirador turstico.
RECOMEndaCIOnES
Sera importante continuar con la in-
vestigacin de estos sistemas a escala
piloto y estudiar los parmetros que
permitan el escalamiento a condicio-
nes reales de operacin, su implemen-
tacin y beneficio para el municipio
de Campeche. Asimismo, estudiar,
mediante el empleo de la biologa mo-
lecular, la ruta de eliminacin de los
patgenos presentes en las aguas re-
siduales, lo cual permitira incrementar
an ms la remocin de estos microor-
ganismos y quiz evitar el empleo de
una unidad de desinfeccin previo a la
descarga final.
agRadECIMIEnTOS
Este trabajo se realiz en el mar-
co del proyecto Estudio Integral,
Manejo Sustentable y Control de la
Contaminacin de las Aguas Resi-
duales del Sector Urbano: Caracte-
rizacin del Agua, Experimentacin
y Diseo de un Modelo Ecotecnol-
gico para la Prevencin y Remocin
de Contaminantes, clave CAMP-
2005-C01-008, financiado por el
Fondo Mixto CONACYT-Gobierno
del Estado de Campeche.
Agua residual domstica (antes del tratamiento).
Agua tratada (salida del humedal construido).
Figura 7. Agua residual domstica previo a su paso por el humedal y a la salida del mismo.
Figura 5. Imgenes del Diseo experimental propuesto en el proyecto.