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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.

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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).

10 JULIO - SEPTIEMBRE 2010 FOMIx CaMPEChE REvISTa 11

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.