INDUSTRIALES EN HUMEDALES

La combinación correcta de la actividad de plantas, suelo y bacterias crea un sistema eficaz para el tratamiento de aguas residuales

El sistema de tratamiento en humedales (wetlands) a partir de especies vegetales de arraigo y juncales/cañaverales, se utiliza ampliamente en Europa para tratar grandes cargas contaminantes. El sistema tiene su fundamento  en la tecnología desarrollada por el profesor Kikuth, de la Universidad de Kassel, Alemania, quien en 1973 diseñó el primer humedal, con criterios ingenieriles para el tratamiento de desagües. Los sistemas Kikuth se aplican con excelentes resultados en todo el mundo en el tratamiento de efluentes(tratamientos  primarios, secundarios y terciarios), en barros agrícolas y lechadas efluentes de procesos de industrias alimenticias, papeleras, químicas y metalúrgicas.

El sistema de humedales (wetlands) con juncos o plantas de bañado (reed bed) tiene componentes simples que interactúan en forma compleja para conformar un medio ideal para el tratamiento de desagües.

Habitualmente, el área de tratamiento es un lecho superficial ( 0,5 a 1,0 m de profundidad) donde se plantan los juncos u otras especies acuáticas, aislado por una capa o membrana impermeable para evitar el escurrimiento de efluente fuera del sistema.

Los microorganismos (hongos o bacterias) que se desarrollan en el suelo cultivado se encargan de la mayor parte del l tratamiento.

Las raíces y los sistemas rizomáticos de las plantas son los responsables de llevar aire al suelo inmediatamente ubicado a su alrededor. Más allá de éste, el ambiente es anaeróbico, creando un verdadero mosaico de esferas de tratamiento. Estas son las responsables de la asombrosa capacidad de las plantas de remover contaminantes complejos e históricamente intratables.

Gran parte del tratamiento se debe a los microorganismos del suelo, si bien ciertos contaminantes (como metales pesados, sulfuros o fósforos) se eliminan directamente por procesos químicos del suelo.

El método de construir juncales donde el suelo actúa como medio para el cultivo de plantas y para la circulación del líquido a tratar, permite una alta relación superficie de contacto / volumen, y crea un hábitat favorable para las bacterias y hongos que retienen contaminantes.

Un lecho  de flujo subsuperficial es la combinación de tres elementos independientes: suelo, plantas y bacterias.

Un sistema que combina equilibradamente estos tres componentes ofrece capacidades sustentables de tratamiento prolongado, mientras que cuando la combinación es incorrecta o se intenta operar cada componente por separado, se obtiene un tratamiento parcial poco sustentable en el largo plazo. Las causas que fundamentan esta conclusión son relativamente simples y se desarrollan más adelante.

SUELO

Fundamentalmente, el suelo constituye el componente básico de todo sistema de tipo “natural”. Sus características incluyen grandes cantidades y diversas clases de bacterias de origen natural.

En condiciones terrestres normales, el oxígeno de la atmósfera hace que las bacterias aeróbicas actúen cerca de la superficie mientras  que las bacterias anaeróbicas trabajan en niveles inferiores.

La concentración de oxigeno se reduce bruscamente con la profundidad.

Al inundarse el suelo, se inhibe la presencia de oxígeno y cesa toda actividad aeróbica, quedando operativos únicamente los ciclos anaeróbicos, lo cual limita drásticamente la eliminación potencial  de contaminantes. Así, por ejemplo, para la eliminación del amoníaco, que exige procesos tanto de oxidación como de reducción, un sistema simple del tipo “solo-suelo” es insuficiente.

Sin embargo, la aplicación en suelo de una lechada de amoníaco permite una buena “limpieza” de ésta. Esto se debe a las características de adsorción propias de la tierra, a diferencia de, por ejemplo, la grava, que no posee dichas propiedades.

De esta manera, una tierra de alto contenido arcilloso intercambiará iones de  amonio con otros iones y parecerá haber removido el amoníaco; pero una vez agotada su capacidad de intercambio de iones, la estructura de la arcilla colapsará y liberará grandes cantidades de amoníaco en la fase acuosa.

De manera similar, pueden retenerse temporariamente muchos contaminantes, pero el proceso no es sustentable y los contaminantes tenderán a concentrarse en la tierra en vez de degradarse por mecanismos derivados de la acción de bacterias del suelo.

Puesto que el suelo en sí mismo está  limitado a mecanismos anaeróbicos, los diversos contaminantes no pueden tratarse y, como éstos ingresan al sistema por adsorción, tenderán a contaminar a las bacterias restantes.

PLANTAS

Las especies vegetales  elegidas para estos sistemas se caracterizan por cumplir tres funciones principales.

La primera deriva de una diferencia fundamental entre una planta acuática y una terrestre: aquella tiene la capacidad de transportar oxígeno hacia el sistema radicular. Por lo tanto, este proceso puede aportar a la tierra un gradiente positivo de oxígeno, a la inversa de lo que ocurre en un suelo sin plantas de este tipo.  Así, el efecto superficial de transporte de oxígeno que existe en sistemas terrestres continúa, en un juncal o cañaveral, hasta el final del sistema radicular.

Este aporte de oxígeno da lugar al establecimiento de grandes  cantidades de bacterias aeróbicas en torno a la zona radicular con poblaciones de bacterias anaeróbicas en la matriz del suelo alejada de las raíces.

Esto hace que el sistema funcione como un conjunto de ciclos integrados por digestores aeróbico/ anaeróbicas en la matriz del suelo alejada de las raíces. Esto hace que el sistema funcione como un conjunto de ciclos integrados por digestores  aeróbico/ anaeróbicos independientes y muy eficiente para reducir las concentraciones de todas las especies contaminantes.

La segunda función de las plantas es integrar los procesos catabólicos de transferencia de nutrientes.

Estos procesos consisten en actividades NPK (nitrógeno-fósforo-potasio) normales, pero también pueden provocar la asimilación de diversos compuestos orgánicos en el tejido celular de la planta en crecimiento. Sin embargo, estos procesos no llegan a representar más del 2 al 5% de la eliminación del contaminante y el ciclo NPK, tiende a ser reversible, según las estaciones.

La tercera función de las plantas es desarrollar una estructura secundaria APRA la matriz del suelo, que permita la circulación permanente del líquido durante la muy larga vida del sistema. Como se señala anteriormente, las tierras sujetas a cargas de DQO tienden a degradarse ya sea por intercambio de iones o por neutralización de las cargas en la estructura de la arcilla, que es la que conserva la naturaleza particular del suelo.

BACTERIAS

La capa superior de una tierra agrícola tiene una actividad microbiológica muy alta y en ella existe un ciclo medible de “respiración”.

Cuando se inunda este suelo superior se produce la inhibición del ciclo aeróbico y la tierra se vuelve anóxica.

La introducción de especies acuáticas en un horizonte de suelo recrea y aumenta el ciclo equilibrado aeróbico/ anaeróbico y permite el acceso total del complemento de bacterias. Esto implica que el desarrollo correcto de las plantas generará mecanismos aeróbicos, anaeróbicos, singulares y co-metabólicos muy eficaces para depurar, por ejemplo, las lechadas amoniacales.

EFLUENTES QUÍMICOS

En Gran Bretaña, para depurar los efluentes líquidos generados por  una fábrica, se dispuso la plantación de cañaverales según lo previsto en la implementación de un riguroso proyecto de gestión de efluentes. 

Se optó por sistema de cañaverales al considerarse como la solución más flexible y económica para esta fábrica multi-producto.

La primera etapa consistió en efectuar pruebas piloto con el efluente durante doce meses, coincidentemente con las obras preliminares de las instalaciones. Las conclusiones de estas pruebas piloto sirvieron de base para diseñar el sistema a gran escala.

El sistema ocupa 5 ha en total, parceladas en cinto sectores independientes y está diseñado para un total de 3000 m3 de efluente maduro. Actualmente, cerca de dos tercios del área total del cañaveral se alimenta con efluentes (la fábrica produce aproximadamente, 1000 m3/día de efluentes).

La magnitud y operación de la fábrica multi-producto ha cambiado sustancialmente a partir de la plantación del cañaveral y se debió adaptar éste para tratar un efluente con contenido mayormente de aminas en lugar de uno con base de fenoles, para el cual había sido concebido originalmente.

Este cambio positivo se realizó sin costos adicionales y las cañas lograron eliminar gran cantidad de contaminantes, incluso antes de llegar a su madurez

EFLUENTES AGRÍCOLAS

En un criadero estatal de porcinos en Nordhausen, Alemania, con una capacidad de 55.000 animales de diversas edades, los efluentes generados son conducidos hasta dos digestores anaeróbicos de gran tamaño y el gas generado se almacena en un tanque instalado en el lugar, desde el que pasa a la empresa de abastecimiento municipal de Nordhausen.

Parte del producto  de los digestores anaeróbicos se procesa para obtener mejoradores de suelo y fertilizantes.

El resto del producto, junto con la fracción líquida del procesamiento del mejorador de suelos, pasa por un tanque de sedimentación. De allí, se envía a las lagunas de barros activados, donde la gran carga de amoníaco es convertida en nitratos y donde se cubre una parte de la demanda bioquímica. 

Después del tratamiento, el barro e esparce sobre el suelo.

Desde hace tres años se está desarrollando un programa de transición del sistema de disposición de Nordhausen al sistema en base a cañaverales. Hasta comienzos de 1999, se habían construido 12 módulos, cubriendo una superficie total de 0.25 ha, aproximadamente. El sistema está en condiciones de recibir cerca del 25% del producto total del criadero, ya sea en forma de barros o como fracción líquida únicamente.

Un eventual cambio en las características del efluente exigiría un período de adaptación inferior a los 12 meses y apenas unos ajustes menores al  método de aplicación.

Actualmente, el sistema está tratando la fracción líquida  o las pastas elevadas de humedad por infiltración horizontal.

El sistema está funcionando con barros líquidos y se encuentra muy próximo a su rendimiento de diseño para remover amoníaco, principal componente de la carga.

Tanto en efluentes con amoníaco como con nitratos, la carga se descompone en nitrógeno atmosférico, a diferencia de lo que ocurre con el proceso de barros activados aplicado hasta el presente.

El líquido que sale del sistema cumple con las normas de descarga en los cursos de agua locales.