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.
