Manual de Fito Depuración, Filtros de Nacrofitas en Flotación, Capítulos 5

1. FITODEPURACIÓN Y HUMEDALES

Por fitodepuración (phyto = planta, depurare =limpiar, purificar) se entiende la reducción o eli-minación de contaminantes de las aguas resi-duales, por medio de una serie de complejosprocesos biológicos y fisicoquímicos en los queparticipan las plantas del propio ecosistemaacuático. La fitodepuración ocurre naturalmenteen los ecosistemas que reciben aguas contami-nadas y, junto a la denominada autodepuraciónde las aguas, ha sido el procedimiento clásico derecuperación de la calidad del agua. Este proce-so ocurre tanto en humedales naturales comoen humedales artificiales creados por el hom-bre.

Desde un punto de vista estricto, el con-cepto de fitodepuración puede aplicarse cuandoexiste la intervención de cualquier tipo de orga-nismo fotosintético, ya sean plantas superiores(macrofitas) como algas macroscópicas omicroscópicas. Sin embargo, el concepto másgeneralizado del término fitodepuración llevaactualmente implícito la intervención de macro-fitas. Los procedimientos de tratamiento deaguas por lagunaje –en los que hay intervenciónde microalgas– no serían por tanto objeto de lafitodepuración. La fitodepuración, por tanto, serefiere a la depuración de aguas contaminadaspor medio de plantas superiores (macrofitas) enlos denominados humedales o sistemas acuáti-cos, ya sean naturales o artificiales.

Los humedales naturales pueden definirsecomo aquellos lugares terrestres que permane-

cen inundados o saturados de agua durante, almenos, un tiempo lo suficientemente prolonga-do como para que se desarrolle en ellos un tipode vegetación característica, palustre, que estáadaptada a esas condiciones de inundación osaturación de agua, como por ejemplo, los carri-zales, espadañales, juncales o los masiegales. Sonsistemas de transición entre los ambientesterrestres y los acuáticos, por lo que sus límitessuelen ser difusos y su morfología variable conel tiempo, mostrando ciclos temporales más omenos acusados y un extraordinario dinamismo.Los humedales se reconocen fácilmente por unconjunto de características generales, como sonla presencia de una lámina de agua poco pro-funda o de una capa freática en superficie sobresuelos hidromorfos, y la existencia de una vege-tación especializada, ya sean plantas que vivenen el agua (hidrofitos) o las que se desarrollanen terrenos permanentemente inundados o almenos saturados de agua, con bastante frecuen-cia (higrofitos). Uno de los rasgos más caracte-rísticos de la vegetación de los humedales es suadaptación a vivir con una fuerte limitación de ladisponibilidad del oxígeno en el suelo, es decir,en condiciones de anaerobiosis que normal-mente no soportan las plantas terrestres.

Desde el punto de vista ecológico, loshumedales naturales son lugares de extraordi-nario valor. Su protección está reconocida anivel nacional e internacional, siendo el hito mássignificativo el denominado Convenio deRamsar, surgido a raíz de la ConferenciaInternacional sobre la Conservación de lasZonas Húmedas y de las Aves acuáticas cele-brada en Ramsar (Irán) en 1971. Los humedales

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Fitodepuración en humedales.Conceptos generales

CAPÍTULO5

María Dolores Curt Fernández de la Mora

B

naturales más importantes de España, son losparques nacionales de Doñana, creado en 1969,y las Tablas de Daimiel, de 1973, ambos incluídosen la Lista Ramsar. Otras áreas húmedas de graninterés ecológico son las lagunas de Ruidera, laslagunas salinas de la Mancha, las Marismas delGuadalquivir y el Delta del Ebro.

Foto 5-1.

La importancia de los humedales naturalesradica tanto en sus peculiaridades biológicas–vegetación y fauna especializada– como en lasfunciones que desempeñan en el ciclo del aguay de la materia orgánica, reciclado de nutrientes,mantenimiento de redes tróficas y estabilizaciónde sedimentos. Tienen un importante papelcomo ‘depuradoras’ naturales, contribuyendo almantenimiento de la calidad de las aguas subte-rráneas y superficiales.A este respecto es impor-tante destacar que del estudio de su dinámica yactuación se derivan los denominados sistemasblandos de depuración de aguas residuales(lagunaje y humedales artificiales), que en defini-tiva son sistemas desarrollados por el hombreen los que se imita la dinámica depuradora delos humedades naturales, pero con una mayorvelocidad que la que se produce en los hume-dales naturales. Es preciso señalar que el apro-vechamiento de humedales naturales para eltratamiento de aguas residuales está totalmentedesaconsejado, ya que supone un grave impactomedioambiental y la posibilidad de contaminarlos acuíferos y ecosistemas circundantes.Solamente si el aporte de agua residual estácontrolado dentro de los límites de depuracióntotal que puede ofrecer el humedal, podría sertolerada esta aplicación.

Los humedales artificiales son los que hansido construidos por el hombre para el trata-miento de aguas residuales. Consisten en estan-ques o canales de poca profundidad (normal-

mente <1m) en los que se implantan especiesvegetales adaptadas a la vida acuática y en losque la depuración se basa en procesos natura-les de tipo microbiológico, biológico, físico y quí-mico. Su diseño es muy variado, pero siempreincluye canalizaciones, aislamiento del suelo paraevitar el paso de la contaminación a los ecosis-temas naturales circundantes y el control delflujo del efluente en cuanto a su dirección, flujo,tiempo de retención, y nivel del agua.

En relación con otros sistemas de depura-ción tecnológicos, los humedales artificiales tie-nen las ventajas de bajo coste, mantenimientosencillo, eficaz capacidad depuradora de aguasresiduales con contaminación principalmenteorgánica, y bajo impacto visual de las instalacio-nes, porque la vegetación proporciona una apa-riencia natural. Entre sus limitaciones se puedenindicar que requieren amplias superficies deterreno y que no son apropiados para determi-nadas aplicaciones, como por ejemplo el trata-miento de aguas industriales con alta contami-nación inorgánica. Los humedales artificiales sonespecialmente apropiados para el tratamientode aguas residuales de pequeñas poblaciones, endonde se suelen dar las circunstancias de bajocoste del terreno y mano de obra no altamen-te tecnificada.

2. PLANTAS PROPIAS DE LOS HUMEDALES

2.1. Concepto de macrofita

El rasgo que mejor define a los vegetales es elhecho de que son seres vivos fotosintéticos–exceptuando plantas parásitas–, por lo que sunutrición es de tipo autótrofo. La fotosíntesis lesconfiere la capacidad de utilizar como fuente decarbono un compuesto inorgánico, el dióxidode carbono, para desarrollarse y así generarmateria orgánica; es lo que conforma la deno-minada producción primaria en el planeta. En elcurso de la evolución, ha sucedido el desarrolloprogresivo de los vegetales desde organismosmuy elementales (algas unicelulares procarió-ticas) a organismos muy evolucionados (plantassuperiores) que incorporan mecanismos sofisti-cados de adaptación al ambiente terrestre. Enfunción del tipo de organización y nivel de desa-

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Manual de fitodepuración. Filtros de macrofitas en flotación

ParqueNacional

de las Tablasde Daimiel© M.D. Curt

rrollo alcanzado, se distinguen dos grandes gru-pos de organismos fotosintéticos: algas (unicelu-lares o pluricelulares), que son organismos foto-sintéticos inferiores, y embriofitos, que com-prenden musgos (briofitos), helechos (pteridofi-tos) y plantas con semilla (espermatofitos, tam-bién denominadas plantas superiores). En loshumedales naturales se pueden encontrar todosestos tipos de organismos, dando lugar a comu-nidades de gran biodiversidad.

Desde el punto de vista botánico, el tér-mino ‘macrofita’ se aplica a cualquier vegetal quees visible a simple vista (herbáceas, arbustos,árboles), en oposición al término ‘microfita’, uti-lizado genéricamente para vegetales que no sonvisibles sin la ayuda de lentes ópticas (algasmicroscópicas). Por ello, los vegetales de tallavisible que crecen en los humedales se denomi-nan ‘macrofitas acuáticas’, término que desde unpunto de vista amplio englobaría plantas acuáti-cas vasculares (angiospermas y helechos), mus-gos acuáticos y grandes algas.

En el área de investigación sobre humeda-les, ya sean naturales o artificiales, se utiliza ladenominación ‘macrofita’ de manera no estricta-mente coincidente con el concepto botánico.Así pues, el término ‘macrofita’ ha llegado ya aincluir el concepto de que se trata de plantaacuática entre los miembros de la comunidadcientífica, por lo que así se utilizará este términoen lo sucesivo. También hay que señalar que,debido a que los vegetales que predominan enlos humedales son angiospermas (=plantas consemilla), a menudo se aplica el término ‘macrofi-

ta’ de modo restrictivo, esto es, para referirseúnicamente a las plantas acuáticas con semilla.

2.2. Tipos de plantas en los humedales

En los humedales naturales coexisten áreasinundadas, en las que se mantiene una capa deagua más o menos constante (unos centímetrosa 1 m de profundidad) con áreas permanente-mente saturadas de agua, que suponen unatransición entre el área inundada y las zonasterrestres circundantes al humedal. Las plantasque naturalmente se desarrollan en el humedalse pueden localizar en cualquiera de esas áreas,ya sea la acuática o la de saturación de agua. Laspeculiaridades ambientales determinan que lasplantas que allí viven hayan desarrollado adapta-ciones específicas a las condiciones de humedad.

En función del grado de adaptación quemuestren las macrofitas de los humedales, sedistinguen dos grandes grupos: por una partelos hidrófitos, que son plantas acuáticas en sen-tido estricto, y por otra, los higrófitos terrestres,que son aquellas plantas de suelos más o menospermanentemente saturados en agua.

2.2.1. Plantas acuáticas estrictas: hidrófitos

Se denominan hidrófitos a las plantas que vivenen el agua, que muestran un grado de adapta-ción muy avanzado a las condiciones de vidaacuática. A diferencia de los hidrófitos, las plan-tas terrestres están arraigadas en suelos más omenos aireados en los que circula la denomina-da ‘atmósfera del suelo’, cuya composición espróxima a la del aire. Los gases más importantespara la fisiología de las plantas son el oxígeno yel dióxido de carbono, que están en una pro-porción aproximada de 210 cm3 y 0.3 cm3 porlitro de aire, respectivamente. En los mediosacuáticos la proporción de oxígeno es muy dife-rente, pero la proporción de dióxido de carbo-no suele ser bastante parecida a la de la atmós-fera del suelo. El contenido máximo de oxígenodisuelto en el agua (agua saturada de aire) es delorden de 6.4 cm3 por litro (a 20ºC), pero en lasaguas de los humedales el oxígeno disuelto esmenor, y su proporción es un índice del gradode contaminación del agua (menos oxígenocuanto más contaminada).

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Fitodepuración en humedales. Conceptos generales CAPÍTULO5

Colonia demacrofitas

(Typha spp.)desarrollada

sobre un caucecontaminadopor efluentesmunicipales

sin tratar© M.D. Curt

Así pues, como consecuencia de las carac-terísticas medioambientales, las plantas acuáticashan tenido que desarrollar mecanismos deadaptación a un medio con amplia disponibili-dad hídrica pero pobre en oxígeno. A diferenciade las plantas terrestres, las plantas acuáticasmuestran epidermis muy delgadas, a fin de redu-cir la resistencia al paso de gases, agua y nutrien-tes, y tejidos con un gran desarrollo de los espa-cios intercelulares que dá lugar a una red deconductos huecos en los que se almacena y cir-cula aire con oxígeno. Esta red de canales facili-ta la difusión de gases entre los distintos órga-nos de la planta, y cuando la planta tiene partede sus órganos por encima de la lámina delagua, permite la transferencia de oxígeno desdeel aire y órganos fotosintéticos, hacia las raíces, yde allí hacia la rizosfera, actuando como meca-nismo oxigenador del agua del humedal.

También se dan otras muchas adaptacio-nes al medio acuático, que conviene señalar.Algunas especies acuáticas prescinden del siste-ma radicular (por ejemplo, Ceratophyllum spp.)por lo que su aspecto recuerda a las algas. Otrasdesarrollan heterofilia, que consiste en la dife-renciación morfológica entre hojas sumergidas yhojas emergidas (por ejemplo, Ranunculus aqua-tilis); en estos casos las hojas sumergidas suelenser delgadas y filiformes.

Las plantas acuáticas muestran una grandiversidad en cuanto a modo de vida. En funciónde dónde se sitúan los órganos asimiladores, sedistinguen tres tipos de plantas acuáticas: sumer-gidas, anfibias y flotantes.

• Plantas acuáticas sumergidas: Son aquellasque se desarrollan en la columna de agua, man-teniendo todos sus órganos vegetativos pordebajo de la lámina de agua. Son plantas muyinteresantes en los humedales naturales a causade su efecto oxigenador en la columna de agua;al estar los órganos asimiladores sumergidos, eloxígeno liberado por fotosíntesis pasa directa-mente al agua. En este grupo se encuadranespecies muy comunes de los humedales natu-rales, como Ranunculus aquatilis (ranúnculo deagua) y Potamogeton spp., y otras que se utilizanfrecuentemente en estanques ornamentales porsu capacidad oxigenadora, como sonCeratophyllum demersum o Myriophyllum vertici-llatum. Algunas especies sumergidas emergensólo para florecer, como por ejemplo Lobeliadortmanna (lobelia de agua).

Algunas de las plantas acuáticas sumergi-das de aplicación en sistemas acuáticos artificia-les de depuración son Potamogeton spp. y Elodeaspp. Se utilizan para oxigenar el agua en profun-didad y para proporcionar soporte para la floramicrobiana.

Foto 5-4.

• Plantas anfibias (emergentes): Son aquellasplantas que tienen parte de su estructura vege-tativa dentro del agua, y otra parte fuera deésta, como por ejemplo, el Polygonum amphi-bium.Típicamente se trata de plantas arraigadasen el suelo sumergido (fango) o suelo enchar-cado, y que asoman parte de su cuerpo vegeta-tivo por encima de la lámina del agua. Las plan-tas anfibias también reciben la denominación dehelófitas, término derivado del griego, helo–, quequiere decir pantano. En este grupo se encuen-

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Corte de la base de un

tallo de Typhaspp., en el que puede

observarse unaamplia red de canales

aeríferos© M.D. Curt

Estanque de nenúfares. A través del agua se observa unentramado deCeratophyllumdemersum,acuáticasumergida utilizada paraoxigenar elmedio© M.D. Curt

tran importantes especies de interés en loshumedales artificiales, como las eneas Typhadomingensis, T. angustifolia, T. latifolia, la cañacomún Phragmites australis y el esparganio,Sparganium erectum. La función primaria de loshelofitos en los humedales artificiales es la deactuar de filtro para mejorar los procesos de flo-culación y sedimentación. Otras funciones son lade servir de soporte de microorganismos –pordesarrollo de una gran superficie de órganossumergidos–, oxigenar el agua circundante en larizosfera, extraer nutrientes –que redunda en ladisminución de la carga contaminante–, som-brear el agua –que evita el crecimiento de lasalgas–, actuar de barrera cortaviento –que facili-ta la estabilización del agua– y aislar térmica-mente el agua.

Foto 5-5.

• Plantas flotantes: Son plantas en las que susórganos asimiladores están flotando en la super-ficie del agua. Este grupo comprende plantas delibre flotación, que son aquellas que presentanraíces suspendidas en el agua (por ejemplo, lalenteja de agua), como plantas flotantes enraiza-das, que son aquellas en las que sus raíces estánancladas en el fango del humedal, pero sus hojasestán flotando en la lámina de agua (por ejem-plo, los nenúfares).

Entre las plantas flotantes de aplicación alos sistemas acuáticos de tratamiento de aguas,hay que mencionar la lenteja de agua (Lemnaminor), que tiene muy pequeño tamaño, pero esmuy prolífica por multiplicarse vegetativamente,y el jacinto de agua, (Eichhornia crassipes), demuy alta productividad. La función principal deestas plantas es la de proporcionar sombreopara dificultar el crecimiento de las algas, ademásde actuar extrayendo nutrientes. Sin embargo,

en algunas circunstancias estas especies puedenllegar a ser invasivas, perjudicando el funciona-miento del humedal cuando están en grandescolonias, por limitar la difusión de oxígeno desdela atmósfera, y bloquear el paso de la luz para lasplantas sumergidas.

Foto 5-6.

2.2.2. Higrófitos terrestres

Se denominan higrófitos a aquellas plantas queviven en ambientes húmedos. Los higrófitosterrestres, se desarrollan sobre suelos saturadosde agua. Son plantas que, sin ser acuáticas, mues-tran un cierto grado de adaptación morfológicay fisiológica a las condiciones de saturación deagua en el suelo o sustrato en el que se desa-rrolle el sistema radicular. Pueden soportar con-diciones de humedad inferior a saturación porespacios de tiempo no prolongados, pero nosobreviven en ambientes secos.

Foto 5-7.

Algunas de estas especies, además de viviren sustratos permanentemente húmedos, sontolerantes a la contaminación del agua, y por ellopueden emplearse en los humedales artificiales.Algunas especies corrientemente utilizadas enhumedales artificiales son higrófitos, como los

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Humedalnatural.

En primer término,

colonia dehelofitas.Al fondo,

bosquete detarayes

© M.D. Curt

Acuática flotanteNuphar luteumen un humedalnatural© M.D. Curt

Juncos debolas (Scirpusholoschoenus)en una fresne-da natural,indicando unazona conhumedad permanente© M.D. Curt

juncos (Scirpus holoschoenus y otros Scirpus). Suprincipal función es la de contribuir a los proce-sos físicos de separación del agua, actuando amodo de filtro.

3. LOS HUMEDALES ARTIFICIALES COMO ECOSISTEMAS

Los humedales artificiales reproducen la dinámi-ca de los humedales naturales, y como éstos,constituyen delicados ecosistemas, que combi-nan procesos físicos, químicos y biológicos en unmedio diseñado, construido y manejado por elhombre. La principal diferencia con respecto alos humedales naturales, es el grado de controlque puede ejercerse sobre los procesos intervi-nientes. Algunos de los aspectos diferencialescon respecto a los humedales naturales, son elhecho de que el flujo de agua es más estable–no está sometido necesariamente a fluctuacio-nes estacionales–, el tiempo de retención estácontrolado por el operador, y la carga contami-nante es más elevada. Sin embargo, y a seme-janza de lo que ocurre en los humedales natu-rales la influencia de los parámetros climáticos(precipitación, radiación, temperatura) en elcomportamiento del humedal es importante.Las temperaturas bajas hacen que se retardenlos procesos biológicos, pero en cambio noafectan a procesos físicos como la filtración ysedimentación.

El comportamiento de los humedales arti-ficiales es el resultado de un entramado com-plejo de procesos físicos, químicos y biológicos,siendo de extrema importancia la actuación einteracciones con el agua residual, de los com-ponentes vivos del sistema: microorganismos,hongos, algas, vegetación (plantas superiores) yfauna.

3.1. Microorganismos y organismos inferiores heterótrofos

En este apartado se incluyen pequeños organis-mos heterótrofos que tienen cometidos indis-pensables para la depuración del agua residual,como bacterias, protozoos, actinomicetes, hon-gos. Aunque son grupos de organismos muydiferentes, coinciden en la doble vertiente de

ser organismos que participan en la descompo-sición de materia orgánica y a la vez, producto-res primarios de biomasa. Son organismos hete-rótrofos, es decir, organismos que necesaria-mente requieren carbono orgánico para desa-rrollarse –en oposición a los organismos foto-sintéticos, algas y plantas, cuya fuente de carbo-no es inorgánica–. Se desarrollan naturalmenteen los humedales artificiales, concentrándosealrededor de la superficie de partículas sólidas,sedimentos, y de desechos y partes sumergidasde las plantas.

Las bacterias intervienen en procesosesenciales para el buen comportamiento del sis-tema. Así pues, son responsables de la degrada-ción de la materia orgánica y de la remoción dela contaminación orgánica por intervenir en laliberación de compuestos gaseosos del carbonohacia la atmósfera (anhídrido carbónico, meta-no). También desempeñan una función esencialen el ciclo del nitrógeno, ya que hidrolizan elnitrógeno orgánico y lo transforman hacia for-mas asimilables para las plantas (ion amonio ynitrato); además, la actividad de ciertas bacteriasanaerobias conduce a la desnitrificación, queconsiste en la reducción del ion nitrato a nitró-geno gaseoso, que se libera hacia la atmósfera.La disponibilidad del fósforo para las plantas, quees otro elemento esencial para su nutrición,también depende en cierta medida de la activi-dad microbiana, al transformar formas insolublesde fósforo a formas solubles fácilmente asimila-bles por las plantas. Otros procesos en los queparticipan bacterias son la reducción de com-puestos de azufre a sulfuros y la oxidación desulfuros.

Los protozoos son muy abundantes en lasaguas residuales de tipo orgánico. Su papel en eltratamiento de las aguas residuales domésticases bien conocido, y se aprovecha para el buenfuncionamiento de sistemas de tratamientoconvencionales (fangos activados, filtros de per-colación lenta). Son importantes organismos enla cadena trófica del sistema, ya que al alimen-tarse de bacterias, regulan la población bacteria-na responsable de la descomposición de lamateria orgánica. Otros aspectos a destacar sonsu contribución a flocular sólidos orgánicos ensuspensión del agua residual y la excreción,como productos de su metabolismo, de orto-fosfatos y amonio, compuestos inorgánicos de

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fósforo y nitrógeno, respectivamente, fácilmenteasimilables por las plantas.

Con carácter general los hongos sonorganismos descomponedores de la materiaorgánica. Los hongos que se encuentran en loshumedales (actinomicetes y otros) son mayori-tariamente organismos saprofíticos que senutren de restos de organismos –restos de ali-mentos, residuos de plantas...–, contribuyendo,por tanto, a reducir la carga orgánica contami-nante del sistema.

3.2. Algas

Las algas son organismos acuáticos fotosintéti-cos cuyo papel es esencial en la biosfera; asípues, se estima que las algas contribuyen conalrededor de un 90% a la fotosíntesis de laTierra. La presencia de algas en los humedaleses inherente a su condición de hábitats húme-dos. Las algas, al realizar la función fotosintética,contribuyen a crear ambiente aerobio liberandooxígeno propicio para procesos oxidativos de lacarga contaminante.

Foto 5-8.

Sin embargo, la proliferación incontroladade algas, que puede ocurrir cuando en el mediohay un exceso de nitratos y fosfatos (eutrofiza-ción), no es deseable, porque puede ocasionarefectos perniciosos en el sistema. Entre otrosefectos, caben señalar el aumento de los sólidosen suspensión, turbidez, bloqueo del paso de laluz a través de la columna de agua, competenciapor nutrientes con plantas superiores acuáticasy afección a las raicillas de la vegetación delhumedal.

3.3. Vegetación

El papel de la vegetación en la eficacia de los sis-temas de tratamiento de aguas residuales conmacrofitas ha sido ampliamente debatido en elámbito científico. Es indudable que la vegetaciónen los humedales artificiales es un componentefundamental del sistema, ya que el sistema detratamiento está estrechamente relacionadocon un tipo determinado de vegetación. Porejemplo, no pueden desarrollarse sistemas acuá-ticos si no se dispone de plantas flotantes.

La vegetación desempeña papeles múlti-ples en el buen funcionamiento del sistema. Setrata tanto de actuaciones activas derivadas dela actividad fisiológica de la vegetación comoactuaciones pasivas, en las que no intervienenéstos, sino procesos físicos por efecto de la pre-sencia de las plantas en el sistema.

3.3.1. Actuación pasiva de la vegetación en ladepuración

En el balance global de las funciones que desem-peña la vegetación en los humedales artificiales,los procesos físicos suponen la función másimportante de las plantas para la eficaciadepuradora del sistema.

En primer lugar las macrofitas puedenejercer funciones de desbaste, reteniendo lossólidos gruesos arrastrados por el agua residual.También, por actuar de barrera física para elflujo del agua residual, reducen la velocidad delinfluente, lo que favorece la floculación la sedi-mentación de partículas en suspensión.

Por otra parte, las partes de las plantasque están en contacto con el influente, actúancomo soporte pasivo de microorganismos ycrean en sus proximidades ambientes propiciospara el desarrollo de estos; es decir, las plantascrean una enorme área superficial para el desa-rrollo de ‘bio-películas’, en las que crecen bacte-rias, protozoos, y algas microscópicas.

También son de reseñar las actuacionespasivas que se refieren a la parte aérea de lasplantas. Cuando la vegetación tiene un determi-nado porte, como ocurre con plantas acuáticas

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Sistema radicular de

Typha spp.afectado por la

proliferaciónde algas.

Sentido de laafección

mayor dederecha aizquierda

© M.D. Curt

emergentes, la vegetación tiene un cierto efecto

amortiguador de las temperaturas extremas yotros fenómenos atmosféricos, ya que aísla lasuperficie del agua, intercepta lluvia y nieve, yreduce las pérdidas de calor que eventualmentese producen por el viento.

Foto 5-9

3.3.2. Procesos activos de la vegetación en ladepuración

Con respecto a las funciones que desempeñanactivamente las plantas en los humedales artifi-ciales, hay que destacar : el intercambio gaseosohacia desde las hojas hacia la zona radicular encontacto con el agua residual, y la extracción decontaminantes del agua. Las plantas adaptadas avivir en aguas con elevada carga orgánica, utili-zando su propia energía procedente en últimainstancia de la energía solar captada por fotosín-tesis, son capaces de enviar el oxígeno del aire

Foto 5-10.

hasta sus raíces a través de un sistema conduc-tor muy especializado. Esto favorece la degrada-ción de la materia orgánica del entorno de las

raíces por medio de los microorganismos queviven asociados al sistema radicular de la planta.También las macrofitas pueden ejercer unadepuración directa por la absorción de ionescontaminantes, tanto metales pesados comoaniones eutrofizantes (nitratos y fosfatos princi-palmente).

• Oxigenación del medio

Como ya se ha indicado, las plantas acuáticas, yparticularmente, las macrofitas emergentes, handesarrollado mecanismos adaptativos a las con-diciones de saturación del sustrato y de inunda-ción. Entre estas adaptaciones hay que destacarlas que se refieren a necesidad de proporcionarmecanismos de aireación de sus tejidos. La pre-sencia de lenticelas, pequeñas aberturas enhojas y tallos, permite que el aire entre dentrode la planta, pero lo que es más importante esel desarrollo de un tejido especializado congrandes espacios huecos interconectados, elaerénquima, que permite la convección de gasesa través de toda la longitud de la planta, llegan-do a proporcionar aire a las raíces. Finalmente,por intercambio gaseoso en las raíces se liberaoxígeno al medio, redundando en la creación deun microambiente aerobio en el agua próxima alas raíces. Este microambiente estimula el desa-rrollo de microorganismos aerobios responsa-bles de la degradación de la materia orgánica,resultando en la disminución de la carga conta-minante del sistema. La magnitud del efecto oxi-genador de las macrofitas acuáticas ha sido muy

debatido en la comunidad científica, entre otrasrazones por las dificultades experimentales ypor la incertidumbre de la extrapolación. Por

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Reducción dela velocidaddel influente

y retención de materia

orgánica poruna colonia

de Typha spp. © M.D. Curt

Corte transver-sal de una

hoja de Typhaspp., en el

que puedenobservarse

canales aeríferos que

permiten la circulación

de oxígenohacia el sistema

radicular© M.D. Curt

ejemplo, se indica que Phragmites puede liberarhasta 4.3 g O2/m2/día y las plantas flotantes de0.25 a 9.6 g O2/m2/día.

• Extracción de nutrientes

El papel que desempeña la vegetación en laremoción de nutrientes y otros contaminantesdel agua está estrictamente relacionado confactores intrínsecos de la planta. Obviamente,las extracciones en valores absolutos (g extraí-dos del elemento por unidad de superficievegetada) dependerán del rendimiento de laplanta (g de peso seco de biomasa producidapor unidad de superficie) y del contenido endicho elemento por unidad de peso seco de laplanta. Las plantas acuáticas son muy producti-vas, por lo que la extracción de nutrientes porincorporación al tejido vegetal, puede llegar aser muy significativa.

Como se sabe, hay tres grupos de ele-mentos indispensables para la vida de las plantas:

-Macronutrientes: nitrógeno, fósforo, pota-sio, cuya proporción en la composición dela planta es del orden de 1-2%, 0.1-1% y0.5-1% del peso seco de la biomasa res-pectivamente, aunque en determinadasplantas estos contenidos pueden ser muysuperiores (por ejemplo, el contenido ennitrógeno de las lentejas de agua puedellegar al 7%).-Micronutrientes: azufre, calcio, magnesio,cuya proporción es <0.5%.-Oligoelementos: hierro, manganeso, cinc,cobre, boro, molibdeno, que son impres-cindibles para la vida de las plantas pero seencuentran en proporciones muy peque-ñas, del orden de ppm, en sus tejidos.

Además, hay otros elementos que tienenun cierto papel en la fisiología de algunas espe-cies vegetales –por ejemplo, cloro, silicio, cobal-to–.También hay que mencionar que hay otroselementos que no siendo indispensables sonacumulados por algunas plantas, aspecto que seaprovecha para la biorremediación, que es larecuperación a través de procesos biológicos deáreas (suelos, aguas) puntualmente contamina-dos por actividades industriales (metales pesa-dos, hidrocarburos...).

Los principales elementos contaminantesde las aguas residuales domésticas son el nitró-geno y el fósforo, generalmente en una concen-tración del orden de 20-85 mg/l y 4-15 mg/l,respectivamente. En una estimación conserva-dora –para el contaminante mayoritario, elnitrógeno– se asume que la vegetación contie-ne un 1.5% de N y que el rendimiento es delorden de 2 kg peso seco/m2/año; cosechando labiomasa aérea se elimina del sistema del ordende 30 g de nitrógeno, equivalente a la cantidadtotal de nitrógeno contenido en unos 380 l deagua residual.Algunos autores indican que cose-chando la biomasa se elimina del orden del 20%del nitrógeno que proviene del influente, y quela mayor proporción de remoción de este con-taminante se efectúa por desnitrificación (libera-ción de nitrógeno gaseoso por reducción micro-biológica). Con respecto al fósforo, la cantidadque puede eliminarse del sistema por extrac-ción de las plantas es menor, citándose cantida-des del orden de miligramos por litro del aguaresidual. Otros autores calculan que la capacidadde las macrofitas para extraer nitrógeno y fósfo-ro está en los intervalos de 200 a 2500 kgN/ha/año y 30 a 150 kg P /ha/año.

3.4. Fauna

La fauna que acompaña a los humedales artifi-ciales principalmente está compuesta por dife-rentes especies insectos, y en menor medida,aves, peces, anfibios y reptiles ocasionales.Losinsectos juegan un papel incuestionable en lacadena trófica, y son alimento de otros organis-mos superiores, como aves y peces. Sin embar-go, algunos insectos pueden ser plagas de lavegetación implantada en el humedal, como porejemplo pulgones, ácaros, y pueden llegar a cau-sar daños significativos en las plantas.

Otros insectos, como los mosquitos, pue-den ser dañinos o molestos para el hombre y enalgunos emplazamientos pueden constituir unaplaga importante contra la que hay que actuar.Los mosquitos son un problema más probableen los sistemas que presentan superficie libre deagua que en los que el de flujo del agua es sub-superficial. Para evitarlo, se recurre a diseñosespecíficos de la configuración del humedal y apredadores naturales de mosquitos.

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El aspecto natural de los humedales artifi-ciales y la disponibilidad de agua y alimentoatraen a aves silvestres, que utilizan la vegetacióncomo refugio, redundando en la integración delsistema en el entorno; sin embargo, ello puedeconllevar que se acerque público general quequede expuesto a riesgos de salud inherentes alas aguas residuales.

4. PROCESOS DE REMOCIÓNDE CONTAMINANTES EN LOSHUMEDALES

Dado que los humedales artificiales son siste-mas biológicos, por precaución no se aconsejasu uso indiscriminado para el tratamiento deaguas residuales brutas. Por tanto, antes deintroducir el agua residual en los humedales arti-ficiales es necesario eliminar o reducir el conte-nido de algunos contaminantes presentes en elagua bruta. En primer lugar, se realiza un pre-tra-tamiento para eliminar sólidos gruesos, arenas,materias flotantes y grasas (desbaste, desarena-dor, desengrasador). Después se realiza un tra-tamiento primario que tiene por objeto reducirel contenido en sólidos totales y en suspensióny materia orgánica, y puede realizarse por técni-cas blandas como el lagunaje, o convencionales(tratamiento fisico-químico). A continuación elagua residual podría introducirse en el sistemade humedal artificial para su tratamiento secun-dario, cuyo objeto es la eliminación de la mate-ria orgánica biodegradable. Otra alternativa esrealizar este tratamiento secundario por laguna-je, y utilizar el humedal para el tratamiento ter-ciario del correspondiente efluente. Con estetratamiento se pretende la remoción de mate-ria orgánica no eliminada en el tratamientosecundario y compuestos inorgánicos que cau-san eutrofización de las aguas –nitrógeno y fós-foro– como mínimo hasta los límites que marcala normativa de vertidos.

Las características del influente que recibeel humedal artificial van a depender del tipo detratamiento que antes se ha realizado. Para elcaso más común, que es el de un tratamientoprimario convencional , la composición típica esla siguiente: DBO 40-200 mg/L, sólidos totales55-230 mg/L, sólidos en suspensión 45-180mg/L, nitrógeno total 20-85 mg/L, nitrógenoamoniacal 15-40 mg/L, fósforo total 4-15 mg/L.

Obviamente los valores que tomen estos pará-metros influyen en el funcionamiento del hume-dal, y en la medida que sean previsibles, condi-cionan su diseño, de modo que se favorezcanmás los procesos que implican la remoción delmayor contaminante. Cuando el humedal esefectivo, se llegan a valores inferiores a 10 mg/Lpara DBO, sólidos totales y en suspensión, ypara el nitrógeno total, inferiores a 15 mg/L.

Como ya se ha indicado, los humedalesartificiales son sistemas de apariencia simplepero muy complejos en cuanto a su funciona-miento. Actúan a modo de filtro, sumidero desedimentos y precipitados, y como motor bio-geoquímico que recicla y transforma nutrientes.Se basan en un cierto equilibrio ecológico en elque interaccionan organismos vivos e intervie-nen procesos de muy diversa índole –físicos,químicos, biológicos, hidrológicos–. Los mecanis-mos principales son de dos tipos: separacioneslíquido/sólido y transformaciones de los compo-nentes del agua residual. En el primer grupo demecanismos se incluyen los procesos de sedi-mentación, filtración, absorción, adsorción, inter-cambio iónico, y lixiviado. En el segundo, reac-ciones de oxidación/reducción, ácido/base, pre-cipitación, floculación, y reaciones bioquímicasen anaerobiosis/aerobiosis.

4.1. Sólidos en suspensión

Se denominan sólidos en suspensión a aquellossólidos que quedan retenidos en un filtro estan-darizado de tamaño de poro 1.2 µm. Los pro-cesos que conducen a su remoción dependendel tipo de humedal y de la categoría de partí-culas que contenga el agua residual: sólidos sedi-mentables (tamaño >100 µm), partículas supra-coloidales (1-100 µm), coloides (10-3-1 µm) ysólidos solubles (<10-3 µm). Los sólidos sedi-mentables caen al fondo del sistema fácilmentepor gravedad, mientras que los coloides no.

En los sistemas de flujo de agua libre (flujosuperficial) los sólidos en suspensión se eliminanpor mecanismos de floculación/sedimentación yfiltración/intercepción. Hay que señalar que ade-más de los sólidos que contenga el influente elsistema puede también generarlos como conse-cuencia de restos de plantas, microorganismos yprecipitados. La sedimentación ocurre por efec-

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to de la gravedad, y en condiciones ideales serige por la ley de Stokes, que indica que la velo-cidad de sedimentación es proporcional al cua-drado del diámetro de la partícula e inversa-mente proporcional a la viscosidad del fluido. Lafloculación ocurre naturalmente por unión departículas cargadas eléctricamente que colisio-nan entre sí, bien por el discurrir del agua, o bienpor efecto de las partes sumergidas de las plan-tas. Una vez alcanzado un determinado tamañode flóculo, éstos sedimentan. Se calcula que lasedimentación de sólidos sedimentables y partí-culas supracoloidales ocurre, en condicionesestándard, en cerca de 3 días. El proceso de fil-tración del influente no suele ser muy significati-vo salvo que las partes sumergidas de las plan-tas formen un entramado denso. En cambio, elproceso de intercepción, acompañado de agru-pación de partículas o adhesión de éstas a lasuperficie de las partes sumergidas de las plan-tas, sí que lo es.

En los sistemas de flujo sub-superficial laremoción de sólidos en suspensión es muy efi-caz debido a que la velocidad del flujo delinfluente está ralentizada y hay una gran superfi-cie proporcionada por el lecho de arena y grava.Estos sistemas actúan como filtros horizontales,

lo que facilita los procesos de sedimentación,floculación y adsorción.

4.2. Materia orgánica

Los procesos que conducen a la remoción de lamateria orgánica son de dos tipos: físicos y bio-lógicos, ambos estrechamente inter-relacionados.La materia orgánica que llega en el influentepuede encontrarse en forma de partículas, coloi-des, supracoloides o disuelta. En los tres prime-ros casos, los principales procesos que conducena su separación física son similares a los indicadospara los sólidos en suspensión: floculación y sedi-mentación. Además, pueden darse procesos deadsorción y absorción en la materia orgánicadisuelta, procesos que genéricamente se deno-minan procesos de ‘sorción’ y que están relacio-nados con las características superficiales del sóli-do o cuerpo sobre el que se producen.

En los procesos biológicos intervienenorganismos vivos (micro y macroscópicos) einfluyen de manera drástica factores como ladisponibilidad de oxígeno, el pH del medio, y latemperatura. En estos procesos se pueden darreacciones de oxidación/reducción, hidrólisis y

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Degradaciónde materiaorgánica en un carrizaldesarrolladoen aguas contaminadas© M.D. Curt

fotólisis, que conducen a la biodegradación de lamateria orgánica.

La materia orgánica biodegradable sirvecomo sustrato a múltiples organismos paradesarrollarse. La disponibilidad de oxígeno en elinfluente, determinada a través del parámetroDBO, condiciona el tipo de microrganismos queintervienen en la degradación de la materiaorgánica. Los microrganismos aerobios requie-ren oxígeno como aceptor de electrones disuel-to para desarrollarse y son muy eficientes en latransformación de la materia biodegradable encompuestos minerales, gases, y biomasa micro-biana. Por ello, las condiciones de aerobiosis sonmás adecuadas para reducir la contaminaciónpor materia orgánica, que las de anaerobiosis.Los microorganismos anaerobios utilizan com-puestos diferentes al oxígeno como aceptoresde electrones, por ejemplo, nitratos, carbonatoso sulfatos, dando lugar a compuestos reducidosdel tipo de óxidos de nitrógeno, nitrógeno, azu-fre, tiosulfato. Estas reacciones son menos efi-cientes que las que ocurren en ambientes aero-bios, y para que la reducción de la contamina-ción orgánica sea significativa tiene que liberarsemetano o hidrógeno.

Como ya se ha indicado, la disponibilidadde oxígeno es un factor fundamental para laremoción bioquímica de la materia orgánica.Esta disponibilidad dependerá del balance en elsistema entre el consumo (por respiración, fun-damentalmente) y las aportaciones de oxígeno.Las posibles fuentes de oxígeno en el sistemaprovienen de la aireación superficial (oxígenoprocedente de la atmósfera), fotosíntesis (oxíge-no liberado por organismos fotosintéticos, aconsecuencia de la fotoasimilación del carbono),y transferencia de la planta (liberación de oxíge-no presente en el aerénquima.

La importancia de la disolución de oxígenopor aireación superficial depende de varios fac-tores, como son temperatura, viento, flujo y con-centración de oxígeno en el influente. Se estimaque para un humedal de flujo libre superficial encondiciones medias, la transferencia de oxígenopor aireación es del orden de 0.5-0.9 g/m2/día.

La contribución por oxígeno procedentede la fotosíntesis está en función de la cantidadde organismos fotosintéticos que se desarrollan

en el agua. En los sistemas FWS son microorga-nismos fotosintéticos (fitoplacton y perifiton) yplantas sumergidas. Se estima que en condicio-nes adeduadas se pueden generar del orden de2.5 g O2/m2/d en las horas de luz. Hay que con-siderar el balance global diario, ya que el consu-mo de oxígeno por respiración durante lanoche puede llegar a equipararse con la pro-ducción diurna. Por esta razón, la concentraciónde oxígeno disuelto oscila en el día y no eshomogénea en la columna de agua. En la zonainmediata a plantas sumergidas hay mayor con-centración de oxígeno disuelto.

La transferencia por difusión de oxígeno alagua residual desde las partes sumergidas de lasplantas emergentes se produce como conse-cuencia de la existencia de vías de aireacióninterconectadas en los tejidos de estas plantas(aerénquima). La importancia de esta transfe-rencia de oxígeno para la depuración del aguaresidual ha sido estudiada por diferentes auto-res, pero no se pueden inferir conclusionesdeterminantes porque los humedales artificialesson ecosistemas extremadamente complejos ydinámicos. Algunos autores indican que el oxí-geno transferido se iguala al respirado, y que portanto no habría una ganancia neta. Sin embargo,según otros estudios sí sugieren que habríaganancia neta, citándose un rango de 0 a 28.6 gO2/m2/d.

Las reacciones de hidrólisis son fundamen-tales para transformar la materia orgánica sólida-en forma de partículas-, en compuestos orgáni-cos de más bajo peso molecular, que resultanmás fácilmente atacables por microorganismos.Las tasas de degradación dependen de la degra-dabilidad de estos compuestos, la temperatura ycondiciones de disponibilidad de oxígeno. Encondiciones aerobias, los productos finales soncompuestos oxidados de nitrógeno y azufre,anhídrido carbónico y agua. En condiciones ana-erobias, se producen ácidos orgánicos y alcoho-les, y cuando ocurre metanogénesis los produc-tos finales son metano, anhídrico carbónico ehidrógeno.

4.3. Nitrógeno

El nitrógeno está presente en las aguas residua-les en forma de nitrato (NO3

-), nitrito (NO2-),

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amonio (NH4+) y nitrógeno orgánico -de

mayor a menor nivel de oxidación-.Todas estasformas, incluído el nitrógeno gaseoso (N2,NOx), forman parte del ciclo del nitrógeno por-que están inter-relacionadas bioquímicamente.La concentración de nitrógeno total en elinfluente del humedal, procedente de un trata-miento primario, suele estar en el rango de 8 a85 mg/L, correspondiendo en general los valo-res más bajos a los efluentes de un pre-trata-miento de lagunaje, y los valores más altos a losde un pretratamiento convencional. El nitrógenoamoniacal (1-40 mg/L) y el nitrógeno orgánicoson las dos formas predominantes en el influen-te. En cambio, el nitrógeno nítrico suele ser muybajo (0-1 mg/L), correspondiendo los valoresmás altos a los efluentes del pre-tratamientopor lagunaje. Los procesos de remoción delnitrógeno en los humedales artificiales son detipo físico-químico y biológicos.

4.3.1. Procesos físico-químicos de remociónde nitrógeno

La remoción por los procesos físicos de filtra-ción, intercepción, floculación y sedimentaciónocurre principalmente para la fracción de nitró-geno orgánico, ya que, como constituyente demateria orgánica, está asociado con sólidos ensuspensión.Además, en las biopelículas que exis-ten asociadas a las plantas emergentes y a res-tos vegetales se dan procesos de sorción denitrógeno. El intercambio catiónico del ión amo-nio en las arcillas del sustrato del humedalpuede también ocurrir, si bien su contribuciónestá limitada a la capacidad de intercambiocatiónico del sustrato. Otro proceso fisico-quí-mico a indicar es el desprendimiento de amoní-aco gaseoso (volatilización), por efecto de lavariación del pH del agua. El pH puede subir enpuntualmente en momentos de alta actividadfotosintética, y en condiciones determinadas detemperatura y alcalinidad el ión amonio pasa aamoníaco gas, que puede desprenderse del sis-tema.

4.3.2. Procesos biológicos de remoción denitrógeno

En relación a los procesos biológicos, o proce-sos en los que media la intervención organismos

vivos, hay que mencionar : amonificación, nitrifi-cación, desnitrificación, fijación de nitrógeno yasimilación por las plantas.

La amonificación, también denominadahidrólisis o mineralización del nitrógeno orgáni-co, consiste en la transformación biológica delnitrógeno que está en la materia orgánica anitrógeno amoniacal, proceso que ocurredurante la degradación de la materia orgánica.Puede ocurrir en condiciones aerobias o anae-robias; hay estudios que indican que en condi-ciones anaerobias la amonificación ocurre máslentamente que en condiciones aerobias. Lavelocidad con que ocurre este proceso depen-de del pH, y aumenta con la temperatura. Comoreferencia, se cita que las aguas residualesdomésticas se hidrolizan totalmente en 19 horasa temperaturas de 11-14ºC. El amonio forma-do puede sufrir procesos subsequentes, comoinmobilización por intercambio catiónico, volati-lización en forma de amoníaco gaseoso, absor-ción por organismos fotosintéticos, asimilaciónpor microorganismos y nitrificación.

La nitrificación es el proceso de conver-sión biológica del amonio a nitrato por partede microorganismos aerobios nitrificantes, sus-pendidos en el agua o situados en las biopelí-culas de las superficies sumergidas. El procesose realiza en dos fases; la primera es la oxida-ción del amonio a nitrito por bacterias delgénero Nitrosomona, y la segunda, la del nitritoa nitrato por bacterias del género Nitrobacter.La velocidad del proceso depende del pH y latemperatura. Se requieren condiciones aerobias-del orden de 4.3 g de O2 son necesarios paraoxidar 1 g de nitrógeno amónico a nitrato- ysuficiente alcalinidad –del orden de 7.14 gCaCO3–. El ión nitrato, al contrario que el amo-nio, no se inmoviliza en el sustrato, sino quepermanece en el agua; de allí puede ser absor-bido por plantas o microorganismos, o serreducido (desnitrificación).

La desnitrificación, o reducción del nitratoa nitrógeno gaseoso, se produce en condicionesanaerobias por microorganismos –bacteriasheterótrofas– que utilizan el nitrato como acep-tor de electrones y el carbono orgánico comodonante electrónico; es decir, son condicionesindispensables la ausencia de oxígeno y la dispo-nibilidad de carbono orgánico. Entre estos dos

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requerimientos, el que suele ser más limitante esel de la disponibilidad de carbono, ya que en elfondo del humedal se mantienen condicionesanóxicas. Como mínimo es necesario 1 g de car-bono por g de nitrógeno nítrico para su desni-trificación. El carbono puede proceder bien de lacontaminación orgánica del influente o bien delos restos de plantas y otros organismos. Losproductos de la desnitrificación son nitrógenomolecular N2, y óxido de nitrógeno N2O. Ladesnitrificación tiene lugar, principalmente, en lossedimentos del humedal y en biopelículas dezonas con muy bajo oxígeno disuelto y con altadisponibilidad de carbono, como son las zonasdel fondo en las que hay restos vegetales des-componiéndose o exudados de plantas. El pro-ceso origina una cierta alcalinidad, aproximada-mente 3 g de alcalinidad expresada comoCaCO3, por cada g de nitrógeno nítrico reduci-do, y la velocidad a la que se produce dependedel pH y la temperatura. El nitrógeno gaseosopasa a la columna de agua, quedando a disposi-ción de organismos que pueden fijarlo, o se libe-ra a la atmósfera. La pérdida a la atmósfera esmás fácil en las zonas del humedal que tienen lalámina de agua sin vegetar que en aquellas com-pletamente cubiertas.

El proceso de asimilación del nitrógenogas N2 a nitrógeno orgánico se denomina fija-ción del nitrógeno, y se realiza por organismosque contienen enzima nitrogenasa, como algu-nas bacterias y algas verde-azuladas, en condi-ciones anaerobias o aerobias. Los lugares proba-bles en los que puede ocurrir la fijación, en lossistemas FWS, son: la capa superficial del agua enlas zonas abiertas, en los sedimentos, en la rizos-fera oxidada y sobre la superficie de hojas ytallos de las plantas.

El proceso de extracción de N por lasplantas consiste en la asimilación de formas inor-gánicas del nitrógeno para formar compuestosorgánicos nitrogenados estructurales de la plan-ta. Como se sabe, el nitrógeno es un macronu-triente indispensable para las plantas; cuantomayor es la tasa de crecimiento de la plantamayor es la extracción de nitrógeno. Se estimaque la vegetación de los humedales extrae entre0.5 y 3.3 g de N/m2/año; entre las especiesemergentes las menos exigentes son los juncosy juncias, y las más exigentes las eneas o espa-dañas. Las plantas acumulan el nitrógeno princi-

palmente en sus órganos vegetativos verdes(hojas, tallos). Para eliminar ese nitrógeno del sis-tema hay que retirar periódicamente del hume-dal la biomasa producida; de otro modo el nitró-geno se recicla en el sistema debido a la incor-poración de los restos vegetales en el humedal.

4.3.3. Comportamiento del sistema respectoal nitrógeno

El nitrógeno orgánico asociado a sólidos,que llega a un sistema de depuración conmacrofitas, en el que se mantenga capa de agua,sufre un proceso de separación por procesosfísicos, parte se sedimenta, otra parte se inter-cepta por las partes sumergidas de las plantas,otra fracción pasa a formar parte de las biopelí-culas, y otra parte queda en suspensión, flotan-do o siguiendo el flujo del agua. Los compuestosbiodegradables son amonificados poco a pocopor organismos aerobios o anaerobios presen-tes en biopelículas y sedimentos. Parte del amo-nio es extraído por las plantas, especialmentedurante la época de crecimiento. El resto delamonio puede permanecer en el sedimentodurante un tiempo o pasar a la columna deagua. En condiciones de pH elevado y tempera-tura adecuada, en las zonas de aguas libres sinvegetar, la volatilización del amoníaco puede lle-gar a ser significativa. En otras circunstancias, enlas proximidades de la lámina de agua en super-ficies aireadas –es decir, sin cubierta vegetal– yotras zonas en las que exista suficiente oxígenodisuelto, el amonio puede ser nitrificado pororganismos nitrificantes. También puede ocurriralgo de nitrificación en las superficies adyacentesa los rizomas de las plantas emergentes, ya queen esas superficies la planta libera algo de oxí-geno. Sin embargo, allí el proceso es poco inten-so ya que las plantas están enraizadas en lossedimentos donde las condiciones son anaero-bias. Lo normal es que cerca de la entrada delinfluente al humedal no haya nitrificación porquela carga orgánica, y por tanto, la demanda enoxígeno, es alta. Por el contrario, la nitrificaciónocurre en zonas más alejadas, sin vegetación,suficientemente aireadas. El nitrogeno nítrico, yasea el formado por nitrificación o el que proce-de del influente, puede ser utilizado comonutriente por microorganismos y plantas, opasar a los sedimentos. En condiciones anaero-bias y en presencia de materia orgánica puede

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ser desnitrificado por microorganismos que seencuentren suspendidos en el agua o asociadosa biopelículas, y de esta manera, el nitrógenogaseoso pasar a la atmósfera.

En un humedal de flujo de agua superficial,las transformaciones que sufre el nitrógeno queentra con el influente se desarrollan más omenos secuencialmente aguas abajo: separaciónde nitrógeno orgánico en las proximidades de laentrada, seguida de liberación de amonio, nitrifi-cación y desnitrificación. Si hay una alta deman-da en oxígeno la nitrificación puede ser despre-ciable. Las plantas atenúan la secuencia indicada,debido a que crecimiento y senescencia sonprocesos cíclicos; la extracción de nitrógeno(asimilación por la planta) se acentúa en prima-vera-verano y la incorporación de nitrógeno alsistema (caída y descomposición de restos vege-tales) en otoño-invierno.

En términos cuantitativos, los procesosmás importantes de remoción del nitrógeno enel humedal de flujo de agua superficial son: laextracción por las plantas seguida del cosecha-do de la biomasa, y la nitrificación seguida dedesnitrificación. Estos procesos son más activosen la época estival, ya que entonces las plantasmuestran una alta tasa de crecimiento absolutoy las temperaturas favorecen la nitrificación/des-nitrificación.

En los sistemas de flujo subsuperficial, losprocesos físicos de separación del nitrógenoorgánico asociado a los sólidos en suspensiónson muy eficaces, ya que el lecho de grava/arenaproporciona una gran superficie de intercepta-ción. El sistema además, favorece reaccionesanaeróbicas asociadas con la existencia de bio-películas que recubren los sólidos inertes dellecho. El nitrógeno orgánico sufre amonificación,y el amonio liberado, si está al alcance de las raí-ces, puede ser asimilado por las plantas; en casocontrario, discurre con el flujo del agua hacia lasalida. Dado que la oxigenación en este tipo dehumedales suele ser muy pequeña, el procesode nitrificación es prácticamente despreciable, yaque sólo puede suceder en la capa adyacente ala superficie de los rizomas o en la cercana a lasuperficie del lecho, aguas abajo. Este tipo de sis-tema es eficaz en la desnitrificación de losinfluentes nitrificados, debido a su condiciónpredominantemente anaerobia, siempre y cuan-

do exista un cierto suministro de carbono orgá-nico para la actividad microbiana.

4.4. Fósforo

El fósforo se encuentra en las aguas residualesen forma de fosfatos, ya sea disueltos o en par-tículas. Los fosfatos se clasifican en ortofosfatos,fosfatos condensados (piro- meta- y poli-fosfa-tos) y fosfatos en compuestos orgánicos (fósfo-ro orgánico). Los fosfatos orgánicos se formanpor procesos biológicos, y en el agua residualson componentes de restos de alimentos yotros residuos orgánicos, y organismos. El fósfo-ro inorgánico del agua residual procede gene-ralmente de productos de limpieza; otra fuenteposible son los fertilizantes agrícolas. El rango devalores de fósforo total en el influente delhumedal es de 3-15 mg/L, en su mayoría comoortofosfatos (2-12 mg/L).

El fósforo, junto el nitrógeno, es uno de loselementos más importantes en los ecosistemas.Sin embargo, a diferencia de nitrógeno, no hayun compuesto gaseoso significativo del fósforoque cierre el ciclo, sino que la tendencia, en lanaturaleza, es a que el fósforo se acumule ensedimentos, cuando no es constituyente deorganismos. Así pues, el principal mecanismo deremoción de fósforo de las aguas residualesnecesariamente está basado en la acumulaciónen sedimentos y biomasa.

4.4.1. Procesos fisico-químicos de remociónde fósforo

El fósforo que está en forma de partículas (sóli-dos) puede depositarse por sedimentación enel fondo del humedal, o bien quedar atrapadoentre la maraña que forman las plantas emer-gentes y adherirse en la superficie que formanlas biopelículas, y desde allí quedar susceptible asufrir otros procesos de tipo biológico.

Con respecto al fósforo soluble, hay queindicar que su dinámica es compleja, e incluyeprocesos fisico-químicos de adsorción/absor-ción, intercambio, precipitación, solubilización, yredox. Los procesos de adsorción/absorción sedan sobre biopelículas en plantas y residuos ysobre los sedimentos del humedal. En los sedi-

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mentos suele ocurrir un intenso intercambio defósforo con la columna de agua. Los fosfatospueden formar precipitados insolubles de hie-rro, calcio y aluminio, o ser adsorbidos por lasarcillas, materia orgánica (turba) y algunos com-puestos inorgánicos (óxidos e hidróxidos dealuminio). Las condiciones básicas favorecen laformación de fosfatos de calcio insolubles; encondiciones ácidas pueden ocurrir precipitadosde hierro y aluminio. Cuando hay cambios depH los precipitados pueden resolubilizarse. Elfosfato adsorbido en las arcillas puede liberarsepor intercambio de aniones, o por un bajopotencial redox. Por ejemplo, en condicionesreductoras, los compuestos con hierro férricose reducen a compuestos de hierro ferroso, queson más solubles y liberar el ión fosfato.Tambiénen condiciones anóxicas los fosfatos férricos yalumínicos pueden hidrolizarse ocasionando lasolubilización de fosfatos.

Al comienzo del funcionamiento delhumedal, los procesos que conducen a la inmo-vilización en el sustrato/sedimento del fósforoque llega en el influente, son intensos, y por ellosuele observarse una eficacia alta en la remo-ción de la contaminación por fósforo. Sinembargo al cabo de un tiempo –algo más de unaño– se alcanza el límite de la capacidad deinmovilización en el sustrato/sedimento, yentonces este mecanismo de remoción pasa aser poco significante.

4.4.2. Procesos biológicos de transformaciónde los fosfatos

El fósforo orgánico disuelto, fósforo orgánico enpartículas y fósforo insoluble no están disponi-bles para las plantas, a menos que sean transfor-mados en fósforo inorgánico soluble. En elhumedal estas transformaciones pueden ocurrirpor la intervención de microorganismos que sehayan suspendidos y en biopelículas sobre super-ficies de plantas emergentes y en los sedimentos.Una vez solubilizado, puede ser asimilado porplantas y otros organismos –bacterias, algas– ypor tanto, ser temporalmente retirado del agua.Se estima que la cantidad neta de fósforo queextraen las plantas emergentes oscila entre 1.8 y18 g P/m2/año; esta extracción sucede durante elperíodo de crecimiento de las plantas. Después,si no se retira la biomasa vegetal (otoño), el fós-

foro volvería al efluente debido a la senescenciay muerte de los tejidos vegetales, que se incor-poran al agua. Sin embargo, también parte delfósforo que devuelven los restos vegetales al sis-tema puede pasar a formar deposiciones en lossedimentos, dando lugar a su inmovilización.

4.4.3. Comportamiento del sistema respectoal fósforo

La remoción significativa del fósforo se debeprincipalmente a la deposición e inmovilizaciónde los fosfatos en los sedimentos; la vegetacióncontribuye con las extracciones de fósforo,siempre y cuando la biomasa se retire del siste-ma. Como ya se ha indicado, una parte impor-tante del fósforo del influente sigue una dinámi-ca compleja de reciclado en el mismo sistema,que puede resumirse en la secuencia solubiliza-ción-extracción-incorporación; ocasionalmentese forman precipitados o deposiciones que con-ducen a su inmovilización.

La remoción de fósforo por las extraccio-nes de vegetales y otros organismos sigue unpatrón estacional en los climas templados, yaque el crecimiento y senescencia de las plantasdepende del clima. Típicamente, en otoño seregistra una subida del fósforo en el efluente,como consecuencia de la incorporación del fós-foro contenido en los restos vegetales.

4.5. Patógenos

Las aguas residuales pueden contener un amplioespectro de organismos patógenos, entre losque se incluyen helmintos, protozoos, hongos,bacterias o virus. Sin embargo, para caracterizarrutinariamente el grado de contaminación delagua únicamente se realiza la determinación deun grupo de micoorganismos que sirva comoíndice de contaminación fecal, ya que la caracte-rización completa sería inabordable económica-mente. El indicador más común utilizado es elrecuento de coliformes fecales, que en losinfluentes de los humedales oscila entre 0.8 y7.0 colonias/100 ml.

Los patógenos pueden encontrarse en lafracción de sólidos del influente, o en suspen-sión en el agua. En el primer caso, los patógenos

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pueden separarse del agua por los procedi-mientos asociados con la remoción de sólidos,es decir, por sedimentación, intercepción yadsorción/absorción. Una vez separados puedenquedar retenidos en las biopelículas o en el sedi-mento, o bien volver a incorporarse al flujo. Encualquier caso, para sobrevivir tienen que entraren competencia con los otros organismos nopatógenos, y soportar las condiciones ambienta-les del humedal. Estas condiciones no suelen serapropiadas para su supervivencia, ya que comoorganismos intestinales requieren sustratos ricosy altas temperaturas. En consecuencia, la mayorparte de los patógenos no sobrevive por faltade adaptación al medio; otros desaparecen pororganismos depredadores, o si están próximos ala superficie del agua, por efecto de la radiaciónultravioleta. En cambio, otros patógenos comovirus y protozoos que se dispersan por esporas,son más resistentes. Por ello, en función del des-tino del efluente del humedal puede ser nece-sario hacer un tratamiento de desinfecciónantes de su descarga.

4.6. Metales traza

El influente de los humedales artificiales puedecontener metales traza que haya que eliminaren el sistema. Algunos metales son necesariosen una cierta cantidad -que depende del metal-para el crecimiento de plantas y animales, peroen cantidades altas pueden resultar tóxicos,como por ejemplo, el cromo, cobalto o cobre.Otros, en cambio, no tienen papel biológico yson tóxicos en cantidades muy pequeñas, comoel arsénico, mercurio o cadmio. Cuando se sabefehacientemente que el agua residual tiene con-taminación significativa por metales, es necesariollevar a cabo tratamientos específicos de des-contaminación, que exceden a los objetivos delos humedales artificiales de tratamiento deaguas residuales de población. Algunos de esostratamientos involucran métodos biológicos, yse denominan genéricamente ‘biorremediación’.Precisamente uno de los mecanismos que seutiliza en bioremediación es la extracción por lasplantas, aprovechando la capacidad de acumula-ción que algunas especies vegetales tienen conrespecto a algún metal.

Los metales que lleva el influente de loshumedales artificiales se pueden encontrar en

formas solubles o insolubles en los sólidos sus-pendidos. En este último caso su separaciónsucede por procesos parecidos a los que inter-vienen en la remoción de la contaminación porsólidos.También puede ocurrir su solubilización,dependiendo del pH y del potencial redox.

Los procesos de remoción de metales detipo físico-químico son: el intercambio catiónicoy formación de quelatos con el sustrato o conlos sedimentos, la unión con materiales húmicosy la precipitación de sales insolubles como sulfa-tos o carbonatos. Estos procesos conducen auna acumulación en el fondo del humedal, y portanto, a la separación de los metales del flujo deagua. Si los sedimentos o el sustrato del hume-dal se remueven puede ocurrir la resuspensiónde los metales y ocasionalmente su solubiliza-ción.

Los procesos biológicos de remoción demetales se basan en la extracción por plantas,algas y bacterias. En el caso de las macrofitas, laextracción se realiza a través del sistema radicu-lar, y la capacidad de extracción depende deltipo de metal y de la especie vegetal que setrate. Para similar capacidad de extracción, cuan-ta más biomasa pueda formar la planta mayorserá la cantidad absoluta que se habrá eliminadodel sistema

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Manual de Fito Depuración, Filtros de Nacrofitas en Flotación, Capítulos 5

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