IAHR AIIH

XXVII CONGRESO LATINOAMERICANO DE HIDRÁULICA

LIMA, PERÚ, 28 AL 30 DE SETIEMBRE DE 2016

“RESTAURACIÓN DE RÍOS EMPLEANDO HUMEDALES FLOTANTES:

CASO RÍO GRANDE DE MORELIA”

Luis Daniel Oseguera Toledo1, Iván González Arreguín2 y Constantino Domínguez Sánchez3 Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo1, 2, 3, México1, 2, 3, luidan_25@hotmail.com1,

ivan.g.92.a@hotmail.com2, constantinods@hotmail.com3

RESUMEN

En la actualidad, la cuenca del lago de Cuitzeo presenta un franco deterioro ambiental por el aumento

de la contaminación de su principal afluente: el Río Grande de Morelia. Según estudios realizados, este

río ha perdido su capacidad de auto-recuperación debido al alto nivel de contaminantes que recibe. Esto

ha provocado la desaparición de especies vegetales y animales que tenían como hábitat el río Grande y

Ciénegas, así como el Lago de Cuitzeo (Ayala, 1996).

Por ello actualmente surge la necesidad de buscar procesos que aceleren la degradación de contaminantes

presentes en el ambiente con la finalidad de restaurar la capacidad de autodepuración que posee la

naturaleza. En respuesta a esta problemática surge la biorremediación como una ciencia capaz de mitigar

los efectos de la contaminación.

Las metodologías de biorremediación, en particular la Fitorremediación es una técnica capaz de usarse

en sitio, con la finalidad de remover contaminantes, disminuir la carga de materia orgánica y nutrientes

en el río. Los humedales flotantes son una técnica de Fitorremediación que se adapta de una excelente

manera a las condiciones dinámicas de un ecosistema fluvial, por lo que fue esta técnica la seleccionada

y mejorada para su aplicación en el río Grande de Morelia.

ABSTRACT

Currently, the Lake of Cuitzeo has a frank environmental degradation by the increasing pollution of its

main tributary: the Rio Grande de Morelia. According to studies, this river has lost its capacity for self-

recovery due to the high level of contaminants it receives. This has caused the disappearance of plant

and animal species that were lived in the Rio Grande, Ciénegas and Lake Cuitzeo (Ayala, 1996).

Therefore now it arises the need to find processes that accelerate degradation of contaminants in the

environment in order to restore the self-purification capacity that owns nature. In response to this problem

bioremediation as a science able to mitigate the effects of pollution arises.

Bioremediation methodologies, including Phytoremediation is a technique capable of use on site, in order

to remove contaminants, reduce the load of organic matter and nutrients in the river. Floating wetlands

are a Phytoremediation technique that fits in an excellent manner to the dynamic conditions of a river

ecosystem, so this technique was selected and improved for application in the Rio Grande de Morelia.

Palabras clave: contaminación, Fitorremediación, humedales flotantes.

INTRODUCCIÓN

DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

La cuenca del Río Grande de Morelia se ubica en la Región Hidrológica No. 12, zona B, formando parte

como subcuenca del Lago de Cuitzeo y Micro-cuenca del Lago de Cuitzeo y Laguna de Yuriria.

La zona de estudio se localiza en la porción Centro-Norte del estado de Michoacán, entre los paralelos

19°35’y 20°05’ de latitud norte y los meridanos 100°45’ y 101°25’ de longitud oeste. Contando con un

área aproximada de 1829 km2 (Río Grande y afluentes).

Figura 1. Macro y Microlocalización

El río Grande de Morelia es la principal corriente que alimenta el Lago de Cuitzeo el cual fluye de

suroeste a noreste; durante su recorrido alimenta a la presa de Cointzio y recibe, aguas abajo, el caudal

del río chiquito, su principal afluente, el de los manantiales de la Mintzita, Itzícuaro y la Quemada,

además de las aguas negras de la ciudad de Morelia. El sistema recibe las aguas residuales de la industria

papelera CEPAMISA, e ingresa a la ciudad por el oeste cruzando el libramiento poniente y el

Fraccionamiento Manantiales de Morelia. Así mismo se cuenta con arroyos como los de Atécuaro, del

Huerto y Refugio.

El nacimiento de la cuenca ocurre en colindancia de algunas cuencas cerradas situadas entre el Lago de

Pátzcuaro y la del propio Lago de Cuitzeo, sus formadores son los ríos Tiripetío y Tirio que se juntan en

un solo colector general, 18 km antes de llegar a Morelia.

Los embalses o cuerpos de agua cercanos son el embalse de Loma Caliente ubicada a 22 km al suroeste

de Morelia, Presa de Cointzio ubicada a 11 km al suroeste de la ciudad, el embalse de la Mintzita ubicada

a 8 km al suroeste de la ciudad y el lago de Cuitzeo ubicado a 39 km al norte de la ciudad.

Uno de los municipios más importantes de la zona de estudio es Morelia (Capital del estado), la

importancia económica que tiene es relevante; por las industrias establecidas en la ciudad y los servicios

que se prestan en ella, como son los hoteles, restaurantes, clubes deportivos, balnearios, instituciones de

docencia, recintos culturales y central de abasto; las actividades pesqueras en zonas aledañas y el Distrito

de Riego 020.

En el resto de la zona de estudio la actividad predominante es la agricultura, le siguen las agropecuarias,

fruticultura, artesanías, silvicultura y en menos medida la explotación forestal.

Predomina el clima del subtipo templado de humedad media, con lluvias en verano. La temperatura

media anual es de 25°C, aunque ha subido hasta 38°C. La precipitación media anual reportada de la zona

es de 757 mm. Los vientos dominantes provienen del suroeste y del noroeste, con variables en julio,

agosto y octubre, con intensidad de 2 a 14.5 km/hr.

Los servicios públicos con que cuenta la población son: agua potable, alcantarillado y tratamiento de

aguas residuales, alumbrado, recolección de basura, rastros, mercados, parques y jardines, canchas

deportivas, panteones y seguridad pública. Las localidades menores solo cuentan con los servicios

elementales.

Las localidades con mayor concentración de población en la zona son: Morelia (608,049 hab.), Cuitzeo

del Porvenir (9,633 hab.), Acuitzio del Canje (5,948 hab.), Charo (4,823 hab.) y Tarímbaro (4,647 hab.).

OBJETIVOS GENERALES

Caracterizar la evolución histórica de los parámetros de calidad de agua del Río Grande de

Morelia, observando las zonas que deterioran en gran medida el estado ecológico del río,

mediante el estudio y análisis de las metodologías de Biorremediación que mejoren la capacidad

de auto recuperación del río con la finalidad de contar con un sistema sostenible de

aprovechamiento de los recursos naturales que ofrecen.

OBJETIVOS PARTICULARES

Mejor las características físicas y químicas (Calidad del agua) de los ríos empleando la

biorremediación.

Disminuir los riesgos de salud debido las enfermedades hídricas por el contacto con los

habitantes.

Mejorar las condiciones ambientales del entorno de los ríos, devolviendo al río la imagen

amigable y de armonía con las zonas urbanas, así como aproximarlo a su estado natural.

Transmitir el interés por el estudio y conservación de los ríos.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La falta de un sistema integral de saneamiento en la ciudad de Morelia provoca que la presencia de los

ríos que atraviesan la ciudad se conviertan en focos de alerta en época de lluvias, ya que su

desbordamiento además de producir daños por el desbordamiento mismo, al secarse el agua, se

convierten las zonas afectadas en verdaderos focos de enfermedades hídricas (normalmente

gastrointestinales); esto a su vez representa un gran daño no solo en el tránsito de estos ríos por la ciudad

sino que descargan sus aguas en uno de los lagos más importantes del Estado, agravando su situación

actual, provocando una eutrofización acelerada.

En la antigüedad la calidad del agua se calificaba sólo por su aspecto, color, olor y sabor (Rodier, 1981).

Sin embargo, los avances científicos y tecnológicos han repercutido en el desarrollo de técnicas analíticas

y procesos capaces de identificar y remover una amplia lista de compuestos, a tal grado que es posible

hacer agua “potable” mediante la depuración del agua residual. Sin embargo debido a su alto costo, tales

conocimientos no se aplican de forma común; más aún, no se plasman en políticas integrales de

administración del agua que busquen la conservación del recurso (agua superficial y subterránea), la

preservación de su calidad y su uso eficiente (reúso, ahorro y recirculación) (Snoeyink y Jenkins, 1996).

Los graves problemas de contaminación que muestra actualmente el río Grande de Morelia no se

presentaron de manera súbita, sino que han sido resultado de un proceso de acumulación de impactos

causados por el crecimiento económico, urbano y agrícola de la región. Por años se han estado vertiendo

aguas residuales domésticas e industriales directamente a las corrientes tributarias, así mismo se han

deforestado grandes porciones de la cuenca que han causado un acelerado proceso de erosión y un

consecuente incremento de azolves que se depositan causando una grave contaminación (Ayala, 1996).

El aumento constante de la contaminación del medio ambiente, como consecuencia del crecimiento

demográfico y del desarrollo industrial, ha superado los mecanismos naturales de autodepuración de las

zonas impactadas por la contaminación hasta niveles preocupantes. Por ello actualmente surge la

necesidad de buscar procesos que aceleren la degradación de contaminantes presentes en el ambiente con

la finalidad de restaurar la capacidad de autodepuración que posee la naturaleza. En respuesta a esta

problemática surge la biorremediación como una ciencia capaz de mitigar los efectos de la

contaminación.

La biorremediación es una tecnología cuya finalidad es detoxificar los ambientes naturales contaminados,

utilizando para ello la capacidad metabólica de ciertos microorganismos (bacterias, hongos, levaduras y

algas) y algunas plantas para degradar ciertos compuestos contaminantes, de forma parcial a formas

menos tóxicas, o de forma total a dióxido de carbono (procesos aerobios) o a agua y metano (condiciones

anaerobias). Así la biorremediación ha sido definida como el proceso por el cual los residuos orgánicos

son biológicamente degradados bajo condiciones controladas a un estado inocuo o a unos niveles de

concentración menores a los límites impuestos por las autoridades reguladoras (Mueller et al, 1996).

ESTRATEGIAS DE BIORREMEDIACIÓN

Bacterias Hongos Plantas Protozoarios Algas

BIORREMEDIACIÓN

Figura 2. Organismos empleados en la Biorremediación

La biorremediación es el uso del metabolismo de seres vivos con la finalidad de remover o degradar

contaminantes del medio ambiente (Figura 2). Estos procesos de degradación pueden ser llevados a cabo

por la microbiota autóctona de la zona contaminada o por microorganismos adicionados a la zona.

Las estrategias de Biorremediación pueden clasificarse según sea el tipo de proceso de biorremediación,

su forma de aplicación y según los organismos empleados para efectuar el tratamiento.

Cada propuesta de restauración por medio de la biorremediación debe contar con un previo análisis del

sitio en donde se desea aplicar. Primeramente se realiza una investigación documental con la finalidad

de conocer los aspectos geográficos, económicos y sociales del sitio; posteriormente se realiza una

investigación de campa para recopilar los datos necesarios para evaluar el grado de contaminación, así

como conocer los factores biológicos y ecológicos que intervienen en el ecosistema; y finalmente se

realiza un estudio en laboratorio para conocer las características microbiológicas, las cuales nos darán un

panorama general de los microorganismos disponibles para efectuar la degradación de los contaminantes.

Una vez que se ha realizado la caracterización del sitio, se procede a proponer un sistema de restauración

en base a la capacidad actual de degradación de contaminantes del sitio, así como de los contaminantes

presentes y su concentración. La mayoría de las veces resulta ser más eficiente la aplicación de varias

técnicas de biorremediación y se debe tener en cuenta que no existe una “receta” para realizar una

restauración, cada sitio es único y requiere un tratamiento particular para sus afecciones.

Finalmente una vez que se cuenta con el diseño, se procede a realizar una experimentación para conocer

la efectividad del sistema propuesto, para su posterior aplicación en el sitio. Es muy importante tener en

cuenta que las técnicas de biorremediación no son más que el mejoramiento de procesos naturales de

degradación, por lo que la restauración toma su tiempo (figura 3).

Figura 3. Proceso de Biorremediación

Las distintas estrategias de biorremediación que han sido aplicadas como herramientas para la mitigación

de la contaminación ambiental son muy variadas, dentro de las cuales destacan la Micorremediación,

Bioventilación, Bioestimulación, Bioaumentación y Fitorremediación.

La metodología de Biorremediación que se adapta a las condiciones de un ecosistema fluvial es la

Fitorremediación, ya que cuenta con diversas estrategias para la remoción de contaminantes: absorción,

adsorción, degradación, transformación, volatización e inmovilización.

HUMEDALES FLOTANTES

Los “Humedales Flotantes” (figura 4), una forma de Fitorremediación, constituyen sistemas de

tratamiento en flotación, también denominadas en inglés “floating treatment wetlands”. Proveen una

mejora natural de la calidad del agua y mejoran el paisaje acuático con una diversa, cuidada y colorida

selección de especies vegetales autóctonas. Con una amplia diversidad de formas y de fácil instalación,

ofrecen un proceso biológico de restauración del ecosistema acuático con una buena relación costo-

eficacia y un atractivo en el paisaje acuático con casi nulo mantenimiento.

Figura 4. Floating Treatment Wetlands

Bajo la superficie del agua, las raíces sumergidas promueven el establecimiento de biopelículas acuáticas,

que depuran el agua mediante la degradación, absorción y transformación metabólica de nutrientes y

otros contaminantes.

El amplio espectro de componentes del ecosistema absorbe el exceso de nutrientes asimilándolos de

manera productiva en la cadena trófica, mientras que reducen su disponibilidad para algas, lemna y otras

especies acuáticas dominantes.

RESULTADOS

Para la elaboración de este estudio se emplearon las estaciones de calidad monitoreadas por la Comisión

Nacional del Agua (Figura 5), que para la Cuenca del Río Grande de Morelia son cuatro, Cointzio que

se encuentra aguas abajo de la presa de Cointzio, el puente el frijolar que se encuentra antes de la ciudad

de Morelia, la aldea que se encuentra a la salida de Morelia y la estación Río Grande que se encuentra en

el tramo final del cauce.

Figura 5. Ubicación Espacial de Estaciones

Para la elaboración del diagnóstico de calidad del río Grande de Morelia se utilizaron 3 parámetros de

calidad: Oxígeno Disuelto, Demanda Bioquímica de Oxígeno y Sólidos Sedimentables.

En la Figura 7 se observa un valor máximo de 6.3 mg/l en la zona de la estación Cointzio que corresponde

al sitio donde se ubica la presa de Cointzio, siendo esta valor un indicador de que la cantidad de oxígeno

es muy buena, sin embargo en el puente Frijolar ubicado en la entrada del río a la ciudad de Morelia,

aguas abajo de la papelera se observa ya deteriorado este parámetro, reduciéndose a 2.56 mg/l por la

introducción de las aguas tratadas de esta industria, lo cual es un claro indicador del pobre tratamiento

que se le está dando a las aguas empleadas por ésta. Posteriormente en la estación Puente la Aldea,

ubicada a la salida de la ciudad de Morelia, después de la ciudad industrial, se observa claramente la

acción del vertido de las aguas residuales domésticas de la ciudad de Morelia, reduciendo los niveles de

oxígeno disuelto a 0.11 mg/l, lo cual deja al ecosistema fluvial prácticamente en condiciones de anoxia.

Finalmente en la zona donde descarga sus aguas el Río Grande al Lago de Cuitzeo, se puede observar un

pequeño aumento, 0.65 mg/l, que puede deberse a la inclusión de aire por la morfología y dinámica del

cauce en este tramo final o de la planta de tratamiento de aguas residuales ubicada en Atapaneo.

Figura 6. Evolución Espacial y Temporal del Oxígeno Disuelto

La evolución histórica del oxígeno disuelto nos muestra como en la estación puente la aldea y Río Grande

prácticamente los niveles de oxígeno son nulos, lo cual es una muestra de la baja calidad que tiene el río

a partir del puente la aldea. En la NOM 001 SEMARNAT 1996 no se encuentra algún valor que señale

los límites permisibles para este parámetro, sin embargo se encontró la siguiente tabla en un informe de

la CONAGUA 2012:

NIVEL DE OXÍGENO (mg/l) CALIDAD

0.0 - 3.0 Mala

3.1 – 5.0 Aceptable

5.1 -7.0 Buena

+7.0 Muy Buena

Tabla 1. Clasificación de la Calidad según el nivel de Oxígeno Disuelto

La demanda bioquímica de oxígeno es importante porque muestra la cantidad de materia orgánica

presente en el agua. Es la medida que representa la cantidad de oxígeno que se consumiría si las bacterias

y los protozoos oxidaran toda la materia orgánica existente en un litro de agua. Si el nivel es demasiado

bajo, los organismos acuáticos quedarían en situación de riesgo.

En el mapa de la figura 7 se puede observar el aumento de la carga de materia orgánica a partir del puente

el Frijolar y en el tramo del Río Grande que pasa la ciudad de Morelia, mostrando de manera clara el

impacto de las descargas sin un previo tratamiento antes de ser vertidas directamente al río.

Además se ve cómo se incumple con la NOM 001, respetándose únicamente el límite para riego, no

siendo así el de uso urbano y el de vida acuática, siendo éste último límite fundamental para que se tenga

un ecosistema fluvial saludable y sustentable, capaz de degradar los contaminantes que en el sean

vertidos, impidiendo así que se efectúen procesos como la fotosíntesis o la respiración microbiana.

Figura 7. Evolución Espacial y Temporal de la DBO

Al igual que para el Oxígeno Disuelto se encontró una tabla de rangos de calidad proporcionada por la

CONAGUA para éste parámetro.

CONTENIDO DE DBO (mg/l) CALIDAD

50 – 120 Muy Contaminada

30 – 49 Contaminada

6 – 29 Aceptable

< 6 Buena Calidad

Tabla 2. Clasificación de la Calidad según el contenido de DBO

En promedio, el río grande tiene un valor de 36 mg/l, lo que ubicas sus aguas como contaminadas.

Los sólidos en suspensión (SS), son una medida de los sólidos sedimentables (no disueltos) que pueden

ser retenidos en un filtro. Se pueden determinar pesando el residuo que queda en el filtro, después de

secado. Son indeseables en las aguas de proceso porque pueden causar depósitos en las conducciones,

calderas, equipos, etc. Las aguas subterráneas suelen tener menos de 1 ppm, pero en las superficiales

varía mucho en función del origen y las circunstancias de la captación. Se separan por filtración y

decantación.

Figura 8. Evolución Espacial y Temporal de Sólidos Sedimentables

Analizando los datos se observa que nuevamente se ve sobrepasado el límite que señala la NOM 001,

mostrando la importancia de realizar revisiones periódicas a las descargas de las industrias, sugiriendo

nuevas metodologías para el tratamiento de sus aguas, así como promover una cultura de limpieza entre

los habitantes.

El estudio de este parámetro nos proporciona información sobre las zonas donde podrá sedimentarse el

material es suspensión debido a las condiciones hidráulicas del cauce, así como el volumen estimado y

la frecuencia con la que se deberán realizar desazolves para garantizar el correcto funcionamiento del río

y evitar inundaciones por la disminución del área hidráulica.

Finalmente podemos reafirmar lo que en 1996 plantea Ayala, el Río Grande de Morelia ha perdido su

capacidad de auto-recuperación, clasificando sus aguas como contaminadas a muy contaminadas.

PROTOTIPO DE HUMEDAL

Al diseño estándar de los humedales flotantes se le añadió un sistema de incorporación de aire (Figura

12) para aumentar la cantidad de oxígeno disuelto en las zonas donde se coloquen, con la finalidad de

estimular los microorganismos que se encuentren en la rizósfera y se acelere el proceso de disminución

de nutrientes y remoción de contaminantes en el cauce.

Figura 12. Prototipo con inclusor de aire

Una de las principales ventajas que tiene el uso de los humedales flotantes radica principalmente el alto

costo-beneficio que proporciona, ya que para su construcción básicamente se requiere material producto

de reciclaje (botellas de PET), alambre, tierra y plantas como la lentejilla, el lirio acuático, la salvinia,

carrizo, junco, girasol, helechos acuáticos, alfalfa, Jacinto de agua y lechuguilla de agua; las cuales en

algunas zonas son autóctonas y se comprobado científicamente su capacidad de remoción de nutrientes,

degradación de materia orgánica e incluso inmovilización o absorción de algunos metales pesados y

contaminantes químicos (Zhuang et al., 2007; Li et al, 2007; Conesa et al., 2007)

Mediante el empleo de humedales flotantes con un sistema de incorporación de oxígeno, se espera que

los niveles de DBO se reduzcan, provocando un aumento del OD que con el paso del tiempo conducirá

al río a recuperar esta importante función de auto-recuperación que finalmente mejorara la calidad del

agua y el estado ecológico del río, dando una imagen agradable de nuestros ríos a la sociedad.

CONCLUSIÓN

Los problemas de contaminación que existen actualmente requieren de tecnologías costo-efectivas,

ambientalmente amigables y que puedan aplicarse a gran escala, tal es el caso de la Fitorremediación. La

capacidad de las plantas para absorber, adsorber, metabolizar, acumular, estabilizar o volatilizar

contaminantes orgánicos y/o inorgánicos; aunada a las complejas interacciones que establecen con la

rizósfera, confieren a esta tecnología importantes ventajas sobre otros métodos convencionales de

remediación de la contaminación.

En particular, la implementación de humedales flotantes en ríos contaminados con la adición de un

sistema de aireación permitirá reducir la cantidad de nutrientes y disminuir los niveles de DBO para

devolver poco a poco la capacidad de auto-recuperación a los ecosistemas fluviales.

REFERENCIAS

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en Operación, 2011, SEMARNAT.

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