El agua es un recurso indispensable para la sobrevivencia y el bienestar de los ecosistemas. Aunque el planeta tierra está cubierto en gran parte por agua, la mayor parte de esta es salada, no apta para consumo. Del agua dulce existente gran parte de esta se encuentra contaminada por la descarga de aguas residuales a los ríos. Tal problema deriva de la falta de sistemas de tratamiento de aguas residuales, los cuales pocas veces son instalados por los altos costos que estos requieren tanto para construcción como operación, sumado a personal especializado para operarlos.
En México, según el último Inventario Nacional realizado por la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) en 2020, existen 2,786 plantas en operación con una capacidad instalada de 196.7 m³ s-¹ y un caudal tratado de 144.7 m³ s-¹. En cuanto a las aguas residuales municipales recolectadas, se trata el 63,73% y de las no municipales, incluidas las aguas residuales industriales, solo se trata el 40,1%. Peor aún es el caso de las zonas rurales, que al ser sitios con menos de 2500 habitantes hace imposible implantar un sistema de tratamiento.
Ante lo descrito, resulta importante la búsqueda de alternativas ecológica y económicamente viables para limpiar las aguas residuales, sobre todo en aquellos sitios como las áreas rurales. Una de tales alternativas sustentables son los humedales construidos, inicialmente conocidos como humedales artificiales y actualmente descritos como “treatment wetlands” o humedales de tratamiento (HT).
Los HT son sistemas diseñados ingenierilmente de acuerdo a un volumen y tipo de agua a tratar, tal alternativa se basa en imitar los procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en los humedales naturales y a través de los cuales se mejora la calidad del agua. Los componentes básicos de los HT son el sustrato, la vegetación y los microorganismos. El agua no es parte de los componentes, sino que es el medio a tratar.
¿Cómo son los humedales de tratamiento?
Los HT son una solución basada en la naturaleza (SBN), donde los procesos naturales se optimizan para mejorar la calidad del agua. La SBN es definida por la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza como “acciones para proteger, gestionar de manera sostenible y restaurar ecosistemas naturales o modificados que aborden los desafíos sociales de manera efectiva y adaptativa, proporcionando simultáneamente beneficios para el bienestar humano y la biodiversidad”.
Económicamente hablando, los HT se caracterizan por ser de bajo costo de establecimiento, fácil operación y mantenimiento. Por lo tanto, la tecnología de HT parece ser una solución sostenible para el tratamiento de aguas residuales municipales, rurales, agrícolas e industriales, eliminando una amplia gama de contaminantes del agua y producir efluentes que pueden cumplir con las normas de calidad del agua.
De acuerdo con el flujo de agua, los humedales construidos se pueden clasificar de la siguiente manera (figura 1):
- Humedal de flujo superficial: celdas o canales de agua, donde la superficie del líquido se encuentra en contacto con la atmósfera, de poca profundidad, donde las plantas tienen sus raíces en una capa de suelo en el fondo; estos sistemas son muy similares a los humedales naturales. La tecnología surgió en la década de 1970 en los Estados Unidos de América con la ingeniería ecológica de humedales naturales para el tratamiento de aguas residuales.
- Humedales de flujo subsuperficial horizontal, son lechos impermeables poco profundos, llenos de medio poroso (generalmente grava volcánica, tezontle, arenas, etc.). Las plantas enraízan en el sustrato y la raíz está en contacto con el agua a tratar, la cual fluye por debajo del sustrato horizontalmente mediante flujo pistón. El agua tratada se recolecta en el otro extremo de las celdas.
Este tipo de humedal fue investigado por primera vez en Alemania en 1954 por el Dr. Seidel y el Dr. Kickuth con el “método raíz” en 1960, pero fue solo hace unos 25 años que los sistemas de HT se aplicaron para el tratamiento descentralizado de aguas residuales de viviendas unifamiliares, instituciones y poblaciones rurales.
- Humedales de flujo subsuperficial vertical: celdas rellenas de un medio granular con vegetación sembrada, el agua se trata a medida que se filtra a través del medio y en contacto con las raíces de las plantas. La diferencia con los anteriores es que en estos el agua entra a través de una tubería colocada en la parte superior a lo largo de toda la celda y el agua drena verticalmente intermitentemente. El agua se distribuye homogéneamente y escurre hacia abajo y se recoge en el fondo del cauce mediante tuberías perforadas de drenaje.
Esta carga intermitente proporciona un mecanismo de aireación eficaz porque los poros del lecho del filtro se rellenan con oxígeno durante los intervalos de rociad de agua. Como resultado, se pueden lograr altas tasas de eliminación de nitrógeno mediante un proceso que se llama nitrificación, el cual requiere oxígeno para ocurrir.
4) Humedales artificiales híbridos: se le conoce así a la combinación de varios tipos de humedales para lograr mayores efectos de tratamiento, especialmente para el nitrógeno. En general, los estudios que utilizan sistemas híbridos combinan los sistemas subsuperficiales de flujo horizontal y vertical; sin embargo, se pueden combinar todos los tipos de humedales construidos.
Se ha reportado que en México existen 67 estudios publicados sobre el desempeño de los HT, de los cuales el 18 % corresponden a estudios a nivel de microcosmos o laboratorio, el 30 % sobre HT en tamaño de mesocosmos. 25 % HT en modelos Piloto, mientras que 27 % aquellos HT que operan en condiciones de gran escala.
Por otro lado, de acuerdo al tipo de humedal, 13% de los estudios utilizaron humedales de flujo superficial, seguido de humedales de flujo subsuperficial vertical con 29%., mientras que los humedales de flujo subsuperficial horizontal se han utilizado en un 58%. Los avances muestran que México ha comenzado a ganar experiencia en el diseño y operación de humedales y que a mediano plazo se incrementará el número de sistemas de HT. Por ello, son necesarios manuales detallados en español para promover el uso de los HT, así como una mayor difusión a nivel educativo de estas alternativas.
