Los humedales artificiales son sistemas pasivos de Fitorremadiación que utilizan las propiedades naturales de los ecosistemas para reducir la contaminación en aguas residuales.

1. Resumen Trabajo Final de Grado
Tema: Fitodepuración
Título: Evaluación de la eficacia de un humedal
artificial en el tratamiento de las aguas residuales
una industria de bioetanol.
Autora: Flavia Abba

2. INTRODUCCIÓN
Los recursos hídricos deben responder a múltiples demandas: agua potable, higiene, producción
de alimentos, energía y bienes industriales, y mantenimiento de los ecosistemas naturales. La
presión demográfica, el ritmo de desarrollo económico, la urbanización y la contaminación están
ejerciendo una presión sin precedentes sobre un recurso renovable pero finito como es el agua
(Pochat, 2012).
Se destina a nivel nacional un 70% de agua al uso en el riego, seguido por el abastecimiento
municipal (13%), el abrevado de ganado (9%) y el uso industrial (8%). En consecuencia, es de
gran importancia la correcta gestión del agua, sobre todo la destinada a riego agropecuario
(FAO, 2009), ya que es la que mayor demanda presenta.
Por otro lado, el sector industrial en general, ejerce una acusada presión sobre los recursos
hídricos, más por el potencial contaminante de sus aguas residuales que por la cantidad de agua
utilizada en la producción. Muchas veces los cuerpos receptores son incapaces de absorber y
neutralizar la carga contaminante, por ello deben recibir algún tratamiento antes de su descarga
al medio ambiente (WWPA, 2007). La reutilización de las aguas industriales en riego agrícola,
tras un tratamiento primario o secundario con tecnologías ecológicas de bajo costo, puede ser
una solución rentable tanto para la contaminación industrial como para la gran extracción de
agua por parte del sector agrícola (FAO, 2013).
Una alternativa para el tratamiento de los efluentes industriales son los humedales artificiales,
una tecnología natural y pasiva de depuración. Su capacidad de purificar el agua constituye uno
de los servicios ecosistémicos más importantes, por eso los humedales naturales y artificiales
son utilizados en todo el mundo para el tratamiento de aguas residuales industriales, agrícolas
y domésticas.
Los humedales artificiales eliminan las sustancias contaminantes de las aguas residuales a través
de mecanismos y procesos naturales, por lo tanto no requieren de energía externa ni de aditivos
químicos (García & Corzo, 2008). Este método es menos costoso que los tratamientos
convencionales, el consumo energético suele ser nulo y su costo de mantenimiento es muy bajo,
requiriendo también personal menos especializado (Delgadillo, et al., 2010).
Humedales artificiales
Un humedal artificial es un sistema de tratamiento de aguas residuales, basado en el desarrollo
de plantas acuáticas en lagunas poco profundas, con vegetación propia de las zonas húmedas.
Las interacciones entre el agua, el sustrato sólido, los microorganismos, la vegetación e incluso
la fauna permiten el saneamiento del agua residual (García & Corzo, 2008).
Estos sistemas están diseñados para imitar las condiciones propias de las zonas de humedales
naturales y de ese modo, aprovechar los procesos de eliminación contaminantes que ocurren
en ellos.
El funcionamiento de los humedales artificiales se fundamenta en tres principios básicos: la
actividad bioquímica de los microorganismos, el aporte de oxígeno a través de las plantas y el
apoyo físico de un lecho que además sirve como material filtrante (Fernández González, s.f.). Es
una combinación de procesos físicos, químicos y biológicos dentro de un sistema diseñado,
construido y manejado por el hombre.

3. Tipos de humedales
Existen diferentes tipos de humedales artificiales que se pueden clasificar según la vegetación
utilizada, las características del lecho y la circulación del agua dentro del mismo. Los humedales
utilizan como vegetación a las denominadas “macrófitas”, según el tipo de macrófita que
empleen para su funcionamiento se clasifican en:
Los sistemas basados en macrófitas enraizadas se dividen de acuerdo a la circulación del agua
que se emplee:
• Humedales de flujo libre superficial: si el agua circula en forma superficial entre los tallos
de las macrófitas
• Humedales de flujo subsuperficial: si el agua circula por debajo de la superficie del
estrato del humedal.
También existen sistemas mixtos de sucesión de vegetación que combina dos o más humedales
diferentes para alcanzar mejores niveles de depuración.
Humedales de flujo libre superficial (HFLS)
En este tipo de humedales el agua se encuentra expuesta directamente a la atmósfera, la
vegetación se encuentra enraizada en el fondo del lecho, y el agua circula a través de los tallos
y raíces de las plantas. Este sistema es capaz de albergar distintas especies de peces, anfibios,
aves, etcétera (Delgadillo, et al., 2010). Los tallos, raíces y hojas caídas aportan materia orgánica
al sistema y constituyen un soporte para la fijación de la película bacteriana responsable de los
procesos de biodegradación (Fernández González, s.f.)

4. La lenta velocidad con que se distribuye el agua dentro del humedal proporciona una efectiva
remoción del material particulado en el sector inicial del sistema. Componentes como materia
orgánica biodegradable, nitrógeno, fósforo y trazas de metales sufren reacciones de oxidación
o reducción quedando disponibles para su absorción por el suelo y su degradación por las
poblaciones microbianas y vegetales.
La actividad aeróbica en el humedal se produce gracias al oxígeno existente en la superficie del
agua, en microzonas de la superficie de plantas vivas y en superficies de raíces y rizomas. No
obstante, gran parte del líquido es anóxico o anaeróbico y la falta de oxígeno limita la remoción
biológica por nitrificación del amoníaco (NH3/NH4-N). Sin embargo los humedales de FLS son
efectivos en la remoción de materia orgánica biodegradable, sólidos suspendidos y metales.
Humedales de flujo subsuperficial (HFSS)
Se denominan humedales de flujo subsuperficial, dado que el paso del agua es de tipo
subterránea, la misma circula a través de un medio granular (arena, gravilla, grava), que sirve de
soporte para el enraizamiento de la vegetación. Con una profundidad de la lámina de agua entre
0,3 y 0,9 m, el agua residual entra en contacto con las raíces y rizomas de las plantas,
atravesando una red de zonas aeróbicas, anaeróbicas (zonas con ausencia de oxígeno disuelto y
cualquier aceptor de electrones común) y anóxicas (solo ausencia de oxígeno disuelto). Las zonas
aeróbicas se encuentran alrededor de las raíces y rizomas de la vegetación que liberan oxígeno
en el sustrato. (García & Corzo, 2008)
El agua residual se limpia mediante degradación microbiológica y diferentes procesos físicos y
químicos. La combinación de las raíces de las plantas y la superficie del sustrato ofrecen una
mayor área de soporte para el crecimiento de una biopelícula, lo que favorece una mayor tasa
de degradación en comparación con los HFLS (EPA, 2000).
Los humedales de flujo subsuperficial se clasifican en función del sentido de circulación del agua
residual dentro del sistema, y pueden ser:
Humedal de flujo subsuperficial vertical (HFSSV)
Las aguas residuales en este tipo de humedal son vertidas en la parte superior, infiltran
verticalmente el sustrato y son recogidas por una red de drenaje en el fondo del humedal
(Delgadillo, et al., 2010).

5. Los humedales verticales son alimentados de manera intermitente, es decir que el sustrato no
se encuentra permanentemente inundado, ya que el líquido drena completamente. Esto
posibilita la oxigenación del lecho mejorando los procesos de nitrificación (ONU-Habitat, 2008).
El medio granular está constituido por tres capas horizontales con diferente granulometría,
siendo la capa superficial la más fina y aumentando de grosor hacia el fondo. Adicionalmente se
le agregan tuberías de aireación, dentro del sustrato. Se trata de tuberías cribadas con salida al
exterior, que permiten mejorar las condiciones aeróbicas. En este tipo de humedales la
oxigenación por parte de las plantas constituye un aporte mínimo.
Al estar constantemente oxigenados requieren de menos superficie para tratar la misma
cantidad de carga orgánica que un humedal horizontal. No obstante son más susceptibles a la
colmatación.
Humedal subsuperficial horizontal (HSSH)
En los humedales de tipo horizontal, el agua residual ingresa en forma permanente, es aplicada
desde un extremo en la parte superior y recogida por un tubo de drenaje en la parte opuesta
inferior. El tratamiento se da a medida que el agua circula horizontalmente a través del sustrato,
rizomas y raíces de las plantas. Se caracterizan por funcionar permanentemente inundados y
con cargas de alrededor de 6 g DBO2/m2×día (García & Corzo, 2008).
El sistema de recogida consiste en un tubo de drenaje cribado, rodeado con grava de igual
tamaño que la utilizada al inicio. El lecho tiene una pendiente de entre 0,5 % a 1 %. La zona de
plantación está constituida por grava fina de un solo diámetro. Es fundamental que el agua
residual que ingresa al sistema se mantenga en un nivel inferior a la superficie.
Durante este trayecto, las aguas residuales entran en contacto con una red de zonas aeróbicas,
anaeróbicas y anóxicas. Las zonas aeróbicas se encuentran alrededor de las raíces y rizomas de
la vegetación del humedal que liberan oxígeno en el sustrato. Durante el paso de las aguas
residuales a través de la rizósfera, estas se limpian mediante degradación microbiológica y
diferentes procesos físicos y químicos. Este tipo de humedal puede eliminar efectivamente los
contaminantes orgánicos (SST, DBO5 Y DQO) de las aguas residuales.
Sin embargo, debido a la menor transferencia de oxígeno en el interior del sustrato la remoción
de nutrientes, como el nitrógeno depende de las condiciones anóxicas (ONU-Habitat, 2008)

6. Vegetación
El tipo de vegetación utilizada en un humedal artificial son las denominadas macrófitas o plantas
acuáticas superiores. La vegetación contribuye con los procesos de depuración dado que las
raíces y rizomas junto con el sustrato actúan como filtro y son capaces de proporcionar una alta
eficiencia en la disminución de contaminantes asociados con el material particulado. La
remoción biológica consiste en la captación por parte de las plantas de aquellos contaminantes
que constituyen nutrientes esenciales, tales como nitrato, amonio y fosfato (Frers, 2008).
Características
Las plantas poseen ciertas características que las hacen de gran interés para la depuración de
aguas residuales: asimilan carbono, nutrientes y elementos traza que utilizan para su
metabolismo, eliminándolos del agua residual e incorporándolos a sus tejidos. Disminuyen la
velocidad del agua y permiten que los materiales suspendidos se depositen.
Alrededor de los rizomas y raíces se crean microambientes aeróbicos lo que permite el
crecimiento de una biopelícula, adherida a los mismos y al medio granular. Permiten la
transferencia de oxígeno hacia la rizósfera. A su vez amortiguan los factores ambientales,
proveen hábitat para la fauna y dan una apariencia agradable al paisaje.
Fitodepuración
Por fitodepuración (del griego phyto= planta y del latín depurare= limpiar, purificar) se entiende
al uso de plantas para reducir in situ la concentración o peligrosidad de contaminantes orgánicos
e inorgánicos de suelos, sedimentos, agua, y aire; a partir de procesos bioquímicos realizados
por las plantas y microorganismos asociados a su sistema de raíz. Estos conducen a la reducción,
mineralización, degradación, volatilización y estabilización de los diversos tipos de
contaminantes.
Especies utilizadas para fitodepuración
Para humedales artificiales de flujo subsuperficial se utilizan plantas acuáticas emergentes
(carrizos, juncos, eneas, etc.). Estas, poseen la capacidad de crecer en suelos saturados,
arraigadas en el suelo, con tallos y hojas que emergen fuera del agua, alcanzando alturas hasta
de dos y tres metros. Cuentan con un sistema de espacios aéreos internos lo cual le permite
transferir oxígeno desde la atmósfera a través de hojas y tallos, hasta el medio donde se
encuentran las raíces y rizomas. Son plantas vivaces que persisten durante el período frío, cuyas
hojas se secan en el invierno, rebrotando en primavera (Delgadillo, et al., 2010).

7. Junco de agua (Schoenoplectus californicus)
 Características: Se trata de una hierba de entre 1 y 3 metros de altura, que se dispone en
matas de varios metros. Tienen epidermis muy delgadas a fin de reducir la resistencia al
paso de gases, agua y nutrientes; grandes espacios intercelulares que forman una red de
conductos huecos en los que se almacena y circula el oxígeno. Esto permite la transferencia
del mismo desde el aire hacia órganos fotosintéticos, y desde allí hacia las raíces.
 Rizomas: El junco tiene rizomas, que son tallos subterráneos que crecen paralelamente a la
superficie del suelo.
 Tallos: Varían de 1 m a 4 m, erectos, próximos entre sí. Son lisos, trígonos, verde-
amarillentos cuando se secan. Los tallos tienen aerénquimas, que son tejidos sin color con
grandes espacios intercelulares llenos de aire, que facilitan la flotación y la llegada de aire a
los órganos sumergidos.
 Inflorescencia: es descompuesta, es decir que consta de un eje principal con ramas
plurifloras laterales (ramas que contienen más de una flor).
 Reproducción: En la mayoría de los casos, el junco se reproduce vegetativamente por
desarrollo de propágulos vegetativos.
 Distribución: Asociado a ambientes acuáticos como lagunas y esteros, en el ámbito de la
cuenca es muy común en lagunas, bañados, orillas de ríos y arroyos.
 Plagas y enfermedades: Los juncos son plantas muy rústicas de las que no se tienen
referencia de plagas ni enfermedades en su aplicación en humedales artificiales.
Tipos de fitodepuración
Los diferentes tipos de fitodepuración se basan en los mecanismos fisiológicos básicos que
tienen lugar en las plantas y en los microorganismos asociados a ellas tales como: transpiración,
fotosíntesis, metabolismo y nutrición. Según el tipo de contaminante la panta se pueden utilizar
como medio de contención (rizofiltración, fitoestabilización y fitoestimulación) o eliminación
(fitodegradación, fitoextracción y fitovolatilización).
 Fitoextracción: La planta absorbe los metales y los acumula en los tallos y hojas. También
pueden extraerse ciertos tipos de contaminantes orgánicos y elementos e isótopos
radiactivos.
 Rizofiltración: Consiste en la absorción de los contaminantes dentro de la raíz por medio de
procesos bióticos o abióticos. Los exudados de las raíces también pueden causar la
precipitación de algunos metales.
 Fitoestabilización: reduce la biodisponibilidad de los contaminantes mediante la producción
de compuestos químicos en la zona de la rizósfera que inactivan las sustancias tóxicas, ya
sea por procesos de absorción, adsorción o precipitación.
 Fitoestimulación: Las sustancias naturales liberadas por las raíces de las plantas (azúcar,
alcohol y ácidos) promueven el desarrollo de microorganismos (bacterias y hongos) que
forman parte de la biopelícula en donde se degradan las sustancias orgánicas.
 Fitodegradación: Las plantas y los microorganismos asociados a ellas captan, almacenan y
degradan los contaminantes orgánicos para dar subproductos más simples, o bien,
mineralizarlos hasta dióxido de carbono y agua.

8.  Fitovolatilización: Consiste en la absorción de contaminantes, su conversión a formas
volátiles y su posterior liberación a la atmósfera en formas menos tóxicas o relativamente
menos peligrosas en comparación con sus formas originales.
Diseño y descripción experimental
La experiencia consiste en el tratamiento de las aguas residuales provenientes de una laguna de
aireación, aplicando un humedal artificial a escala piloto. Se muestreará el agua en la entrada y
salida del humedal midiendo parámetros que permitan llevar un control del tratamiento. Luego
en base a los límites establecidos por la legislación vigente, se analizará la capacidad de las aguas
obtenidas para ser usadas en el riego agrícola. Se caracterizaron las aguas residuales a tratar en
el humedal, en cantidad, origen y calidad según la información brindada por la industria.
Caracterización de las aguas residuales: se caracterizaron las aguas residuales a tratar en el
humedal, en cantidad, origen y calidad. Además fue analizada la aptitud del agua residual para
ser usada en riego, partiendo de parámetros determinados en el INTA Manfredi, y utilizando las
clasificaciones establecidas por el laboratorio Riverside (Secretaría de Ambiente de Córdoba,
2008). De esta forma se clasificó el agua residual según el peligro de salinización utilizando para
ello los valores de conductividad eléctrica, en segundo lugar se determinó el peligro de
sodificación (utilizando el índice RAS) y por último la toxicidad en base a los valores de cloro,
sodio y boro.
Selección de macrófitas: se seleccionó la macrófita más adecuada para el tratamiento teniendo
en cuenta principalmente: la tolerancia al efluente, que sea una especie de rápida colonización,
con una importante generación de biomasa y que sea autóctona de la zona. El junco
(Schoenoplectus californicus) fue la macrófita escogida y se extrajo de una laguna en ese lugar.
Diseño del humedal: el diseño del humedal artificial piloto fue elaborado en dos etapas: en la
primera se efectuó el dimensionamiento biológico que permitió determinar el área superficial
del mismo y el tiempo de retención del efluente. En una segunda etapa, el dimensionamiento
hidráulico permitió establecer las medidas del humedal.
Construcción del humedal: se seleccionó la ubicación, se realizó la excavación y se
impermeabilizó el fondo y los lados del humedal con una membrana de polietileno obtenida de
silo bolsas. El material seleccionado como sustrato fue granza, de dos tamaños diferentes. La
zona de entrada del humedal fué constituida por dos elementos: un sistema de distribución con
tubería en forma de T y una franja de material granular de gran tamaño situada dentro de la
celda. Estos elementos tienen como objetivo repartir el agua uniformemente en la cabecera del
humedal. La tubería utilizada es de PVC con un diámetro de 19 mm y de 2,70 m de largo. En La
salida para recolectar el agua en la salida del humedal, se colocó un sistema de tubos perforados
en forma de T, idéntico al utilizado en la entrada, pero colocado en el fondo del humedal.
Plantación: la plantación se efectuó por división de mata, las plantas fueros desarraigadas
del suelo y fraccionadas de modo que cada porción llevara en su parte subterránea rizomas
de unos 10 cm de largo, asegurando que tengan brotes en el extremo del corte. La
vegetación se implantó en el lecho de grava, con una separación aproximada de 0,25m en
forma de zigzag.

9. Variables de control del tratamiento:
Una vez en régimen el humedal, se tomaron muestras del agua residual al ingreso y a la salida
del sistema con el fin de verificar cambios en los valores de ciertos parámetros y así comprobar
la efectividad del tratamiento. Se realizaron análisis físico-químicos de: DQO, Conductividad
eléctrica y pH. También se tomaron tres muestras para determinar sodio en el transcurso del
experimento.
Para llevar un control de la vegetación se registraron variables in situ como la cantidad de
plantas, la cantidad de inflorescencias, la altura y se evaluó el estado de las hojas y tallos. Se
tomaron datos de las temperaturas máximas y mínimas, velocidad del viento y las
precipitaciones de cada uno de los días de muestreo.
CONCLUSIONES
La construcción y puesta en marcha del humedal, así como la selección de macrófitas, partiendo
de la información investigada y los cálculos de diseño, cumplieron con los objetivos planteados.
Las macrófitas pudieron desarrollarse correctamente, se comprueba de este modo, que el Junco
(Schoenoplectus californicus) es una especie apta para el tratamiento de la industria.
Del análisis de los resultados con respecto a los parámetros medidos, se puede afirmar que el
tratamiento redujo la cantidad de materia orgánica del agua residual, mientras que en los
parámetros inorgánicos produjo aumentos. En base a la información investigada, los resultados
no son los esperados; ya que los porcentajes de remoción de DBO5 y DQO corresponden a la
cuarta parte de lo que afirman dichas investigaciones. Además si se tiene en cuenta el aumento
en los valores de los parámetros inorgánicos, se puede pensar que durante el tratamiento se ha
producido una concentración de sustancias, cuya causa puede ser la evapotranspiración. Dicho
proceso es difícil de tener en cuenta en el diseño porque se encuentra influenciado por gran
cantidad de variables. En humedales pequeños podría tener mucha influencia, pero no
necesariamente los efectos tendrán que repetirse en humedales a escala real.
En base a las clasificaciones del laboratorio de Riverside, las aguas tratadas pueden ser usadas
como agua de riego, pero con precaución, llevando los controles correspondientes en los niveles
de salinidad (muy importante en este tipo de uso).
Se concluye que un humedal artificial de flujo subsuperficial horizontal con Schoenoplectus
californicus sería eficaz en el tratamiento de las aguas residuales de la industria para mejorar la
calidad y ser aprovechada en el riego de cultivos. De esta manera se solucionarían dos
problemas: el volcamiento de grandes cantidades de agua totalmente aptas para ser usadas y el
gran consumo de agua que requiere la producción agrícola.
CONSIDERACIONES FINALES
Dentro de las líneas de investigación se podrían mencionar: la experimentación con otras
macrófitas locales en forma individual y mixta, el estudio de la capacidad de la macrófitas locales
para bioacumular sodio, el proceso de evapotranspiración del sistema y el estudio de la
constante cinética para la DBO5. Asimismo la determinación de la densidad óptima de individuos
para un mayor rendimiento de remoción.
Se necesita mayor información sobre la aplicación de humedales artificiales para la depuración
de aguas residuales salinas, ya que hasta el momento estos sistemas solo se han desarrollado
para aguas con elevado contenido orgánico y de metales pesados.