Depuracion en humedales

DEPURACION EN HUMEDALES
ARTIFICIALES
Filtro de Macrofitas en Flotación (FMF)
Filtro de Helófitas Semisumergidas (FHS)
José de Miguel Muñoz
Eduardo Casado Fernández

2
ZONAS DE UN HUMEDAL
Manto freático
zona fotica
Pleuston
Limnos
Bentos
zona profunda
Zona de transición
alta media baja
Zona Litoral Zona Pelágica
(agua abierta)
Zona de transición

3
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
• Según el tipo de planta acuática:
– Especies flotantes.
– Especies semisumergidas.
– Especies sumergidas.
• Según el tipo de circulación del agua.
– Flujo superficial.
– Flujo subsuperficial.

4
ESPECIES FLOTANTES
• Aquellas que están flotando sobre la superficie del
agua y cuyas raíces no llegan a contactar con el
fondo del humedal. Como ejemplo tenemos la
lenteja de agua (género Lemna, Wolffia, Spirodella,
etc.), el helecho (Azolla sp.), el jacinto de agua
(Eirchornia crassipes), los nenúfares (Victoria regia),
etc.
• Proliferan en condiciones de eutrofización

5
ESPECIES FLOTANTES
Azolla Wolfia y SpirodellaLemna
Potamogeton Victoria regiaNymphaena

6
ESPECIES EMERGENTES
• Son aquellas que tienen sus raíces hundidas en el
suelo del fondo del humedal, pero que sus tallos y
hojas, tras atravesar la lámina de agua, emergen por
encima de la superficie y desarrollan las funciones
propias de los vegetales (fotosíntesis, floración,
reproducción, fructificación y diseminación, entre
otras) en contacto con el aire atmosférico.
• Son especies de este tipo los carrizos (Phragmites
sp.), los esparganios (Sparganium sp.), las espadañas
(Typha sp.), los juncos (varias especies de géneros
tales como Juncus, Scirpus, Schoenus), el lirio de
agua (Iris pseudoacorus), etc.

7
ESPECIES EMERGENTES
• La mayoría de estas macrofitas recuperan nutrientes
a partir de los sedimentos anaerobios profundos.
Sirve como hábitats para innumerables
invertebrados y peces proporcionando alimentación
y refugio
Iris pseudoacorus

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ESPECIES EMERGENTES
Phragmites ScirpusJuncus
Schoenus ZizaniaThypa

9
ESPECIES SUMERGIDAS
• Son plantas cuyo tallo y hojas se encuentran
completamente bañados por el agua, y sus
raíces están arraigadas en el suelo del fondo
del humedal.
• Plantas de este tipo normalmente se emplean
como plantas de acuario. Normalmente no se
utilizan para los procesos artificiales de
depuración con macrofitas.

10
ESPECIES SUMERGIDAS
Chara UtriculariaCeratophyllum
Hydrilla

SISTEMAS DE DEPURACIÓN
SEGÚN LAS PLANTAS
EMPLEADAS

12
MECANISMOS DE DEPURACIÓN.
• Los procesos que tienen lugar para la
depuración de contaminantes son a través de
tres mecanismos primarios:
– Sedimentación de sólidos
– Incorporación de nutrientes en plantas y su
posterior cosechado
– Degradación de la materia orgánica por un
conjunto de microorganismos facultativos
asociados a las raíces de las plantas y en los
detritus del fondo de la laguna.

13
SISTEMAS CON ESPECIES
FLOTANTES
• Consisten en estanques o canales de
profundidad variable (0,4 a 1,5 m.),
alimentados con agua residual, más o menos
pretratada, en los que se desarrolla una
especie en flotación.
• Las plantas se recolectan periódicamente en
cortos intervalos de tiempo.

14
FLOTANTES
• La principal ventaja que ofrecen es la gran superficie de
contacto que tienen sus raíces con el agua residual, la
cual les cubre por completo, lo que permite una gran
actividad depuradora por medio de los microorganismos
adheridos a dicha superficie o por las propias raíces
directamente.
• Como inconveniente principal está la capacidad limitada
que tienen de acumular biomasa, ya que los cuerpos de
las plantas no llegan a alcanzar una altura significativa,
permaneciendo normalmente próximos a las superficie
del agua. Debido a esto, la cantidad de biomasa de las
plantas que se llega a acumular por unidad de superficie
es relativamente pequeña, por lo que es necesario
efectuar retiradas periódicas de la biomasa para que las
plantas puedan seguir creciendo.

15
FLOTANTES
• Estos sistemas son muy efectivos cuando hay
reducidas concentraciones de DBO y de sólidos
disueltos. El nitrógeno y el fósforo son absorbidos en
grandes cantidades por las plantas.

16
EMERGENTES
• Las plantas tienen sus raíces ancladas en el
substrato y sus tallos y hojas emergen fuera del
agua.
• Son plantas vivaces cuyas hojas se secan en invierno
y tienen la capacidad de rebrotar en primavera a
partir de sus rizomas, que persisten durante el
período frío.
• Pueden generar elevadas producciones de biomasa,
tanto en la parte aérea como en la radicular.
• Normalmente los rizomas están cargados de
almidón que actúa como sustancia de reserva que se
moviliza en el crecimiento de los nuevos brotes en a
primavera.

SISTEMAS DE DEPURACIÓN
SEGÚN EL TIPO DE
CIRCULACIÓN DE AGUA

18
SISTEMAS DE DEPURACIÓN SEGÚN
EL FLUJO DE AGUA
• Estos sistemas de tratamiento de aguas pueden ser
muy diferentes, ya que existen diferentes técnicas
en cuanto al tipo de circulación del agua en las
plantaciones, y también se pueden emplear
diferentes substratos. Los tipos más básicos son:
– Flujo superficial.
– Flujo subsuperficial.

19
FLUJO SUPERFICIAL
• En estos sistemas el suelo tiene una baja
conductividad y no permite un flujo
significativo a través de la zona radicular.
• La eliminación de contaminantes se produce
a través de reacciones que tienen lugar en el
agua y en la zona superior del sustrato, por lo
que su potencial de eliminación se ve
fuertemente restringido.

20
FLUJO SUBSUPERFICIAL
HORIZONTAL
• Los sistemas de humedales subsuperficiales utilizan
una capa de suelo o grava como substrato para el
crecimiento de las plantas. Los flujos de agua
atraviesan por gravedad y horizontalmente el
substrato y las raíces de las plantas.
• Durante el paso del agua residual a través del
sistema radicular de las plantas, la materia orgánica
se descompone biológicamente, el nitrógeno puede
ser desnitrificado y el fósforo y los metales pesados
son fijados en el suelo.

21
FLUJO SUBSUPERFICIAL
HORIZONTAL
• Las plantas tienen dos importantes funciones en
este proceso: suministrar oxígeno a los
microorganismos en la rizosfera e incrementar y
estabilizar la conductividad hidráulica del suelo.
• El principal problema que pueden tener estos
sistemas es el de la colmatación de las propias raíces
o por los sólidos sedimentados. La eliminación de los
contaminantes en este caso implica la destrucción
del sistema para eliminar la materia orgánica
sedimentada o de las propias plantas.

FILTRO DE MACRÓFITAS EN
FLOTACIÓN (FMF)

23
FILTRO DE MACROFITAS EN
FLOTACION (FMF)
• El sistema FMF (Filtro de Macrofitas en Flotación) ha sido
patentado en España con el número P9700706, fecha de
antigüedad 4 de abril de 1997, y número de publicación
internacional WO 98/45213.
• El sistema fue desarrollado por el Prof. D. Jesús Fernández
González, responsable del Grupo de Agroenergética de la
E.T.S.I. Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid
(UPM), habiendo cedido los derechos de patente a la UPM.
• La UPM tiene cedidos en exclusiva los derechos de utilización
de la patente en aeropuertos a la empresa AENA y la
comercialización para el resto de las aplicaciones a la
empresa Macrofitas S.L.

24
FLOTACION (FMF)

25
FLOTACION (FMF)
• Este sistema es capaz de lograr la depuración de las
aguas residuales utilizando macrofitas de tipo
emergente, transformadas en flotantes para la
depuración de aguas que circulan a través de canales
o que están remansadas en lagunas.
• Este sistema es un método novedoso que combina
las ventajas de los sistemas flotantes y los de
macrofitas emergentes, eliminando o reduciendo
muy significativamente sus inconvenientes.

26
FLOTACION (FMF)
• El sistema puede servir para:
– efectuar un tratamiento terciario (eliminación de
elementos minerales eutrofizantes) en los efluentes
secundarios de sistemas de depuración
convencionales;
– efectuar un tratamiento secundario (descomposición
de la materia orgánica disuelta) por medio de los
microorganismos adheridos al sistema radicular y
favorecer así el ataque de la materia orgánica de
estos sólidos, por parte de los microorganismos fijos
a las raíces de las plantas, que presentan una gran
superficie específica.

27
FLOTACION (FMF)
• El sistema es útil además para el tratamiento de efluentes
eutrofizados agrarios o efluentes de industrias que produzcan
vertidos ricos en nitrógeno y/o fósforo y/o potasio, así como
de aguas de manantiales contaminados con estos elementos
o alguno de ellos.
• Algunas especies de plantas emergentes tienen la facultad de
descontaminar aguas cargadas con algunos compuestos
tóxicos tales como fenoles y absorber cantidades
importantes de metales pesados, por lo que este sistema
valdría también para tratar vertidos que tengan este tipo de
contaminantes, siempre que se elijan adecuadamente las
especies de plantas.

28
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA FMF
• El corazón del sistema está
constituido por un tapiz
flotante de vegetación,
formado sobre la superficie
de un canal o laguna, cuyos
elementos básicos son las
plantas (especies
seleccionadas entre las de
tipo "emergente",
adaptadas a la climatología
del lugar) que van a tener
sumergido en el agua su
sistema radicular y una
parte de la base del tallo.

29
• La mayoría de las plantas
acuáticas tienen también
rizomas (estructuras de
reproducción vegetativa de
las que salen nuevos brotes
y que contienen abundante
cantidad de hidratos de
carbono como sustancia de
reserva), que se encuentran
sumergidos en el agua
junto a las raíces y unidos a
la base del tallo de
procedencia.

30
• Toda la zona sumergida de
la planta tiene una gran
superficie específica,
debido principalmente la
gran número de raíces y
raicillas, que actúan de
soporte para la fijación de
los microorganismos que
degradan la materia
orgánica, cuyo crecimiento
se ve favorecido por el
oxígeno que les llega a
través de las raíces
bombeado desde las hojas
de las plantas (propiedad
específica de las plantas
emergentes).

31
• Las macrofitas emergentes en general tienen un
cierto desarrollo en altura y una densidad menor que
la unidad, por lo que para lograr la flotación y el
desarrollo de este tipo de plantas hay que conseguir
que la parte sumergida forme una base de suficiente
consistencia y extensión en superficie, que permita
el desarrollo de las hojas y los tallos por encima de la
superficie del agua, según su altura natural, evitando
la tendencia al vuelco que tendría una planta aislada.

32

33
• La novedad del sistema consiste en conseguir que plantas
que naturalmente se encuentran enraizadas en el suelo del
fondo de los cursos de aguas o en sus orillas, se desarrollen y
lleguen a completar su ciclo vital flotando sobre la parte
superior del perfil de agua que fluye por un canal o que se
encuentra remansada en una balsa o laguna, siempre que
tenga profundidad suficiente (en general entre 25 y 50 cm.).
En definitiva se trata de formar un tapiz flotante formado por
órganos sumergidos de las plantas (base de tallos, rizomas y
raíces) trabados entre sí naturalmente, como consecuencia
de su crecimiento.

34
• Para conseguir la formación del tapiz flotante de forma
rápida es preciso partir de plantas jóvenes en fase de
crecimiento o de rizomas.
• Las plantas o los rizomas deben fijarse a un soporte flotante
separadas o separados entre sí una distancia conveniente
(entre 10 y 30 cm. aproximadamente) para que permita el
trabado de los sistemas radiculares de las plantas contiguas.
• La rapidez en la formación del tapiz dependerá, en gran
manera, de la distancia de separación en que se coloquen las
plantas o rizomas sobre el soporte flotante.
• Algunas plantas emergentes como por ejemplo los carrizos,
tienen un tallo fistuloso (caña) que puede flotar
horizontalmente en el agua sin necesidad de soporte y emitir
brotes a partir de yemas situadas en los nudos y raíces

35
SISTEMAS DE PLANTACIÓN
• Sistema de D. Jesús
Fernández (1)
• Consiste en amarrar la
planta a un tubo de
polietileno, que flota.
Tiene el inconveniente
que cuando las plantas
crecen vuelcan con
facilidad.

36
SISTEMAS DE PLANTACIÓN
• Sistema Torres (2)
• Consistente en sujetar
un tiesto sin fondo
mediante dos tubos a
los que se ata. Tiene el
inconveniente que en
cuanto crecen un poco
las plantas, vuelcan si
hay algo de viento.

FILTRO DE HELÓFITAS
SEMISUMERGIDAS (FHS)

38
FILTRO DE HELOFITAS
• El sistema FHS (Filtro de Helófitas semisumergidas) ha sido
patentado en España, con la referencia P200900811, con
fecha de concesión de 14/04/2010 .
• El sistema ha sido desarrollado por el Prof. D. Jesús
Fernández González, responsable del Grupo de
Agroenergética de la E.T.S.I. Agrónomos de la Universidad
Politécnica de Madrid (UPM), habiendo cedido los derechos
de patente a la UPM.
• La UPM tiene cedidos en exclusiva los derechos de utilización
de la patente en España a la empresa Alvartis.

39
FILTRO DE HELOFITAS
• Este sistema es capaz de lograr la depuración de las aguas
residuales utilizando helófitas de tipo emergente de forma
que queden entre dos aguas, para la depuración de aguas que
circulan a través de canales o que están remansadas en
lagunas.
• Este sistema es totalmente novedoso y combina las ventajas
de los sistemas de macrofitas emergentes y del sistema FMF,
eliminando o reduciendo muy significativamente sus
inconvenientes.

40
FILTRO DE HELOFITAS

41
FILTRO DE HELOFITAS
• El sistema puede servir para efectuar:
– un tratamiento terciario (eliminación de elementos minerales
eutrofizantes) en los efluentes secundarios de sistemas de depuración
convencionales;
– un tratamiento secundario (descomposición de la materia orgánica
disuelta) por medio de los microorganismos adheridos al sistema
radicular y favorecer así el ataque de la materia orgánica de estos
sólidos, por parte de los microorganismos fijos a las raíces de las
plantas, que presentan una gran superficie específica.

42
FILTRO DE HELOFITAS
• El sistema es útil además para el tratamiento de efluentes
eutrofizados agrarios o efluentes de industrias que produzcan
vertidos ricos en nitrógeno y/o fósforo y/o potasio, así como
de aguas de manantiales contaminados con estos elementos
o alguno de ellos.
• Algunas especies de plantas emergentes tienen la facultad de
descontaminar aguas cargadas con algunos compuestos
tóxicos tales como fenoles y absorber cantidades
importantes de metales pesados, por lo que este sistema
valdría también para tratar vertidos que tengan este tipo de
contaminantes, siempre que se elijan adecuadamente las
especies de plantas.

43
FILTRO DE HELOFITAS
• El corazón del sistema
está constituido por un
tapiz de vegetación,
formado entre dos
aguas en un canal o
laguna, cuyos
elementos básicos son
las plantas (especies
seleccionadas entre las
de tipo "emergente",
adaptadas a la
climatología del lugar).

44
FILTRO DE HELOFITAS
• Las plantas van a tener sumergido en el agua su
sistema radicular, y la base del tallo hasta el
principio de las hojas.
• La mayoría de las plantas acuáticas tienen también
rizomas (estructuras de reproducción vegetativa de
las que salen nuevos brotes y que contienen
abundante cantidad de hidratos de carbono como
sustancia de reserva) que se encuentran sumergidos
en el agua junto a las raíces y unidos a la base del
tallo de procedencia.

45
FILTRO DE HELOFITAS
• Toda la zona sumergida de la planta tiene una gran
superficie específica, debido principalmente la gran
número de raíces y raicillas, que actúan de soporte
para la fijación de los microorganismos que
degradan la materia orgánica, cuyo crecimiento se
ve favorecido por el oxígeno que les llega a través de
las raíces bombeado desde las hojas de las plantas
(propiedad específica de las plantas emergentes).

46
FILTRO DE HELOFITAS
• En este caso el agua está por encima de la
manta que forman las raíces, de forma que
existe una capa sobre ellas de unos 20 cm.
• Asimismo entre las raíces hay arcilla, así
como en el fondo del canal (una de las
principales diferencias con macrofitas)

47
Sistemas de plantación
• Las plántulas se
siembran directamente
sobre el suelo. Esto
representa un gran
ahorro frete al sistema
de macrofitas.

49
Sistemas de plantación
• Sistema de D. Jesús
Fernández (2)
• Sistema TTF

52
ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS EN
SUSPENSIÓN
• Los sólidos se separan en Humedales (HUM),
Helofitas (FHS) y Macrofitas (FMF) por:
– Sedimentación.
– Decantación.
– Filtración.
– Degradación a través del conjunto que forma el
sustrato con las raíces y rizomas.

53
ELIMINACIÓN DE MATERIA
ORGÁNICA
• La eliminación de la M.O. del agua es
realizada por los microorganismos que se fijan
al sistema radicular de las plantas y por
sedimentación (HUM, FHS Y FMF).
• Además de los anteriores, por efecto lagunaje
en la capa de agua sobre el manto radicular
(FHS).

54
ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO.
• Se elimina por diversos procesos:
– absorción directa de las plantas (HUM, FHS Y
FMF);
– fenómenos de nitrificación‐desnitrificación,
realizados por bacterias (HUM, FHS Y FMF (< que
las anteriores));
– amonificación (en menor medida) (HUM, FHS Y
FMF (< que las anteriores));

55
ELIMINACIÓN DE FÓSFORO
• Se elimina por:
– Absorción por las plantas (HUM, FHS y FMF)
– Adsorción sobre partículas de arcilla (HUM y
FHS).
– Precipitación de fosfatos insolubles,
principalmente con Al y Fe, en suelos ácidos y con
calcio en suelos básicos (HUM y FHS).

56
ELIMINACIÓN DE
MICROORGANISMOS PATÓGENOS
• Se realiza mediante:
– Por filtración y adsorción en partículas de arcilla
(HUM y FHS).
– Acción predatoria de otros organismos
(bacteriófagos y protozoos) (HUM, FHS y FMF).
– Toxicidad por antibióticos producidos por las
raíces (HUM, FHS y FMF),
– Por la radicación UV (HUM y FHS).

57
ELIMINACIÓN DE METALES TRAZA
• Tienen una alta afinidad por adsorción y
complejación con materia orgánica y pueden
ser acumulados en los humedales. También
existen transformaciones microbianas y
asimilación por las plantas (HUM, FHS Y
FMF).

58
PARÁMETROSDE REFERENCIA
(*) Real Decreto 849/1986, de 11 de abril, por el que se aprueba el Reglamento del Dominio Público Hidráulico

59
PARÁMETROS DE REFERENCIA
Valores obtenidos para una lámina de depuración de 1.500 m2, con una caudal medio de agua residual
bruta de 200 m3/día para una población estimada de 700 habitantes – equivalentes, para una instalación
localizada en la zona centro de España.

60
APLICACIÓN A LA DEPURACIÓN DE
PURINES
• Se realiza colocando en serie un sistema físico
– químico, y a continuación un FHS.
• Será necesario realizar una dilución después
del sistema físico – químico y antes de llevar el
agua a los canales.
• Se utilizará el agua depurada.

61
SISTEMA FÍSICO‐QUÍMICO PARA LA
DEPURACIÓN DE PURINES.

62
Fases de la construcción de un
humedal artificial en canales

63
INSTALACIONES EN
FUNCIONAMIENTO
• FMF
– Aeropuerto de Reus
– Aeropuerto de Gerona
– Aviles
– Punto Limpio de Vitoria
– Coy
– Casa rural en Villagordo del Cabriel

64
INSTALACIONES EN
FUNCIONAMIENTO
• FHS
– Fabara
– Yeguada Militar de Écija
– Yeguada Militar de Vicos (Jerez)
– Yeguada Militar de Garrapilos (Jerez) (Gédula)
– Restaurante en Paracuellos de La Vega
– Polígono Industrial UCOTA (T.M. en Cazalegas)
– Fábrica de Patatas Fritas en Añavieja (Soria)

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