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FILTRO DE
MACRÓFITAS
EN
FLOTACIÓN
(FMF)
FRANCISCO MANUEL ACEVEDO VALLEJO
ANTONIO JOSÉ CROCHE NAVARRO
ÁLVARO ESPINOSA FERNÁNDEZ
MATÍAS JESÚS LÓPEZ FENOY
2007-2008
FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
Índice
1-INTRODUCCIÓN
1.1.- HUMEDALES ARTIFICIALES
1.1.1.- TIPOS DE HUMEDALES ARTIFICIALES
2-DESCRIPCIÓN FILTRO FMF
2.1.- PLANTAS EMPLEADAS
2.1.1.- JUNCO
2.1.2- ESPARGANIO
2.1.3-ENEAS
2.1.4.- CARRIZOS
2.2.- ESTRUCTURA DEL MACROFITO
3-FUNDAMENTOS SISTEMA FMF
4-ESPECIFICACIONES CONSTRUTCIVAS FILTRO FMF
4.1.-INTRODUCCIÓN
4.2.-PRETRATAMIENTO
4.3.-NATURALEZA DEL TERRENO
4.4.-DISTRIBUCION DE CANALES
4.5.-SUJECIÓN DE PLANTAS
5-MANTENIMIENTO
6-RENDIMIENTOS OBTENIDOS
7-ÁMBITOS DE APLICACIÓN
8-VENTAJAS E INCONVENIENTES
8.1.-VENTAJAS
8.2.-DESVENTAJAS
9-CONCLUSIONES
10-BIBLIOGRAFÍA
11- ANEXO: PLANO SISTEMA FMF PARTICULAR
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
1-INTRODUCCIÓN
La descarga de aguas residuales en cursos naturales de agua (arroyos, ríos,
humedales) es una práctica antigua, surgida de la necesidad de evacuar dichas aguas
fuera de los núcleos urbanos. El impacto ambiental que tales descargas causan obligó a
considerar que la depuración previa era imprescindible, particularmente para núcleos
urbanos de gran población. Sin embargo, esta toma de conciencia es relativamente
reciente en España, y como ejemplo se puede mencionar que en Madrid, hasta la década
de 1970 se vertían directamente las aguas residuales al río Manzanares.
Según el proceso que se sigue para tratar las aguas residuales distinguimos entre
tratamientos convencionales y no convencionales.

Sistemas convencionales: son coetáneos al inicio de la actividad depuradora
del agua. Son sistemas que consumen bastante energía por lo que se están
intentado ser sustituidos por nuevas alternativas, que comentaremos más
adelante. Consiste en un pretratamiento, formado por una obra de llegada, un
canal de desbaste y un canal de desarenado-desengrasado; un tratamiento
primario que consiste básicamente en un decantación de los sólidos en
suspensión; y un tratamiento secundario formado por un tanque biológico y un
decantador secundario donde decantan los microorganismos para ser reutilizados
en el anterior tanque y así eliminar la materia orgánica.

Sistemas no convencionales: existen y están en desarrollo numerosos sistemas
de este tipo, cuya base consiste en un aporte ínfimo de energía y una mínima
mano de obra. Las bases de depuración en estos sistemas son análogas a los
tratamientos convencionales. Entre ellos podemos destacar: filtros verdes, lechos
filtrantes, pozos filtrantes, lagunajes, filtros de turba, lechos bacterianos, cbr,
biodiscos, humedales artificiales, etc.
1.1.- HUMEDALES ARTIFICIALES
Centrándonos en el sistema que en este informe se desarrolla, pasaremos a
describir brevemente los Humedales artificiales, por formar parte de ellos el Filtro de
Macrofitas Flotantes, (de ahora en adelante: FMF).
Los humedales artificiales consisten normalmente en un monocultivo o
policultivo de plantas superiores dispuestas en lagunas, tanques o canales poco
profundos. El efluente, normalmente después de recibir un pre-tratamiento, pasa a través
del humedal durante el tiempo de retención. El efluente es tratado a través de varios
procesos físico-químicos y bacteriológicos. El oxígeno necesario para estos procesos es
suministrado por las propias plantas, que obtienen por fotosíntesis o toman del aire e
inyectan hasta la zona radicular.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
La transferencia de oxígeno hacia la zona radicular por
parte de estas plantas acuáticas es un requisito imprescindible
para que la eliminación microbiana de algunos contaminantes
se realice con eficacia, estimulando además la degradación de
materia orgánica y el crecimiento de bacterias nitrificantes. Los
mecanismos que tienen lugar para la depuración de
contaminantes constituyen una gran variedad de procesos
físicos, químicos y biológicos.
Las plantas juegan un papel fundamental en estos sistemas siendo sus principales
funciones:
- Airear el sistema radicular y facilitar oxígeno a los microorganismos que viven
en la rizosfera
- Absorción de nutrientes (nitrógeno y fósforo)
- Eliminación de contaminantes asimilándolos directamente en sus tejidos
- Filtración de los sólidos a través del entramado que forma su sistema radicular.
La selección de las especies vegetales se debe realizar de acuerdo a la
adaptabilidad de las mismas al clima local, su capacidad de transportar oxígeno desde
las hojas hasta la raíz, su tolerancia a concentraciones elevadas de contaminantes, su
capacidad asimiladora de los mismos, su tolerancia a condiciones climáticas diversas, su
resistencia a insectos y enfermedades y su facilidad de manejo.
Como ventajas generales de los sistemas de depuración que utilizan plantas acuáticas
cabe citar:
- Sistemas naturales totalmente respetuosos e integrado con el medio ambiente,
que eliminan sólidos en suspensión, materia orgánica, elementos eutrofizantes y
microorganismos patógenos.
- Coste de instalación muy inferiores al de una depuradora convencional.
- Mantenimiento sencillo, con bajo coste y reducido o nulo consumo de energía.
1.1.1.- TIPOS DE HUMEDALES ARTIFICIALES
Se han propuesto diversos diseños de humedales artificiales a lo largo de su
desarrollo tecnológico. Las variables de diferenciación pueden hacer referencia al
sistema de flujo del agua residual, sustrato o lecho utilizado, vegetación y sucesión de
unidades de tratamiento. En cuanto a la dirección del movimiento del agua a través del
humedal se consideran los siguientes tipos: horizontal, vertical, flujo superficial y flujo
subsuperficial. En cuanto al sustrato, hay sistemas que llevan por debajo del manto de
agua una capa de suelo o tierra vegetal para enraizar la vegetación, otros que en perfil
emplean exclusivamente un lecho de grava y arena, y otros sistemas únicamente tienen
agua. Con respecto a la vegetación, hay sistemas que contemplan el uso de plantas
acuáticas flotantes, macrofitas acuáticas emergentes (que se desarrolla a fondo en este
informe), sistemas mixtos de sucesión de vegetación, y sistemas de uso de macrofitas
acuáticas emergentes en flotación.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
Por último, hay que indicar con respecto a la sucesión de unidades de
tratamiento que hay una amplia gama de diseños en función de las características de
cada uno de los sub-humedales (flujo, sustrato, profundidad, pendiente, vegetación), y
de cómo se configuran entre sí (serie, paralelo, recirculación). En esencia, hay tres
líneas de desarrollo tecnológico de humedales artificiales, cuyo modo de actuación, aun
basándose en los mismos principios biológicos, es diferente. Se trata de los
denominados humedales de flujo superficial (en inglés, Surface Flow Wetlands o Free
Water Surface wetlands, FWS), los humedales de flujo sub-superficial (en inglés, Subsurface Flow Wetlands o Vegetated Submerged Bed,VSB, o también Subsurface Flow,
SsF) y los humedales con las plantas flotando sobre la superficie del agua. A este último
tipo de sistemas pertenecen los que utilizan plantas naturalmente flotantes, tales como el
jacinto de agua (Eichornia crassipes) o la lenteja de agua (Lemna spp.) y las que
utilizan especies emergentes a las que se les hace flotar. En este último grupo se incluye
el filtro de macrofitas en flotación, recientemente desarrollado en España y patentado
por la Universidad Politécnica de Madrid. Algunos autores separan los humedales con
plantas flotado sobre la superficie del agua de los sistemas
FWS y VSB y los denominan sistemas acuáticos de tratamiento de aguas residuales (en
inglés, Aquatic Plant Systems), reservando la denominación de humedales para los
primeros (FWS y VSB).
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
2-DESCRIPCIÓN FILTRO FMF
El filtro de macrofitas, es un sistema de depuración, básicamente 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",
que se desarrollan más adelante, adaptadas a la climatología del lugar, convertidas en
flotantes) que van a tener sumergido constantemente en el agua residual su sistema
radicular y una parte de la base del tallo. 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.
Este sistemas surgió a finales de la década de los ochenta, apareciendo como
solución a los problemas de colmatación que se daban en los humedales artificiales de
tipo subsuperficial, en los que las macrofitas emergentes, pasados varios meses
desarrollaban en gran medida su sistema radicular impidiendo que el agua siguiera un
flujo subsuperficial, de forma que el agua discurría por encima de la superficie sin estar
en contacto con el sistema radicular, dejando de funcionar el sistema correctamente. En
el FMF este problema ha quedado resuelto, pues se ha forzado a que las macrofitas
fueran flotantes, manteniendo toda su superficie radicular en continuo contacto con el
agua.
2.1.- PLANTAS EMPLEADAS
Las plantas conocidas como Macrofitas o macrofitos son
aquellas que pueden vivir en terrenos inundados toda su vida o
durante largos períodos de tiempo encharcadas. También algunos
las conocen como plantas palustres y su porte alcanza una cierta
importancia, se puede considerar comprendido entre los (30 120 cm.) en los juncos, en los esparganios (60-130 cm.), en las
eneas (120-240 cm.) y en los carrizos (160-320 cm.). El valor
dado es el normal y éste puede variar dado que depende del
poder nutricional del medio en que se encuentre.
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En los terrenos inundados e inundables con láminas de agua de poca altura o
humedales que soportan aportes de origen fluvial y con una dinámica de inundaciones
de origen pluvial, que aporten importantes cantidades de materia orgánica e inorgánica,
(es normal encontrarlas a las salidas de los efluentes de las depuradoras o en corrientes
establecidas de aguas no tratadas del tipo urbano o ganadero). En algunos lugares
podemos ver grandes concentraciones de Macrofitas, como en los espacios del Delta del
Ebro, La Albufera de Valencia, Las Tablas de Daimiel, El Coto de Doñana.
Se detallan a continuación brevemente cada una de las especies integrantes de un filtro
FMF:
2.1.1.- JUNCO
Planta herbácea originaria de América, con ramas
aéreas provistas de una médula esponjosa. Es una especie
perenne que crece preferentemente sobre suelos
estancados, orillas de los ríos, arroyos y lagunas. Flores
hermafroditas y frutos en cápsulas La polinización corre a
cargo del viento. Después de la polinización cada flor
produce una cápsula con infinidad de semillas que son
diseminadas fácilmente, pegadas a las patas de las aves
acuáticas o a través de su tracto digestivo. Esta especie
también se reproduce mediante un potente rizoma
subterráneo que originan nuevos tallos. Esta cohesión
entre tallos permite la acumulación de sedimentos que trae
el río, elevando paulatinamente el nivel del suelo y dando lugar al crecimiento de otras
especies. Por su flexibilidad, dada por la acumulación de aire en su interior, actúa de
barrera deteniendo el oleaje y evitando la erosión de la costa. Sus flexibles tallos se
suelen usar en cestería.
2.1.2- ESPARGANIO
Planta monoica semiterrestre, de 50 a 150 cm de altura,
de tallos robustos y erectos, glabra. Tiene un rizoma reptante y
raíces fibrosas del que surgen los tallos, que pueden ser erectos
o flotantes y dan origen a hojas lineares, de ápice atenuado,
dísticas, erectas (raramente flotantes), con la base envainante y
de sección triangular, siendo la parte inferior aquillada. Las
flores se reúnen en una inflorescencia ramificada y que
presenta numerosos capítulos esféricos, estando los femeninos
por debajo de los masculinos. Las flores tienen un perianto
escamoso, engrosado, formado por 3 o 4 segmentos en las
flores femeninas y 1 en las masculinas, todos de color marrón
oscuro o negruzco en el ápice; tienen entre 1 y 8 estambres y
un ovario unilocular. El fruto, más o menos sésil, mide 7 - 9 x
2 - 3.5 mm, de forma ovoide, con la base angulosa, brillante y
pardo oscuro en la parte superior; el estilo es persistente. Las semillas tienen entre 6 y
10 costillas longitudinales.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
Hábitat y ecología: Vive en terrenos encharcados permanentemente, como
lagunas, balsas, remansos de ríos. Forma parte de comunidades que se incluyen en la
Clase Phragmitio - Magnocaricetea, de distribución cosmopolita, por lo común de
elevada cobertura, constituidas por heliófitos colonizadores de zonas anegadas gran
parte del año, como zonas pantanosas, bordes de cursos de agua, lagunas, lodos
húmedos y otras. Son plantas características Alisma lanceolatum, Alisma plantagoaquatica, Galium palustre, Iris pseudacorus, Lycopus europaeus, Lythrum salicaria,
Sparganium erectum y Veronica anagallis-aquatica.
Luz: Crece a plena luz aunque soporta sombra.
2.1.3-ENEAS
Planta de la familia de las Tifáceas, que crece en sitios
pantanosos, alcanzando hasta los dos metros de altura, con tallos
cilíndricos y sin nudos, hojas envainadoras por la base, ensiformes, y
flores en forma de espiga maciza y vellosa, de la cual la mitad inferior
es femenina y masculina la superior.
Sus hojas se emplean para confeccionar asientos de sillas, ruedos,
etc.
2.1.4.- CARRIZOS
Nombre común de dos géneros de gramíneas altas y toscas,
propias de terrenos húmedos y cuyos tallos encuentran
aplicaciones diversas. La caña es un género con tres especies
nativas de las regiones tropicales y subtropicales de Eurasia. La
caña gigante, originaria de la cuenca mediterránea y cultivada
ahora en todo el mundo, se parece a la caña de azúcar y alcanza
hasta 5,5 m de altura. Crece formando grupos apretados, con
abundantes hojas lineares dispuestas de forma conspicua en dos
hileras a lo largo de los tallos. Durante miles de años, la lengüeta
de los instrumentos de viento se ha construido con una lámina delgada sacada de una
caña, y muchos de esos instrumentos se construyen con el tallo hueco de la planta. Se
conocen cuatro especies de carrizos que crecen en todas las regiones del mundo con
excepción de la Antártida. El carrizo común, de distribución cosmopolita, crece en
suelos inundados o muy húmedos. Los tallos, de hasta 5,5 m de altura, se usan para
fabricar cañizos, igual que los de la caña. Es además buen estabilizador del suelo, pues
forma un sistema compacto de raíces.
Clasificación científica: las cañas gigantes forman el género Arundo y los carrizos el
Phragmites, ambos de la familia de las Gramíneas (Gramineae). La caña gigante es la
especie Arundo donax; y el carrizo común, Phragmites australis y también, aunque es
clasificación incorrecta, Phragmites communis.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
En definitiva, todas estas plantas tienen en común una vegetación con un denso
tapiz de heliofitos emergentes, plantas acuáticas superiores (Ranunculos, Callitriche,
Zanichelia,..), con abundantes algas carolíticas (Chara, Nitella) que son aprovechados
por los herbívoros a lo largo del ciclo anual, dando resguardo a una amplísima
diversidad de aves, peces, …zooplancton, pertenecientes a una cadena trófica
alimentaria con origen en el fitoplancton que se desarrolla en el humedal.
2.2.- ESTRUCTURA DEL MACROFITO
En las macrofitas tanto las hojas como las raíces tienen una estructura formada
por multitud de tubos de pequeña sección unidos lateralmente y compartiendo las
paredes de éstos longitudinalmente. Estos tubos son huecos y continuos a lo largo de
toda la longitud de la hoja; se hallan cerrados transversalmente a tramos por una
membrana del mismo tipo de material que el de la pared del tubo. La distancia entre las
membranas que cierran el tubo no suele ser de más de 10 veces el diámetro de éste (la
sección transversal de una hoja se parece mucho a la de un panel de abejas).
Cada uno de los tubos que forman la hoja, al terminar en la cubierta de ésta, presenta
una gran superficie de contacto con el exterior, si se compara con su diámetro estaría del
orden de 50 veces mayor, en definitiva la relación sería la misma que la relación entre la
longitud de la hoja y su diámetro.
Tanto la cubierta exterior de cualquiera de las partes de la planta macrofito, es
decir las hojas, rizomas, tallos, raíces, así como las paredes de los tubos que tiene la
estructura del macrofito es una membrana especializada, en dejar pasar solo la molécula
de oxígeno de una superficie a otra de las caras de la membrana, en función de la
diferencia de la presión de saturación de oxígeno que se tenga entre las caras de ésta. El
sentido de paso del flujo del oxígeno es siempre desde la superficie que tiene mayor
presión a la de menor presión de oxígeno. La cantidad o caudal de oxígeno que pasa de
un lugar al otro varía con arreglo a la diferencia de la presión isostática; esta última
depende de la presión física y de la concentración de oxígeno.
Los macrofitos, por tanto, no pueden vivir enraizados a partir de una cierta profundidad,
unos 70 cm. dependiendo del grado de eutrificación del terreno, el del agua y de la
especie de la planta.
La calidad del material que tiene la membrana de las plantas Macrofitas no es igual en
todas las especies, ya que sólo la transferencia del oxígeno se origina a partir de un
cierto valor diferencial de las presiones isostáticas entre las dos caras de la pared de la
membrana.
Todo lo mencionado será muy importante para optimizar el diseño del Filtro de
Macrofitas.
Cabe mencionar, por último, que la densidad del macrofito está en torno al 0,6,
siendo la densidad del agua la unidad. Por otra parte la densidad media de las hojas es
de 0,3 y la de las raíces de 0, 85. El macrofito, pues, posee una flotabilidad elevada, esto
es por lo que puede forzarse a pasar de planta emergente a flotante (desarrollo en la
superficie del agua).
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3-FUNDAMENTOS SISTEMA FMF
Con respecto a la absorción de oxigeno de las plantas, siempre el macrofito toma
el oxígeno del aire que le rodea (lo podría tomar de otro medio, pero en la naturaleza no
se da otras condiciones) siendo las zonas emergidas de las hojas las únicas capaces de
transferir oxígeno al interior de los huecos.
El oxígeno (el aire tiene 21% de oxígeno)
tiende a pasar de la superficie exterior de la hoja
al interior de los tubos de ésta. La presión
isostática de oxígeno en los huecos es siempre
menor que la del aire exterior (en los huecos o
tubos sólo se tiene vapor de agua y oxígeno) por
tener este último menos concentración de
oxígeno. Así pues el oxígeno que pasa a la hoja
en la zona que emerge del agua, empieza a
distribuirse y equilibrarse entre todos los tubos
colaterales y a lo largo de cada uno de ellos,
descendiendo por éstos, hacia las raíces.
Cuando el oxígeno llega a la zona de la hoja sumergida, sucede que el agua en
contacto con la pared de la hoja, demanda el oxígeno que está en los conductos
tubulares de esta zona, a causa de la DBO y DQO del agua, que hace que la presión
isostática de oxígeno sea menor en el agua que en el interior de los tubos, cediendo
éstos parte del oxígeno que tienen hacia la zona de la demanda; no lo ceden todo,
porque existe también una fuerte demanda, que les reclama el sistema radicular (sucede
lo mismo que en un conducto o tubo que lleve agua; cuando éste se bifurca o se le añade
otra tubería, el agua se reparte siempre entre ellos, hasta lograr que se equilibren las
presiones entre las dos salidas) que normalmente tiene condiciones eutrificantes más
severas que las de la lámina de agua que baña las hojas. Los tubos que más oxígeno
dejan son siempre los que están más próximos a la zona exterior, por lo que el reparto
de oxígeno siempre tiende a ser menor en las hojas hacia el agua, que el que solicita la
zona sumergida. De esta forma, el reparto de oxígeno es más ecuánime y puede llegar
mejor a las raíces (las raíces del macrofito suelen ser muy numerosas y finas, mientras
que el número de hojas en relación con el de las raíces es pequeño y el grosor de éstas
es grande con respecto al de la raíz.)
El sistema radicular, con sus rizomas se provee del oxígeno que le transmiten las
hojas. La cantidad de oxígeno que se emite por el sistema radicular está en función de la
cantidad de oxígeno que les llega a la zona y de la presión isostática entre los tubos y el
medio según la demanda de cada lugar.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
La supervivencia del macrofito flotando depende de que sus hojas permanezcan
fuera del agua. El macrofito ha evolucionado o especializado sus hojas y tallos para
capturar, trasvasar o dejar pasar solamente el oxígeno puro que contiene el aire en
contacto con las hojas, hacia las partes que lo necesiten, como normalmente sucede con
las partes que la planta tiene enterradas (raíces, rizomas) o sumergidas (tallos e incluso
las partes de las hojas que lo requieran), o que tengan en contacto con su entorno con
tendencias anóxicas.
Al vivir el macrofito normalmente en tierras encharcadas y sus raíces enterradas
en fangos y lodos, los cuales tienen un alta necesidad de oxígeno, con una (Demanda
Biológica de Oxigeno) DBO superior de 10.000 mg/ l y de una (Demanda Química de
Oxigeno) DQO de más 40.000 mg/ l , las condiciones del sustrato en el que vive son
fuertemente anóxicas y por tanto ideales para que vivan en ella las bacterias de la
podredumbre; si éstas llegaran a entrar en contacto con la planta la invadirían,
produciéndole la muerte. Para eliminar este grave problema que pondría en peligro la
supervivencia, estas plantas expulsan por las raíces principalmente el oxigeno que cogen
del aire por las hojas e incluso el que generan con la función clorofílica y lo transfieren
también a cualquiera de las superficies que lo necesitan, para formar una película o capa
de oxígeno que actúe como una barrera infranqueable a las bacterias anóxicas,
empezando por la zona sumergida (tallos y parte baja de las hojas) y siguiendo por las
enterradas (raíces y rizomas).
El tejido del macrofito es transparente, permeable al oxígeno y está
especializado en conducirlo desde las superficies que tienen más concentración a las de
menor. Es pues una membrana o puerta que puede abrirse en dos sentidos; la puerta
siempre es abierta en la dirección de la cara que tiene menor concentración de oxigeno,
es decir menor presión isostática de oxigeno.
Al macrofito se le puede
considerar una máquina de inyectar
oxígeno continuamente, con un caudal
proporcional al tamaño de su masa
vegetal aérea y con la misma efectividad
durante todo el año, por lo que se puede
emplear para la depuración de las aguas
residuales, con el mismo poder de
remoción o efectividad durante todas las
estaciones, a condición de que no se le
eliminen o corten sus hojas.
Si se quiere que el macrofito depure con su máxima eficacia, hay que respetar
sus hojas; sólo se podría segar al final de la primavera para extraer biomasa vegetal y
con esta los nutrientes y metales que acumuló en ellas, y que ha estado incorporando a
sus tejidos durante su crecimiento. Con la siega realizada en el período adecuado se
consigue extraer los elementos eutrificantes que llevaba el agua residual que se ha
estado depurando, sin disminuir el rendimiento de depuración del filtro de macrofitas en
flotación.
La tendencia del macrofito a tener las superficies enterradas o sumergidas
rodeadas de oxigeno, proporciona las condiciones básicas para que se instalen en ellas
las bacterias aerobias, que pueden respirar gracias a este oxígeno que sale de la planta.
Estos microorganismos aerobios que respiran gracias al oxigeno aportado
continuamente por el macrofito, se alimentan de la materia orgánica tanto si está
disuelta en el agua o no; de esta forma, la materia orgánica es oxidada y convertida en
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
gas CO2, y reducen la DBO del agua de su entorno, mientras que el oxigeno sobrante o
no utilizado por los microorganismos, al ponerse en contacto con la materia inorgánica
la oxida, por lo que también se baja la DQO.
Con respecto a la eliminación de microorganismos se puede mencionar un
aspecto muy importante del sistema FMF, que es el hecho de reducir drásticamente el
numero de micro organismos patógenos debido a la presencia de depredadores de estos
(protozoos y bacteriófagos) en la rizosfera de las plantas, siendo innecesaria la cloración
del agua antes del vertido al cauce. A su vez también se consigue la eliminación de los
coloides del agua al ser atraídos estos a las raíces a causa de la diferencia de cargas
eléctricas, evitando el efecto espejo que se produce en el agua debido a la presencia de
las partículas coloidales, que hacen que no pase la luz al interior del agua y que por lo
tanto, se degrade la vida de los fondos de estanques y lagos.
Las plantas al poder vivir en terrenos con tan alta demanda de oxigeno, se
aprovechan de un sustrato con fuertes concentraciones de nutrientes y oligoelementos,
sin la competencia de otras plantas, de modo que la producción de biomasa de las
plantas palustres es la mas alta que se conoce, superando a cualquier cultivo agrícola.
Así, pueden incorporan a su estructura vegetal las numerosas sustancias que estén en el
terreno o del agua que baña el sistema FMF, permitiendo que la depuración de las aguas
se realice sin consumo de energía eléctrica y en un proceso completamente naturalizado
y sencillo.
4-ESPECIFICACIONES
CONSTRUTCIVAS FILTRO FMF
4.1.-INTRODUCCIÓN
En la práctica, el sistema se realiza mediante una serie de canales
impermeabilizados con una lámina plástica, por los que fluye el agua residual y las
plantas acuáticas se plantan en superficie mediante un dispositivo especial, que
mantiene el centro de gravedad por debajo de la superficie del agua, lo que permite a las
plantas crecer verticalmente y emitir estolones laterales que se entrecruzan con las
plantas vecinas para formar un entramado continuo.
Como opción recomendable, antes del vertido del agua bruta en los canales se
debe hacer un pretratamiento para eliminar los elementos gruesos, las arenas
sedimentables, las materias sólidas en suspensión, la grasa e hidrocarburos.
En casos de alta carga orgánica, como podrían ser los efluentes de industrias
alimentarias o de instalaciones ganaderas, sería necesario eliminar una parte de la
materia orgánica disuelta, lo que se realizaría por procedimientos fisicoquímicos de
floculación-sedimentación.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
A continuación, se procederá a comentar los aspectos más significativos de la
construcción de un filtro FMF, particularizando después para el trabajo que se está
realizando:
4.2.-PRETRATAMIENTO
Se debe de colocar un pretratamiento antes de los canales, para la separación de
papeles, plásticos, etc. que posteriormente pueden presentar obstrucciones en tuberías y
dar una mala presentación de la planta depuradora. Éste puede contener los siguientes
elementos:
• Para aguas residuales urbanas con la contaminación normal
- Una reja de desbaste
- Un canal desarenador
- Un sistema desengrasador y de separación de hidrocarburos (en su caso)
- Un tamiz
•Para aguas residuales con alta carga orgánica
- Un sistema físico-químico
- Un decantador tipo Emsher (alternativo o complementario al anterior)
La instalación debe tener un by-pass pasivo (rebosadero de nivel) para poder
desviar el exceso de caudal producido por las lluvias o vertidos extraordinarios.
El trabajo que se está realizando versa sobre la aplicación del sistema FMF a un
aeropuerto, con los siguientes datos de partida:
- Nº hab. Eq.=2600
- Dotación en litros/(hab.eq. x dia) = 95.8
- Dotación en g. DBO5/(hab.eq. x dia) = 60
- SST (mg/l) = 193,7
- DBO5 (mg/l) = 163
- DQO (mg/l) = 495,5
Con estos valores se han obtenido los siguientes datos de caudales:
- Q (m3/h) = 10’38
- Q punta (m3/h) = 20’76
- Q máx (m3/h) = 25’95
Con respecto al trabajo que se está realizando, se ha decidido instalar como
pretratamiento el siguiente, :
-
Obra de llegada: consiste en una arqueta a la que llega el agua bruta. Consta
de una reja de una de 6cm de luz y un by-pass por si el agua que llega no es
adecuada para la planta y hay que desviarla.
-
Elevación del agua: se adquirirá una bomba que permita subir el agua hasta
un cierta altura, para que a partir de ésta, caiga por gravedad al resto de la
planta.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
-
Canal de desbaste: éste, es un canal de unos 4m. de longitud. Consta de
una reja de 0’5mm de luz y 0’5mm de espesor de los barrotes.
-
Canal de desarenado-desengrasado: consta de una parte rectangular y una
trapezoidal, donde decantan las arenas. La superficie horizontal se divide por
un tabique longitudinal en dos, siendo la más pequeña la destinada a albergar
las grasas flotantes.
4.3.-NATURALEZA DEL TERRENO
Otro aspecto de importancia es la naturaleza del terreno. Suelos muy arenosos o
muy limosos, dificultan la formación de los canales, ya que se derrumban con facilidad,
e implican realizar taludes muy poco inclinados, incluso 3:1. Suelos pedregosos,
implican realizar una base para evitar que se dañe la lámina impermeabilizante,
dependiendo de la pedregosidad y su tipo (con o sin aristas), implicará un mejor
geotextil, e incluso una sobre-excavación con relleno de arena, para cama.
Los suelos arcillosos y los francos no presentarán problemas.
Si los niveles freáticos están muy altos se plantearán problemas a la hora de realizar los
canales, debiendo incluso hacer la excavación con achique en continuo y anclado de
fondo de geotextil y lámina.
4.4.-DISTRIBUCION DE CANALES
La superficie de plantación requerida varía de 1,5 a 2,5 m2 por cada habitante
equivalente, siendo necesaria una superficie complementaria de aproximadamente 1,5 m
de anchura entre canales para labores de mantenimiento (siega), pudiendo variar en
función de la consistencia del terreno y maquinaria empleada. El tiempo de retención
puede ser variable en función de la profundidad, pero como mínimo se debe considerar
de unos 5 días. La profundidad de los canales recomendada debe ser como mínimo de
0,5 m de lámina de agua y 0,2 m de resguardo. La anchura de los canales puede ser
variable, aunque en general se recomienda que sea entre 2,5 y 4 m para facilitar el
manejo del mantenimiento.
La longitud de los canales puede ser también variable, siempre que en conjunto
se consiga la superficie de plantación requerida. El sistema puede realizarse a base de
un solo canal de suficiente longitud, incluso dividido en varios tramos separados por
cascadas para salvar desniveles importantes, o varios canales conectados en serie o en
paralelo, aprovechando las características topográficas del terreno. La
impermeabilización de los canales se hace con una lámina de plástico, resistente a
roturas por pisadas y roedores.
Las paredes de los bordes no deben tener más pendiente del 25%, y debe estar
preparada la superficie de ésta, para que el sistema radicular de las plantas se apoye y
siente en esta pendiente, con una superficie resistente (hormigón, geotextil, seguido
vegetal, etc.) de forma que la adherencia realizada entre el sistema radicular y esta
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
superficie, permita resistir acciones vientos fuertes. Sin que sea desplazado el sistema
radicular al interior del canal, o balsa.
Los bordes deben permitir el intercambio de animales entre el FMF y su entorno,
que permita fácilmente la salida del canal o balsa, de cualquier animal no acuático que
entre en el filtro y el paso de la fauna palustre y terrestre del lugar. (Los bordes de más
de 75% de pendiente presentan normalmente barrera infranqueable a los animales y
estos pueden llegar a morir).
Siguiendo la estructura utilizada, con respecto al trabajo que se está realizando
tenemos que las dimensiones de los canales son las siguientes: 19 canales rectangulares
de 78m x 3’5m x 0’5m dejando un separación entre canales de 2m para labores de
mantenimiento varias. Éstos canales están distribuidos en un superficie total de 162m x
56m. El número de macrofitas por metro cuadrado es de 10, requiriendose para este
trabajo 52000 plantas.
4.5.-SUJECIÓN DE PLANTAS
Se han probado múltiples sistemas para la colocación de las plantas en flotación,
pero la mayoría terminan en que la planta vuelca y se ahoga, siendo los hijos de la
misma los que colonizan el sistema, apoyados en el soporte que proporciona la planta
ahogada.
Uno de los sistemas más eficientes es el desarrollado por la Universidad
Politécnica de Madrid, que consiste en una pieza, de una forma particular, en la que la
planta fija sus raíces. Esta pieza se vincula a unos cables que mantienen equidistante
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
una planta de otra. Cuando la planta crezca y desarrolle sus raíces, éstas se entrelazaran
con las de las plantas vecinas, creando una red mucho más estable y resistente.
También sería posible realizar la plantación en el suelo del canal, con una capa
fina de tierra vegetal y una malla para facilitar el desenterrado y puesta en flotación de
las plantas una vez establecido el tapiz. De esta forma se evita el vuelco y se logra una
mayor velocidad de implantación.
De todos los sistemas analizados, se ha escogido para este trabajo la utilización
de unas gomas de un tamaño considerable que se sitúan longitudinalmente sobre los
canales, poniéndose otras de menor tamaño transversalmente a una pequeña distancia,
dejando huecos cuadrados donde se instalarán las plantas, sujetas por un alambre
biodegradable.
5-MANTENIMIENTO
El FMF en sí, no
necesita
prácticamente
mantenimiento alguno, debido
principalmente a la ausencia de
fangos: la DBO se transforma
en anhídrido carbónico, y la
DQO es asimilada como
nutriente por las plantas. El
único mantenimiento que se le
debe hacer al filtro FMF es el
segado periódico de las plantas,
bien debido al deterioro de
éstas, bien a su ciclo normal de
vida.
Por otro lado, el pretratamiento sí necesita el mantenimiento pertinente, que será
la debida limpieza del tamiz, debido a la acumulación de sólidos, eliminación de arenas
y grasas que se produzcan en el tanque de desarenado/desengrasado, etc.
Las macrofitas necesitan ser segadas aproximadamente 2 veces al año,
produciendo en un año alrededor de 50 toneladas de hierba por hectárea. Como
consecuencia de la retirada de las plantas en el mantenimiento del filtro FMF, éstas
pueden ser utilizadas en diversos usos industriales y energéticos, ya sea como fibra,
almidón, combustible, o bien para nutrición animal o para producción de compost.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
Particularizando para el trabajo que se está realizando se obtienen 26 toneladas
de hierba.
6-RENDIMIENTOS OBTENIDOS
En este apartado se describirán los rendimientos que se han conseguido con el
sistema FMF tomando como fuente de información experiencias realizadas en la planta
de FMF del aeropuerto de Alicante:
SST
DBO5
DQO
97 %
98 %
95 %
A la vista de estos resultados, se concluye que el sistema FMF consigue
rendimientos bastante más altos que los sistemas de depuración convencionales, al
menos en el caso de aguas con las concentraciones descritas anteriormente, requiriendo
un aporte mínimo de energía.
7-ÁMBITOS DE APLICACIÓN
Los FMF se utilizan en sistemas para la regeneración de lagos u otros medios de agua
dulce, para la depuración de las aguas residuales urbanas; para la depuración de aguas
industriales en cumplimiento de la legislación sobre autorización de vertidos; también
se aplica a la eliminación de contaminantes en efluentes eutrofizados, e incluso las
aguas prepotables como es el caso del Canal Imperial de Aragón.
Actualmente están proyectándose FMF para hospitales y campos de golf, al objeto de
reutilizar para el riego y otros usos las aguas depuradas por las macrofitas, así como en
zonas costeras para la recuperación de playas. Hay que recordar la no necesidad de
cloración posterior.
Algunos ejemplos de aplicación son éstos:
-Depuración de las aguas residuales procedentes de Aeropuertos
-Depuración de aguas residuales urbanas
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
-Pequeñas instalaciones de depuración en casas rurales, albergues, camping,
urbanizaciones, chales, pequeños municipios...
-Reutilización de agua para riego y otros usos (campos de golf...)
-Depuración de aguas industriales
-Sistema alternativo de depuración en polígonos industriales
-Depuración de aguas de servicios en industrias y/o empresas.
-Eliminación de contaminantes en efluentes eutrofizados
-Regeneración de lagos u otros medios de agua dulce
Proyectos que se han llevado a cabo o están en fase de construcción:
a) Depuradora Experimental de Macrofitas en el Aeropuerto de Madrid Barajas. Construída por INIMA-SEVIAL.
b) Nueva Depuradora en el Aeropuerto de Reus. Construida por GESTIÓ
AMBIENTAL I ABASTAMENT.
c) Nueva Depuradora en el Aeropuerto de Alicante. Construida por SPA. (Uno
de los efluentes de esta depuradora, hoy día podría emplearse como agua para usos
sanitarios) se proyectó con la normativa sobre calidad de las aguas de la Comunidad
Europea a la cual España ya se preveía se acogería y así sucedió mediante el Real
Decreto 140/ 2003).
d) Potabilizadora de aguas y depuradora de aguas de sentinas de los inodoros de
aviones en el Aeropuerto de Zaragoza. Construida por COMSA. SA. Consta de dos
canales independientes de Macrofitas en flotación; uno de los filtros FMF se utiliza para
la retención de las partículas coloidales y depuración previa del agua del Canal Imperial
antes de la osmosis inversa, con una producción de agua osmotizada de 100.000 litros x
día. El otro sistema FMF se utiliza para la depuración del agua del proceso físicoquímico que trata el agua de los inodoros de los aviones con efluente final cero de salida
del canal de macrofitas; esto se consigue por la evapotranspiración de las plantas
macrofitas con una capacidad máxima de evaporización de 2.600 litros/día).
e) Depuradora de aguas de sentinas (las sentinas recogen las agua de los
inodoros de los aviones) en el Aeropuerto de Gerona. Con efluente final cero del agua
tratada. El diseño del canal se dimensionó para que además de depurar biológicamente
el agua del efluente del proceso físico-químico se evaporizara ésta en el canal del FMF.
Construida por DINOTEC.
f) Nueva depuradora de aguas residuales en el Aeropuerto de la isla de
Fuerteventura, donde el problema de la escasez del agua es grave. La construyó
DINOTEC.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
g) Plataforma de Clasificación de Residuos en el Aeropuerto de Vitoria. El agua
de escorrentía de la plataforma (agua de lluvia y de limpieza de aquélla) se depura con
un canal perimetral de FMF al cual también se vierte el agua residual del edificio
asociado a esta plataforma. Construida por COMSA (Constructora de Obras
Municipales S.A.).
h) Proyecto Básico de EDAR para los efluentes del Aeropuerto de Valladolid,
del pueblo de Villanubla y del futuro Polígono Industrial de esta población. Se ha
destacado el proceso FMF como un excelente sistema depurador de aguas residuales,
pudiéndose emplear como sistema secundario, terciario e incluso primario-secundario.
Esto se ha probado en la depuradora Experimental del Aeropuerto Madrid /Barajas
teniendose durante más de un año depurando el agua de las bombas pirañas (bombas
trituradoras de los residuos sólidos de las aguas residuales) o dilaceradoras que
bombeaba el agua residual que transporta un colector de agua residual del Aeropuerto y
del pueblo de Barajas, no encontrado residuos apreciables en el fondo de los canales
después de un año de funcionamiento, incluso en el canal de entrada del agua
bombeada. Como sistema secundario se ha tenido funcionando durante dos años en la
depuradora experimental del Aeropuerto de Madrid - Barajas.
8-VENTAJAS E
INCONVENIENTES
8.1.-VENTAJAS
Entre las ventajas específicas de este sistema sobre los sistemas de depuración
que utilizan macrofitas emergentes enraizadas en un suelo o sustrato tales como los de
tipo FWS o SsF cabe citar:
- Mayor economía en la construcción, ya que no lleva ningún tipo de relleno.
- Mayor economía en la implantación ya que se puede hacer sobre el propio canal o
balsa sin tener que vaciarlo.
- Mejor funcionamiento por no existir resistencia al paso del agua por colmatación del
lecho.
- Mayor economía en el mantenimiento, ya que no existe colmatación y por lo tanto no
es necesario la retirada periódica del lecho de grava junto con las raíces y rizomas,
causantes de la colmatación.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
- Mayor capacidad de depuración por estar todo el sistema radicular bañado por el agua.
- Facilidad de cosechar la totalidad de la biomasa formada (incluidas las raíces y
rizomas) en los casos en que se quiera eliminar elementos minerales fijados por las
plantas o aprovechar la biomasa formada para fines energéticos o industriales, como
podría ser el caso de que se utilicen plantas productoras de rizomas amiláceos.
- Los lodos se autodigieren en el fondo del canal, por lo que no es necesaria su retirada
periódica.
8.2.-DESVENTAJAS
El principal aspecto limitante de este tipo de proyectos es la disponibilidad de superficie
de terreno para la instalación de los canales de macrofitas y las zonas auxiliares. En
general se requieren alrededor de 5 m2 por habitante equivalente, entre la superficie
ocupada por los canales y los pasillos y áreas complementarias.
Otro aspecto limitante sería el tipo de vertido, con contaminantes especiales tales como
productos fitotóxicos.
Por último cabe mencionar, que este sistema no es inmediato, pues las macrofitas no
comienzan a funcionar a pleno rendimiento tras un año de haber sido plantadas.
9-CONCLUSIONES
Puede ser concluido que el sistema de FMF es una alternativa factible y viable
para su empleo en la depuración de las aguas residuales de un aeropuerto. Dados sus
altos rendimientos y su completa integración en el medio natural, este sistema supone
un impacto ambiental nulo o despreciable así como un bajo coste de implantación y
mantenimiento comparado con la depuración mediante las tecnologías convencionales
actuales.
Ha de saberse que toda tecnología no convencional, ésta incluida, no intenta
acelerar los procesos naturales, sino imitarlos. Esto, a pesar de sus múltiples ventajas ya
puestas de manifiesto, nos lleva a las ineludibles desventajas de estos sistemas. Las dos
más destacables son, sin duda, el amplio terreno y tiempos de retención hidráulicos
necesarios para el sistema FMF.
Debido al reciente desarrollo de esta tecnología, así como su exclusiva patente
española, hemos encontrado una gran dificultad a la hora de encontrar información,
experiencias prácticas, etc. Aún está en tela de juicio su verdadera eficiencia y eficacia,
por lo que los datos de los que hemos partido pueden conllevar un cierto error.
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
10-BIBLIOGRAFÍA
INTERNET
PÁGINAS WEB:
http://www.macrofitas.com/
http://www.macrophytes.info/
http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/PlantAcuat.htm
http://www.aquaphytex.com/
http://www.fundacionglobalnature.org/proyectos/nuevas_tecnologias/life_
macrophytes.htm
DOCUMENTACIÓN ADICIONAL:
- Relación de artículos sobre las macrofitas de Vicente Juan Torres
Junco
- Artículos proporcionados por David González
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FILTRO DE MACROFITAS EN FLOTACIÓN
11-PLANO SISTEMA FMF
PARTICULAR.
Obra de llegada
Canal de desbaste
Canal de desarenado-desengrasado
Tanque de almacenamiento
Aliviadero
Tanques de Macrófitas
Leyenda:
Tuberías generales.
Tuberías de entrada de los tanques.
Tuberías de salida de los tanques.
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