Eficiencia y viabilidad de los humedales artificiales
foto de referencia del artículo.
Anahí Vega para Scientific universe ESAM
Resumen
El objetivo de este
estudio fue evaluar la
eficacia y viabilidad de
los humedales
artificiales para el
tratamiento de aguas
residuales domésticas en
Uyuni, Bolivia, una
región
de alta altitud y clima
frío. Se propone que
estos sistemas pueden
representar una
alternativa sostenible
para mejorar la calidad
del agua, reducir la
contaminación y mitigar
los impactos negativos
en la salud pública y el
medio ambiente.
La investigación se
llevó a cabo en el
municipio de Uyuni se
encuentra en el
altiplano boliviano, a
una altitud de 3.650
metros sobre el nivel
del mar, lo que lo
expone a
condiciones climáticas
extremas, con
temperaturas que pueden
descender por debajo de
los
0°C en invierno. Estas
condiciones, sumadas a
la falta de
infraestructura adecuada
para el
tratamiento de aguas
residuales, hacen que la
contaminación hídrica
sea un problema crítico
en la región.
El turismo y la
agricultura son las
principales actividades
económicas de Uyuni,
pero ambas dependen de
la disponibilidad y
calidad del agua, lo que
resalta la urgencia de
implementar soluciones
efectivas para el
tratamiento de aguas
residuales. En términos
sociales y culturales,
Uyuni se caracteriza por
ser una comunidad con un
profundo respeto
por la naturaleza, lo
que podría facilitar la
adopción de tecnologías
ecológicas como los
humedales artificiales.
Se empleó una
metodología mixta, que
incluyó el análisis de
las características del
agua residual de Uyuni,
las condiciones
climáticas de la región
y la eficiencia de
varios
tipos de humedales. Se
evaluaron
configuraciones de
humedales
subsuperficiales y
superficiales,
enfocándose en su
adaptación a las
condiciones locales
adversas, como bajas
temperaturas y poca
precipitación.
Los humedales de flujo
subsuperficial,
especialmente los de
flujo vertical, son los
más adecuados para las
condiciones climáticas
de Uyuni debido a su
alta eficiencia en la
remoción de
contaminantes como DBO5,
SST y nitrógeno total.
Las especies de
macrófitas
como Typha latifolia y
Phragmites australis son
las más recomendadas
para estos sistemas,
dada su adaptación a
climas fríos. Se
recomienda continuar con
estudios para optimizar
el
diseño y la operación de
estos humedales, con el
fin de maximizar su
eficiencia y
minimizar costos
operativos.
Los humedales
artificiales adaptados a
climas fríos y de altura
son una opción viable
y eficiente para el
tratamiento de aguas
residuales en Uyuni. Se
recomienda la
implementación de
estudios piloto a mayor
escala, junto con
programas de
capacitación y
monitoreo, para validar
los resultados obtenidos
y asegurar la
replicabilidad en otras
comunidades andinas con
características
climáticas similares.
Palabras claves:
Humedales artificiales,
tratamiento de aguas
residuales, clima frío,
altura,
Uyuni, eficiencia,
viabilidad.
Introducción
El tratamiento de aguas
residuales domésticas es
un desafío global,
especialmente
en regiones frías y de
altura como Uyuni,
Bolivia. El crecimiento
poblacional y la
urbanización han
intensificado este
problema, y las bajas
temperaturas complican
el uso de
sistemas convencionales
de tratamiento.
El cual dio lugar al
planteamiento del
problema en Uyuni, el
tratamiento adecuado
de aguas residuales es
crítico debido a la
ineficacia de los
sistemas convencionales
en
condiciones extremas.
Esto plantea el riesgo
de contaminación de
recursos hídricos,
afectando la salud
pública y el desarrollo
económico. La pregunta
central es si los
humedales artificiales
pueden ser una
alternativa eficaz en
este contexto.
Por lo que se pasó a
tomar en claro los
objetivos investigativos
Evaluar la eficacia y
viabilidad de los
humedales artificiales
para el tratamiento de
aguas residuales en
climas
fríos y de altura en
Uyuni. Esto llevó a
hacer un análisis de
cómo los humedales
artificiales
imitan procesos
naturales de depuración
y se dividen en flujos
superficiales y
subsuperficiales. Estos
últimos son más
adecuados para climas
fríos, ya que retienen
calor
en el subsuelo. La
selección de especies
vegetales que toleran
bajas temperaturas es
crucial
para su eficacia. Aunque
los humedales han
demostrado ser
eficientes y económicos
a nivel
global, su adaptación a
climas fríos presenta
retos significativos
debido a la disminución
de
la actividad biológica
en bajas temperaturas.
Estudios previos sobre
el uso de humedales
artificiales en climas
fríos y de altura
han demostrado
resultados variables.
Por ejemplo,
investigaciones
realizadas en regiones
como Canadá y los países
nórdicos han mostrado
que los humedales
subsuperficiales
pueden mantener
eficiencias de remoción
superiores al 70%,
incluso en inviernos
severos,
cuando se implementan
diseños optimizados y se
seleccionan especies
vegetales adecuadas.
En Bolivia,
investigaciones en La
Paz y Cochabamba han
señalado que los
humedales de flujo
subsuperficial tienen un
buen rendimiento en
condiciones de frío
moderado, pero no se han
estudiado a profundidad
en regiones más extremas
como Uyuni.
En cuanto a la
legislación boliviana,
la normativa sobre el
tratamiento de aguas
residuales promueve el
uso de tecnologías
sostenibles que protejan
los recursos hídricos y
se adapten a las
condiciones locales. La
implementación de
humedales artificiales
ha sido
explorada principalmente
en áreas urbanas, pero
su uso en áreas rurales
y de difícil acceso
sigue siendo limitado
debido a la falta de
financiamiento y
capacitación técnica.
Metodología
a. Diseño
del
estudio
Este estudio
utilizó un
diseño mixto,
con un enfoque
descriptivo,
para analizar la
eficiencia y
viabilidad de
los humedales
artificiales en
el tratamiento
de aguas
residuales
domésticas en
Uyuni, Bolivia.
El diseño se
enfoca en
evaluar cómo las
condiciones
climáticas
adversas de la
región, como las
bajas
temperaturas y
la altitud,
afectan el
rendimiento de
los humedales,
manipulando
variables como
el tipo de
humedal
(superficial
o
subsuperficial)
y las especies
vegetales
utilizadas. La
intervención del
investigador
consistió en
recopilar datos
sobre las
características
del agua
residual y las
condiciones
climáticas de la
región, y en
analizar cómo
estos factores
influyen en la
eficiencia de
remoción de
contaminantes en
los humedales.
Los resultados
se presentan en
forma de
tablas
comparativas,
destacando las
ventajas y
limitaciones de
cada tipo de
humedal en
climas fríos y
de altura.
b. Población
y
muestra
La población
diana del
estudio abarcó
estudios previos
sobre la
implementación
de
humedales
artificiales en
climas fríos y
de altura. La
población
accesible
consistió en
humedales
artificiales
implementados en
la región
andina,
específicamente
en La Paz y
Cochabamba, y
los datos
recolectados en
Uyuni. Se
utilizó un
muestreo no
probabilístico
por
conveniencia,
seleccionando
estudios y datos
que fueran
relevantes para
el contexto
geográfico y
climático de
Uyuni. La
muestra incluyó
datos de calidad
de agua y
condiciones
climáticas de
Uyuni, obtenidos
de fuentes
oficiales como
el Servicio
Nacional
de Meteorología
e Hidrología
(SENAMHI) y
laboratorios de
ensayo
certificados
(EnviroLab,
Laboratorio y
Monitoreo,
2022).
Planteamientos
a. Análisis de las
Características del
Agua Residual de
Uyuni.
El resultado del
análisis del agua
residual de Uyuni
muestra un nivel fuerte
de
contaminación,
particularmente en
términos de sólidos
suspendidos, materia
orgánica
(DBO5 y DQO), y
nutrientes (nitrógeno y
fósforo). Estos
parámetros superan
significativamente los
valores Máximos
Admisibles establecidos
por lo establecidos en
la
normativa boliviana (Ley
del Medio Ambiente N°
1333, 1992) , lo que
subraya la
necesidad urgente de
implementar un sistema
de tratamiento efectivo.
Tabla 1
Comparación de
Parámetros del Agua
Residual de Uyuni
con Valores Máximos
Admisibles
| Parámetro | Valor Agua Residual Uyuni | Valor Máximo Admisible | Cumplimiento |
|---|---|---|---|
| DBO 5 (mg/L) | 749 | 80 | NO |
| DQO (mg/L) | 1153 | 250 | NO |
| Sólidos
Suspendidos Totales (mg/L) |
682 | 60 | NO |
| Nitrógeno
Total (mg/L) |
33,7 | 12 | NO |
| Fósforo
Total (mg/L) |
9,65 | 4 | NO |
b. Análisis de la Eficiencia de los Humedales Artificiales en Climas Fríos y de Altura.
1. Los resultados indican que los humedales de flujo subsuperficial, tanto horizontal como vertical, son más eficientes en la remoción de contaminantes en comparación con los de flujo superficial, especialmente en climas fríos como el de Uyuni. Los humedales de flujo superficial, aunque menos eficientes, también pueden ser útiles, pero su susceptibilidad a la congelación los hace menos adecuados para estas condiciones extremas.
A continuación, se muestran dos tablas del potencial de remoción de contaminantes obtenidos en diferentes configuraciones de humedales:
Tabla 2
Porcentajes de Remoción Promedio en Humedales Artificiales.
| Humedal flujo subsuperficial | |||
|---|---|---|---|
| Parámetro | Flujo vertical | Flujo horizontal | Humedal flujo superficial* |
| DBO5 | 88% | 85% | 71% |
| SST | 77% | 80 | 68% |
| P TOTAL | 48% | 44% | 46% |
| N TOTAL | 44% | 51% | 56% |
| NH4-N | 79% | 49% | 52% |
| Coliformes | 98% | 48% | 27% |
Nota: Los valores reunidos en la tabla corresponden a los porcentajes de remoción de humedales alrededor del mundo en locaciones donde su uso está más difundido, con condiciones de mantenimiento y control de la vegetación, del sustrato y del flujo de aguas residuales. Fuente: (Vymazal, 2011).
c) Elección del Tipo de Humedal para Uyuni
Humedales de Flujo Subsuperficial Vertical (HFSV): Este tipo de humedal se presenta como la mejor opción para las condiciones de Uyuni. Ofrece alta eficiencia en la remoción de los principales contaminantes presentes en las aguas residuales de la región (DBO5, DQO, SST, Nitrógeno Total) y es más apto para climas fríos debido a su mejor oxigenación, lo que mejora los procesos de nitrificación.
Aunque su coste inicial es más alto y requiere un diseño y mantenimiento más complejo, es el más adecuado para cumplir con los valores máximos admisibles en un entorno de altura y bajas temperaturas.
Humedales de Flujo Subsuperficial Horizontal (HFSH): Como segunda opción, este tipo de humedal también es eficiente y podría ser implementado con éxito, pero podría requerir ajustes específicos para mejorar la remoción de nitrógeno y fósforo en condiciones de frío extremo. Su menor complejidad y costo de mantenimiento lo hacen atractivo, aunque puede necesitar un área más grande comparado con el HFSV.
d) Selección de macrófitas
En condiciones de climas fríos como Uyuni, las macrófitas juegan un papel crucial en la eficiencia de los humedales. Especies como Phragmites australis y Typha latifolia han demostrado ser altamente resistentes al frío, manteniendo una transferencia de oxígeno adecuada para la actividad microbiana en el sustrato, lo que mejora la remoción de contaminantes en estos sistemas.
Tabla 4
Eficiencia de las principales macrófitas en la remoción de contaminantes en climas fríos
| Planta | Tolerancia al Frío | Eficiencia (DBO5y DQO) | Eficiencia Nitrógeno | Eficiencia Fósforo | Eficiencia SST |
|---|---|---|---|---|---|
| Pharagmites australis(Carrizo común) | Alta | Alta | Moderada | Moderada | Alta |
| Typha latifolia(Totora o espadaña) | Alta | Alta | Alta | Moderada | Alta |
| Scirpus spp.(Juncos) | Alta | Moderada | Moderada | Baja | Alta |
En resumen, Phragmites australis y Typha latifolia son las macrófitas más adecuadas para los humedales artificiales en Uyuni, ya que ambas especies soportan bien el frío y son efectivas en la remoción de contaminantes clave.
Recomendación Final
para Uyuni
Humedal de Flujo
Subsuperficial Vertical
con Phragmites australis
y Typha
latifolia: Esta
combinación ofrece una
alta eficiencia en la
remoción de DBO5, DQO y
nitrógeno en las
condiciones climáticas
de Uyuni. La capacidad
de ambas plantas para
soportar el frío
garantiza un rendimiento
adecuado durante todo el
año
Humedal de Flujo
Subsuperficial
Horizontal con Typha
latifolia: Es adecuado
si se
busca un sistema de bajo
mantenimiento con buen
rendimiento en la
remoción de materia
orgánica y nutrientes.
Además, la adaptación de
la totora a las bajas
temperaturas hace de
este sistema una opción
viable para Uyuni.
Conclusiones
El análisis de las
características del agua
residual de Uyuni
evidencia que presenta
una fuerte
contaminación, con
concentraciones
significativas de
materia orgánica,
sólidos
suspendidos, nutrientes
y patógenos, lo que
subraya la necesidad
urgente de implementar
un sistema de
tratamiento eficaz.
Los humedales
artificiales son una
alternativa viable para
el tratamiento de aguas
residuales domésticas en
Uyuni. Su bajo costo de
operación y
mantenimiento, junto con
su
capacidad para adaptarse
a las condiciones
climáticas extremas de
la región, los convierte
en una solución
prometedora para mejorar
la calidad del agua.
Los humedales
artificiales de flujo
subsuperficial, tanto
horizontal como
vertical,
son los más adecuados
para el tratamiento de
aguas residuales en
Uyuni, Bolivia. Estos
humedales presentan una
alta eficiencia en la
remoción de DBO5, SST,
nitrógeno total y
fósforo total, lo que
los convierte en una
opción viable para su
implementación en climas
fríos y de altura.
Específicamente, los
humedales de flujo
subsuperficial vertical
destacan por su
capacidad para eliminar
nitrógeno, lo cual es
crucial para reducir el
impacto ambiental de
las aguas residuales en
la región. Las
macrófitas resistentes
al frío, como Phragmites
australis y Typha
latifolia, mejoran aún
más la eficiencia del
sistema.
Referencias
Kadlec, H., & Wallace,
D. (2009). Treatment
Wetlands. CRC.Press.
Ley del Medio Ambiente
N° 1333. (1992).
REGLAMENTO EN MATERIA DE
CONTAMINACIÓN HÍDRICA
SEMARNAT, Secretaría de
Medio Ambiente y
Recursos Naturales.
(s.f.). Manual de Agua
Potable, Alcantarillado
y Saneamiento. En C. N.
Agua, Diseño de Plantas
de
Tratamiento de Aguas
Residuales Municipales:
Humedales Artificiales.
México, México.
Vymazal, J. (Enero de
2011). Constructed
Wetlands for
Wastewater
Treatment: Five
Decades of
Experience.
Environmental
Science &
Technology.
