Humedal artificial de flujo horizontal subsuperficial

En los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial, la circulación del agua se realiza a través de un medio granular, con una profundidad que depende del tamaño y alcance de las raíces de las plantas. La vegetación se planta en este medio granular y el agua está en contacto con los rizomas y raíces de las plantas (CONAGUA 2015b). La vegetación transfiere una pequeña cantidad de oxígeno al área de raíz para que las bacterias aeróbicas puedan colonizar el área y degradar los orgánicos (TILLEY et al 2014).

Los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial son los humedales más utilizados en México para el tratamiento de las aguas residuales (CONAGUA 2015a). Se han implementado en varias comunidades rurales de Aguascalientes (poblado La Congoja en el municipio de San José de Gracia), Sinaloa, Chihuahua y Oaxaca (ZURITA et al. 2011). Uno de los proyectos más relevantes en este rubro fue el que desarrolló el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua –IMTA- en el marco del “Programa para la recuperación ambiental de la cuenca del Lago de Pátzcuaro”. Para evitar la eutrofización del lago, se construyeron 5 humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial en 4 localidades de la cuenca de manera simultánea: Cucuchucho, Erongarícuaro, San Jerónimo Purenchécuaro y Santa Fe de la Laguna, con una capacidad total de tratamiento de 9.4 L/s (SEGURA 2017). Estos humedales fueron concebidos como un sistema de tratamiento secundario, dentro de un tren de tratamiento que incluía rejillas, desarenador y canal Parshall, sedimentador (tratamiento primario) y lagunas de maduración o humedales adicionales (tratamiento terciario) (SEGURA 2017). El proyecto incluyó talleres para la apropiación de la tecnología que incluyó el reúso de las aguas residuales tratadas en acuacultura y riego  de cultivos, permitiendo “el cierre del ciclo” (RIVAS s.f.).

El diseño del área superficial del humedal depende del objetivo de tratamiento y de la calidad y la cantidad del afluente. Incluye decisiones sobre la cantidad de trayectorias de flujo paralelo y compartimentación. La eficiencia de remoción del humedal es una función del área de superficie (largo por ancho), mientras que el área transversal (ancho por profundidad) determina el flujo máximo posible. Generalmente se requiere una superficie de 5 a 10 m2 por persona (TILLEY et al. 2018). El lecho debe estar forrado con un revestimiento impermeable (arcilla o geotextil) para prevenir la lixiviación. Debe ser ancho y poco profundo para maximizar la trayectoria del flujo del agua en contacto con las raíces de la vegetación. Debe usarse una zona amplia para la entrada, con el fin de distribuir el flujo de manera uniforme y evitar obstrucciones. La salida debe ser variable para que la superficie del agua pueda ajustarse y así optimizar el rendimiento del tratamiento (TILLEY et al. 2018).

Comúnmente, se usa como material filtrante grava pequeña, redonda y de tamaño uniforme (de 3 a 32 mm de diámetro) para llenar el lecho de 0.5 a 1 m. de profundidad. Para limitar las obstrucciones, la grava debe estar limpia y libre de finos. También se puede usar arena, pero es más propensa a obstrucciones que la grava. En años recientes otros materiales de filtro alternativos, como PET, también se han usado con éxito (TILLEY et al. 2018). El espesor del lecho depende de la profundidad que puedan alcanzar las raíces de las macrófitas, pero un humedal de flujo subsuperficial típico presenta un espesor de lecho de 30 a 70 cm (CONAGUA 2015b). El nivel del agua en el humedal debe mantenerse de 5 a 15 cm por debajo de la superficie para garantizar el flujo subsuperficial (TILLEY et al. 2018).

Cualquier planta nativa con raíces profundas y anchas que pueda crecer en un entorno húmedo y rico en nutrientes es adecuada para este tipo de humedal. La Phragmites australis (carrizo) es una opción común porque forma rizomas horizontales que penetran toda la profundidad del filtro.

El pretratamiento y el tratamiento primario es esencial para prevenir obstrucciones y garantizar un tratamiento eficiente. El afluente puede ser aireado por un torrente de entrada para respaldar los procesos que dependen del oxígeno, como la nitrificación y la reducción de DBO (TILLEY et al. 2018).

El humedal artificial de flujo horizontal subsuperficial es una buena opción donde la tierra es barata y está disponible. Como no requiere energía eléctrica, puede ser una alternativa de saneamiento para las comunidades rurales que no cuentan con el servicio de energía eléctrica (CONAGUA 2015b). Los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial no son apropiados para aguas domésticas sin tratar (aguas negras) ya que las obstrucciones son un problema común y, por lo tanto, el afluente debe estar bien asentado con tratamiento primario antes de desembocar en el humedal (TILLEY et al. 2018). Pueden utilizarse como tratamiento secundario o terciario del lixiviado resultante de la gestión de lodos residuales provenientes de sistemas de cámara simple y tratamiento de aguas negras con infiltración, así como de los efluentes de sistemas con conducción del efluente y de tratamiento (semi)centralizado, por lo tanto, es de especial interés en los poblados con capacidades y recursos, con suficiente agua o con escases de agua.

Esta tecnología es ideal para climas cálidos como en las comunidades costeras de Akumal, en donde existía la urgencia de reducir la degradación de los arrecifes y la eutrofización (TILLEY et al. 2018; SEGURA 2017; VARMA 2010; HERMOSILLO et al 2011). Sin embargo, este tipo de sistemas puede diseñarse para tolerar algunos períodos de congelación y de baja actividad biológica (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2015a). En climas fríos, se reduce la velocidad de reducción de contaminantes y se debe incrementar la profundidad del agua (CONAGUA 2015b). En climas cálidos, se pueden producir pérdidas por evapotranspiración, lo que puede ser un inconveniente si se pretende reutilizar el efluente (TILLEY et al. 2018).

Este tipo de humedal logra una significativa eliminación de patógenos por deterioro natural, depredación de organismos superiores y filtración (TILLEY et al. 2018). Cuando se usa en combinación con un pretratamiento y un reactor anaerobio de flujo ascendente (RAFA), es posible alcanzar los niveles de calidad requeridos para usar las aguas tratadas en agricultura (CONAGUA 2015c).

Como el agua fluye por debajo de la superficie, se minimiza cualquier contacto de organismos patógenos con la vida silvestre y humana. También se reduce el riesgo de criaderos de mosquito, ya que no hay agua estancada, como sucede en el humedal artificial de flujo superficial. El humedal artificial de flujo horizontal subsuperficial es estéticamente agradable y puede integrarse áreas silvestres o parques (TILLEY et al. 2018). Sin embargo, es importante llevar a cabo talleres con la población para garantizar la eficiente apropiación de la tecnología y lograr su buena operación y mantenimiento ya que esta tecnología es poco conocida en las comunidades rurales de México (RIVAS s.f.); ZURITA et al 2011).

Las actividades de mantenimiento deben centrarse en garantizar que el tratamiento primario sea eficaz para reducir la concentración de sólidos en las aguas residuales antes de que entren al humedal. Con el tiempo, la grava se obstruirá con sólidos acumulados y biopelícula bacteriana. El material de filtro en la zona de entrada requiere ser reemplazado al menos cada 10 años (TILLEY et al. 2018). Durante la primera temporada de crecimiento, es importante eliminar las malas hierbas que puedan competir con la vegetación de humedal plantada. El mantenimiento también debe garantizar que no crezcan árboles en el área, ya que las raíces pueden dañar el revestimiento (TILLEY et al. 2018). La siembra se debe realizar cuando ya se haya introducido agua a los lechos (CONAGUA 2015b).

Las actividades de mantenimiento son sencillas pero importantes para garantizar el adecuado funcionamiento del humedal y la eficiente remoción de contaminantes. En Akumal, en el Estado de Quintana Roo, los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial no reciben el mantenimiento adecuado, induciendo el riesgo de esparcir contaminantes en el entorno (VARMA 2010).