Humedal artificial de flujo superficial libre

En el humedal artificial de flujo superficial el agua circula por encima del suelo a través de los tallos de las plantas y está expuesta a la atmósfera y a la luz solar directa (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2015b). Al fluir el agua lentamente a través del humedal, algunos procesos físicos, químicos y biológicos simultáneamente filtran sólidos, degradan orgánicos y remueven nutrientes de las aguas residuales que han sido tratadas previamente. Una vez en la laguna, las partículas más pesadas se asientan, lo cual también elimina los nutrientes ligados a ellas. Las plantas y las comunidades de microorganismos que las sustentan (en los tallos y las raíces), toman nutrientes como nitrógeno y fósforo. Las reacciones químicas pueden causar que otros elementos se precipiten a las aguas residuales. Los patógenos se eliminan del agua por descomposición natural, depredación de organismos superiores, irradiación de luz ultravioleta y sedimentación (TILLEY et al. 2018).

En México, de acuerdo con el Inventario Nacional de Plantas de Tratamiento, de las 2337 plantas de tratamiento en operación en 2014, 211 correspondían a humedales artificiales, lo que representaba 11% del total (CONAGUA 2015b). Tomando en cuenta que en 2008 sólo había 130 sistemas de humedales en operación en México (HARO y APONTE 2010), se puede considerar que esta tecnología ha recibido un impulso considerable en los últimos años. Sin embargo, la construcción de humedales de tipo superficial ha sido relativamente escasa; se han priorizado mucho más los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial (CONAGUA 2015a). En el Bosque de San Juan de Aragón en la Ciudad de México, también se ha implementado un humedal artificial de flujo superficial dentro de un tren de tratamiento para luchar contra la eutrofización del Lago, el cual incluye un filtro de agregados calcáreos, un sedimentador, un humedal artificial de flujo horizontal subsuperficial, y un muro gavión filtrante (LUNA y ABURTO 2014).

Un humedal artificial de flujo superficial está conformado por un estanque o canal de poca profundidad con paredes ataludadas. Cuando el humedal se construye en terrenos con alta permeabilidad hidráulica, se aíslan las paredes y el fondo con una geomembrana para evitar infiltraciones (CONAGUA 2015b). La barrera impermeable (arcilla o geomembrana) se cubre con rocas, grava y tierra. En la superficie del agua se disponen macrófitas flotantes o bien plantas emergentes enraizadas en el sustrato, combinando espacios con la lámina de agua a la vista y espacios cubiertos totalmente por vegetación acuática (CONAGUA 2015b; FERNÁNDEZ s.f.).  Las macrófitas deben ser nativas y adaptadas al clima local (CONAGUA 2015b). El humedal se inunda con aguas residuales a una profundidad de 10 a 45 cm por encima del nivel del suelo (TILLEY et al. 2014).

El humedal debe estar equipado con una canalización de entrada y salida de agua residual (FERNÁNDEZ s.f.). La manera en que se distribuye el agua en la entrada incide en la eficiencia del humedal artificial de flujo superficial. Las aguas residuales pueden ser alimentadas al humedal, usando vertederos o perforando hoyos en una tubería de distribución, para que entre en intervalos espaciados de forma homogénea (TILLEY et al. 2018). La parte inferior del humedal debe tener una pendiente de uno por ciento o más para que pueda ser drenado (CONAGUA 2015b). El humedal está compartimentado al menos en dos trayectorias de flujos independientes. El número de compartimentos en serie depende del objetivo del tratamiento (TILLEY et al. 2018).

Cuando los humedales artificiales son rebasados en su capacidad de purificación, suele desarrollarse la presencia de malos olores, por lo que es recomendable seleccionar un sitio que se encuentra ubicado en sentido contrario a la dirección del viento hacia la comunidad (CONAGUA 2015b). 

El humedal artificial de flujo superficial es una buena opción donde la tierra es barata y está disponible (TILLEY et al. 2018). Como no requiere energía eléctrica, puede ser una alternativa de saneamiento para las comunidades rurales que no cuentan con suministro de energía eléctrica (CONAGUA 2015b). Puede diseñarse para sistemas domésticos y (semi) centralizados. Debido a la disponibilidad de tierras, en México, se ha llegado a diseñar humedales de tipo superficial para el tratamiento de las aguas residuales de zonas urbanas, como en la planta de tratamiento Las Arenitas, en Mexicali, donde se ha construido un humedal de 97 hectáreas para tratar un afluente de 880 L/s (ZAMORA 2012).

Una de las ventajas de esta tecnología es que tolera niveles variables de agua y de carga de nutrientes (TILLEY et al. 2018). Sin embargo, las plantas limitan el oxígeno disuelto en el agua de su sombra y su capacidad de amortiguación del viento; por lo tanto, este tipo de humedal sólo es apropiado para aguas residuales de baja resistencia (TILLEY et al. 2018).

Esta tecnología es ideal para climas cálidos, pero también, puede diseñarse para tolerar algunos periodos 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). Esta tecnología puede ser utilizada en el tren de tratamiento de los sistemas de aguas negras con conducción del efluente y de tratamiento (semi)centralizado, por lo que es de especial interés en poblados rurales con capacidades y recursos, tanto con suficiente agua, como con escasa disposición de agua. El humedal artificial de flujo superficial forma parte de la batería de tecnologías para tratar el efluente de la separación líquido-sólido de los lodos en una planta de tratamiento de lodos, por lo que también forma parte del sistema de cámara simple y el sistema de tratamiento de aguas negras con infiltración.

El humedal artificial de flujo superficial puede alcanzar una alta remoción de sólidos suspendidos y una moderada eliminación de patógenos, nutrientes y otros contaminantes, como metales pesados. Esto lo hace apropiado si se utiliza después de algún tipo de tratamiento para reducir la DBO. Una configuración posible es utilizarlo en combinación con lagunas aireadas, como se hace en la planta de tratamiento de Las Arenitas en Mexicali. De acuerdo con los monitoreos realizados, cuando todas las celdas del humedal todavía no estaban en funcionamiento, esta configuración de tratamiento casi ha permitido cumplir con los límites establecidos por la NOM-003-SEMARNAT-1997 (SEMARNAT 1997) para reúso de las aguas residuales en servicios al público (paseos en lancha, canotaje, esquí, fuentes de ornato, lavado de vehículos, riego de parques y jardines) (ZAMORA 2012). Sin embargo, debido al potencial de patógenos para el ser humano, esta tecnología se usa más frecuentemente como tratamiento final del efluente que ya ha pasado por un tratamiento secundario (TILLEY et al. 2018).

La superficie abierta del humedal puede actuar como un posible caldo de cultivo para mosquitos. Sin embargo, esto puede prevenirse mediante un buen diseño y mantenimiento. Este tipo de humedal suele ser estéticamente agradable, sobre todo cuando está integrado en las áreas naturales existentes (TILLEY et al 2018; CONAGUA 2015b). Debe prevenirse que las personas entren en contacto con el efluente debido a la posible transmisión de enfermedades y el riesgo de ahogarse (TILLEY et al. 2018). Los operadores deben ser equipados con guantes, overoles, botas, gorras, cubre-bocas para su protección (CONAGUA 2015b).

La principal actividad de operación y mantenimiento consiste en asegurarse de que el agua fluya de manera normal y no haga cortocircuito o se devuelva por ramas caídas, basura o diques (TILLEY et al. 2018). Se deben extraer las basuras que se acumulan en las estructuras de entrada y salidas, así como sacar la maleza y hojarasca dentro del lecho del humedal (CONAGUA 2015b).

La vegetación utilizada en el humedal debe podarse 1 o 2 veces al año para mantener el vigor de las especies vegetales y garantizar la eficiente remoción de los nutrientes. El material podado se debe disponer en sitios fuera de los lechos para mantener la eficiencia del proceso de tratamiento (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2015b). Cuando las aguas residuales tratadas son de origen municipal, el material podado (el tule, por ejemplo) puede ser utilizado en la manufactura de artesanías (CONAGUA 2015b). También se deben podar los árboles circundantes para evitar la producción de hojarasca y la disminución de energía solar hacia las especies vegetales dentro de los lechos (CONAGUA 2015b).