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Capítulo 5. Marco teórico
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
5. MARCO TEÓRICO
5.1
Lixiviados de rellenos sanitarios
El lixiviado es el líquido producido cuando el agua procedente de la escorrentía
superficial, lluvia o la producida por la propia dinámica de descomposición de los
residuos se pone en contacto con los residuos depositados, excediendo su
capacidad de absorción, pasando a través de ellos y aumentando la concentración
de contaminantes. Este líquido tiene la capacidad de trasladarse a las aguas
subterráneas, superficiales y al suelo circundante (Zamorano, et al., 2007).
El lixiviado representa un posible riesgo de contaminación tanto del suelo y el
subsuelo como de las corrientes superficiales y sub-superficiales aledañas, debido a
la comunicación hidráulica que poseen los acuíferos (Torres, 2005). Comparado con
las posibles emisiones de gases de vertedero los lixiviados son emitidos durante un
periodo de tiempo mucho más largo. (Steiner, 2008)
5.1.1
Características de los lixiviados
La composición de un lixiviado está caracterizada por cantidades elevadas de
materia orgánica (biodegradable, pero también refractaria a la biodegradación),
sales orgánicas e inorgánicas, nitrógeno, metales pesados y otras sustancias
químicas diluidas, variando con la edad del vertedero (Steiner, 2008), las
características del residuo depositado, la meteorología del lugar y modo de
operación (Castrillón, 2008), (Renou, 2008).
Se concluye usualmente que los lixiviados contienen toda característica
contaminante principal, es decir, alto contenido de materia orgánica, nitrógenos y
fósforo, presencia abundante de patógenos e igualmente sustancias toxicas como
metales pesados y constituyentes orgánicos. (Giraldo, 2001) Los compuestos
orgánicos presentes en los lixiviados son: proteínas, carbohidratos, compuestos
hidroxiaromaticos, alcoholes, y principalmente los ácidos grasos volátiles;
adicionalmente, los lixiviados contienen gran cantidad de nitrógeno amoniacal.
(Torres, 2005) Estas características son importantes en cuanto nos indican que es
necesario removerle a los lixiviados durante su tratamiento, sin embargo, desde el
punto de vista de la selección de la tecnología existen otras características que, sin
ser necesariamente contaminantes, pueden afectar el funcionamiento de los
procesos de tratamiento. (Giraldo, 2001)
La carga orgánica de los lixiviados alcanza los máximos valores en los primeros años
de operación y decrece gradualmente con la edad del vertedero. En contraste, la
concentración de amonio, que en general puede presentar cantidades superiores a
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2000 mg/l, no decrece y a menudo constituye su principal contaminante. En cuanto
al contenido en metales pesados, las concentraciones son muy bajas en la fase
metanogénica, pero sí son importantes en la fase inicial del vertedero (fase ácida).
(Castrillón, 2008). Durante la fase ácida de la descomposición, el pH será bajo y las
concentraciones de DBO5, COT, DQO, nutrientes, y metales pesados serán altas. Por
otro lado, durante la fase de fermentación del metano, el pH estará dentro del
rango de 6,5 a 7,5, y los valores de concentración de DBO5, COT, DQO y de los
nutrientes serán significativamente más bajos. Similarmente, serán más bajas las
concentraciones de metales pesados porque la mayoría de los metales son menos
solubles para valores de pH neutros. El pH del lixiviado dependerá no solamente de
la concentración de los ácidos que están presentes, sino también de la presión
parcial del CO2 en el gas de vertedero que está en contacto con el lixiviado, como se
muestra en la siguiente figura. (Tchobanoglous, 1994)
I
II
III
IV
V
Fuente: Tchobanoglous, 1994
Figura 1. Fases en la generación de lixiviados
En la Figura 1 se muestra las fases de la generación de lixiviados en las cuales se
tiene, I = ajuste inicial, II = fase de transición, III = fase ácida, IV = fermentación del
metano, V = fase de maduración.
La Figura 2 muestra el ciclo del agua en un relleno sanitario. El Caudal de lixiviados
(L) está estrechamente vinculado a la precipitación (P), la escorrentía superficial (R),
y al cambio de humedad del suelo (∆ ) y a la intrusión de agua subterránea que se
filtra a través del relleno sanitario (∆ ). La técnica de vertido de residuos sólidos
(cubiertas a prueba de agua, requerimientos de revestimiento, tales como arcilla,
geotextiles y / o plástico) sigue siendo primordial para controlar la cantidad de agua
que entra en el vertedero y por lo tanto, para reducir la amenaza de contaminación.
El clima también tiene una gran influencia en la producción de lixiviados, ya que
afecta la entrada de la precipitación (P) y las pérdidas por evaporación (ET). Por
último, la producción de lixiviados depende de la naturaleza de los propios residuos,
es decir, su contenido de agua y su grado de compactación en el vertedero. La
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producción suele ser mayor cuando los desechos se compactan menos, ya que la
compactación reduce la tasa de filtración. (Renou, et al., 2007)
Fuente: http://gestionintegralresiduos.blogspot.com/
Figura 2. Generación de lixiviados
De acuerdo con el balance hídrico se tiene que:
=
−
−∆
−
−∆
Donde,
= es el caudal de lixiviados
= Precipitación media anual
= es la escorrentía
= Evapotranspiración
∆ = Cambio de humedad del suelo
∆ = Cambio de humedad de los residuos
5.1.2 Calidad y cantidad de los lixiviados
La calidad de los lixiviados en un relleno sanitario varía con el tiempo, al igual que
con el tipo de relleno sanitario que se tenga. Puede decirse que los lixiviados de los
rellenos sanitarios de los países en desarrollo presentan concentraciones mucho
mayores de DBO, amoniaco, metales, y sustancias precipitables que aquellos de
países desarrollados.
Las concentraciones de todos los parámetros en el lixiviado joven son mucho
mayores que en el lixiviado viejo. La relación DBO/DQO para un lixiviado joven es
alta indicando una buena biodegradabilidad, mientras que para un lixiviado viejo es
baja indicando una baja biodegradabilidad de la materia orgánica. Las
concentraciones de sales disueltas y metales pesados son mucho mayores en un
lixiviado joven, generando problemas de toxicidad al emplear procesos biológicos
para la eliminación de DBO. De igual manera la eliminación de DBO se ve afectada
por la toxicidad que generan los metales, pero a su vez la eliminación de metales se
ve interferida por la presencia de la DBO que sirve como agente acomplejante que
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mantiene los metales en solución dificultando y limitando su eliminación. (Giraldo,
2001)
La calidad y cantidad de los lixiviados dependen de la interacción de un gran número
de factores como: tipo y solubilidad de los residuos dispuestos (composición de las
basuras, cantidad y calidad del reciclaje), diseño y operación del sitio de disposición
(tiempo y forma de disposición, grado de compactación del residuo, altura de
enterramiento, geomorfología de la cobertura), procesos de conversión
microbiológica y química, interacción del lixiviado con el medio ambiente,
naturaleza del suelo (topografía, almacenamiento del agua por el suelo, litología y
concentración de materia orgánica y organismos vivos) y condiciones climáticas
(régimen hidrológico, temperatura, evaporación y escurrimiento superficial),
además la calidad de los lixiviados en un relleno sanitario varía significativamente en
el tiempo, al igual que con el tipo de relleno sanitario que se tenga. (Borzacconi, L.
et al., 1996)
Las características del lixiviado de rellenos sanitarios se pueden representar
usualmente por los parámetros básicos de DQO, DBO, la relación DBO/DQO, pH,
sólidos suspendidos (SS), amoniaco (N-NH3), nitrógeno total Kjeldahl (NTK) y
metales pesados. La composición de los lixiviados de diferentes rellenos sanitarios,
según lo informado en la literatura, muestra una amplia variación. En la Tabla 1 se
muestran los tres tipos de lixiviados que se han definido de acuerdo a la edad del
lixiviado. En las tablas 1 a 4 se resumen los rangos de la composición de lixiviados en
diferentes rellenos a nivel mundial y nacional. Estos datos muestran que la edad del
relleno sanitario y por lo tanto el grado de estabilización de los residuos sólidos
tiene un efecto en las características del agua (Renou, et al., 2007)
Tabla 1. Clasificación general del lixiviado por edad
Nuevo
Edad (años)
<5
pH
6.5
DQO (mg L-1)
>10000
DBO5/DQO
>0.3
Compuestos
80% (AGV)
Orgánicos
Metales pesados
Bajo – Medio
Biodegradabilidad Importante
Fuente: Renou, et al., 2007
Intermedio
5 – 10
6.5 – 7.5
4000 – 10000
0.1 – 0.3
5 – 30% AGV + ácidos
húmicos y fulvicos
Medio
Viejo
>10
>7.5
<4000
<0.1
Ácidos húmicos y
fulvicos
Bajo
Bajo
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Tabla 2. Caracterización de lixiviados de vertederos en Colombia
Sitio
pH
DQO
a
El Guayabal – Cúcuta
7,54
16334
La Glorita – Pereira b
8,1
8629,17
Curva de Rodas – Medellín c
6,89
19100
El Henequén – Barranquilla d
7,6
4112,08
Antanas – Pasto d
7,4
13064
a
Fuentes: Contreras, A., Gelvez, J. 2006
b
Chavarro, M., et al, 2006
c
Agudelo, 1996
d
Salazar, L., Saavedra I, 2009
DBO5
12878
430,81
14018
1611,08
12861
DBO5/DQO
0,79
0,12
0,73
0,39
0,98
SS
2043,2
204
1355
NTK
1266,6
346,52
1192
299,3
1574
N-NH3
809,25
897
-
Tabla 3. Caracterización de metales pesados en lixiviados de vertederos
Sitio
Cd
a
El Guayabal – Cúcuta
e
Wysieka – Polonia
0,009
La Glorita – Pereira b
c
Curva de Rodas - Medellín mg/L
f
Henequen – Cartagena
0,12
Fuentes: a Contreras, A., Gelvez, J. 2006
b
Chavarro, M., et al, 2006
c
Agudelo, 1996
e
Kulikowska, D., Klimiuk, 2008
f
Olivero, J., et al., 2008
Cr
0,06
0,59
751,04
-
Pb
0,032
33,927
<0,10
Hg
<0,015
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Tabla 4. Composición de lixiviados
Edad
Joven
Joven
Joven
Joven
Joven
Joven
Joven
Joven
Joven
Medio
Medio
Medio
Medio
Medio
Medio
Medio
Viejo
Viejo
Viejo
Viejo
Viejo
Sitio
Canadá
Canadá
China - Hong Kong
China - Hong Kong
Grecia
Italia
Corea del sur
Turquía
Turquía
China - Hong Kong
Alemania
Grecia
Italia
Polonia
Taiwán
Turquía
Brasil
Estonia
Finlandia
Francia
Corea del sur
DQO
13800
1870
15700
50000
70900
10540
24400
16200 - 20000
35000 - 50000
7439
3180
5350
5050
1180
6500
9500
3460
2170
340 - 920
500
1409
DBO
9660
90
4200
22000
26800
2300
10800
10800 - 11000
21000 - 25000
1436
1060
1050
1270
331
500
150
800
84
7,1
62
DBO/DQO
0,7
0,05
0,27
0,44
0,38
0,22
0,44
0,55 - 0,67
0,5 - 0,6
0,19
0,33
0,2
0,25
0,28
0,08
0,04
0,37
0,09 - 0,25
0,01
0,04
pH
5,8
6,58
7,7
7,8 - 9,0
6,2
8,2
7,3
7,3 - 7,8
5,6 - 7,0
8,22
7,9
8,38
8
8,1
8,15
8,2
11,5
7,1 - 7,6
7,5
8,57
SS
2000
950
1666
2400
2630 - 3930
784
480
130
404
NTK
212
75
13000
3400
1766
2370
1135
1100
1670
1450
540
141
N-NH3
42
10
2260
13000
3100
5210
1682
1120 - 2500
2020
884
940
1330
743
5500
1270
800
330 - 560
430
1522
Fuente: Renou, et al., 2007
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5.1.3
Producción de lixiviados
En la producción de lixiviados influyen reacciones fisicoquímicas (solubilización,
precipitación, oxido – reducción, intercambio iónico de gases de algunos materiales
contaminantes) y reacciones de degradación bilógica de materiales suspendidos y
disueltos que, según las condiciones del medio pueden ser aerobias o anaerobias.
En la degradación aerobia, se aprovecha la presencia del oxígeno que se encuentra
en los espacios vacíos (intersticios) en las capas superiores de las pilas que están en
mayor contacto con el aire; sin embargo, cuando la altura de las capas de desechos
se incrementa, la transformación por vía anaerobia prevalece. (Torres, 2005)
5.2
Metales pesados
Por metales pesados se entiende a cualquier elemento químico metálico que tenga
una relativa alta densidad y sea tóxico o venenoso en concentraciones bajas, y que
no se puedan degradar por medios naturales, además que son peligrosos porque
tienden a bioacumularse en el organismo (Metcalf & Eddy, 1995).
5.2.1 Toxicidad de los metales
El estudio de la toxicidad de los metales presenta una notable complejidad. Así, en
pequeñas cantidades, un buen número de estos elementos (hierro, manganeso,
cobre, cinc, et.) son esenciales para la vida, ya que forman parte de enzimas y
proteínas e intervienen en diversos procesos bioquímicos necesarios para el normal
desarrollo de los animales y de las plantas, sin embargo, pueden llegar a ser tóxicos
a ciertos niveles. Por otra parte, existen elementos metálicos que siendo esenciales
para unos organismos, no lo son para otros. (Izquierdo, 1995)
Finalmente, hay metales que ni son necesarios, ni se les conoce efectos beneficiosos
alguno sobre los seres vivos, siendo tóxicos aun en pequeñas cantidades; tal es el
caso del mercurio, cadmio y plomo. (Izquierdo, 1995)
La tendencia acumuladora de los metales en órganos y tejidos se puede valorar a
través de las vidas medias de estos elementos. En general, estos valores son
inversamente proporcionales a los niveles naturales con que estos elementos se
presentan en el medio ambiente, de donde se deduce, que los seres vivos han
desarrollado mecanismos de defensa para regular la presencia de los metales en sus
organismos y adaptarse al medio. (Izquierdo, 1995)
Varios estudios epidemiológicos han mostrado un incremento en el riesgo de
presentar problemas de salud entre las personas que habitan en cercanía de los
rellenos sanitarios. Estudios realizados para el vertedero de Navarro, ubicado en la
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ciudad de Cali, Colombia, muestran evidencias de los efectos de la exposición a un
botadero a cielo abierto en la población que vive en su área de influencia.
Dichos estudios mostraron efectos en el crecimiento en menores de 3 años, dado
que los niños que habitan cerca del BN presentaron una disminución significativa del
índice de peso para la talla, comparados con las zonas de control del estudio,
adicionalmente se encontró la ocurrencia de síntomas respiratorios bajos o
infecciosos que pueden estar relacionados con el índice de peso para la talla
probablemente debido a que los expuestos presentan episodios respiratorios más
frecuentes y/o de mayor severidad que actúan sinérgicamente con la exposición y
deterioran los índices de crecimiento o a que los expuestos tienen una menor
capacidad de recuperar sus índices de crecimiento después de haber presentado
uno de estos episodios. (Ocampo, C., et al., 2008)
Con respecto a la calidad del agua, el canal interceptor (CVC) Sur que trae aguas
negras de la parte suroriental de la ciudad y que bordea por casi 1 km al basurero de
Navarro y que posteriormente descarga sus aguas al Rio Cauca, ve influenciada la
calidad de sus aguas por las descargas de lixiviados provenientes del BN. Además,
en el agua de algunos de los pozos muestreados alrededor del BN se encontró
presencia de metales pesados (cadmio y plomo). (Ocampo, C., et al., 2008)
A continuación se describen los metales pesados de interés en el desarrollo de este
trabajo de investigación.
5.2.2 Mercurio
El mercurio es el tercer elemento en el grupo IIB de la tabla periódica, tiene un
número atómico de 80, un peso atómico de 200.59, y valencias de 1 y 2. La
abundancia promedio en la corteza terrestre es de 0.009 ppm; en suelos es de 3 a
160 ppb; en corrientes es de 0.07 µg/L, y en aguas subterráneas es de 0.5 a 1 µg/L. el
mercurio se produce libre en la naturaleza, pero su principal fuente es el sulfuro de
mercurio (HgS). El mercurio es usado en amalgamas, recubrimiento de espejos,
lámparas de vapor, pinturas, aparatos de medición (termómetros, barómetros,
manómetros) farmacéuticos, pesticidas y fungicidas.
El mercurio es considerado no esencial para plantas y animales. (APHA/AWWA,
2005)
5.2.3
Cadmio
El Cadmio es el segundo elemento en el grupo IIB de la tabla periódica; tiene un
número atómico de 48, un peso atómico de 112.41, y una valencia de 2. El promedio
de abundancia del Cd en la corteza terrestre es de 0.16 ppm; en suelos es de 0.1 a
0.5 ppm; en corrientes es de 1 µg/L, y en aguas subterráneas es de 1 a 10 µg/L. el
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tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
cadmio se presenta en minerales de sulfuro que también contienen Zinc, Plomo, o
Cobre. El metal es usado en galvanoplastia, baterías, pigmentos de las pinturas y en
aleaciones con otros metales.
Este elemento no es esencial para plantas y animales. El cadmio es muy toxico y se
acumula en riñones y el hígado. La organización de las naciones unidas para la
alimentación y agricultura recomienda un nivel máximo para cadmio en aguas de
riego de 10 µg/L. (APHA/AWWA, 2005)
5.2.4 Cromo
El cromo es el primer elemento en el grupo VIB de la tabla periódica, tiene un
número atómico de 24, peso atómico de 51.99, y valencias de 0 y 2 hasta 6. La
abundancia promedio del Cr en la corteza terrestre es 122 ppm; en suelos el rango
del Cr es de 11 a 22 ppm, en corrientes un promedio de 1 µg/L, y en aguas
subterráneas es generalmente 100µg/L. El cromo es encontrado principalmente en
la cromita (FeOCr2O3). El cromo es usado en aleaciones, galvanoplastia, y en
pigmentos. Los compuestos de cromo con frecuencia se añaden al agua de
enfriamiento para el control de la corrosión.
El cromo es considerado no esencial para plantas, pero un elemento traza esencial
para animales. Los compuestos hexavalentes han sido mostrados como
carcinogénicos por inhalación y son corrosivos para los tejidos. La organización de
las naciones unidas para la alimentación y agricultura recomienda un nivel máximo
para cadmio en aguas de riego de 100 µg/L. (APHA/AWWA, 2005)
5.2.5 Plomo
El Plomo (Pb) es el quinto elemento en el grupo IVA de la tabla periódica, tiene un
número atómico de 82, un peso atómico de 207,19, y valencias de 2 y 4. La
abundancia promedio del Pb en la corteza terrestre es 13 ppm; en suelos los rangos
son de 2.6 a 25 ppm; en corrientes es de 3µg/L, y en aguas subterráneas es
generalmente <0.1mg/L. el Plomo es obtenido principalmente de la Galena (PbS). Es
usado en baterías, municiones, soldaduras, tuberías, pigmentos, insecticidas y
aleaciones.
El Plomo no es esencial para plantas y animales. Es toxico por ingestión y es un
toxico acumulativo. (APHA/AWWA, 2005)
5.2.1 Eliminación de metales pesados
En general, los metales pesados son removidos mediante reacciones de intercambio
iónico que se producen mientras los lixiviados viajan a través del suelo, los
oligoorgánicos se separan principalmente mediante absorción. La capacidad de un
suelo para retener los metales pesados encontrados en los lixiviados está en
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función de la capacidad de intercambio de cationes que tiene el suelo.
(Tchobanoglous, G., 1994)
La contaminación con metales pesados se ha convertido en uno de los problemas
medioambientales más serios hoy en día. Su tratamiento es de especial interés
debido a su recalcitrancia y persistencia en el ambiente. En los años recientes, varios
métodos para la eliminación de estos elementos del agua residual han sido
extensamente estudiados (Fu, F., Wang, Q., 2010).
Algunas técnicas físico - químicas para la eliminación de metales pesados de las
aguas residuales son la precipitación química, coagulación – floculación, adsorción,
flotación, intercambio iónico, métodos electroquímicos y filtración por membrana.
Según Kurniawan, T., et al (2006) las tecnologías más estudiadas y aplicadas para el
tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales pesados son el
intercambio iónico y la filtración por membrana. La precipitación con cal ha sido
encontrada como uno de los medios más efectivos para tratar efluentes inorgánicos
con altas concentraciones de metales.
La precipitación química es ampliamente usada para la remoción de metales
pesados de efluentes inorgánicos. Después de ajustar el pH a condiciones básicas
(pH 11), los iones metálicos disueltos son convertidos a una fase solida insoluble por
una reacción química con un agente precipitante como la cal. Una de las desventajas
de la precipitación química es el incremento en el contenido de sólidos disueltos del
agua residual a tratar. Otra desventaja es el gran volumen de lodo a tratar que,
además, puede contener compuestos tóxicos que dificulten su tratamiento y
evacuación. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).
La coagulación – floculación seguida por la sedimentación y filtración pueden ser
empleadas para tratar agua residual cargada con metales pesados. El proceso de
coagulación desestabiliza las partículas coloidales por adición de un coagulante que
neutraliza las fuerzas que mantienen separados a los coloides. Al incrementar el
tamaño de las partículas, la coagulación es seguida por la floculación de las
partículas inestables que se unen formando flóculos voluminosos. (Kurniawan, T., et
al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).
La flotación es empleada para separar sólidos o dispersar líquidos de una fase
líquida usando finas burbujas de gas. Las burbujas se adhieren a las partículas, y la
fuerza ascensional que experimenta el conjunto partícula - burbuja de aire hace que
suban hasta la superficie del líquido, donde se acumulan y pueden ser eliminadas
como lodo. La flotación por aire disuelto es el método más comúnmente usado para
el tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales. (Kurniawan, T., et al,
2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).
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La adsorción se ha convertido en una de las técnicas alternativas de tratamiento de
las aguas residuales contaminadas con metales pesados, por ser un método
económico y efectivo. La adsorción es un proceso de transferencia de masa por el
cual se transfiere una sustancia soluble presente en la interfase de una solución a la
superficie de un sólido, donde es confinado por interacciones físicas y/o químicas.
Debido a su gran superficie, alta capacidad de adsorción y reactividad de la
superficie, la adsorción con carbón activado pude eliminar metales tales como Ni,
Cr, Cd, Cu y Zn de un efluente inorgánico. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang,
Q., 2010).
Sumado a la filtración por membrana el intercambio iónico, es también uno de los
tratamientos frecuentemente empleados a nivel mundial para el tratamiento de
aguas residuales contaminadas con metales pesados. En el intercambio iónico,
ocurre un intercambio reversible de iones entre las fases sólida y líquida, donde una
sustancia insoluble remueve iones de una solución electrolítica y libera otros iones
de igual carga en una cantidad químicamente equivalente sin ningún cambio
estructural en la resina. El intercambio iónico también se puede utilizar para
recuperar valiosos metales pesados de efluentes inorgánicos. Después de separar la
resina cargada, el metal se recupera en una forma más concentrada por elución con
los reactivos adecuados. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).
Entre las técnicas de tratamiento electroquímicas se encuentran la electrodiálisis,
electrolisis de membrana y precipitación electroquímica. La electrodiálisis es una
separación de membranas en la cual las especies ionizadas en la solución son
pasadas a través de una membrana semipermeable selectiva de iones por aplicación
de un potencial eléctrico. Las membranas son láminas delgadas de materiales
plásticos con características aniónicas o catiónicas. Algunas investigaciones indican
que la electrodiálisis no es efectiva para tratar efluentes inorgánicos con una
concentración de metales mayor a 1000 mg.L-1, esto sugiere que la electrodiálisis es
más adecuada para una concentración de metales pesados menor a 20 mg.L-1. La
electrolisis de membrana, es un proceso químico impulsado por un potencial
electrolítico, también puede ser aplicado para remover impurezas metálicas de las
aguas residuales de acabado de metales. Este método puede ser empleado para
tratar aguas residuales con una concentración de metales mayor a 2000 mg.L-1 o
inferior a 10 mg.L-1. Para maximizar la remoción de metales pesados de aguas
residuales contaminadas, el potencial eléctrico ha sido utilizado para modificar la
precipitación química convencional. En general, los procesos de precipitación
electroquímica pueden tratar efluentes inorgánicos con concentraciones de metales
mayores que 2000 mg.L-1. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).
La filtración por membrana ha recibido una atención considerable para el
tratamiento de efluentes inorgánicos, ya que es capaz de eliminar no solo sólidos
5. Marco Teórico | 30
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
suspendidos y compuestos orgánicos, sino también contaminantes inorgánicos
tales como metales pesados. Dependiendo del tamaño de la partícula que puede ser
retenida, varios tipos de filtración por membrana como la ultrafiltración,
nanofiltración, y osmosis inversa pueden ser empleados para la remoción de
metales. (Kurniawan, T., et al, 2006). (Fu, F., Wang, Q., 2010).
Todas las limitaciones de los procesos físico – químicos descritos conducen a aplicar
tecnologías basadas en procesos biológicos, debido a que los microorganismos
tienen la capacidad de adaptarse a multitud de agentes contaminantes, tanto
orgánicos como inorgánicos y aunque los microorganismos no pueden destruir los
metales pesados, si pueden influir en su movilidad en el medio ambiente,
modificando sus características físicas y/o químicas. Según Vargas, R., (2005)
estudios llevados a cabo sobre descontaminación de fluidos mediante
microorganismos revelan que los metales pesados presentan gran afinidad por los
flóculos microbianos, adhiriéndose a estos en cortos periodos de tiempo.
5.3
Tecnologías de tratamiento de lixiviados
Debido a que las características de los lixiviados pueden variar tanto, y si no es
posible emplear el reciclaje y la evaporación de lixiviados o evacuarlos directamente
a una instalación de tratamiento, será necesario realizar algún tipo de pretratamiento o tratamiento completo. El proceso o los procesos de tratamiento
biológicos y físico-químicos elegidos dependerán en gran parte del contaminante o
contaminante que haya que separar. (Renou, 2008)
El tipo de instalaciones de tratamiento utilizadas dependerá principalmente de las
características del lixiviado, y en segundo lugar, de la localización geográfica y física
del vertedero (Renou, 2008)
La remoción de la materia orgánica basada en la demanda química de oxígeno
(DQO), demanda biológica de oxígeno (DBO), y amonio del lixiviado es usualmente
un requisito previo antes de la descarga del lixiviado a aguas naturales. (Renou,
2008)
5.4
Sistemas naturales
Los sistemas naturales son aquellos que logran la eliminación de las sustancias
contaminantes de las aguas residuales a través de mecanismos y procesos naturales
los cuales no requieren de energía externa ni de aditivos químicos. En estos
sistemas un buen número de procesos de descontaminación son ejecutados por
sinergia de diferentes comunidades de organismos. (García, J., Corzo, A., 2008)
5. Marco Teórico | 31
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Algunas de las diferencias fundamentales de los sistemas naturales respecto a los
convencionales son un nulo consumo energético para descontaminar y una mayor
superficie de tratamiento (García, J., Corzo, A., 2008).
Los sistemas naturales pueden clasificarse en dos categorías según el tratamiento
tenga lugar fundamentalmente en el terreno o en una masa de agua, como se
muestra en la siguiente tabla.
Tabla 5. Clasificación de los sistemas naturales de tratamiento de aguas residuales.
Sistemas Naturales de Tratamiento de Aguas Residuales
Basados en la aplicación del agua en el terreno
Basados en los procesos que suceden en
la masa de agua
Aplicación subsuperficial
Aplicación superficial
Sistemas
Humedales
Lagunaje
Zanjas y lechos filtrantes
Filtros verdes
construidos
con plantas
natural
humedales construidos
infiltración–percolación
flotantes
flujo superficial
flujo subsuperficial
filtro de arena
Fuente: García, J., Corzo, A., 2008.
Como alternativas de tratamiento de lixiviados han sido propuestos los sistemas
naturales, lagunas y humedales artificiales. Dichos sistemas tienen la ventaja de la
simplicidad en su operación y la posibilidad de lograr diferentes niveles de
tratamiento, desde un pre-tratamiento hasta un tratamiento terciario en caso de
necesitarse. (Giraldo, 2001)
La principal desventaja que se tiene con estos sistemas es la cantidad de terreno
que requieren para localizar los procesos. Sin embargo, por la naturaleza misma de
los diseños de los rellenos sanitarios, en donde hay necesidad de tener áreas de
amortiguamiento visual, de ruido y de olores, las áreas que usualmente están
localizadas a los alrededores del relleno, podrían utilizarse como parte de los
sistemas naturales de tratamiento; en especial en el caso de los humedales.
(Giraldo, 2001)
5.5
Fitorremediación
La fitorremediación es una tecnología verde emergente para la remediación de
suelos, sedimentos, agua superficial y subterránea, que se basa en el uso de la
vegetación como principal agente descontaminador para eliminar (fitoextracción,
fitodegradación o fitovolatilización) o inmovilizar (fitoestabilización) contaminantes
peligrosos para el medio ambiente. La técnica es aplicable por contaminación de
metales pesados, compuestos orgánicos y radionucleidos. (Urzelai, 2001, Alkorta,
2000).
Esta definición afecta a todas las plantas que, con procesos químicos, biológicos y
físicos ayudan a la biorrecuperación de sustratos contaminados. Se pueden
distinguir dos tipos diferentes de “fitorremediación”: “in planta” y “ex planta”,
5. Marco Teórico | 32
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
según se realice la degradación del contaminante dentro de la propia planta o fuera
de ella. En el primer caso (in planta), la planta absorbe el contaminante y lo incluye
dentro de ella, mientras que cuando es “ex planta”, dicha degradación se realiza en
la zona de la rizosfera, debido a los exudados radicales y a la mayor actividad que
existe en la zona. (Ministerio Español de medio ambiente, 2004 – 2007).
Las plantas y sus organismos de la rizosfera pueden ser usados para
fitorremediación en diferentes maneras, como se ve en la figura 2, donde se
muestran las tecnologías usadas para la remediación de agua, suelos o aire
contaminados. Estos pueden ser utilizados como filtros en humedales construidos o
en una instalación hidropónica, esta última llamada Rizofiltración. Los arboles
pueden ser usados como barrera hidráulica para crear un flujo de agua hacia arriba
en la zona de la raíz, previniendo que la contaminación se filtre hacia abajo o para
evitar que una columna de agua subterránea contaminada se extienda
horizontalmente. El termino fitoestabilización denota el uso de plantas para
estabilizar los contaminante en el suelo, o bien simplemente por prevención de la
erosión, la lixiviación, escorrentía, o mediante la conversión de los contaminantes a
formas menos biodisponibles. (Pilon-Smits, E., 2005)
Las plantas también pueden utilizarse para extraer los contaminantes y acumularlos
en sus tejidos, seguido por la cosecha del material vegetal (por encima del suelo).
Esta tecnología se denomina fitoextracción. El material vegetal puede ser utilizado
posteriormente para fines no alimentarios (por ejemplo, madera, cartón) o
incineración, seguido por la disposición en un relleno sanitario o, en el caso de los
metales preciosos, el reciclaje de los elementos acumulados. Este último se
denomina fitominería. (Pilon-Smits, E., 2005)
Fuente: Pilon-Smits, E., 2005
Figura 3. Técnicas de Fitorremediación
5. Marco Teórico | 33
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Las plantas pueden facilitar la biodegradación de contaminantes orgánicos por los
microorganismos en su rizosfera. Esto se llama fitoestimulación o rizodegradación.
Las plantas también pueden degradar los contaminantes orgánicos directamente a
través de sus propias actividades enzimáticas, en un proceso llamado
fitodegradación. Después de la absorción en el tejido de la planta, ciertos
contaminantes pueden dejar la planta en forma volátil, lo que se llama
fitovolatilización. En la Figura 4 se muestran los posibles destinos de un
contaminante durante la fitorremediación, donde se muestra que el contaminante
puede ser estabilizado o degradado en la rizosfera, secuestrado o degradado
dentro los tejidos de la planta o volatilizado.
Fuente: Pilon-Smits, E., 2005
Figura 4. Ubicación del contaminante en la fitorremediación
5.5.1 Humedales construidos
Los humedales naturales son complejos mosaicos de lámina de agua, vegetación
sumergida, vegetación flotante, vegetación emergente y zonas con nivel freático
más o menos cercano a la superficie, en los que el suelo se mantiene saturado de
agua durante un largo periodo de tiempo cada año. En los humedales crecen
vegetales, animales y microorganismos especialmente adaptados a estas
condiciones ambientales. Estos seres vivos junto a procesos físicos y químicos, son
capaces de depurar el agua, eliminando grandes cantidades de materia orgánica,
sólidos, nitrógeno, fósforo y, en algunos casos, productos químicos tóxicos.
(Lahora, A., 2002)
Se ha tratado de aprovechar este gran potencial depurador de los humedales para
el tratamiento de aguas residuales, diseñando instalaciones capaces de reproducir
las características de los humedales. (Lahora, A., 2002)
5. Marco Teórico | 34
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Los humedales específicamente construidos con el propósito de controlar la
contaminación del agua han recibido gran cantidad de nombres en las distintas
partes del mundo donde han sido usados (Crites et al., 2000). La denominación mas
extendida es “Humedales Artificiales” o “Humedales Construidos” (“Constructed
Wetlands”; U.S. Enviromental Protection Agency, 1988)
Los humedales artificiales son humedales que se han construido o modificado
ampliamente por los seres humanos, dichos humedales son sistemas artificiales de
tratamiento de aguas residuales poco profundos, generalmente menos de 1 metro
de profundidad, pueden ser estanques o canales con vegetación especializada, ya
sean plantas que viven en el agua (hidrofitos) o las que se desarrollan en terrenos
permanentemente inundados o al menos saturados de agua, con bastante
frecuencia (Higrofitos), y que dependen de procesos microbianos naturales,
biológicos, físicos y químicos para el tratamiento de las aguas residuales. Uno de los
rasgos más característicos de la vegetación de los humedales es su adaptación a
vivir con una fuerte limitación de la disponibilidad del oxígeno en el suelo, es decir,
en condiciones de anaerobiosis que normalmente no soportan las plantas
terrestres. Los procesos de descontaminación tienen lugar mediante las
interacciones entre el agua, el sustrato sólido, los microorganismos, la vegetación e
incluso la fauna (García, J., Corzo, A., 2008).
Los humedales tienen típicamente canalizaciones, aislamiento del suelo para evitar
el paso de la contaminación a los ecosistemas naturales circundantes como capas
impermeables de arcilla o de plástico, y estructuras para el control del flujo de la
salida en cuanto a su dirección, flujo, tiempo de retención, y nivel del agua.
Dependiendo del tipo de sistema, pueden o no contener un medio inerte poroso
como piedra, grava o arena. (Urzelai, 2001)
Los humedales construidos han sido usados para tratar una variedad de aguas
residuales incluyendo, aguas de escorrentía urbana, municipales, agrícolas,
industriales y de drenaje ácido de minas y atendiendo el tipo de circulación del agua,
los humedales construidos se han clasificado en dos tipos, humedales de flujo
superficial y humedales de flujo subsuperficial. Este trabajo de investigación se
realizará en humedales de flujo subsuperficial, por lo cual será el tema en el que más
se haga referencia. (Lahora, A., 2002)
5. Marco Teórico | 35
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Tabla 6. Principales procesos físico – químicos y biológicos en la depuración de
aguas residuales con humedales.
Contaminante
Materia Orgánica
Proceso de eliminación
Sedimentación
Asimilación
Mineralización
Sólidos en suspensión
Floculación
Sedimentación
Filtración
Degradación
Nitrógeno
Amonificación
Volatilización del amonio
Nitrificación
Desnitrificación
Fósforo
Adsorción
Sedimentación
Precipitación química
Asimilación vegetal
Patógenos
Sedimentación y muerte gradual
Radiación UV
Antibióticos naturales
Predación
Compuestos inorgánicos Asimilación
Inmovilización
Metales pesados
Fijación al sedimento
Adsorción por las plantas
Fuente: Lahora, A., 2002
5.5.1.1
Humedales artificiales de flujo superficial
En los sistemas de flujo superficial el agua esta expuesta directamente a la
atmósfera y circula preferentemente a través de los tallos y hojas de las plantas.
Estos tipos de humedales se pueden entender como una modificación del lagunaje
natural. Se suelen aplicar para mejorar la calidad de los efluentes que ya han sido
previamente tratados en una depuradora. (García, J., Corzo, A., 2008)
En un humedal artificial de flujo superficial la vegetación está parcialmente
sumergida en el agua, y su profundidad varía entre 1 y 4.5 metros. Este tipo de
sistemas consta en general de canales o tanques con una barrera natural o artificial
para prevenir la percolación del agua. Algunos de estos sistemas se diseñan de
manera que haya retención completa del agua residual que se aplica a través de
percolación y la evapotranspiración. Las bacterias adheridas a las plantas tratan el
agua residual a medida que esta fluye a través de la vegetación y por medio de
procesos físicos y químicos (Crites, 2000).
5. Marco Teórico | 36
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Fuente: García, J., Corzo, A., 2008
Figura 5. Humedal construido de flujo superficial
5.5.1.2 Humedales artificiales de flujo subsuperficial
Los humedales de flujo subsuperficial se clasifican según el sentido de circulación
del agua en horizontales o verticales. (García, J., Corzo, A., 2008)
5.5.1.2.1
Humedales de flujo horizontal
En este tipo de sistemas el agua circula horizontalmente a través del medio granular
y los rizomas y raíces de las plantas. La profundidad de agua es de entre 0,3 y 0,9 m.
se caracterizan por funcionar permanentemente inundados (el agua se encuentra
entre 0,05 y 0,1 m por debajo de la superficie) y con cargas de alrededor de 6
gDBO/m2.dia. (García, J., Corzo, A., 2008)
Fuente: García, J., Corzo, A., 2008
Figura 6. Humedal construido de flujo subsuperficial horizontal
5.5.1.2.2
Humedales de flujo vertical
Esta tipología de humedales fue desarrollada en Europa como alternativa a los
humedales horizontales para producir efluentes nitrificados. En general los sistemas
verticales se combinan con horizontales para que sucedan de forma progresiva los
procesos de nitrificación y desnitrificación y se consiga así eliminar nitrógeno.
(García, J., Corzo, A., 2008)
5. Marco Teórico | 37
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Fuente: García, J., Corzo, A., 2008
Figura 7. Humedal construido de flujo subsuperficial vertical
Tanto los humedales horizontales como los verticales pueden estar compuestos por
los siguientes elementos: (1) estructuras de entrada del afluente, (2)
impermeabilización del fondo y laterales ya sea con láminas sintéticas o arcilla
compactada, (3) medio granular, (4) vegetación emergente típica de zonas
húmedas, y (5) estructuras de salida. (García, J., Corzo, A., 2008)
Los humedales artificiales de flujo subsuperficial se caracterizan porque su lecho
contiene un medio poroso en el cual se encuentran plantadas macrófitas
emergentes. Este tipo de humedales se diseñan de tal manera que el nivel del agua
se encuentre por debajo del nivel del medio poroso con el fin de minimizar los
olores, la atracción de vectores y los efectos negativos en la salud pública de las
poblaciones aledañas al humedal. (US EPA, 2000)
Un humedal con flujo subsuperficial, puede considerarse como un reactor biológico
tipo “proceso biopelícula sumergida”. El agua entra por uno de sus extremos, y se
reparte, atravesando la zona de grava sembrada con macrófitas. En el otro extremo,
el agua es recogida en el fondo. El nivel máximo se regula de manera que no aflora
la lámina de agua y se mantenga unos centímetros por debajo de la grava, haciendo
visitable el humedal e impidiendo la proliferación de moscas y mosquitos. (Lahora,
A., 2002)
En un humedal artificial de flujo subsuperficial el agua residual se trata a medida que
fluye a través de un medio poroso. La vegetación emergente se planta en el medio,
que puede ser desde grava gruesa hasta arena. La profundidad del lecho va desde
0.45 a 1 m y tiene una pendiente característica de 0 a 0.5% (Crites, 2000)
5. Marco Teórico | 38
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
5.5.1.3
Mecanismos de Depuración
En un humedal artificial se desarrollan diferentes mecanismos de remoción de
contaminantes del agua residual. Evidentemente, un amplio rango de procesos
biológicos, químicos y físicos tiene lugar. Por lo tanto, la influencia e interacción de
cada componente involucrado es bastante compleja. (Delgadillo, O., et al., 2010)
Los Humedales construidos son sistemas muy complejos que separan y transformar
los contaminantes por agentes físicos, químicos, y los mecanismos biológicos que
pueden ocurrir simultáneamente o secuencialmente como el agua residual fluye a
través del sistema. Los mecanismos predominantes y su secuencia de reacción
dependen de los parámetros de entrada externos al sistema, las interacciones
internas, y las características del humedal. (EPA, 2010)
Las raíces de las plantas sumergidas proporcionan sustrato para los procesos
microbiológicos y dado que la mayoría de las macrófitas emergentes pueden
transmitir oxígeno de las hojas a las raíces, se presentan microzonas aeróbicas en la
superficie de las raíces y los rizomas. El resto del medio sumergido de los humedales
FS tienden a carecer de oxígeno. Esta falta general de oxígeno limita la remoción
biológica del amoniaco (NH3/NH4 - N) por nitrificación en los humedales FS, pero
aun así el sistema es efectivo en la remoción de DBO, SST, metales y algunos
contaminantes orgánicos prioritarios, dado que su tratamiento puede ocurrir bajo
condiciones aeróbicas y anóxicas. La remoción de nitratos por desnitrificación
biológica también puede ser muy efectiva dado que las condiciones anóxicas
requeridas están siempre presentes y se cuenta con suficientes fuentes de carbono.
La disponibilidad limitada de oxígeno en los humedales FS disminuye la capacidad
de remoción de amoniaco por nitrificación biológica. (US – EPA, 2000)
Los mecanismos disponibles de remoción del fósforo en todos los tipos de
humedales artificiales también requieren largos periodos de retención para producir
niveles bajos de fósforo a partir de agua residual doméstica típica. (US – EPA, 2000)
Los humedales de flujo subsuperficial remueven en forma confiable la DBO, la DQO
y los SST, y con tiempos de retención suficientemente largos también pueden
producir bajas concentraciones de nitrógeno y fósforo. Los metales son también
removidos eficazmente y se puede esperar también una reducción de un orden de
magnitud en coliformes fecales en sistemas diseñados para producir efluentes de
tratamiento secundario o avanzado. (Folleto US EPA)
Los humedales pueden tratar con efectividad altos niveles de demanda bioquímica
de oxigeno (DBO), solidos suspendidos (SS) y nitrógeno, así como niveles
significativos de metales, compuestos orgánicos traza y patógenos. La remoción de
fosforo es mínima debido a las limitadas oportunidades de contacto del agua
residual con el suelo. Los mecanismos básicos de tratamiento incluyen
5. Marco Teórico | 39
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
sedimentación, precipitación química, absorción, e interacción biológica con la DBO
y el nitrógeno, así como la captación por parte de la vegetación que se descompone
y que permanece como materia orgánica refractaria, que termina formando turba
en el humedal. Los nutrientes y otras sustancias asociadas a esta fracción refractaria
se considera que son eliminados permanentemente del sistema. (Lara, J., 1999) en
la siguiente figura pueden observarse los principales procesos que se llevan a cabo
en un humedal y que permiten la depuración del agua residual.
Adaptado de Lara, J., 1999.
Figura 8. Procesos de depuración de los humedales artificiales
Adaptado de (Libro de Garcia).
Figura 9. Procesos de degradación de la materia orgánica en humedales
5. Marco Teórico | 40
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
5.5.1.4 Principales componentes de los humedales
5.5.1.4.1
Vegetación
Los efectos de la vegetación sobre el funcionamiento de los humedales son:
Las raíces y rizomas proporcionan una superficie adecuada para el crecimiento de la
biopelicula. La biopelicula crece adherida a las partes subterráneas de las plantas y
sobre el medio granular. Alrededor de las raíces se crean microambientes aeróbicos
donde tienen lugar procesos microbianos que usan el oxígeno, como la degradación
aeróbica de la materia orgánica y la nitrificación.
Amortiguamiento de las variaciones ambientales. Cuando las plantas están
desarrolladas reducen la intensidad de la luz incidente sobre el medio granular
evitándose así grandes gradientes de temperatura en profundidad que pueden
afectar el proceso de depuración. En climas fríos la vegetación protege de la
congelación.
La selección dela vegetación que se va a usar en un sistema de humedales debe
tener en cuenta las características de la región donde se realizara el proyecto. Las
especies deben ser colonizadoras activas, con eficaz extensión del sistema de
rizomas. Deben alcanzar una biomasa considerable por unidad de superficie para
conseguir la máxima asimilación de nutrientes. La biomasa subterránea debe poseer
una gran superficie específica para potenciar el crecimiento de la biopelicula. Deben
disponer de un sistema eficaz de transporte de oxígeno hacia las partes
subterráneas para promover la degradación aeróbica y la nitrificación. Se debe
tratar de especies que puedan crecer fácilmente en las condiciones ambientales del
sistema proyectado, debe tratarse de especies con una elevada productividad,
tolerar los contaminantes presentes en las aguas residuales y se deben utilizar
especies propias de la flora local.
Las macrófitas son capaces de transportar oxígeno desde los tallos y hojas hacia sus
raíces y rizomas, pero en los humedales de flujo subsuperficial la cantidad de
oxígeno aportada es muy pequeña en comparación con la demanda de las aguas
residuales, por lo que los procesos de eliminación de materia orgánica son
básicamente anaerobios, no ocurriendo por tanto la nitrificación – Desnitrificación.
(Lahora, A., 2002)
Esta situación condiciona a su vez la existencia y las características de las biocenosis
existentes, pues aquí participan factores como la disponibilidad de alimento, que
hace que cierta fauna sea más abundante a medida que nos acercamos al fondo,
aunque este hecho está influido a su vez por el hábitat y por el biotopo (color,
sombra, viento, sustrato básico, pendientes y material de las orillas, etc.). (Seoánez,
1999)
5. Marco Teórico | 41
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Diversos tipos de plantas pueden emplearse para el tratamiento de las aguas
residuales, el crecimiento de las raíces de las plantas emergentes suministra un
aporte de oxigeno durante ese crecimiento. El oxígeno se encuentra muy cerca de
las raíces y rizomas jóvenes y permite cierta oxigenación de las aguas residuales.
Las plantas utilizan durante su crecimiento cierta cantidad de nitrógeno y de fosforo
y pueden, en ciertos casos, consumir y concentrar en sus tallos y hojas ciertos
metales pesados. (OPS/OMS 1999)
La vegetación proporciona superficies para la formación de películas bacterianas,
facilita la filtración y la adsorción de los constituyentes del agua residual, permite la
transferencia de oxígeno a la columna de agua y controla el crecimiento de algas al
limitar la penetración de la luz solar. (Borrero, 1999)
El oxígeno necesario para que se lleven a cabo los procesos físico-químicos y
bacteriológicos de depuración, es suministrado por las plantas, que forman por
fotosíntesis o toman del aire e inyectan hasta la zona radicular con lo cual
proporcionan oxígeno a los microorganismos que viven en la rizosfera,
favoreciendo la eliminación microbiana de algunos contaminantes, además de la
degradación de la materia orgánica y el crecimiento de bacterias nitrificantes.
(González, J., 2010)
La selección de las especies vegetales se debe realizar de acuerdo a la adaptabilidad
de las misas 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
(González, J., 2010)
Fuente: (García, J., Corzo, A., 2008).
Figura 10. Esquema de una planta emergente.
5. Marco Teórico | 42
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
5.5.1.4.2
Sustrato
La grava es el medio más utilizado en Estados Unidos y Europa, aunque también se
ha utilizado roca triturada, grava, arena y otro tipo de materiales del suelo. (US –
EPA, 2000)
En el medio granular ocurren múltiples procesos como la retención y sedimentación
de la materia en suspensión, la degradación de la materia orgánica, la
transformación y asimilación de los nutrientes, y la inactivación de los
microorganismos patógenos. (García, J., Corzo, A., 2008)
El medio granular debe ser limpio (exento de finos), homogéneo, duro, durable y
capaz de mantener su forma a largo plazo. Además, debe permitir un buen
desarrollo de las plantas y de la biopelicula. Diámetros medios alrededor de 5 – 8
mm ofrecen muy buenos resultados. (García, J., Corzo, A., 2008)
Una característica muy importante del medio granular es su conductividad
hidráulica, ya que de esta propiedad depende la cantidad de flujo de agua que
puede circular a través de él. Durante el diseño debe tenerse en cuenta que la
conductividad hidráulica disminuirá con el paso del tiempo (García, J., Corzo, A.,
2008)
El sustrato sirve de soporte a la vegetación y permite la fijación de la población
microbiana, que va a participar en la mayoría de los procesos de eliminación de los
contaminantes presentes en las aguas a tratar. (Centa, 2004)
Cuando las aguas residuales pasan a través del medio, éste permite efectuar una
buena remoción de los sólidos suspendidos y de la parte orgánica asociada.
Mientras el medio filtrante tenga buena capacidad de absorción, podrá permitir la
acumulación de fósforo, si las condiciones son favorables. (OPS/OMS 1999)
5.5.1.4.3
Microorganismos
Los microorganismos tienen un papel esencial que juegan en todos los sistemas de
tratamiento de aguas residuales a partir de plantas. Ya sean aerobias o anaerobios,
consumen la parte carbonada de las aguas residuales para transformarla
principalmente en CO2 para las bacterias aerobias y también en metano para las
bacterias anaerobias. (OPS/OMS 1999).
Mientras sea posible mantener las condiciones secuenciales aerobias y anaerobias,
las bacterias nitrificantes van a transformar el nitrógeno amoniacal en nitritos y
nitratos en las zonas aireadas y las bacterias desnitrificantes van a permitir la
transformación de los nitratos y nitritos en nitrógeno gaseoso en las zonas
anaerobias. (OPS/OMS 1999).
5. Marco Teórico | 43
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Los microorganismos crean además paredes biológicas que facilitan la
sedimentación de las partículas y juegan un papel importante en la remoción de
SST, principalmente en los sistemas de flujo superficial. (OPS/OMS 1999).
5.6
Descripción plantas estudiadas
5.6.1 Heliconia psittacorum
La Heliconia es un género monotípico de la familia Heliconiaceae monocotiledónea.
Las especies de Heliconia se distribuyen en los bosques húmedos de tierras bajas de
Centro y Sur América, así como en las islas del Caribe. Un pequeño grupo también se
encuentra en algunas islas del Océano Pacífico. Cerca de 180 especies del género se
han descrito. (Lee, Y., et al., 1994)
De acuerdo con el sistema integrado de clasificación de las plantas florales
(angiospermas) de Cronquist, 1981, la Heliconia se ubica en el orden ZIngiberales y
su clasificación sistemática es la siguiente (Solarte, J., 2012):
Clase: Liliopsida (monocotiledoneae)
Orden: Zingiberales
Familia: Heliconiacea
Género: Heliconia
Especie: Heliconia psittacorum L. f.
Figura 11. Heliconia psittacorum.
Las especies del género Heliconia se desarrollan en pisos tropicales y de transición a
premontano. Es una planta musoide a canoide, 0.5-1.5 m de altura. Presenta hojas
con pecíolos de 11 – 32 cm de largo y lámina de 37 – 60 por 6 – 10 cm. Tiene una
inflorescencia erecta de 8 – 18 cm de largo, un raquis flexuoso, por lo general
anaranjado, glabro a glauco, espatas dísticas 3 - 7 por inflorescencia, orientadas 3045°, por lo común rojo-naranjas, glaucas y de 5-5.5 por 1.6-2.5 cm. Flores anaranjadas,
rojas o amarillas con ápices verde-oscuro, glabras, y rectas a parabólicas (Red
Nacional de Jardines Botánicos, 2008, p. 19 citado en Solarte, J., 2012).
5. Marco Teórico | 44
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
Las heliconias se propagan usualmente de manera natural a través del desarrollo de
las yemas vegetativas presentes en su tallo rizomatoso, característica utilizada en
producción para la multiplicación artificial. Un aspecto relevante de las heliconias es
que pueden ser utilizadas tanto para el ornato de parques y jardines (JEREZ, 2007,
p. 19 citado en Solarte, J., 2012). Por otra parte, se ha establecido que las Heliconias
sp., además de poder ser utilizadas en el tratamiento de aguas residuales juegan un
importante papel ecológico, pues presentan un crecimiento rizomatoso que
permite contrarrestar los movimientos de tierra en las laderas erosionadas de
barrancos (Solarte, J., 2012).
5.6.2 Gynerium sagittatum
Gynerium sagittatum (Aubl.) P. Beauv. ("caña brava") es un carrizal rizomatoso con
brotes fuertes (culmos) y largas hojas que se agrupan en la parte superior del tallo,
formando una cumbre en forma de abanico. La especie está ampliamente
distribuida en el trópico de América del Sur y es característica de ríos, llanuras de
inundación, pantanos y otros hábitats sucesionales tempranos. (Kroon, H., y Kalliola
R., 1995)
Clase: Liliopsida
Orden: Poales
Familia: Poaceae
Género: Gynerium
Especie: G. sagittatum (Aubl.) Beauv.
Figura 12. Gynerium sagittatum.
Esta especie es originaria de América tropical, es nativa de Colombia, se encuentra
en entre los 0 y 1500 m. Vive en bosques secos tropicales, y en bosques húmedos y
muy húmedos premontanos. G. sagittatum (Aubl.) Beauv, alcanza los 7 m de altura y
4 cm de diámetro en su tallo, forma grandes asociaciones. Las hojas pueden llegar a
medir hasta 1 m de alto, acintadas y dispuestas en forma de abanico al final de las
cañas, borde aserrado con tricomas. Flores de color blanco, muy pequeñas y
agrupadas en inflorescencias terminales. Frutos de 8 mm de largo, de color crema
(Red Nacional de Jardines Botánicos, 2008, p 20 citado en Solarte, J., 2012).
5. Marco Teórico | 45
Evaluación del desempeño de humedales construidos con plantas nativas tropicales para el
tratamiento de lixiviado de rellenos sanitarios
5.6.1 Colocasia esculenta
De acuerdo a GLOBAL BIODIVERSITY INFORMATION FACILITY: La Clasificación del
Portal de Datos de GBIF (basado en el Catálogo de la Lista de Verificación Anual, con
adiciones provisionales de los recursos de datos de espécimen y observación) la
clasificación de esta especies vegetal es la siguiente (Solarte, J., 2012):
Clase: Liliopsida
Orden: Arales
Familia: Araceae
Género: Colocasia
Especie: C. esculenta (L.) Schott.
Figura 13. Colocasia esculenta.
Esta especie se distribuye en México, islas del Caribe, Centroamérica, Suramérica,
Asia, África, islas del océano índico, islas del océano Pacífico y Australia. Usualmente
forman grandes agrupaciones alrededor de cuerpos de agua como manantiales,
estanques, canales y otras áreas húmedas (Red Nacional de Jardines Botánicos,
2008, p 22 citado en Solarte, J., 2012).
Esta especie presenta bulbos subterráneos ricos en almidón. Sus hojas tienen un
peciolo esponjoso, verde frecuentemente de color púrpura en el ápice, mide de 80 a
180 cm de largo; sus láminas foliares son de color verde oscuro y generalmente
presentan un punto de color rojo o púrpura, donde se unen con el peciolo. Sus
inflorescencias están cubiertas por una espata de unos 35 cm de largo. Sus flores
son de color verde, amarillo pálido o blanco. Sus frutos son de color naranja. Sus
semillas son pequeñas, miden de 1 a 1.5 mm (Red Nacional de Jardines Botánicos,
2008, p 22 citado en Solarte, J., 2012).
5. Marco Teórico | 46