Ingeniería del Suelo, depuración de aguas residuales (Filtros verdes)
Fuente: Colaje Google imágenes
Tras casi 20 años de andadura en esta bitácora, unos 3.100 post y más de 14.000 páginas de texto, resulta difícil recordar todos los temas que previamente hemos tratado. Cuando me llegó la noticia que os proporciono abajo, a apenas recordaba ya del tema de los filtros verdes. El título de la misma resulta ser “Los árboles y el suelo, la depuradora natural que además secuestra carbono”. Busqué en la bitácora y efectivamente había redactado varias entradillas que versaban sobre el tema. Abajo os proporciono algunas de ellas. Francamente no enriquece el tema, al menos desde el punto de vista científico. Eso sí, la legislación europea se ha vuelto más restrictiva ambientalmente, empujando a una depuración de las aguas residuales más exigente y amplia. Buena noticia si realmente se cumpliera. No utilizaré los vocablos que se venden ahora, como economía circular u objetivos del desarrollo sostenible, ya que me zumban los oídos de tanta palabrería que inunda cualquier propuesta de mejora ambiental y que finalmente no terminan cumpliéndose. La nota de prensa resulta ser científicamente correcta, con algunas ambigüedades. No obstante, desearía exponer algunas matizaciones.
Los blogs o bitácoras, escribas desde donde escribas, pueden ser leídas por cualquier persona que hable en el idioma de los autores y también por otros, gracias a las traducciones automáticas online. En consecuencia, deberíamos “todos” tenerlo muy presente con vistas a no generalizar más de lo que la prudencia impone. Y este no es el caso (como ocurre en una inmensidad de noticias), ya que cuando se habla de las posibles especies a tratar entramos en una atmósfera regional y/o local. También se me antoja necesario, no solo exponer los pros, sino también las contras, por lo cual he añadido el texto de otra noticia bajo la primera.
Cuando los autores mentan las características que el suelo necesita atesorar, en primer lugar, no se aclaran con los términos texturales que deben ser los más universales posibles. ¿Qué entienden por suelo arcilloso? Lo que se menta en ambas noticias no son atribuibles a las texturas genuinamente arcillosas, y si fuera el caso, dudo si serían demasiado impermeables. En la segunda nota de prensa se mentan como los más idóneas las texturas franco-arcillosas y franco-arenosas. No siendo suelos arcillosos en sí mismos distan mucho de la cantidad de estas partículas que deben contener, ya que entre lo “arcilloso” y lo “arenoso” dista una enorme diferencia.
Sin embargo, el tema que más me preocupa, como edafólogo. son las recomendaciones a cerca de las propiedades que deben tener los suelos, y no precisamente porque sean erróneas, sino por todo lo contrario. Nos exigen suelos de alta calidad y madurez, teniendo en cuenta la textura y, aunque no lo indiquen, el grado de descomposición de la materia orgánica, esta debiera estar muy bien humificada (del vocablo humus). Es decir, se trataría de “extirpar, suelos de extensiones agrarias fértiles y muy productivas para utilizarlas como acumuladoras de contaminantes. Si bien se menta que en ocasiones podría ser recomendable añadir enmiendas, no se concreta nada más al respecto. ¿Qué hacemos pues? Dudo mucho que tras un tiempo y en condiciones ambientales como la hidromorfía y acumulación de sustancias contaminantes no deban reemplazarse, obligando a robar más suelo fértil de otros emplazamientos y tener que ¿descontaminar, enterrar? los usados. Todo ello iría contra la economía circular y de los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Si existen alternativas, invitaría a los autores a que las expliquen a los lectores, porque se trata de un tema de sostenibilidad de estas estructuras imperativamente obligado.
Resumiendo, no es oro todo lo que reluce si contemplamos exclusivamente los pros y no los contras. Redactada así la nota de prensa parece más publicidad encubierta, y en este caso, francamente no creo que lo sea.
Juan José Ibáñez
Continúa……..
Los árboles y el suelo, la depuradora natural que además secuestra carbono
FECHA; 21/12/2023; FUENTE; IMDEA Agua; AUTOR: Raúl Jerónimo Pradana/Irene De Bustamante
Los filtros verdes son un tipo de solución basada en la naturaleza en la que las aguas residuales se utilizan para regar una plantación forestal, tratando el agua y produciendo biomasa. Hoy en día, la preocupación medioambiental va en aumento y la búsqueda de formas de reducir los residuos y crear una economía circular está en auge. En este contexto, las soluciones basadas en la naturaleza (SBN) desempeñan un papel muy importante. Así lo afirma la propia Unión Europea (UE) en diversas líneas estratégicas durante los últimos años.
Actualmente, la normativa europea dicta que cualquier municipio o núcleo urbano superior a 2000 habitantes equivalentes deberá tener, como mínimo, un tratamiento secundario de sus aguas residuales. Además, los municipios de menor tamaño están obligados a tener un “tratamiento adecuado”, adaptado para cada caso concreto.
No obstante, al tiempo que la preocupación medioambiental crece, también lo hace la normativa. Recientemente, el consejo de la UE ha alcanzado un acuerdo para rebajar estos límites hasta los 1250 habitantes equivalentes. Por otra parte, también se incluirán otros criterios de sostenibilidad, como instar a las plantas depuradoras a producir su propia energía.
Pero, aunque la aplicación de la normativa vigente está muy extendida, aún hay muchas zonas de la España rural donde no se cumple. Esto ha supuesto diversas sanciones económicas por parte de la UE. Según el Congreso de los Diputados, estas sanciones ascienden a más de 50 millones de euros entre 2018 y 2020.
Los filtros verdes, una posible solución
La depuración se produce gracias a la acción conjunta de los árboles de la plantación, del suelo y de los microorganismos que en él habitan. Así, los contaminantes son eliminados del agua por retención y adsorción al suelo, biodegradación y absorción por parte de las plantas.
Esta tecnología es una buena solución como sistema de tratamiento de aguas residuales, especialmente para poblaciones dispersas o edificios aislados que carecen de conexión a sistemas de alcantarillado. No obstante, también sirve como un sistema terciario adicional a cualquier depuradora, afinando el tratamiento y como modo de reutilización del agua.
Los filtros verdes presentan unos costes de instalación y mantenimiento relativamente bajos en comparación con un sistema de depuración convencional. Además, también aportan numerosos servicios ecosistémicos, todos ellos alineados con diversos Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Destacan la producción de biomasa, el secuestro de carbono, el aporte de biodiversidad y la generación de diversos nichos ecológicos al medio donde se instalan, junto al saneamiento y la recuperación del agua.
Para que este sistema pueda desarrollar su función de forma satisfactoria y eficiente, es necesario un buen diseño previo. También es vital mantener un riguroso (aunque simple) mantenimiento posterior, teniendo en cuenta todos los factores que influyen en el resultado final.
Identificando las claves del éxito
En uno de nuestros trabajos recientes, publicado en la revista Journal of Environmental Management, realizamos una exhaustiva revisión bibliográfica sobre el uso de los filtros verdes en el mundo. Evaluamos su capacidad de depuración e identificamos los principales factores para asegurar su éxito.
La presencia de suelos con textura fina, con una estructura bien desarrollada y con altos contenidos en materia orgánica es uno de los factores clave. Los suelos arcillosos ralentizan el avance del agua a través del terreno, aumentando el tiempo durante el cual se dan los procesos de atenuación natural de los contaminantes. Esto también favorece la retención de estos mediante procesos electrostáticos como la adsorción o el intercambio catiónico.
Una buena y madura estructura del suelo, así como la presencia de materia orgánica, favorecen a su vez el desarrollo de los microorganismos, lo que también favorece la biodegradación de los contaminantes del agua residual.
Por otro lado, también es importante realizar una correcta selección de la vegetación a plantar. Determinadas especies pueden presentar mejor respuesta que otras en función de cada caso particular. Pueden incluso desarrollarse híbridos específicos para fines concretos mediante selección artificial.
En general, especies como los chopos o los sauces son buenos candidatos, pues soportan muy bien las condiciones de inundación al ser vegetación de ribera. Además, presentan altas velocidades de crecimiento, captando así más nutrientes del agua residual y produciendo más biomasa.
También es importante tener en cuenta otros factores de diseño, como el tratamiento previo del agua, que puede ayudarnos a eliminar elementos que pongan en peligro la eficiencia del sistema. Un programa de riego que favorezca los ciclos de humectación y secado del suelo, adaptado a la climatología de la zona, también es vital. Este riego, además, influirá sobre el tipo de vegetación a plantar y la cantidad de agua que podremos aplicar al terreno.
Finalmente, hay que destacar que a medida que pasa el tiempo, la eficiencia de los filtros verdes tiende a aumentar conforme el suelo y las raíces se desarrollan y evolucionan.
Nuestro trabajo también ha concluido que los filtros verdes son capaces de reducir, de media, un 85 % de la materia orgánica del agua, así como un 78 % del nitrógeno total y un 80 % del fósforo total presentes en la misma, llegando en algunos casos a ser capaces de eliminar el 100 % de cada uno de estos contaminantes, cuando todos los factores anteriormente mencionados son favorables y se realizan los debidos controles y mantenimientos.
Próximos pasos
Aún quedan por estudiar diversos aspectos sobre la utilidad de los filtros verdes. Por ejemplo, su aplicación en diferentes escenarios, como la depuración de aguas residuales en entornos industriales.
Además, siempre hay margen de mejora para estos sistemas. En concreto, los estudios de selección de especies o genotipos de plantas en función del tipo de agua pueden mejorar la capacidad de tratamiento. Por otro lado, también puede estudiarse la aplicación de diversos materiales con los que enmendar el suelo según las necesidades, mejorando sus características y, con ello, la eficiencia del sistema.
Para terminar, y volviendo al aumento en las preocupaciones medioambientales, se abre la posibilidad de realizar estudios que permitan cuantificar los beneficios adicionales que los filtros verdes brindan. Así, pueden realizarse estudios comparativos de biodiversidad en el entorno de la plantación, cuantificaciones de la cantidad de carbono secuestrado por los árboles o caracterizaciones de la biomasa obtenida, además de estudiar su posible transformación en diversos bioproductos sostenibles.
Autoría: Raúl Jerónimo Pradana Yuste, Investigador Vinculado al Grupo de Calidad de Agua y Suelo, IMDEA AGUA y Irene De Bustamante Gutiérrez, Hidrogeología – Calidad y Agua y Suelo en el Medio Ambiente, IMDEA AGUA
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
Mecanismos de atenuación y parámetros clave para mejorar el rendimiento del tratamiento en filtros de vegetación: una revisión
Enlaces de autor abrir panel de superposiciónR. Pradana un b c, J.A. Hernández-Martín b 1, V. Martínez-Hernández b, R. Meffe b, A. de Santiago-Martín b, A. Pérez Barbón b 2, I. de Bustamante b c
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113752Obtener derechos y contenido
Bajo una licencia Creative Commons licencia Acceso abierto
Resúmenes
Se realiza una revisión de los Filtros de Vegetación (VF) como sistemas de tratamiento de aguas residuales.
Los VF representan una alternativa adecuada a las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales.
Para evitar la lixiviación de N hacia el acuífero, se necesita una planificación y gestión adecuadas.
El suelo, la vegetación, el programa de riego y el tipo de agua son factores críticos
A medida que transcurre el tiempo, la eficacia del tratamiento de la FV tiende a aumentar.
Abstracto
En tiempos en los que la preocupación por el medio ambiente va en aumento y la búsqueda de formas de reducir la generación de residuos y crear una economía circular está en auge, las Soluciones Basadas en la Naturaleza (SbN) juegan un papel muy importante. Los filtros de vegetación (VF) son un tipo de sistema de aplicación de la tierra (LAS) en el que las aguas residuales se utilizan para regar una plantación forestal para tratar el agua y producir biomasa. Los VF muestran múltiples beneficios que hacen de esta tecnología una solución adecuada para el tratamiento de aguas residuales, especialmente para poblaciones dispersas o edificios aislados que carecen de conexión a los sistemas de alcantarillado. Esta revisión tiene como objetivo proporcionar un estado del arte integral de la implementación de VF, destacando lo que se debe y no se debe hacer para un desempeño exitoso, centrándose en aquellos factores que son esenciales para el tratamiento del agua. Los resultados muestran que las FV tienen una gran capacidad de tratamiento cuando se consideran todos los factores involucrados, y su eficiencia tiende a aumentar con el tiempo, a medida que la FV se desarrolla y «envejece». De hecho, la presencia de suelos de textura fina, la selección de una especie de vegetación adecuada, el uso de aguas residuales pretratadas y un programa de riego basado en el balance hídrico que alterna ciclos de humectación y secado son factores que ayudan a lograr el mejor rendimiento. Sin embargo, es necesario diseñar y seguir un programa de operación y mantenimiento simple pero riguroso para evitar fallas en el sistema, lo que podría conducir a NO3–Lixiviación de N hacia las aguas subterráneas.
Filtros verdes para aguas residuales Fuente: TEPCA
por David Nuevo | Mar 7, 2022 | Ingeniería de aguas
¿Qué es un filtro verde para el tratamiento de aguas?
Un filtro verde consiste en una superficie de terreno donde se establece una plantación forestal o agrícola, a la que se suministra, de forma recurrente y programada, aguas residuales urbanas. Una parte de estas aguas se evapora a la atmosfera y el resto es absorbido por las raíces de las plantas o es filtrada a través del suelo.
Un filtro verde provoca procesos físicos, químicos y biológicos naturales en el ecosistema suelo-agua. Estos procesos naturales reducen de forma considerable gran parte de los contaminantes del agua residual como: demanda biológica de oxigeno (DBO5), demanda química de oxigeno (DQO), sólidos suspendidos, nitrógeno, fósforo, y microorganismos patógenos.
Ventajas de un filtro verde
Los filtros verdes cuentan con escasas referencias en España. Sin embargo, presentan interesantes ventajas que debemos tener en cuenta a la hora de decidir el tipo de tratamiento que queremos dar a nuestras aguas residuales. Algunos de los aspectos favorables son:
La construcción y operación es fácil.
El mantenimiento es muy sencillo y requiere poco personal.
La fase de pretratamiento es reducida.
Tiene un número de averías muy bajo por la escasez de equipos mecánicos.
Presenta una elevada eficiencia de tratamiento para la mayoría de los contaminantes urbanos presentes en el agua residual.
Las especies de plantas adecuadas admiten el aporte de residuos sin tener efectos negativos sobre ellas.
Es recomendable para pequeñas poblaciones turísticas con afluencia puntual de personas que producen una gran variación en la carga contaminante y caudal.
Es idónea en parques naturales y zonas protegidas medioambientalmente.
Inconvenientes de un filtro verde
A pesar de ser grandes defensores de este tipo de tratamiento de agua residual, debido a las ventajas señaladas anteriormente, también debemos reconocer que existen ciertos inconvenientes a considerar: Requieren grandes áreas de terreno.
No es aplicable a todos los suelos (depende de su capacidad de infiltración y de la profundidad del nivel freático).
En climas de invierno frio se produce una parada vegetativa en el crecimiento de los cultivos instalados en el filtro disminuyendo considerablemente el rendimiento de eliminación de los contaminantes de las aguas residuales.
Las áreas forestales se establecen sobre terrenos con mayores pendientes, esto puede provocar un crecimiento diferente de los árboles.
Mayor riesgo de contaminación de las aguas subterráneas frente a sistemas de depuración tradicionales.
Proyecto de un filtro verde para el tratamiento de aguas residuales
Para diseñar un filtro verde destinado a la depuración de aguas es preciso tener conocimientos de tratamientos de aguas generales y específicos que se pueden adquirir mediante cursos de formación técnicos.
Los cinco aspectos fundamentales a considerar en el diseño de filtros verdes son:
Selección y evaluación del emplazamiento.
La selección y evaluación del emplazamiento constituyen una de las características más importantes a considerar en este tipo de proyectos. Para esta tarea debemos analizar la permeabilidad del suelo y la profundidad de las aguas subterráneas.
Se puede decir que el suelo presenta condiciones óptimas cuando: la conductividad eléctrica es inferior a 4 mmhos/cm, la permeabilidad del suelo está entre 5 y 50 mm/h, el pH está entre 5,5 y 8,5. Las pendientes del terreno se encuentran entre el 2 y el 15 %, y las aguas subterráneas se encuentran a profundidades entre 0,5 y 1,5 m
Selección de las especies vegetales
La selección de las especies vegetales es otro aspecto fundamental en el proceso de diseño. Muchas decisiones asociadas al proyecto estarán en función del tipo de plantación o cultivo de especies vegetales.
Las plantas más adecuadas son las que presentan un alto consumo de agua, una elevada capacidad de asimilación de nutrientes, elevada tolerancia a la humedad del suelo, mínimas necesidades de control y baja sensibilidad a los contaminantes disueltos en el agua residual.
Entre estos cultivos se encuentran especies forrajeras perennes, turbas, algunas especies de árboles, árboles y arbustos frutales y ciertos cultivos agrícolas. Las plantaciones forestales y forrajeras presentan una elevada capacidad de asimilación de nutrientes, mientras que los volúmenes de agua requeridos son significativamente menores que los que demandan los cultivos agrícolas.
Necesidades de pretratamiento
Las necesidades de pretratamiento se basan en la calidad del influente, es decir, la composición del agua residual a tratar. En este sentido, se deben considerar como varios procesos unitarios que se combinan con otros procesos para alcanzar un sistema de tratamiento complejo.
El nivel de pretratamiento puede variar desde un tratamiento primario básico hasta uno avanzado. Esto dependerá de la calidad exigida en el efluente y del objetivo final del tratamiento, que puede ser verter al cauce del río o reutilización agrícola, reutilización para limpieza de calles, reutilización para riego de jardines públicos u otros. Cuando se emplean especies forestales los niveles de pretratamiento se pueden reducir al mínimo viable para el tratamiento debido que el fruto de la plantación no está destinado a consumo humano.
Método de distribución
El método de distribución del agua residual se decide al inicio del diseño. Las plantas seleccionadas y el uso final de las aguas depuradas marcarán este aspecto relevante en el proyecto de construcción de un filtro verde. La eficiencia del sistema de distribución establece un parámetro importante en las necesidades totales de agua de riego. Los métodos de aplicación pueden ser: por inundación, por riego superficial, por aspersión, y por goteo.
Condicionantes
Los condicionantes para la selección de este tipo de tratamiento de agua residual son varios. No obstante, podemos señalar alguno de ellos: la integración paisajística con el entorno, el control de las condiciones desagradables, la protección de la salud pública, las limitaciones climáticas de los sistemas de distribución, y la adaptación al terreno de los cultivos.
Ejemplo de proyecto de filtro verde
El proyecto FILVER+ tiene una duración de cuatro años la regeneración de aguas mediante un nuevo concepto de filtro verde. El objetivo propuesto consiste en desarrollar un filtro verde enmendado que actúe como tratamiento secundario y terciario. Se busca maximizar la eliminación de nutrientes, microorganismos patógenos y contaminantes emergentes. Se emplean enmiendas de bajo coste y fácil adquisición, como las astillas de chopo y biochar. El material empleado trata de reducir sus requisitos de superficie y aumentar la calidad del agua infiltrada, y con ello, disminuir las afecciones al acuífero subyacente.
Requisitos en filtros verdes de aguas residuales
En su operación, deben alimentarse las parcelas de manera intermitente (cada 4 a 10 días), dependiendo de la cantidad de lluvias en cada época del año. El caudal de alimentación oscila entre 20 y 60 m3 de aguas residuales por hectárea y por día (m3/ha*d). El filtro verde tiene uno de los mayores potenciales de tratamiento de todos los sistemas de depuración debido a la aplicación de cargas relativamente bajas sobre el suelo vegetado y a la existencia de un ecosistema muy activo en el suelo, a escasa distancia de la superficie.
Para la instalación de un filtro verde se requieren una serie de condiciones relacionadas con el terreno y el agua residual:
Terrenos con características de permeabilidad y granulometría determinadas. Los más idóneos son los terrenos franco-arcillosos y franco-arenosos.
Nivel piezométrico a más de 1,5 m de la superficie (aunque generalmente este valor debe ser aumentado al doble o triple).
Superficie del orden de 1 ha por cada 250 habitantes. En otras palabras, equivale a un orden de magnitud entre 10 y 90 m2/hab. Esto depende de la climatología y de las características hidrogeológicas de la zona.
El efluente no debe contener sustancias nocivas para los cultivos.
Cumpliendo estos requisitos hay experiencias que han alcanzado rendimientos de eliminación: DQO entre 80-90%, DBO entre 90-95%, solidos en suspensión entre 90-95%, nitrógeno entre 80-90% y fósforo entre 80-90%.
Mantenimiento de filtros verdes
El mantenimiento de un sistema de filtros verdes consiste en la limpieza del pretratamiento, eliminación de la costra que se forma en la capa superficial del terreno (gradeo), la poda de los arboles, rotación de las parcelas de riego, limpieza de los depósitos encargados de recoger la muestra, inspección de los troncos, hojas y ramas de los árboles para detectar posibles plagas, eliminación de las hierbas que crecen alrededor de los troncos de los árboles empleándose hoces, guadañas, etc.
Estos sistemas de tratamiento se usan principalmente para la depuración de aguas residuales de pequeños municipios que posean de una superficie suficiente para su instalación.
Tipos de procesos con filtros verdes
Los filtros verdes se clasifican en tipo I y tipo II.
Sistemas tipo I: su principal objetivo es el tratamiento de las aguas. Este tipo se carcateriza porque la carga hidráulica no está controlada por la demanda de agua de la especie vegetal implantada. El parámetro clave en este sentido es la permeabilidad del terreno.
Sistemas tipo II: su objetivo principal se orienta a la reutilización de las aguas residuales mediante la producción de cosechas. En este caso la carga hidráulica viene condicionada por los requisitos concretos de la especie vegetal implantada.
¿Dónde se instalan filtros verdes?
Los filtros verdes pueden instalar en numerosos lugares, sin embargo, su utilización destaca en parques naturales. En otras palabras, resultará más fácil encontrarlos en lugares de gran valor ecológico, donde el valor paisajístico es elevado.
Un ejemplo son los filtros verdes para hoteles o casas rurales situadas en parajes de gran valor ambiental, que no están conectados a ninguna red de depuración de agua residual. En este caso, el coste de retirada de los fangos de fosas sépticas es elevado. Una solución natural y sostenible justifica el proyecto de un filtro verde.
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