Biotecnologia: humedales artificiales.

1. MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL
Presentado por:
LUZ ADRIANA CASTAÑO BUITRAGO
JHENNY KATHERINE HUETIO PASSOS
MAURICIO FERNANDO ORTIZ SARRIA
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL
SEPTIEMBRE , 2015

2. BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL MEDIANTE LA IMPLEMENTACION DE
HUMEDALES ARTIFICIALES (FILTROS VERDES) PARA EL TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES Y URBANAS.
Trabajo presentado por:
LUZ ADRIANA CASTAÑO BUITRAGO
JHENNY KATHERINE HUETIO PASSOS
MAURICIO FERNANDO ORTIZ SARRIA
Módulo:
BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL
Docente:
Carlos Arturo Granada Torres
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
SEMESTRE III
2015

3. BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL MEDIANTE LA IMPLEMENTACION DE
HUMEDALES ARTIFICIALES (FILTROS VERDES) PARA EL TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS, INDUSTRIALES Y URBANA.
La Sociedad Internacional de Biotecnología Ambiental define que Biotecnología
ambiental es "el desarrollo, uso y regulación de sistemas biológicos para la
remediación de entornos contaminados (tierra, aire, agua) y para procesos
amigables con el entorno natural (tecnologías "verdes" y desarrollo sustentable)".
Cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas
derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a
su condición natural se denomina dentro de la Biotecnología ambiental como
biorremediación que puede ser empleada para atacar contaminantes específicos
en diferentes contextos como en aguas residuales, dentro de estos procesos
encontramos la aplicación de humedales artificiales que al igual que en los
naturales, se combina un entramado complejo de procesos físicos, químicos y
biológicos que hacen de ellos delicados ecosistemas.
El grado de control que el hombre puede realizar sobre estos procesos es la
principal diferencia entre los humedales naturales y artificiales. Las plantas de
estos humedales juegan un importante papel en esta actividad de depuración
(Quian, et al, 1999). Pueden clasificarse de acuerdo con su forma de vida en tres
grandes grupos:
 Macrófitos emergentes: aquellas plantas que tienen parte de su estructura
vegetal dentro del agua, y otra parte aérea. Comprende especies como
Phragmites australis, Glyceria sp., Typha sp., Iris sp.
 Macrófitos flotantes: incluye aquellas especies cuya raíz está en el sustrato
y sus flotan en la superficie del agua (como Potamogeton natans, Nuphar
sp., Nymphaea sp.), y otras no enraizadas en el sustrato y cuyas hojas son
también flotantes (por ejemplo Lemna sp., Eichornia crassipes).
 Macrófitos sumergidos: cuyos tejidos fotosintéticos se encuentran
totalmente sumergidos en el agua, y generalmente sus flores son aéreas,
por ejemplo Elodea, Myriophyllum, Isoetes, Lobelia). (Brix, 2003).
Los sistemas de depuración basados en macrófitos consisten generalmente en un
monocultivo o policultivo de macrófitos, dispuestos en tanques, lagunas o zanjas
poco profundas y con un tiempo de retención superior al de los sistemas
convencionales. La elección del tipo de planta depende de su adaptabilidad al
clima de la región, de su capacidad de transporte de oxígeno de la superficie a la
rizosfera, de su tolerancia a altas concentraciones de contaminantes así como de
su capacidad para asimilarlo, de su alta presencia en la zona donde se va a
instalar el sistema, de la facilidad para recolectarlas y posterior transporte y su fácil
autogeneración (Ansola, 2003).

4. Un humedal artificial (Wetland) es un sistema complejo de medio saturado,
diseñado y construido por el hombre, con vegetación sumergida y emergente y
vida animal acuática que simula un humedal natural para el uso y beneficio
humano.
El tipo de flujo de humedal es uno de los aspectos más importantes que hay que
decidir para su diseño, dimensionado y construcción:
 Humedales de flujo superficial (aeróbicos), en los que existe una lámina
de agua más o menos profunda, por encima del sustrato. Los sistemas
de humedales se describen típicamente por la posición de la superficie
del agua y/o el tipo de vegetación presente. La mayoría de los
humedales naturales son sistemas de flujo libre superficial en los cuales
el agua está expuesta a la atmósfera; estos incluyen a los fangales
(principalmente con vegetación de musgos), las zonas pantanosas
(principalmente de vegetación arbórea), y las praderas inundadas
(principalmente con vegetación herbácea y plantas macrófitas
emergentes). En el caso de los humedales FLS esos sustratos son las
porciones sumergidas de las plantas vivas, los detritos vegetales, y la
capa béntica del suelo1
.
 Humedales de flujo subsuperficial (anaeróbicos) en los cuales el agua
discurre empapando el sustrato. Los humedales de flujo subsuperficial
(HFS) se diseñan y construyen para que el agua fluya a través de la
zona radicular de la vegetación y por lo tanto no presentan una
superficie libre de flujo. Este sistema consiste en una excavación que
contiene un lecho de material filtrante que generalmente es grava, el
cual soporta el crecimiento de la vegetación emergente. En esencia, un
humedal de flujo subsuperficial se clasifica como un sistema de
tratamiento de película fija (Metcalf and Eddy, 1991) Los contaminantes
en los sistemas con macrófitas son removidos por una variedad
compleja de procesos biológicos, físicos y químicos, incluyendo
sedimentación, filtración, adsorción en el suelo, degradación
microbiológica, nitrificación y denitrificación, decaimiento de patógenos y
metabolismo de las plantas. Las macrófitas remueven contaminantes
por asimilación directa dentro de sus tejidos, además proveen superficie
de contacto y un ambiente adecuado para que los microorganismos
transformen los contaminantes y reduzcan sus concentraciones. La
transferencia de oxígeno dentro de la zona radicular es otro proceso que
contribuye a la remoción de contaminantes por la creación de un
ambiente aerobio para algunas poblaciones bacterianas2
. El medio
1
Conil, Philippe - Gerente Biotec -Avances conceptuales para el tratamiento de las aguas residuales domesticas (A.R.D)
en el trópico y estudio de casos, - - 43 Congreso Nacional de ACODAL
2
Dirección técnica de gestión de acueducto y alcantarillado de Bogotá. Informe técnico sobre sistema de tratamiento de
aguas residuales en Colombia línea de base 2010. Superintendencia delegada para acueducto, alcantarillado y aseo;

5. filtrante de los HFS puede ser cascajo de piedra, grava, diferentes tipos
de suelo o sustratos enriquecidos, que soportan el crecimiento de
vegetación emergente. El agua fluye horizontalmente a través de las
raíces de las plantas y el medio filtrante, luego el efluente tratado es
recolectado en un canal de salida o tubería3
.
Las especies vegetales a implantar deberán tener una importante capacidad de
asimilación de nutrientes, rápido crecimiento, gran consumo de agua por
transpiración, tolerancia a los suelos húmedos, escasa sensibilidad a los
componentes del agua residual y unas mínimas exigencias de explotación. Las
especies vegetales más usadas en los filtros verdes son los chopos
(PopulusNigra), aunque en la actualidad se está empezando a utilizar eucaliptos
(Eucalyptus).
La depuración se realiza mediante la acción conjunta del suelo, los
microorganismos y las plantas por medio de una triple acción: física (filtración),
química (intercambio iónico, precipitación y coprecipitación, fenómenos de óxido-
reducción) y biológica (degradación de la materia orgánica). Esta depuración tiene
lugar en los horizontes superiores del
Las raíces de las plantas actúan como bombas aspirantes que extraen de la
solución del suelo el agua y las sales minerales necesarias para su desarrollo. En
cuanto a los microorganismos del suelo, las acciones más importantes se deben a
las bacterias, hongos, algas y protozoos; la principal función es la descomposición
de la materia orgánica. Por otra parte la conversión de una superficie de terreno
en filtro verde, originará unas condiciones ambientales típicas que darán origen a
una biocenosis en la que se establecen interacciones de competición y
antagonismo. Como consecuencia de estas interacciones se logra una elevada
tasa de eliminación de organismos patógenos aportados por el agua residual. Con
estas tecnologías las aguas depuradas no son reutilizables de forma inmediata,
sino que se infiltran en el terreno y se incorporan a los acuíferos. Es necesario
controlar la calidad del agua que se infiltra tomando muestras a distintas
profundidades, para eso se instala en la parcela un red de lisímetros.
Algunas ventajas de los humedales artificiales en relación con sistemas de
depuración tecnológicos son el bajo costo, fácil mantenimiento, su principal
limitación es que requiere amplias superficies de terreno.
Ventajas:
 Fácil construcción y operación.
BOGOTÁ, D.C., Octubre de 2012.
3
EPA Unitated States Environmental Protection Agency. (2000). Folleto informativo de sistemas descentralizados.
Tratamiento aeróbico. National Service center for Environmental Publications (NSCEP).

6.  El mantenimiento puede reducirse a la limpieza de las unidades de
pretratamiento y sedimentación Inexistencia de averías por la
carencia de equipos mecánicos.
 No existe demanda de consumo de energía eléctrica.
 Se integra de forma armónica en el medio natural.
 Posibilidad de compensar algunos costes operativos con la venta de
madera.
 No se producen lodos.
 Altos rendimientos de operación.
 Pueden asimilar bien caudales pico e incrementos de carga
contaminantes.
 Actúan como sumidero de CO2, fijando unas 150 t/año por hectáreas
de chopera.
 Se consigue de forma indirecta la protección de los bosques y la
mejora de la calidad de la atmósfera.
Inconvenientes:
 En climas de invierno frio se produce una parada vegetativa en el
crecimiento de los cultivos instalados en el filtro disminuyendo
sensiblemente el rendimiento de eliminación de contaminantes del
sistema.
 Debido a la disminución de los procesos de evapotranspiración se corre
el riesgo de que pueda afectar al agua subterránea.
 Limitación de su aplicación en zonas de alta pluviosidad.
 La exigencia de grandes áreas de terreno para la implantación del filtro
verde.
 No es aplicable a todos los suelos (depende de su capacidad de
infiltración y de la profundidad del nivel freático).
Sistemas Naturales de Depuración
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. Las dos diferencias
fundamentales de los sistemas naturales respecto a los convencionales son un

7. nulo consumo energético para descontaminar y una mayor superficie de
tratamiento.
Los sistemas naturales de depuración también son conocidos en la literatura
científica y técnica como tecnologías no convencionales, sistemas de bajo coste,
tecnologías blandas y sistemas verdes, entre otros.
En las últimas décadas los sistemas naturales se han venido utilizando de forma
creciente gracias a sus características de construcción y funcionamiento: su coste
de inversión suele ser competitivo, requieren de poco personal para su
mantenimiento, no presentan consumo energético o se reduce al necesario para
bombeos de cabecera, y no generan grandes cantidades de lodos de forma
continuada. Los sistemas naturales pueden clasificarse en dos categorías según el
tratamiento tenga lugar fundamentalmente en el terreno o en una masa de agua.
En los tratamientos con aplicación del agua residual sobre el terreno el suelo es el
receptor de ésta. En este tipo de tratamientos son fundamentales las interacciones
entre el agua intersticial y la biopelícula que crece adherido sobre el sustrato
sólido.
Humedales Artificiales (construidos)
Los humedales construidos son sistemas de depuración constituidos por lagunas o
canales poco profundos (de menos de 1 m) plantados con vegetales propios de
las zonas húmedas y en los que los procesos de descontaminación tienen lugar
mediante las interacciones entre el agua, el sustrato sólido, los microorganismos,
la vegetación e incluso la fauna. Los humedales construidos también se
denominan humedales artificiales. Atendiendo el tipo de circulación del agua, los
humedales construidos se clasifican en flujo superficial o en flujo subsuperficial.
A continuación se presentan los tipos de humedales construidos; A, con flujo
superficial, y B, con flujo subsuperficial horizontal.

8. En los sistemas de flujo superficial el agua está 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 con una profundidad de la lámina de agua entre 0,3 y 0,4 m, y con plantas.
Se suelen aplicar para mejorar la calidad de efluentes que ya han sido
previamente tratados en una depuradora. En los humedales de flujo subsuperficial
la circulación del agua es de tipo subterráneo a través de un medio granular y en
contacto con las raíces y rizomas de las plantas. La profundidad de la lámina de
agua suele ser de entre 0,3 y 0,9 m. La biopelícula que crece adherida al medio
granular y a las raíces y rizomas de las plantas tiene un papel fundamental en los
procesos de descontaminación del agua. La terminología utilizada para designar a
los sistemas de flujo subsuperficial es particularmente confusa. Frecuentemente
se utilizan indistintamente términos como filtros de plantas, filtros verdes, biofiltros,
lechos de plantas y lechos de juncos, entre otros. Puesto que estos términos
también se utilizan para otros tipos de tratamientos, se recomienda al lector
reconocer a estos sistemas como humedales construidos de flujo subsuperficial.
Las principales diferencias de los sistemas de flujo subsuperficial respecto a los
superficiales son: mayor capacidad de tratamiento (admiten mayor carga
orgánica), bajo riesgo de contacto del agua con las personas y de aparición de

9. insectos, y menor utilidad para proyectos de restauración ambiental debido a la
falta de lámina de agua accesible.
Tipos de humedales de flujo subsuperficial
Los humedales de flujo subsuperficial se clasifican según el sentido de circulación
del agua en horizontales o verticales.
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 del 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 g DBO/m2×día.
Los humedales horizontales están 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 regulables para
controlar el nivel del agua.
Impermeabilización Es necesario disponer de una barrera impermeable para
confinar al sistema y prevenir la contaminación de las aguas subterráneas.
Dependiendo de las condiciones locales puede ser suficiente una adecuada
compactación del terreno. En otros casos será necesario realizar aportaciones de
arcilla o utilizar láminas sintéticas.
Humedales de flujo vertical
Esta tipología de humedales fue desarrollada en Europa como alternativa a los
humedales horizontales para producir efluentes nitrificados4
. En general los
sistemas verticales se combinan con horizontales para que se sucedan de forma
progresiva los procesos de nitrificación y desnitrificación y se consiga así eliminar
nitrógeno. La circulación del agua es de tipo vertical y tiene lugar a pulsos, de
manera que el medio granular no está permanentemente inundado. La
profundidad del medio granular es de entre 0,5 y 0,8 m. Operan con cargas de
alrededor de 20 g DBO/m2×día.
4
1 Cooper P. (2005). The performance of vertical flow constructed wetland systems with special
reference to the significance of oxygen transfer and hydraulic loading rates. Wat. Sci. Tech. 51 (9),
91-97.

10. Los sistemas verticales tienen una mayor capacidad de tratamiento que los
horizontales (requieren de menor superficie para tratar una determinada carga
orgánica). Por otra parte, son más susceptibles a la colmatación.
9Humedal construido de flujo subsuperficial vertical
De forma similar a los humedales horizontales, los verticales están constituidos
por los siguientes elementos: (1) estructuras de entrada del afluente, (2)
impermeabilización, (3) medio granular, (4) vegetación y (5) estructuras de salida.
Adicionalmente suelen incluir tuberías de aireación.
Mecanismos de eliminación de los contaminantes
Las plantas depuradoras de aguas residuales urbanas se han diseñado
corrientemente para eliminar materia en suspensión y materia orgánica. En los
últimos años la eliminación de nutrientes (nitrógeno y fósforo) también se ha ido
introduciendo como objetivo a alcanzar. De hecho, en la actualidad los procesos
de eliminación de nutrientes se podrían considerar ya como convencionales. La
eliminación de microorganismos fecales parece que en un futuro cercano también
seráun objetivo generalizado, especialmente en zonas como la Mediterránea donde
la reutilización del agua va a tener un papel relevante dentro de la gestión integral
de los recursos hídricos. A continuación se describen los mecanismos de
eliminación de estos contaminantes en los humedales de flujo subsuperficial.

11. Estos mecanismos son complejos y sólo se presenta un breve resumen.
Descripciones más detalladas se pueden encontrar en los textos de Kadlec y
Knight (1996)5
, y Crites y Tchobanoglous6
, Kadlec et al. (2000)5 y US EPA (2000)6
A continuación observamos un esquema simplificado de los procesos que
intervienen en la degradación de la materia orgánica en los humedales.
5
Kadlec, R.H., Knight, R.L., Vymazal, J., Brix, H., Cooper, P. y Haberl, R. (2000). Constructed
Wetlands for Pollution Control: Processes, Performance, Design and Operation. IWA Specialist
Group on Use of Macrophytes in Water Pollution Control, IWA Publishing, 155 pp.
6
Crites, R. y Tchobanoglous, G. (1998). Small and Decentralized Wastewater
Management Systems. McGrawHill, New York, 1084 pp.

12. CONCLUSIONES
La implementación de sistemas biológicos como los humedales para el de
tratamiento de aguas residuales debe fortalecerse ya que son sistemas con muy
buenos porcentajes de remoción, garantizando que la mayor cantidad de aguas
residuales producidas se pueda tratar adecuadamente.
Los Biofiltros y humedales naturales representan el inicio de las técnicas
artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas, agropecuarias e
industriales; propiciando el uso de elementos vivos que transforman los
contaminantes en productos reutilizables o amigables con el ambiente.
Los humedales artificiales en relación con sistemas de depuración tecnológicos
son el bajo costo, fácil mantenimiento, su principal limitación es que requiere
amplias superficies de terreno.
Los humedales artificiales son sistemas complejos diseñados y construidos por el
hombre, con vegetación sumergida y emergente y vida animal acuática que simula
un humedal natural para el uso y beneficio humano.

13. BIBLIOGRAFIA
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14. ESPINOSA, A, et al (2009). Atrazina en secciones circulares de raices de tres
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Kadlec, R.H., Knight, R.L., Vymazal, J., Brix, H., Cooper, P. y Haberl, R. (2000).
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Wetlands for Pollution Control: Processes, Performance, Design and Operation.
IWA Specialist
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IWA Specialist Group on Use of Macrophytes in Water Pollution Control, IWA
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http://www.fundacionhumedales.org/component/tags/tag/12-filtros-verdes.html