Efectos de la vegetación y la composición de relleno sobre la remoción de nitrógeno y fósforo en humedales de tratamiento de aguas residuales - Di Giorgi, Hugo Daniel (2025)
Los humedales construidos han surgido como soluciones basadas en la Naturaleza (NBS, “Nature Based Solution”) en diversas prácticas de gestión de los recursos hídricos, como la regulación del ciclo hidrológico y la mejora de la calidad del agua. La creación de humedales implica la conversión de tierras altas o sistemas de aguas abiertas poco profundas en humedales con vegetación. Los humedales construidos (CW, “Constructed Wetland”), también llamados humedales de tratamiento se han desarrollado con el propósito principal de eliminar contaminantes de las aguas residuales (fuente puntual) o de escorrentía (fuente difusa), y poseen múltiples funciones ecológicas y beneficios socioeconómicos, siendo una alternativa confiable y sostenible para el tratamiento secundario y terciario de aguas residuales. Factores como las especies de plantas, la selección del sustrato, y las condiciones ambientales e hidráulicas afectan el rendimiento, con variaciones relacionadas principalmente con la temperatura, el tiempo de residencia hidráulica y las tasas de carga de contaminantes. Los procesos de remoción de nutrientes que ocurren en humedales de tratamiento son complejos, diversos y específicos, de modo que se requieren condiciones particulares para cada uno. La remoción de N, por ejemplo, involucra una serie de transformaciones, en su mayoría mediadas por microbios, que permiten exportarlo en forma gaseosa desde el agua hacia la atmósfera. Esta compleja serie de transformaciones constituye una parte importante del ciclo del N en la naturaleza y su ocurrencia e intensidad dependen de condiciones ambientales tales como el estado redox, la alcalinidad, la disponibilidad de materia orgánica, el pH y la temperatura. Con relación al fósforo, los procesos de remoción pueden ser tanto transitorios como sostenibles que, con períodos iniciales de adaptación, pueden extenderse por varios años. A medida que aumentan las concentraciones de entrada, también lo hace la eliminación de la carga de fósforo. La adsorción al sustrato proporciona una eliminación inicial de fósforo; sin embargo, este almacenamiento, aunque parcialmente reversible, termina por saturarse con el tiempo. La absorción por organismos, como bacterias, algas y macrófitos, también desempeña un papel crucial en las etapas iniciales de eliminación. No obstante, el ciclo natural de crecimiento, muerte y descomposición devuelve la mayor parte del fósforo absorbido al sistema, aunque una fracción significativa se incorpora a los sedimentos y suelos recién formados, contribuyendo así a la acumulación a largo plazo. El objetivo general del presente trabajo de tesis doctoral es investigar el efecto de materiales de relleno accesibles y de especies vegetales locales sobre la remoción conjunta de nitrógeno y fósforo en humedales de tratamiento. Para ello se buscó evaluar la eficiencia de distintos sistemas de humedales construidos para la eliminación de nutrientes (nitrógeno y fósforo) y materia orgánica en aguas residuales bajo diversas condiciones experimentales, tanto en experimentos controlados (mesocosmos) como en sistemas aplicados a escala real. Para este propósito se realizaron investigaciones en mesocosmos maduros de humedales de flujo vertical ascendente y descendente, y en una prueba piloto en una escuela rural. La investigación llevada a cabo en mesocosmos maduros de humedales de flujo ascendente sometidos a alta carga hidráulica y moderada carga orgánica (Capítulo 3), reveló que el tratamiento con especies vegetales y, en menor medida, el sustrato y la interacción entre ambos, afectaron significativamente la remoción de fósforo. En sustrato de conchilla, los tratamientos rindieron mejores resultados y se alcanzaron las máximas eficiencias con Scirpus giganteus y Schoenoplectus californicus. Este estudio puso de manifiesto la interacción compleja entre sustratos y vegetales, evidenciando que ciertas combinaciones potencian la remoción de nutrientes de manera más eficaz. En los mesocosmos de flujo vertical descendente rellenos de arena, un material más accesible pero menos reactivo para la remoción de fosforo, se ensayaron cargas hidráulica y orgánica moderadas, consistentes con el objetivo de evaluar el rendimiento de remoción de nutrientes sobre un efluente con tratamiento secundario (Capítulo 5). Bajo este régimen de cargas más bajas que en el experimento anterior, la especie Equisetum giganteum demostró ser la más eficiente en términos de remoción de nutrientes, superando a otras helófitas comúnmente utilizadas, como Phragmites australis y Typha latifolia. Incluso con respecto al fósforo, la investigación reveló una remoción con E. giganteum tres veces mayor que la obtenida con P. australis. El sistema de tratamiento a escala real implementado en una escuela rural también demostró ser eficaz en la remoción de materia orgánica, alcanzando valores promedio de remoción superiores al 80% en su última etapa. Sin embargo, la remoción de nutrientes fue más variable, con una eficiencia promedio del 25,4% de nitrógeno amoniacal, 36,6% de nitrógeno total y 31,8 % de fósforo total. Estos resultados reflejan tanto las limitaciones del diseño de los humedales saturados como las condiciones operativas subóptimas, especialmente en lo que respecta a las cargas hidráulicas y orgánicas aplicadas, que superaron los valores recomendados en la literatura para sistemas de humedales horizontales y verticales. Finalmente, se plantean en las conclusiones recomendaciones para la optimización de humedales construidos, y formulan consideraciones sobre futuras líneas de investigación que pueden continuar con el estudio de la remoción de nutrientes en humedales construidos.