La fitodesalación y la fitorremediación utilizan plantas capaces de absorber, retener, degradar o inmovilizar contaminantes presentes en el agua y en el suelo. Estas soluciones basadas en la naturaleza permiten afrontar dos problemas relacionados: la contaminación de los recursos hídricos y el aumento de la concentración de sales.
El tratamiento de fitodesalación (FITODESAL) consiste en la extracción de la sal y del NaCl de aguas y suelos mediante la utilización de plantas propias de medios salinos, que tienen la capacidad de extraer la sal y mantenerla en las hojas.
Este tratamiento aprovecha la solubilidad del NaCl para su absorción por parte de ciertas plantas que necesitan la sal para su óptimo desarrollo. El manejo de estos cultivos perennes permite reducir la conductividad y la sal de ciertos suelos salinos, especialmente en las zonas áridas de la cuenca mediterránea.
Qué es la fitorremediación y cómo actúa
La fitorremediación es un conjunto de tecnologías que utiliza las plantas para reducir, degradar o inmovilizar compuestos orgánicos contaminantes (naturales o sintéticos), de la tierra, del agua o del aire y que provienen de las actividades humanas.
Las macrófitas son plantas capaces de crecer en suelos saturados de agua y de interactuar con bacterias beneficiosas que facilitan la remoción de contaminantes.
Las macrófitas no solo embellecen los cuerpos de agua, sino que desempeñan un papel activo en su purificación. Gracias a sus sistemas radiculares, pueden absorber metales pesados, eliminar nutrientes en exceso como nitrógeno y fósforo, y facilitar el transporte de oxígeno, lo que ayuda a mejorar la calidad del agua y reduce el crecimiento de algas nocivas.
En esta línea trabajan los miembros del Grupo de Investigación Ecofisiología de Plantas Costeras de la Universidad de Sevilla, que estudia especies como Spartina maritima, Spartina densiflora y Arthrocnemun mascrotachyum.
Estas especies presentan capacidades óptimas para combatir la contaminación de los suelos de la provincia, así como para disminuir la concentración de sales.
El grupo analiza la tolerancia de las plantas a determinados metales y su capacidad de absorción. “Vemos si una planta es tolerante a un determinado metal como el cadmio, por ejemplo, así como su capacidad de absorción”.
Por qué aumenta la salinidad del agua y del suelo
La sobreexplotación de acuíferos en zonas costeras y la introducción masiva de sistemas de riego provocan situaciones de altas concentraciones de sales que contaminan los suelos.
La escasez de agua potable tiene diversas causas: incremento de la población mundial, ríos que ya no llegan al mar, acuíferos que se secan, contaminación, etc.
Uno de cada cuatro habitantes del planeta vive en regiones en las que escasea el agua. En la tierra, una de cada cuatro personas vive en regiones en las cuales el agua escasea durante una parte del año. De ellas unos 500 millones sufren escasez de agua todo el año.
La salinización afecta especialmente a las zonas costeras y a los ecosistemas sometidos a intrusión marina. También puede agravarse por el cambio climático y por una gestión ineficiente de los recursos hídricos.
Plantas halófitas para reducir la salinidad
Cenizo blanco: Atriplex portulacoides
El cenizo blanco, una planta halófita de la familia de las Atriplex portulacoides, ha resultado ser efectiva para mitigar la salinidad en el agua dulce derivada de la actividad humana y del cambio climático.
Esta planta, que crece en arenas litorales, es tolerante a la sal de su entorno, algo que le aporta aguante frente a incrementos de salinidad y su regulación.
La investigación ha evaluado cómo el aumento de salinidad del agua dulce influye en la retención de sodio de A. portulacoides, un halófito que reduce la sal.
En España, esta planta puede encontrarse de forma natural en toda la zona mediterránea, por lo que puede usarse como herramienta para mitigar los efectos de la intrusión salina en proyectos de restauración.
Resultados del experimento con distintos niveles de salinidad
Para el experimento, los investigadores pusieron varias plantas de cenizo blanco en nueve canales con tres niveles de salinidad: 2,5, 10 y 30 miliSiemens por centímetro cuadrado.
Como referencia, la salinidad del mar es de 50-55 miliSiemens por centímetro cuadrado.
| Elemento evaluado | Resultado |
|---|---|
| Niveles de salinidad del experimento | 2,5, 10 y 30 miliSiemens por centímetro cuadrado |
| Salinidad de referencia del mar | 50-55 miliSiemens por centímetro cuadrado |
| Zona de mayor retención de sodio | Hojas |
| Retención potencial | Hasta 1 kilo de sodio por metro cúbico de agua al día |
| Relación observada | Un incremento de 3 veces en la salinidad produjo un aumento de 10 veces de la capacidad de retención |
Posteriormente, los científicos midieron la cantidad de sodio acumulada en cada una de las plantas, y detectaron que la cantidad de sodio retenido en las hojas es mayor que la retenida en el resto de la planta, independientemente del grado de salinidad.
Por otro lado, el contenido de sodio en las hojas y los tallos tiende a aumentar a medida que se incrementa la salinidad en el agua.
Sin embargo, los expertos han observado que este aumento en la retención de sodio no es proporcional al incremento de salinidad del agua, sino que es notablemente mayor.
De hecho, un incremento de 3 veces en la salinidad del agua conlleva en las plantas un aumento de 10 veces de la capacidad de retención de sodio, según los datos del experimento.
“Estas plantas podrían llegar a retener diariamente hasta 1 kilo de sodio por metro cúbico de agua”.
La estimación se obtuvo combinando las tasas de retención de sodio con los datos de densidad de A. portulacoides en ambientes naturales.
Canales del Urban River Lab en los que se ha experimentado con cenizo blanco para resolver los problemas asociados a la salinización de aguas dulces.
Otras plantas costeras tolerantes a la sal
Spartina maritima, Spartina densiflora y Arthrocnemun mascrotachyum son algunas de las especies que estudia el Grupo de Investigación Ecofisiología de Plantas Costeras de la Universidad de Sevilla.
Estas plantas propias de ambientes costeros pueden emplearse en investigaciones sobre la disminución de la concentración de sales y la recuperación de suelos afectados por contaminantes.
Fitodesalación de aguas y suelos salinos
También es posible la eliminación de sal mediante estas plantas en aguas residuales saladas si se han tratado biológicamente antes para la eliminación de residuos.
La utilización de técnicas biológicas para la extracción de sal en suelos y aguas salinas es el principal aspecto innovador de este tratamiento, siendo así un tratamiento totalmente respetuoso con el medioambiente.
La principal ventaja de su utilización es que se evita la degradación de suelos y, por tanto, logra un aprovechamiento agronómico de suelos salinos que no se ponen en cultivo por sus características.
El manejo de cultivos perennes de plantas halófitas puede contribuir a reducir la conductividad y la sal de determinados suelos salinos, sobre todo en regiones áridas de la cuenca mediterránea.
Plantas descontaminantes para aguas residuales
La elección de las plantas acuáticas o semiacuáticas para los filtros de fitodepuración de aguas residuales para obtener un nivel óptimo de saneamiento no se hace al azar.
No todas las especies vegetales tienen la misma estructura radicular ni la misma capacidad de absorción de nitratos, fosfatos o metales pesados.
Los humedales artificiales son una tecnología sustentable que combina procesos físicos, químicos y biológicos para depurar el agua de manera eficiente.
El uso de plantas en el tratamiento de aguas residuales se enmarca en el enfoque de economía circular, promoviendo el reúso del agua tratada y minimizando el impacto ambiental.
Carrizo: Phragmites australis
El Phragmites australis o carrizo se utiliza mucho para la fitodepuración, ya que estas plantas pueden desarrollar rápidamente un sistema radicular filtrante muy denso.
Gracias a su impresionante capacidad de filtrado y descontaminación de aguas residuales, la caña se utiliza para crear sistemas de depuración de un solo nivel.
Cuando están bien diseñados, los lechos filtrantes con juncos pueden igualar o superar el rendimiento de un sistema de dispersión y filtros de arena en materia de saneamiento de aguas residuales.
Los efluentes reciclados en una fosa séptica se conducen eventualmente a un prefiltro antes de llegar al lecho filtrante con juncos para finalizar el proceso de fitodepuración.
Perteneciente a la familia de las poáceas, el Phragmites australis puede alcanzar los 4 metros de altura en su punto de máximo desarrollo.
Se encuentra principalmente en las zonas húmedas de países con clima templado. Estas plantas acuáticas de tallos robustos pueden soportar episodios pasajeros de sequía.
El Phragmites también puede resistir temperaturas de hasta -25⁰C.
En un filtro vertical con arena y grava, las Phragmites australis pueden desarrollar sus raíces hasta 60 u 80 cm de profundidad. Esto depende de las condiciones de humedad y de la disponibilidad de materia orgánica nutritiva.
El Phragmites australis o carrizo se utiliza mucho para la fitodepuración, ya que estas plantas pueden desarrollar rápidamente un sistema radicular filtrante muy denso.
Se trata de una especie invasora que prolifera diseminando sus semillas y activando una potente red de rizomas horizontales.
Estos últimos pueden tener hasta 2 cm de diámetro. Cada caña común puede desarrollar un centenar de tallos por m² en el estanque de saneamiento natural de aguas residuales.
El poderoso sistema de raíces rizomatosas de estas plantas acuáticas de fitodepuración permite capturar gran parte de las materias en suspensión en el agua.
Los nitratos y fosfatos resultantes de la degradación de la materia orgánica serán utilizados en parte por los juncos para mantener su crecimiento.
La dinámica de crecimiento de las plantas acuáticas Phragmites australis también evita la colmatación del suelo, a la vez que garantiza una oxigenación óptima de las bacterias aeróbicas.
El denso sistema rizomatoso de la caña común también facilita la buena infiltración del agua en el estanque de saneamiento natural de las aguas residuales.
Espadaña y totora
El lecho filtrante de espadaña también se utiliza para el pretratamiento en el sistema de fitodepuración de doble nivel.
Esta especie, que se adapta fácilmente a la mayoría de los suelos, es una de las mejores plantas acuáticas filtrantes para el saneamiento ecológico individual de las aguas residuales.
El uso de plantas como la totora, el junco, el paragüitas y la lechuga de agua está revolucionando el tratamiento de aguas residuales en Perú.
Estas especies, conocidas como macrófitas, pueden crecer en suelos saturados de agua e interactuar con bacterias beneficiosas.
Lirio de los pantanos: Iris pseudacorus
La gama Iris ofrece un filtro floral decorativo al final del recorrido del agua contaminada.
La planta acuática filtrante dominante de este sistema de saneamiento floral es el lirio de agua o lirio de los pantanos.
Su densidad óptima en un sistema de fitodepuración es de 4 plantas por m².
En estado silvestre, esta planta, sumergida permanentemente, se encuentra generalmente en charcas, arroyos, zanjas y cerca de las orillas.
Esta especie ornamental semiperenne de la familia de las iridáceas es fácilmente reconocible por sus grandes flores de color amarillo, que son muy decorativas.
En el momento de la floración, los lirios de los pantanos pueden alcanzar hasta 1,2 m de altura.
En el sistema individual de fitodepuración de efluentes, la profundidad de agua ideal para un buen desarrollo radicular del Iris pseudacorus varía entre 10 y 35 cm.
Esta vigorosa planta filtrante resiste bien las bajas temperaturas, hasta -28⁰C.
Sus propiedades de filtración y descontaminación de aguas sucias son muy interesantes, aunque no igualan a las del Phragmites australis.
El junco descompone la materia orgánica contaminante de gran tamaño gracias a las bacterias aeróbicas de su sistema radicular.
Después de esta etapa de tratamiento en el lecho filtrante de lirios, el agua todavía contiene nitratos o fosfatos en exceso.
También puede contener agentes biológicos infecciosos.
Esta población de sustancias químicas y biológicas es un recurso nutritivo para las plantas de lirio de los pantanos de su sistema individual ecológico de saneamiento de aguas residuales.
Carex acutiformis y Carex riparia
Los filtros plantados con carex contienen dos especies vegetales depuradoras principales: Carex acutiformis, conocida como juncia de pantano, y Carex riparia, conocida como juncia de ribera.
Estas plantas se utilizan generalmente en la segunda etapa de tratamiento de aguas residuales en los sistemas de fitodepuración.
Carex acutiformis
Perteneciente a la familia de las ciperáceas, la juncia de pantano es una gramínea ornamental originaria de Europa.
En estado silvestre, el Carex acutiformis se encuentra en pantanos, marismas, estanques, charcas o incluso cuencas, generalmente entre el nivel del mar y los 1300 metros de altitud.
Es una planta acuática filtrante y perenne con una silueta puntiaguda cuya altura varía entre 50 y 120 cm de media.
Presenta hojas lineales y ásperas con un borde cortante.
En el sistema de saneamiento de aguas residuales, el Carex acutiformis se desarrolla con bastante rapidez gracias a su importante tallo rizomatoso y estolonífero.
Esta planta de depuración natural de efluentes no requiere mantenimiento y puede soportar temperaturas bajas de hasta -15⁰ C.
Carex riparia
Esta especie de carex se distingue de las demás por sus tallos ásperos y triangulares, así como por sus hojas largas y anchas y afiladas.
Se trata de una planta semiacuática filtrante con follaje perenne azulado que se encuentra en las orillas, como arroyos y ríos, en el medio natural.
También presente en los humedales, la Carex riparia se desarrolla idealmente en suelos limosos.
Al igual que la Carex acutiformis, puede plantarse para retener las orillas.
La juncia de ribera es un elemento esencial de los filtros vegetales ornamentales.
Para capturar bien las materias biológicas y químicas, la distancia entre el sistema rizomatoso de la planta y la superficie del agua no debe superar, idealmente, los 10 cm.
Las juncias de ribera son muy resistentes, hasta -22 °C.
Para la depuración de aguas sucias mediante fitodepuración, se recomienda el uso de 6 a 8 plantas por m² en el filtro plantado de Carex.
Menta acuática: Mentha aquatica L.
Miembro de la familia de las Lamiaceae, la Mentha aquatica L. es una excelente planta acuática filtrante.
Por lo general, se integra en filtros plantados de Carex y en lechos filtrantes de la gama Iris.
En la etapa adulta, la menta acuática puede alcanzar los 50 cm de altura.
Puede resistir inviernos duros en los que la temperatura puede descender hasta -28 °C.
Esta especie perenne, muy aromática, se desarrolla en aguas poco profundas, entre 0 y 20 cm de profundidad.
Esta planta perenne, que se adhiere a las orillas, presenta flores melíferas de color rosa malva y hojas verdes bordeadas de rojo.
Es muy apreciada por sus notables propiedades decorativas en la composición de filtros plantados con flores.
En el sistema de saneamiento natural individual, se suele recomendar una densidad de 4 a 6 ejemplares por m².
Para el mantenimiento de esta especie de referencia en la fitodepuración, basta con cortar en primavera los tallos secos y sin flores de la planta.
Salicaria común: Lythrum salicaria
Muy utilizada en la fitodepuración, la Lythrum salicaria se encuentra de forma natural en medios pantanosos o húmedos, en estanques o a lo largo de cursos de agua.
El sistema radicular de esta especie vegetal semiacuática capta los nitratos y el fósforo contenidos en el agua ya tratada en los filtros anteriores.
Esta planta perenne se reconoce por su follaje caduco y sus largas espigas de flores de color rosa púrpura.
Tiene un gran tamaño que varía entre 1 y 1,5 m.
Cuando se combina con la Iris pseudacorus, la salicaria común aporta color al filtro y embellece el espacio exterior.
Esta especie ornamental de crecimiento rápido en suelos húmedos o pantanosos puede soportar temperaturas bajas de entre -23 y -28⁰ C.
La distancia entre el sistema radicular de la planta y la superficie del agua debe variar idealmente entre 0 y 25 cm.
Cómo funcionan los filtros vegetales
Los sistemas de fitodepuración combinan la acción de las raíces, el sustrato, el agua y los microorganismos asociados.
Los efluentes pasan por distintas etapas de tratamiento, en las que se retienen materias en suspensión y se transforman o absorben nutrientes y otros contaminantes.
Las raíces y los rizomas crean una estructura que facilita la infiltración del agua y proporciona superficies de contacto para las bacterias aeróbicas.
La oxigenación favorece la actividad de bacterias que participan en la degradación de la materia orgánica.
Los nitratos, fosfatos y otros nutrientes pueden ser utilizados parcialmente por las plantas para mantener su crecimiento.
La selección de especies depende de la profundidad del agua, el tipo de suelo, la salinidad, el clima, la disponibilidad de materia orgánica y el objetivo del tratamiento.
Mantenimiento de los sistemas de fitodepuración
Los filtros plantados con juncos requieren muy poco mantenimiento en comparación con otros filtros de fitodepuración disponibles.
Basta con asegurarse de que el sistema de filtración siempre reciba aguas residuales, especialmente en épocas de sequía, cuando las raíces de las plantas aún no están bien desarrolladas.
Durante los tres primeros años de vida de la planta acuática filtrante, también hay que eliminar las malas hierbas que pueden impedir su buen crecimiento.
La proliferación de estas hierbas también puede obstruir parcialmente el lecho filtrante.
Para que la eficacia de la fitodepuración sea duradera, el estanque de saneamiento ecológico de las aguas residuales debe limpiarse cada diez años de media.
El mantenimiento debe adaptarse a cada especie y al diseño del humedal artificial. En el caso de la Mentha aquatica L., basta con cortar en primavera los tallos secos y sin flores de la planta.
Desalinización industrial y límites ambientales
Para cubrir las necesidades de agua se utilizan, cada vez más, las llamadas plantas desalinizadoras instaladas, mayoritariamente, en un 90%, en los países ricos del planeta.
En ellas, se hace potable el agua del mar limpiándola de partículas en suspensión y eliminando el exceso de minerales y sales.
Los métodos más antiguos, utilizados ya por los navegantes griegos, consisten en evaporar agua de mar y condensar el vapor.
Son los llamados métodos térmicos de los cuales, en las plantas actuales, se utilizan tres de ellos.
Los otros métodos son los físico-químicos.
Utilizan membranas y su fundamento científico es la electrolisis, la nano y ultrafiltración, y la ósmosis inversa.
El agua desalinizada y limpia, antes de introducirla en la red de abastecimiento para el consumo humano, pasa por un proceso final de remineralización y desinfección.
Además existen las plantas desalobradoras que utilizan agua continental con cierta componente salina.
Los métodos indicados están perfectamente desarrollados y se emplean en las más de 17.000 plantas desalinizadoras que hay en la tierra.
Sin embargo sigue existiendo un grave problema de agua en muchas regiones y, en particular, en España.
El problema se debe a que las plantas actuales no son suficientemente eficientes y tienen grandes problemas ecológicos.
Por un lado consumen mucha energía y el agua resulta muy cara.
Por otro producen una gran cantidad de residuos que afectan a la fauna y flora marinas.
Salmuera y oportunidades de aprovechamiento
Estos residuos, llamados salmuera, alcanzan actualmente los cincuenta mil millones de metros cúbicos al año en la tierra.
Esta salmuera, que regresa al medio ambiente, sobre todo a los océanos y mares, además de su altísima salinidad, tiene una toxicidad asociada con la presencia de metales.
Si no se diluye y dispersa adecuadamente se corre el riesgo de crear zonas muertas por falta de oxígeno y contaminación, lo cual degrada el medio marino y generará otro problema relacionado con la alimentación.
No se puede negar que las desalinizadoras han beneficiado a muchas personas, pero, para evitar que contaminen, que incrementen su eficiencia y que disminuya el precio de la planta, para así llegar a los países más pobres, hay que invertir dinero en investigación.
Con esta inversión se eliminarán los efectos negativos.
No olvidemos que por cada litro de agua se produce un litro y medio de salmuera.
Hoy ya empieza a hablarse de que existen oportunidades económicas asociadas a este residuo: la sal comercial, la recuperación de metales, el uso de salmuera en los sistemas de procesamiento de pescado, etc.
El agua de mar contiene numerosos minerales raros y costosos de extraer en tierra.
Obtener materiales de la salmuera ya es posible, pero el alto costo de este proceso aún sigue restringiendo su comercialización.
Investigación y soluciones basadas en la naturaleza
Un grupo de investigación de la Universidad de Almería y el Centro de Investigación de Energía Solar CIESOL ha comprobado que modificando el proceso de depuración con parámetros precisos la composición de estos microorganismos varía.
El proyecto OPERANDUM se centra en la reducción de los riesgos meteorológicos e hidrológicos derivados del cambio climático con el diseño, implementación y demostración de soluciones basadas en la naturaleza en laboratorios al aire libre.
El proyecto está financiado por la UE en el marco de los proyectos H2020.
La investigación sobre plantas halófitas, macrófitas y microorganismos permite diseñar sistemas adaptados a la salinidad, la contaminación y las condiciones climáticas de cada territorio.
La integración de plantas descontaminantes en humedales artificiales, filtros vegetales y proyectos de restauración puede favorecer el reúso del agua tratada, la recuperación de suelos salinos y la reducción del impacto ambiental.
Un humedal artificial para el tratamiento de aguas residuales en Xalapa, México
tags: #plantas #descontaminantes #agua #salinidad
Publicaciones populares:
- Cómo asear una cafetera de filtro: instrucciones detalladas
- Guía rápida para filtrar tablas con JavaScript sin recargar
- Características de las mascarillas KN95 FFP2 sin válvula Sesderma
- Riesgos y medidas en estaciones depuradoras de aguas residuales
- Desinfección y eliminación de olores en coches con Ozono Purificadores