Mateo Pérez Vargas
La problemática del saneamiento de aguas residuales en varias comunidades rurales en México, al ser escasamente atendida, causa un deterioro en las fuentes de agua donde son vertidas, comprometiendo su calidad y poniendo en riesgo la salud de la flora, fauna y población que de ella dependen.
La combinación de las eco-tecnologías de fitorremediación y biofiltros, junto con la promoción de la producción y el uso de plantas ornamentales en estos sistemas, representa una alternativa social, ecológica y económicamente viable, para mitigar el impacto negativo de las aguas grises vertidas en los cuerpos de agua; reduciendo además, la incidencia de enfermedades infecciosas en los habitantes de estas comunidades.
En gran parte de las comunidades rurales no existe un manejo adecuado de las aguas grises generadas en los hogares, producto de actividades cotidianas con fines de limpieza, o actividades como la aplicación de químicos utilizados en la agricultura; la mayoría de las cuales termina en los ríos, afectando los ecosistemas (Kumar et al., 2018). De acuerdo a cifras de la ONU, el 80% de las aguas residuales se vierte en vías fluviales sin un tratamiento adecuado, y para 2015 tan solo el 39% de la población mundial tenía acceso a servicios de saneamiento e higiene seguros (Naciones Unidas, 2018).
Los contaminantes como los metales pesados (Cd, Cr, Cu, Pb, Co, Hg, Ni y Zn) que contienen las aguas residuales, ocasionan problemas severos de salud en los seres vivos (Nouri et al., 2009), cuando en lugar de ser metabolizados son acumulados en los organos y tejidos (Ungureanu & Mustatea, 2022). Dado que no en todas las comunidades rurales se tiene acceso a un sistema de saneamiento adecuado, y aún se conservan prácticas como lavado de ropa en los ríos, y uso de esa agua en el hogar, estos metales y contaminantes pueden ser ingeridos a través del agua o alimentos lavados con ella, así como por medio de inhalación o absorción por la piel (Cristaldi et al., 2020; Emam et al., 2021).
Siendo ésta afectación más notoria en la población infantil, las cifras para México en 2019 señalan que las muertes por enfermedades infecciosas debidas a la contaminación del agua, son la sexta causa de muerte en niños menores de un año.
Muchos de los avances tecnológicos en el tratamiento de aguas son tomados de la naturaleza, que mediante la acción de agentes biológicos llevada a cabo en los procesos naturales, mantiene un equilibrio en los ecosistemas.
La Fitorremediación es una de estas tecnologías sustentables; la cual se basa en el uso de plantas para reducir la concentración o peligrosidad de contaminantes orgánicos e inorgánicos del suelo, sedimentos, agua y aire, a partir de procesos bioquímicos realizados por las plantas y microorganismos asociados a sus raíces (Jara et al., 2014); las técnicas que estas utilizan pueden ser fitovolatilización, fitoextracción, rizo o fitofiltración y fitoestabilizacion; en las cuales los contaminantes son absorbidos y dispersados a lo largo de la estructura de la planta (Özyigit & Dogan, 2014), y una vez hiperacumulados son eliminados (Rascio & Navari, 2011).
Otra de estas tecnologías es el uso de biofiltros, los cuales son sistemas que imitan la función de los humedales naturales en la limpieza del agua; consisten en canales o pilas de poca profundidad, rellenos de materiales que funcionan como filtros, en donde se colocan plantas, y por donde fluye el agua para ser limpiada (Marín et al., 2021), mediante procesos físicos y bioquímicos, al entrar en contacto con zonas aérobicas y anaeróbicas (Marín, 2016; Marín, 2017).
Los componentes principales de un biofiltro son:
1. Lecho filtrante.- Sus funciones son eliminar los sólidos del agua y proporcionar la superficie donde se desarrollan los microorganismos.
2. Plantas.- Son un componente esencial, ya que las raíces ayudan a incrementar los efectos físicos como la filtración y el desarrollo de los microorganismos.
3. Microorganismos.- Degradan aeróbica y anaeróbicamente la materia orgánica contaminante y permiten la remoción de nitrógeno.
Existe información acerca de estas tecnologías como producto de investigaciones principalmente en Europa y Estados Unidos, la cual está siendo adoptada en varios países latinoamericanos. Estas pueden ser replicadas en algunas comunidades de México en donde aún se carece de alternativas económicas para limpiar el agua (Hernández, 2016; García et al., 2016; Rodríguez et al., 2020)
Son varias las especies vegetales que pueden ser utilizadas en estos sistemas, sin embargo, la elección de especies ornamentales, debido a la producción de flores vistosas, favorece tanto el aspecto físico como su reutilización mediante el comercio, lo cual ofrece un beneficio económico a los habitantes que dispongan de ellas (Boyás et al., 2022; Zurita et al., 2009).
El potencial de fitorremediación de estas especies se evalúa mediante indicadores de remoción como: Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5), Demanda Química de Oxígeno (DQO), grasas y aceites, solidos suspendidos totales, solidos disueltos totales, coliformes fecales, cloruro (Cl), fósforo (P), nitrógeno (N), amonio (NH4), fosfato (PO4), arsénico (As), sulfato (SO4), solidos volátiles y nitrato (NO3) (Zurita et al., 2009).
A través de varios estudios, se han identificado 21 especies ornamentales idóneas para la depuración de aguas residuales, en función de aspectos como: la eficiencia de remoción, adaptación a diferentes tipos de sustratos, floración y crecimiento de las hojas, así como su potencialidad ambiental, social y económica (Singh & Jain, 2003; Delgadillo et al., 2011), destacando las siguientes: alcatraz (Zantedeschia aethiopica), anturio (Anthurium andreanum), ave de paraíso (Strelitzia reginae), bastón del rey (Etlingera elatior), caña de la india (Canna indica), carrizo (Pragmites australis), cuna de moises (Spathiphyllim wallisii), gladiolo (Gladiolus spp.), heliconia (Heliconia spp.), jengibre rojo (Alpinia purpurata), lirio (Hemerocallis spp.), maraca (Zingiber spectabile), papiro (Cyporus papyrus), platanillo (Pontederia sagittata) y tule (Typha latifolia) (Marín, 2017; Zurita et al., 2014; ,Sandoval et al., 2016; Sandoval et al., 2018; Sandoval et al., 2020, Belmont & Metcalfe, 2003; Zitácuaro et al., 2022).
De manera general para estas especies, la reducción de: DBO5 oscila entre 70 y 89%, de DQO entre 70 a 86%, de PO4 entre 70 y 84%, y de grasas y aceites entre 70 y 82% (Zitácuaro et al., 2022).
La construcción y el mantenimiento de estas tecnologías son actividades sencillas (por ejemplo el corte de las plantas en función del ciclo vegetativo y la limpieza de la superficie del lecho filtrante), por lo que pueden ser realizadas por los habitantes de las comunidades en donde sean establecidos, no requieren recursos energéticos, ni de mano de obra especializada, además su proceso no necesita la implementación de agentes químicos, por lo que los hace procesos sin impactos negativos al medio ambiente (Marín, 2016; Arias et al., 2010) como podría ser la construcción de grandes obras de plantas tratadoras de agua.
Se ha documentado también, que el agua filtrada obtenida por estos sistemas, puede ser reutilizada sin inconvenientes, ya sea para riego de cultivos que se ingieren hervidos y árboles frutales o para actividades de limpieza.
En cuanto a los costos, estos están directamente relacionados con la distancia entre los bancos de materiales, las plantas a utilizar y el lugar donde serán ubicados. Considerando que se utilizan materiales y plantas que se encuentran en los sitios donde se establecerán los biofiltros (p. ej. a orillas de los ríos, y en las propias comunidades), estos se consideran bajos.
Comparar la efectividad de 6 plantas ornamentales y la modificación del material utilizado como lecho filtrante, en el éxito del tratamiento de aguas residuales y aguas grises.
El uso de plantas ornamentales en combinación con las eco-tecnologías de fitorremediación y biofiltros, ofrecen un valor agregado comercial al sistema de depuración de aguas residuales, haciéndolo social, ecológica y económicamente sustentable; mitigando el efecto negativo de las aguas residuales en el ambiente y la salud de la población de comunidades rurales.
Las plantas ornamentales fitorremediadoras limpiarán el agua sucia, cambiando el color, olor y la cantidad de microorganismos que tienen.
La modificación en la elección del material para el lecho filtrante, permitirá el establecimiento de los biofiltros directamente sobre la superficie de los cuerpos de agua.
Para cumplir los objetivos se construyeron dos biofiltros a escala (Figura 1).
Como material para la capa exterior se utilizó una cesta metálica a la que se le colocó tule malla para disminuir el tamaño de los orificios. Para el lecho filtrante se utilizaron tres materiales, a modo de tener capas con diferentes capacidades de filtración, la capa inferior se compuso de grava, la media de tezontle, y la superior de arena.
Con base en la revisión bibliográfica, la disponibilidad y la facilidad de conseguir las especies en cualquier mercado local, se eligieron, como plantas superficiales: Cuna de moisés (Spathiphyllum sp.), Corazón de terciopelo (Anthurium clarinervium), Anturio (Anthurium andreanum) y Monstera (Monstera sp.); y como plantas sumergidas: Espada del amazonas (Echinodorus amazonicus) y Elodea (Egeria densa).
Para el primer biofiltro, el agua residual a tratar provino de una muestra recolectada del Río Chapingo, para el segundo se utilizó una mezcla de aguas grises conformada por agua de lavado de trastes y ropa. Los biofiltros se colocaron sobre charolas plásticas, para el vertido del agua correspondiente. De cada tipo de agua, se tomó una muestra, antes y después de ser filtrada (Figura 2).
Tanto en las muestras previas, como en las filtradas, se evaluaron características físicas (color, olor, turbidez) y características biológicas (algas, bacterias, hongos, mohos) (Figura 3); se espera poder conseguir el equipo para analizar las características químicas (pH, metales pesados y contaminantes). En las plantas se evaluará la sobrevivencia y el vigor.
Los análisis se realizaron de manera visual, en lo que se consigue el equipo de laboratorio. Se presentan los datos obtenidos antes y después del filtrado para cada tipo de agua (Tabla 1 y 2) (Figuras 4 a 7).
Se encontraron diferencias en las variables: color, olor, turbidez, pH y presencia de microorganismos observados, en las muestras pre y post filtrado del agua; por lo que se confirma que los biofiltros con plantas ornamentales fitorremediadoras, son eficientes para el tratado de aguas residuales, concordando con lo reportado en la bibliografía.
La modificación en el material para el lecho filtrante permite que este tipo de biofiltros sean colocados directamente en el agua sin que haya pérdida del material, como sucedería si únicamente estuviera conformado por una capa de grava y otra de arena. Favoreciendo también el rizo y fitofiltrado de contaminantes directo del agua.
Con este tipo de biofiltros no sería necesaria la construcción de canales o pilas en el suelo por donde deba circular el agua a tratar, lo que reduce los costos de construcción.
Se recomienda adoptar, promover, regular y financiar, este tipo de eco-tecnologías en las comunidades donde se requiera de opciones de bajo costo para el tratamiento de aguas residuales.
Idealmente, este tipo de sistemas debe ser complementado con el establecimiento de especies fitorremediadoras arbustivas y arbóreas de la región, las cuales se plantan a orillas de los cuerpos de agua, de tal forma que la biorremediación se lleve a cabo de manera simultánea en el agua y en los suelos.
Anand S., Bharti S. K., Kumar S. & Kumar N. (2019). Phytoremediation of heavy metals and pesticides present in water using aquatic macrophytes. Phyto and rhizo remediation, 89-119.
Arias M. S. A., Betancur T. M. B., Gómez R. G., Salazar G. J. P. & Hernández A. M. L. (2010). Fitorremediación con humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales porcinas. Informador Técnico. 74, 12-22.
Belmont M. A. & Metcalfe D. C. (2003). Feasibility of using ornamental plants (Zantedeschia aethiopica) in subsurface flow treatment wetlands to remove nitrogen, chemical oxygen demand and nonylphenol ethoxylate surfactants – a laboratory-scale study. Ecological Engineering. 21, 4-5, 233-247.
Boyás G. T. A., Álvares H. L. M., Marín M. J. L., Celis P. M. C., Zamora C. S. A. & Landa M. M. G. (2022). Condiciones ambientales para el óptimo desarrollo de plantas ornamentales y fitorremediadoras. Journal of Basic Sciences. Vol. 8(23), pp. 96-103.
Comisión Nacional del Agua. (2018). Inventario Nacional de Plantas Municipales de Potabilización y de Tratamiento de aguas Residuales en Operación, Diciembre 2018. Comisión Nacional del Agua, México.
Cristaldi A., Conti G., Cosentino S., Mauromicale G., Copat C., Grasso A., Zuccarello P., Fiore M., Restuccia C. & Ferrante M. (2020). Phytoremediation potential of Arundodonax in contaminated soil by heavy metals. Environmental research, 185.
Delgadillo L. A. E., González R. C. A., Prieto G. F., Villagoméz I. J. R. & Acevedo S. O. (2011). Fitorremediación: Una alternativa para eliminar la contaminación. Tropical Subtropical Agroecosystems. 14, 597-612.
Emam M., Khattab H., Morsy A., Salama K. & Masnour M. (2021). Chapter 10. Role of redox system in enhancement of phytoremediation capacity in plants. Handbook of Bioremediation. Pp. 165-193.
García G. P. L., Ruelas M. L & Marín M. J. L. (2016). Constructed wetlands, a solution to water quality issues in Mexico?. Water Policy, 18, 654-669.
Hernández M. E. (2016). Humedales ornamentales con participación comunitaria para el saneamiento de aguas municipales en México. Revista Internacional de Desarrollo Región Sustentable. 1-12.
Jara P. E., Gómez J., Montoya H., Chanco M., Mariano M. & Cano N. (2014). Capacidad Fitorremediadora de cinco especies altoandinas de suelos contaminados con metales pesados. Revista peruana de biología 21(2): 145-154.
Kumar K., Gupta N., Kumar A., Reece L., Singh N., Rezania S. & Ahmad S. (2018). Mechanistic understanding and holistic approach of phytoremediation: A review on application and future prospects. Ecological Engineering. 120, 274-298.
Kumar V., Signh J. & Kumar P. (2020). Regresion models for removal of heavy metals by water hyacinth (Eichhornia crassipes) from wastewater of pulp and paper processing industry. Environmental Sustainability, 3, 35-44.
Marín M. J. L. (2016). Remoción de contaminantes de aguas residuales por medio de humedales artificiales establecidos en el municipio de Actopan, Veracruz, México. Revista Mexicana de Ingeniería Química. 15, 2, 553-563.
Marín M. J. L. (2017). Humedales construidos en México para el tratamiento de aguas residuales, producción de plantas ornamentales y reúso del agua. Agroproductividad.10, 5, 90-95.
Marín M. J. L, Zitacuaro I. & Palma E. M. (2021) Participación comunitaria para implementación de humedales para limpiar el agua residual: caso de estudio en Pastorías, Actopan, Ver. En Miradas colectivas, rutas y aportes a la sustentabilidad. 103-115. Secretaría de Medio del Estado de Veracruz.
Naciones Unidas (2018). La Agenda 2030 y los Objetivos de Desarrollo Sostenible: una oportunidad para América Latina y El Caribe
Nouri J., Khorasani N., Lorestani B., Karami M., Hassani A. & Yousefi N. (2009). Accumulation of heavy metals in soil and uptake by plant species with phytoremediation potential. Ciencias Ambientales de la Tierra. 59(2) 315-323.
Özyigit I. & Dogan I. (2014). Plant-microbe interactions in phytoremediation. Soil remediation and plants prospects and challenges book-2015. Elsevier Ltd.
Rascio N. & Navari I. F. (2011). Heavy metal hyperaccumulating plants: how and why do they do it? And what makes them so interesting? Plant Sciencie 180(2), 169-181.
Rodríguez D. M. A., Konneruo D., Brix H. & Arias C. (2020). Constructed wetlands in Latin American and the Caribbean: a review of experiences during the last decade. Water. 12. 1744.
Sandoval H. L. C., Alvarado L. A., Marín M. J. L., Méndez C. J. M & Zamora C. S. A. (2018). Effects of the use of ornamental plants and different substrates in the remova of wastewater pollutants trough microcosm of constructed wetlands. Sustentability. 10(5) 1-19.
Sandoval H. L. C., Marín M. J. L., Adame G. J., Fernandez L. G. & Zurita F. (2020). Effect of Spathiphyllum blandum on the removal of ibuprofen and conventional pollutants from polluted river water, in fully saturated constructed wetlands at mesocosm level. Journal of Water and Health 18(2), 224-228.
Sandoval L., Marín M. J., Alvarado A., Castelán R. & Ramírez D. (2016). Diseño de un Mesocosmos de Humedal construido con materiales alternativos para el tratamiento de aguas residuales en la comunidad de Pastorías Actopan, Ver. Congreso Interdisciplinario de Ingenierías.
Singh O. V. & Jain R. K. (2003). Phytoremediation of toxic aromatic pollutants from soil. Appl Microbiol Biotechnol. 63, 128-135.
Ungureanu E. L., & Mustatea G. (2022) Toxicity of heavy metals in environmental impact and remediation of heavy metal (pp. 316)
Weis J. S. & Weis P. (2004). Metal uptake transport and release by wetland plants: implications for phytoremediation and restoration. Environmental International, 30, 685-700.
Zitácuaro C. I., Marín M. J. L., Celis P. M. C., Vidal A. M., León E. X. A. & Zamora C. S. A. (2022). Vegetación ornamental utilizada en fitorremediación y sus potencialidades ambientales, económicas y sociales. Journal of Basic Sciences. Vol. 8 (23), 133-145.
Zurita F., Vázquez J. P., Bautista J. P., Ramírez A. A., Cornejo O. M. & Ramirez W. (2014). Humedales subsuperficiales de flujo horizontal plantados con Zantedeschia aethiopica e Iris sibrica para la remoción de arsénico de aguas para consumo humano. Memorias de la Segunda conferencia Panamericana en Sistemas de Humedales para el manejo, tratamiento y mejoramiento de la calidad del agua IMTA. 126-128.
Zurita, F., De Anda J. & Belmont M. (2009). Treatment of domestic wastewater and production of comercial flowers in vertical and horizontal subsurface-flow constructed wetlands. Ecological Engineering, 35(5):861-869.
