Macrófitas flotantes en el tratamiento de aguas residuales: una revisión del estado del arte/Floating macrophytes on the wastewater treatment: a state of the art review/Macrófitas flutuantes no tratamento de águas residuais: uma revisão do estado da arte

Headnote

Resumen

Los tratamientos de aguas residuales que involucran macrófitas flotantes han demostrado ser eficientes en la remediacíon de aguas con contenidos de nutrientes, materia orgánica y sustancias toxicas como arsénico, zinc, cadmio, cobre, plomo, cromo, y mercurio. Su importancia radica en su aptitud para ser empleados en núcleos rurales debido a su bajo consumo de energía convencional y la practicidad en el montaje y operacíon de los sistemas de tratamiento. Aun así, todavía no se han esclarecido rigurosamente los procesos que tienen lugar en la depuracíon de aguas residuales con macrófitas flotantes.

El presente artículo pretende hacer un recorrido por la literatura existente sobre macrófitas flotantes, identificando los aspectos generales, ventajas y desventajas del uso de estas plantas para depurar aguas residuales. De igual manera se identifican los antecedentes de mayor relevancia desde los inicios de esta aplicacíon. Serán descritos los modelos de diseño con macrófitas y los criterios generalmente aceptados, revisando rigurosamente las eficiencias de remocíon de distintas especies de macrófitas flotantes. Por último serán abordadas según lo analizado las perspectivas actuales y retos futuros para el desarrollo de esta técnica.

Palabras claves: Macrófitas flotantes, plantas flotantes, tratamientos naturales de aguas residuales, sistemas blandos, fitoremediacíon, humedales, jacinto de agua.

Abstract

The wastewater treatments with floating macrophytes have proven effective in the remediation of waters with nutrient content, organic matter and toxic substances such as arsenic, zinc, cadmium, copper, lead, chromium, and mercury. Its importance lies in its ability to be used in rural communities due to their low consumption of conventional energy and practicality in the assembly and operation of treatment systems. Still, it has not been clarified thoroughly the processes taking place in the purification of wastewater with floating macrophytes.

This article attempts to review the existing literature on floating macrophytes, thus identifying the general aspects, advantages and disadvantages of using these plants for treating wastewater. Similarly, identify the most important background since the beginning of this application. There will be described models and design criteria mostly employed, rigorously reviewing removal efficiencies of different species of floating macrophytes. Finally it will be addressed as discussed current perspectives and future challenges for the development of this technique.

Key words: Floating macrophytes, floating plants, natural wastewater treatment, softsystems, phytoremediation, wetlands, water hyacint.

Resumo

Os tratamentos de águas de residuais que envolvem macrófitas flutuantes tem demonstado ser eficientes na remediação de águas com contéudos de nutrientes, material orgánico e substâncias tóxicas como arsênico, zinco, cádmio, cobre, chumbo, crómio, e mercúrio. Sua importância reside na sua capacidade para ser utilizado em comunidades rurais devido ao seu baixo consumo de energia convencional e praticidade na montagem e operação dos sistemas de tratamento. Porém, ainda ñao foram esclarecidos completamente os processos que ocorrem no tratamento de águas residuais com macrófitas flutuantes.

O presente artigo pretende fazer um análise da literatura sobre macrófitas flutuantes, identificando aspectos gerais, vantagens e desvantagens do uso dessas plantas para o tratamento de águas residuais. Do mesmo modo identificam-se os antecedentes de maior relevância desde os inícios deste aplicativo. Vão ser descritos os modelos de design com macrófitas e os critérios geralmente aceitos, revendo rigorosamente as eficîencias de remoção das diferentes espécies de macrófitas flutuantes. Finalmente serão abordadas, segundo o analisado, as perspectivas atuais e futuros desafios para o desenvolvimento desta técnica.

Palavras chaves: macrófitas flutuantes , plantas flutuantes , tratamentos naturais de águas residuais, softSystems , fitorremediação, wetlands(pantanal), jacinto-de-água

1 Introduccíon

Toda actividad humana tiene asociada una generacíon de aguas residuales que deben ser sometidas a un tratamiento que garantice la continuidad del ciclo de consumo del recurso. Fernández [1] denomina "sistemas blandos" o extensivos, a los sistemas de tratamientos de agua residuales empleados en núcleos rurales debido a que consumen menos energía, y suelen ser menos costosos y sofisticados que los sistemas de tratamiento convencionales o intensivos, sin comprometer la eficacia en la depuracíon del agua residual. Entre estos sistemas blandos se encuentran los fitosistemas, caracterizados por el empleo de energía solar a través de los procesos biológicos naturales (fotosíntesis). Estos sistemas emergen como un intento de emular o aprovechar las capacidades de autodepuracíon de los hidrosistemas naturales que cuentan con plantas acúaticas [2], y han sido comúnmente implementados bajo esquemas de sistemas de humedales para el tratamiento de aguas residuales.

Para el ãno 2000, el 4% de 2255 artículos científicos desarrollados a partir de estudios relacionados con sistemas de tratamientos de aguas residuales, hacían referencia a humedales construidos [3]. Según esta revisíon bibliográfica, alrededor del 33% de estas investigaciones, abordaron aplicaciones con plantas acúaticas. Aun así, las plantas acúaticas o macrófitas, no han sido muy estudiadas como sistemas biológicos de tratamiento de aguas residuales [4, 5]. No obstante, es ampliamente conocida su destacada habilidad para la asimilacíon de nutrientes y la creacíon de condiciones favorables para la descomposicíon de materia orgánica [6, 2, 7, 8]. Estas características hacen propicias a las macrófitas para su uso en sistemas de tratamientos de aguas residuales.

Debido a la habilidad que tienen las macrófitas acúaticas para asimilar hasta cierto punto, todos los constituyentes del agua considerandos como contaminantes, estas se han empleado en la deteccíon y remocíon de sustancias en efluentes de aguas residuales domesticas e industriales [5]. Novotny y Olem, citados por [9] afirman que el uso de las plantas acúaticas en tratamientos secundarios y terciarios de aguas residuales, han demostrado ser eficientes en la remocíon de una amplia gama de sustancias orgánicas, así como nutrientes y metales pesados. Existe evidencia de que las macrófitas pueden incluso, absorber sustancias radioactivas, como es el caso de la Eleocharis dulcis, en la cual se encontró que acumula grandes cantidades de uranio en sus ráices [9]. El presente trabajo pone especial atencíon en un tipo particular de macrófitas; las macrófitas flotantes. Estas especies, no soportan sus ráices sobre un sustrato y mantienen sus órganos asimiladores flotando sobre la superficie del agua [2, 10]. Han demostrado ser eficientes en la remediacíon de aguas con contenidos de nutrientes, materia orgánica y sustancias toxicas como arsénico, zinc, cadmio, cobre, plomo, cromo, y mercurio, a través de los diferentes procesos de fitoremediacíon: fitoextraccíon, fitoestabilizacíon, fiovolatilizacíon, fitotransformacíon, fitoestimulacion, fitodegradacion, y rizofiltraci ón [9, 11, 12].

A través de una revisíon del estado del arte, se pretende abordar generalidades de las macrófitas flotantes como sistemas de tratamiento de aguas residuales, así como el desarrollo histórico que ha tenido esta aplicacíon, y los diversos criterios encontrados en la respectiva bibliografía, relacionados con el diseño y eficiencias de remocíon. Por último se pretende señalar las perspectivas actuales y retos posibles hacia el futuro.

2 Aspectos generales

Las macrófitas flotantes comprenden un amplio y variado grupo de plantas, entre las que se destacan el jacinto de agua (Eichhornia crassipes), la lechuga de agua (Pistia strartiotes), la salvinia (Salvinia Spp.), la redondita de agua (Hydrocotyle ranunculoides), y algunas especies de lentejas de agua (Lemna Spp., Spirodella Spp.) [2, 10, 13].

La morfología de las macrófitas flotantes difiere dependiendo de la especie. Por ejemplo, el jacinto de agua (especie predominante en los sistemas de tratamiento) es una planta perenne de agua dulce, con desarrollo ascendente, de tallo vegetativo sumamente corto, hojas de color verde brillante y espigas de flores de lavanda. Los pecíolos de las planta son elongados y abultados de aire que contribuye a la flotabilidad de la planta [14]. La Figura 1 ilustra las anteriores características.

De acuerdo con [15, 10], los procesos que tienen lugar para la depuracíon de contaminantes con macrófitas flotantes se dan a través de tres mecanismos primarios:

* Filtracíon y sedimentacíon de sólidos.

* Incorporacíon de nutrientes en plantas y su posterior cosechado.

* Degradacíon de la materia orgánica por un conjunto de microorganismos facultativos asociados a las ráices de las plantas; y en los detritos del fondo de la laguna, dependiendo del diseño.

Durante la etapa de crecimiento, las macrófitas absorben e incorporan los nutrientes en su propia estructura [16] y funcionan como sustrato para los microorganismos [2] que promueven la asimilacíon de estos nutrientes a través de transformaciones qúimicas, incluyendo nitrificacíon y desnitrificacíon [8, 17].

Estos sistemas de tratamiento (acúaticos) se basan en el mantenimiento de una cobertura vegetal de macrófitas flotantes sobre la lámina de agua, y se disponen a modo de estanques o canales en serie, debidamente aislados, en los que discurre el influente [1]. Su diseño contempla la remocíon períodica de las plantas.

En la fotosíntesis, las macrófitas flotantes emplean el oxígeno y díoxido de carbono disponible en la atmósfera. Los nutrientes son tomados de la columna de agua a través de las ráices, las cuales constituyen tambíen un excelente medio para la filtracíon/adsorcíon de solidos suspendidos [14] (Figura 1). El desarrollo de ráices es funcíon de la disponibilidad de nutrientes en el agua y de la demanda de nutrientes por parte de la planta. Por consiguiente, la densidad y profundidad del medio filtrante (ráices), depende en gran medida de factores como la calidad del agua, temperatura, régimen de cosecha, etcétera [14].

Los sistemas acúaticos con macrófitas flotantes, reducen significativamente el paso de la luz solar y restringen la transferencia de gases entre la atmósfera y el agua. Como consecuencia estos sistemas tienden a permanecer libres de algas y en condiciones anaeróbicas, en la medida dada por algunos parámetros de diseño como la carga orgánica, el tiempo de retencíon, el tipo de especies seleccionadas y la densidad de las mismas en el agua [14]. Pero así mismo, esta condicíon puede resultar en bajos niveles de oxígeno disuelto en el agua, que eventualmente sería útil para sustancias que lo demandan [17]; la eliminacíon microbiana de algunos compuestos tiene lugar gracias al oxígeno que las plantas transportan desde la atmósfera hasta el sistema radicular [18]. Conforme a lo anterior, [19] señalan que la eficiencia en remocíon de contaminantes aumenta significativamente en sistemas con aireacíon y circulacíon, es decir, en sistemas que operan bajo condiciones aerobias.

Por otra parte, la estacionalidad ha demostrado tener una importante incidencia en los desempeños de las macrófitas flotantes para remocíon de contaminantes [20, 21, 22]; según la investigacíon adelantada por Hadad y Maine [23], en una planicie de inundacíon de la cuenca media del rio Paraná (Argentina), durante los meses de verano, especies flotantes de pequeño tamãno son capaces de remover cantidades significativas de fósforo, mientras que en los meses de invierno, debido a la disminucíon de la biomasa, la capacidad de acumulacíon decrece.

La principal ventaja que ofrecen estos sistemas es la gran superficie de contacto que tienen sus ráices con el agua residual, ya que ésta les bãna por completo, lo que permite una gran actividad depuradora de la materia orgánica por medio de los microorganismos adheridos a dicha superficie o por las propias ráices directamente [24]. No obstante, la acumulacíon de bacterias en las ráices de las macrófitas, puede convertir la biomasa en una fuente de contaminacíon, en cuyo caso se requiere un manejo cuidadoso de la cosecha [9].

La principal desventaja de los sistemas con macrófitas flotantes es la capacidad limitada de acumular biomasa, por lo que se deben hacer retiros períodicos de la misma para permitir el crecimiento de las plantas, y esto encarece el proceso en lo que a mano de obra se refiere [1]. Otra desventaja es la proliferacíon de mosquitos como vectores transmisores de enfermedades [17], lo que condiciona la ubicacíon de los sistemas lejos de centros poblados.

3 Desarrollo histórico

Las primeras exploraciones con macrófitas flotantes en el tratamiento de aguas residuales, según Crites y Tchobanoglous citados por Bolãnos, Casas y Aguirre [5], se llevaron a cabo en la década de los 70's en el centro espacial de la National and Space Administration -NASA-, como potencial sistema de tratamiento de aguas residuales en viajes espaciales.

La efectividad de las macrófitas flotantes en la depuracíon de aguas residuales con contenidos de materia orgánica y nutrientes ha sido estudiada por varios autores. Para el ãno 1973 en la Universidad de la Florida, Harvey y Fox ensayaron con Lemna minor en la remocíon de nutrientes, obteniendo resultados de 89% y 67% para nitrógeno y fósforo respectivamente. Dos décadas despúes, Rodríguez, Díaz, Guerra, y Hernández [25], adelantan en Cuba un estudio comparativo de la capacidad depuradora de cinco especies de macrófitas flotantes. Los resultados demostraron buenas eficiencias en la remocíon de este tipo de contaminantes. Tambíen se observó una importante influencia del tamãno de la planta y de su sistema radicular en la remocíon de los contaminantes. Por su parte Nahlik y Mitsch [17], a través de la implementacíon de cinco sistemas de tratamientos dominados por macrófitas flotantes, compararon los desempeños en remocíon de materia orgánica y nutrientes en la cuenca del río Parismina al este de Costa Rica. Los niveles de amoníaco y fosfatos fueron reducidos hasta en un 92%. Para el mismo ãno se publicó el trabajo de Zimmels, Kirzhner, y Malkovskaja [26], donde se estudío a escala piloto el comportamiento de dos macrófitas flotantes (Eichhornia crassipes y Pistia stratiotes) en la disminucíon de la demanda biológica de oxigeno - DBO-, demanda qúimica de oxigeno -DQO-, turbidez, y solidos suspendidos totales -SST- del agua residual urbana en Israel. Los resultados indicaron que en términos de estos parámetros, el efluente cumple con los estándares para el uso en sistemas de riego. Por otro lado, Sooknah y Wilkies [27] en el 2004, evaluaron además de la disminucíon de contaminantes comunes, el comportamiento de variables fisicoqúimicas a lo largo del tratamiento de aguas residuales provenientes de un digestor anaerobio de un efluente lechero. Las especies de macrófitas empleadas fueron Pistia stratoties, Eichhornia crassipes, e Hydrocotyle umbellata.

Los metales pesados tambíen han sido objeto de numerosos estudios. Por ejemplo, la Salvinia rotundifolia demostró una gran eficiencia en el tratamiento de plomo [28]; S. herzogii de la Sota (Salviniaceae) y Eichhornia crassipes (Pontederiaceae) resultaron excelentes bioabsorbedores de cadmio, níquel, cobre, zinc, cromo y plomo [29, 30]; y Pistia stratiotes L. (Araceae) presentó una alta capacidad en el tratamiento de efluentes industriales con varios metales [31, 32]. En el ãno 1999, Boniardi, Rota, y Nano [33], estudiaron la efectividad de la especie acúatica Lemna gibba, en el tratamiento de riles con contenidos de metales pesados. Se encontró que concentraciones relativamente altas de Fe3+, Zn2+, y Al3+, no afectaron el rendimiento de la Lemna gibba como purificador, mientras que bajas concentraciones de cromo y cobre, si lo hicieron. Maine, Duarte, y Suñé [32], en el ãno 2001, estudiaron la capacidad de cuatro macrófitas flotantes (Salvinia herzogii, Pistia stratoties, Hydromistia stolonifera, y Eichhornia crassipes) para la extraccíon de cadmio en aguas residuales durante la época más fría del ãno, donde se obtuvieron buenas respuestas de cada una ellas destacándose, la Pistia stratiotes por su gran desarrollo. En una experiencia de invernadero en Santa Fe, Argentina, Paris, Hadad, Maine, y Suñe [23, 32] presentan los desempeños de remocíon de contenidos de cromo, cadmio, y plomo, en dos macrófitas flotantes: Pistia stratoties y Salvinia herzogii, las cuales demostraron ser eficientes para la remocíon de estos contaminantes tanto aislada como combinadamente.

Los filtros de macrófitas en flotacíon -FMF- se implementaron en el ãno 2002 como proyecto pionero concedido por la Comisíon Europea al Ayuntamiento de Lorca, Espãna. Esta novedosa alternativa fue desarrollada por la Universidad Politécnica de Madrid y empleada posteriormente en experiencias en ' Africa, Estados Unidos y varios páises europeos (HIDROLUTION FMF R ,2011).

Para el 2004, Meerhoffy Mazzeo [34] intentan elucidar los procesos con macrófitas flotantes intervinientes en la conservacíon de humedales en Sudam érica, encontrando que la densidad de coberturas vegetales con estas macrófitas tiene una incidencia directa en la turbidez del agua, asociada a sólidos suspendidos y comunidades fitoplanctónicas, que a su vez propicia el desarrollo de comunidades de macroinvertebrados, que encuentran soporte en las ráices de las plantas, y constituyen una fuente fundamental de alimento para peces y aves, jugando un papel importante en la ocurrencia y distribucíon espacial de estos. Estudios profundos en esta área áun no se desarrollan.

En 1996 se desarrolla el primer antecedente con macrófitas flotantes en Colombia registrado por la literatura; se determinó la efectividad de la Eicchornia crassipes en la depuracíon de aguas residuales en zonas cálidas del valle Sinuano del departamento de Córdoba. Los resultados obtenidos reflejan una remocíon altamente significativa en términos de las variables analizadas [35]. Luego, para el 2002, en la Universidad del Valle (Cali, Colombia), a escala laboratorio se evalúo la remocíon de hierro en diferentes concentraciones por medio de la Lemna spp., arrojando como resultado que a mayores concentraciones la remocíon disminuye, debido, posiblemente a procesos de saturacíon [36].

4 Diseño

El uso de macrófitas flotantes, históricamente ha sido desarrollado bajo diversos esquemas de sistemas de tratamiento. En ese sentido, hay una amplia gama de diseños en funcíon de las características de cada uno de los sistemas [14]; el más comúnmente empleado es el sistema de humedales. Así, un diseño con macrófitas flotantes puede ser considerado bajo criterios de sistemas de humedales, que la literatura referencia como humedales con plantas flotantes, y humedales con macrófitas emergentes en flotacíon [1]. Ambos operando como humedales de flujo libre superficial. A continuacíon serán abordadas las consideraciones de diseño para cada uno de estos sistemas.

4.1 Sistemas con especies flotantes

Consiste en estanques con profundidad variable (0,4 a 1,5 m) [10], donde las macrófitas se desarrollan naturalmente. Entre las especies más empleadas se encuentran el jacinto de agua (Eicchornia crassipes) y la lenteja de agua (Lemna spp.) [1]. Estos sistemas son semejantes a las lagunas de estabilizacíon, pero con la gran diferencia de la presencia de macrófitas en lugar de algas, además de las profundidades someras [14] (ver Figura 2).

La US Environmental Protection Agency -EPA- [14] desarrolló un procedimiento para el diseño de sistemas con especies flotantes para el caso espec ífico del jacinto de agua, dado que esta macrófita representa la mayoría de los sistemas con especies flotantes que han sido construidos, debido a su alta capacidad de asimilacíon y su alta proliferacíon [37]. En primera instancia, la EPA [14] clasifica los sistemas de acuerdo con el contenido de oxígeno disuelto y el método de aireacíon empleado, teniendo así: sistemas aerobios con jacintos sin aireacíon suplementaria, en los cuales se lleva a cabo tratamiento secundario y remocíon de nutrientes, dependiendo de la carga orgánica; sistemas aerobios con jacintos con aireacíon suplementaria, lo que provee la ventaja de tolerar altas cargas orgánicas, y los requerimientos de área son menores; y por último, los sistemas con jacintos que operan bajo altas cargas orgánicas, con el propósito de lograr tratamientos secundarios. Este último sistema, así como el primero, tienen las desventajas de generacíon de olores y mosquitos. El parámetro determinante en el diseño y operacíon de estos sistemas es sin duda la carga orgánica. Los criterios de diseño para los tres sistemas están dispuestos en la Tabla 1. Otros valores de diseño son indicados por Romero [38] de acuerdo con estudios hechos en la India (Tabla 2).

Las necesidades de cosecha de las macrófitas, están en funcíon de los objetivos de calidad del agua, de la tasa de crecimiento de las plantas, o de la accíon de predadores. De cualquier forma, el interés consiste en mantener un cultivo con un metabolismo de alta captura de nutrientes [14].

4.2 Sistemas con macrófitas emergentes en flotacíon

En este tipo de sistemas se emplean macrófitas emergentes, que a través de mecanismos diversos se hacen flotar. De estos sistemas el más destacado es el recientemente desarrollado "Filtros de Macrófitas en Flotacíon" -FMF- [10]. Tambíen son destacados los "Floating Treatment Wetlands Planted with Emergent Macrophytes" -FTWs- o humedales de tratamiento flotante con macrófitas emergentes [39, 40], cuyas características se evidenciarán más adelante.

4.2.1 Filtros de Macrófitas en Flotacíon -FMF- Debido al problema que experimentan algunos sistemas a ráiz de la colmatacíon, el Grupo de Agroenergética del Departamento de Produccíon Vegetal, Botánica, de la E.T.S. de Ingenieros Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid, desarrolló este modelo. Su implementacíon se ha extendido hasta ' Africa, Estados Unidos y varios páises de Europa. [10].

Este sistema combina las ventajas de los humedales de flujo libre superficial y de los sistemas acúaticos. Su principal particularidad es el manejo de macrófitas emergentes como macrófitas flotantes, las cuales están soportadas en una estructura flotante que permite el entrelazado de sus ráices y órganos sumergidos, formando un tapiz filtrante que está permanentemente bãnado por el agua residual. Los mecanismos de remocíon brindados por la vegetacíon son más eficientes, conservando procesos similares que se dan en un FWS; el flujo de agua ocurre superficialmente en estanques debidamente aislados [1, 10]( Figura3).

4.2.2 Humedales de tratamiento flotante con macrófitas emergentes -FTW's- Estos sistemas similares a los FMF, manejan macrófitas emergentes flotando en la superficie del estanque, a través de un estructura flotante (Figura 4). La diferencia fundamental entre los dos sistemas, consiste en el montaje de las macrófitas, que tienen lugar en estructuras diferentes.

Las principales aplicaciones reportadas de estos sistemas han sido para el tratamiento de aguas pluviales, aguas residuales, aguas provenientes de sistemas combinados (aguas residuales - pluviales), y efluentes de industria minera, avícola, y porcina [39].

5 Eficiencia

El uso de macrófitas flotantes ha demostrado eficiencias de remocíon significativamente altas en todos los constituyentes de las aguas residuales. Una cantidad importante de especies ha sido empleada en sistemas de tratamiento, y en ejercicios investigativos a escala real y a escala laboratorio, siendo el jacinto de agua, la macrófita de mayor interés dada las características ya señaladas. Esta especie, de acuerdo con los reportes de la literatura, alcanza reducciones de DBO5 en el orden de 95%, y hasta 90,2% para la DQO. En el caso de los sólidos suspendidos se registran disminuciones con valores que se encuentran en el rango de 21% y 91%. En cuanto al fósforo total y nitrógeno total, se alcanzaron máximas remociones de 91,7% y 98,5% respectivamente, siendo este último, el contaminante con mayor remocíon. Los metales tambíen han sido objeto de remocíon, encontrándose porcentajes de máxima remocíon desde 85% hasta 95% para el hierro, cobre, zinc, cadmio y cromo. Estos valores, así como los valores de eficiencias correspondientes a todas las especies revisadas en el marco de esta investigacíon, se encuentran consignados en la Tabla 3. Así mismo están identificadas las referencias a partir de las cuales se elaboró la tabla.

6 Cosecha

Entre las limitaciones de los sistemas con macrófitas flotantes se encuentra la capacidad limitada de acumular biomasa. Esto obliga a hacer retiros peri ódicos de las mismas para permitir el crecimiento de las plantas emergentes, y optimizar la captura de algunos componentes del agua residual [1]. En la literatura se han señalado posibles usos para la biomasa, tales como la incorporaci ón como fertilizante en la tierra o compost, la manufactura de cartón, la produccíon de combustibles, o tambíen el uso como material absorbente de colorantes y metales pesados [9].

Algunas plantas pueden ser cosechadas fácilmente, y una vez cosechadas proveer algún recurso económico [47], empleando alguna de las prácticas se- ñaladas. La Lemna minor por ejemplo, posee un gran potencial como recurso económico, ya que por su alta digestibilidad es tan buena o mejor que el pasto para nutricíon de animales. Además, su pequeño tamãno y su naturaleza flotante facilitan la cosecha, traducíendose en bajos costos. Los regímenes de cosecha tambíen pueden tener efectos positivos en el proceso de tratamiento; [55] demostraron que la Lemna minor es altamente eficiente en la remocíon de ortofosfatos, si se cosecha de manera frecuente. Se encontró máxima remocíon con periodos de cosecha de 8 días.

Por otra parte, el jacinto de agua puede ser sometido a digestíon anaerobia para producir metano; a compostaje para disposicíon posterior sobre el suelo; a secado al aire y disposicíon en un relleno sanitario; a incineracíon; o puede regarse y ararse para mejoramiento del suelo.

La produccíon de biomasa (Eichhornia crassipes) puede alcanzar según Chassany M. [56], valores de 69,5 t/ha.ãno.

Un manejo inadecuado de la biomasa cosechada puede representar un problema. La acumulacíon de bacterias en las ráices de las macrófitas, puede convertir la biomasa en una fuente de contaminacíon, en cuyo caso se requiere un manejo cuidadoso de la cosecha [9].

7 Retos

Aunque ya es reconocida la gran eficacia de las macrófitas flotantes en la depuraci ón de aguas residuales, aun el área es susceptible de mayor exploracíon científica [3] orientada a necesidades específicas que suponen retos a futuro.

Miglio & Mellisho [4] ponen de manifiesto que resulta imperante ensayar sistemas con macrófitas flotantes en diferentes zonas geográficas (costa, sierra, selva) y en diferentes épocas del ãno, esto permitirá elucidar los rendimientos de acuerdo a las condiciones ambientales. Así mismo, es necesario orientar esfuerzos en determinar la viabilidad de la implementacíon de estos sistemas en climas templados y fríos.

Estudios adicionales son necesarios para comprender de mejor manera el efecto de las cosechas en la sucesíon y desarrollo de los humedales con macrófitas; estudios enfocados en determinar regímenes óptimos de cosecha, especialmente para maximizar la asimilacíon de nutrientes [17]. Paralelamente, potenciar el valor de la biomasa resultante del proceso como insumo para otras actividades tales como la obtencíon de energía, compostaje, fabricacíon de papelería, etcétera [9].

Teniendo en cuenta que empleando aireacíon y recirculacíon en sistemas con macrófitas flotantes, se obtienen mejores rendimientos [19], los retos a futuro deberían apuntar a maximizar la eficacia de estos sistemas implementando tecnologías que puedan ser empleadas a escala real. Las medidas tecnol ógicas deberán ser tambíen útiles en la capacidad de control y reduccíon de los costos de los dispositivos y maquinaria existente en la actualidad para mantener la vegetacíon en los niveles deseados [34].

Debido a la poca investigacíon, es usual desarrollar estos sistemas a través de ensayos de prueba y error o a través modelos de "caja negra". Es menester la investigacíon orientada a entender los procesos internos y así orientar diseños más precisos y estar en control de los parámetros de diseño [20]. Brix y Schierup [2] señalan que es preponderante identificar entre diferentes dise ños con macrófitas, el de mejor rendimiento, para así articularlo a diseños de sistemas integrados. Bajo un enfoque ecosistémico, es preciso orientar estudios para entender la influencia de estas plantas sobre otras comunidades, como las aves, y así determinar los posibles impactos ecológicos de sistemas de tratamiento con macrófitas flotantes [34]. Esto permitirá elucidar las potencialidades de integracíon de estos sistemas con el entorno, y constituirse en un criterio para su desarrollo e implementacíon. El aumento en la temperatura provocado por el cambio climático puede promover la expansíon geográfica de esta vegetacíon a zonas donde actualmente está limitada. Este escenario requiere de más investigaciones de campo y estudios experimentales para diseñar medidas de manejo o prevencíon adecuadas para los sistemas con macrófitas [34]. Tambíen se deberá poner mayor énfasis en la conservacíon y recuperacíon de los humedales naturales que cuentan con plantas flotantes [3], y garantizar así la permanencia del recurso.

En términos de competitividad con sistemas convencionales de tratamiento, es necesario no solo entender el funcionamiento sino tambíen potenciar los mismos. En esto radica el éxito de los sistemas naturales de tratamiento de aguas residuales [8].

8 Conclusíon

Existe un amplio espectro de aplicaciones encontradas en la literatura que hacen referencia a las macrófitas flotantes como sistemas naturales para el tratamiento de aguas residuales. La mayoría ha demostrado eficiencias de remocíon significativamente altas en todos los constituyentes de las aguas residuales, siendo el jacinto de agua la especie de mayor uso.

Los criterios de diseño empleados en sistemas con macrófitas flotantes difieren dependiendo de qúe modelo pueda ser empleado; sistema con especies flotantes; filtro de macrófitas en flotacíon; o humedales de tratamiento flotante con macrófitas emergentes.

Los retiros períodicos de las plantas son un requerimiento necesario para optimizar la eficiencia de remocíon, que puede convertirse en una limitacíon para el proceso, si no se tiene una disposicíon adecuada de la cosecha.

Las perspectivas para el desarrollo de esta técnica, plantean que se requiere orientar esfuerzos científicos para entender y potenciar los mecanismos de depuracíon de estas especies.

Agradecimientos

A todos los colaboradores y actores del curso de tratamientos naturales de aguas residuales de la Maestría en Hidrosistemas de la Pontificia Universidad Javeriana, y al Grupo de Investigacíon Ciencia e Ingeniería del Agua y el Ambiente, por brindar el marco de desarrollo del presente trabajo.

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