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Filtros Fitoterrestres para depuración de aguas residuales |
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martes, 02 de septiembre de 2008 |
Los Filtros Fitoterrestres, son una interesante tecnología “natural” para la depuración de aguas con carga orgánica.
A pesar de que las aguas residuales de las principales ciudades de Chile están siendo depuradas antes de ser restituidas a los ríos —labor en general realizada por grandes plantas electromecánicas para tratamiento de agua—, y de que cada vez más ciudades pequeñas o pueblos se suman al tratamiento de sus aguas servidas, muchos ríos mantienen altos niveles de carga orgánica. Lo anterior tiene su explicación en poblaciones, caseríos o casas individuales, en la crianza de animales y en algunas actividades agroindustriales, las que por ley tendrán que tratar sus descargas.
 Los filtros fitoterrestres son un sistema de tratamiento natural de los líquidos residuales.
Como veremos las fuentes menores de contaminación biológica (incluso ciudades de hasta 30.000 habitantes) pueden ser neutralizadas a costos razonables —de instalación y operación— mediante técnicas que utilizan elementos naturales para los procesos de depuración. Entre esas tecnologías están las lagunas facultativas (ver recuadro) y los filtros fitoterrestres, las primeras —según Henning Schiller de la empresa alemana Eko-Plant— con no muy buenos resultados en Chile: “En Alemania todavía hay más de 300 sistemas con ese tipo de lagunas, en enormes extensiones, ya que por persona se requieren alrededor de 15 m2 para bajar el nivel de materia orgánica de los desagües”.
Los filtros fitoterrestres (FFT), por su parte, son un sistema de tratamiento natural de los líquidos residuales, desarrollado en Alemania, que se creó en los años cincuenta y que desde hace 20 años se acepta como una alternativa entre los varios sistemas de tratamiento de líquidos residuales. Los FFT recibieron ese nombre porque los dos puntos clave del proceso son el suelo y las plantas, y como referencia necesitan una superficie, que finalmente depende de los caudales y la concentración de carga orgánica, de entre 3 y 5 m2/habitante.
La Tecnología de los Filtros Fitoterrestres
Los FFT son similares a lechos o piscinas impermeables que absorben los nutrientes del agua y evapotranspiran a través de plantas superficiales (carrizos), impidiendo la contaminación de la tierra y de las napas. En ellos se reproducen artificialmente los procesos que se dan en esteros, humedales, o zonas costeras de transición. Respecto a las dimensiones resultan proporcionales al caudal a tratar, al tiempo de retención hidráulica, la porosidad del material filtrante (substrato) y calidad del efluente a obtener. Su forma más conveniente es rectangular y su profundidad no excede los 60 cm.
El proceso de depuración de los líquidos residuales es producido por bacterias que se generan en los espacios intersticiales del filtro, en la zona radicular y los rizomas de las plantas, reduciéndose el oxígeno con la profundidad hasta llegar a un proceso predominantemente anaeróbico. La bibliografía describe que en los filtros de mejor funcionamiento, puede lograrse una DBO5 (Déficit Biológico de Oxígeno a 5 días) residual de 2 a 7 mg/lt, mientras que los coliformes pueden ser reducidos en más de un 98%.
 En Alemania se usaban los líquidos cloacales en el riego de los campos hasta que contaminaron las napas.
Historia
El origen conceptual se encuentra en el riego de suelos con líquidos cloacales, una tecnología utilizada durante cientos de años. Schiller: “En Alemania hay documentación del siglo XVII de pueblos de hasta 15.000 habitantes que usaban sus líquidos cloacales en el riego de los campos y estaban contentos por el buen crecimiento de los vegetales. En Inglaterra fue una de las técnicas preferidas hasta 1900, pero con el tiempo al haber cada vez más desagües en los mismos campos se llegó a los límites naturales del riego, el problema surgió con el crecimiento y la introducción de la industria”.
Límites naturales: Los campos eran pastizales por lo que se tenía como promedio una profundidad de raíces de 30 cm, zona donde se concentran las bacterias alrededor de las raíces. En la rizósfera la densidad de bacterias es cerca de 100 veces más alto que por fuera de la misma. El perfil de suelo con alta densidad de raíces (30 cm) se usaba para tratar la materia orgánica de los líquidos cloacales, el problema es que para tratar los desechos de 200 o 300 personas se necesitaba una superficie cercana a 1 ha.
Cuando se sobre riega disminuye la permanencia en la zona radicular y el agua percola a los acuíferos (napas freáticas), a los que llega sin depuración. Ese efecto le costo la vida a miles de personas, por ejemplo en Hamburgo (1886), donde murieron cerca de 100.000 personas por la contaminación de las napas freáticas causada por sus propios líquidos cloacales infectados con cólera, pues de las napas sacaban el agua potable. En ese momento el riego de campos desapareció como solución.
Tecnología Optimizada
Pero el potencial de las bacterias en las zonas de raíces se continúa utilizando en la actualidad y se ha optimizado. El sistema que comercializa la empresa alemana Eko-Plant presenta un horizonte de suelo (piscina de 60 cm de profundidad) con plantas lignóficas características de los pantanos, las que pueden sobrevivir en situaciones permanentemente saturadas de agua. El suelo se impermeabiliza con geomembranas para no contaminar las napas y el movimiento del agua ya no es vertical si no horizontal, aumentando la permanencia del líquido para así lograr los tiempos de tratamiento definidos técnicamente.
El sistema es modular, los sistemas más pequeños son para casas particulares y los más grandes para una ciudades de 30.000 habitantes. La amplitud de uso de los filtros va de líquidos domésticos hasta la agroindustria y los criaderos de animales. También trabajan con desechos de la industria papelera, textil, de frigoríficos, etc. Todos los líquidos orgánicamente cargados se pueden tratar con este tipo de filtros.
Las Plantas en los Filtros y el Impacto Ambiental
Las plantas más simples de trabajar y más eficientes -por tener raíces compactas hasta los 60 cm- son los pragmites (Phragmites australis) o carrizos, que son gramíneas. En la zonas más templadas de Chile la gente los considera como maleza porque invaden los canales de riego. También son útiles los juncos pero sus raíces sólo llegan a los 30 cm.
 Las pantas más eficientes -por tener raíces compactas hasta los 60 cm- son los pragmites.
Duración de los FFT y costos de instalación y operación
En el caso de las plantas de tratamiento electromecánico por lo general se debe hacer la inversión completa —para 20 o 30 años— en un comienzo, y además requieren de reinversiones periódicas para reemplazar las piezas metálicas que se oxidan o las partes de cemento que se deterioran. Por su parte las lagunas facultativas requieren de 3 veces mayor superficie —para igual proceso— que los FFT, y entre un 25 y un 30% de los costos de ambos corresponden a la geomembrana, por lo que los FFT también resultan más económicos. Se utilizan geomembranas de polietileno de 1,5 mm de espesor lo que permite garantizar muchos años de impermeabilización.
La vida útil de los FFT se proyecta en 50 años y la caducidad está dada por su capacidad de absorber los fosfatos del suelo. “El filtro más antiguo que hemos hecho, dice Schiller, es de 1973 y está funcionando todavía, hasta el día de hoy no hay ningún FFT que se haya saturado en la absorción de fosfatos”. Por otra parte los FFT (incluso para una población de 20.000) requieren de sólo dos operarios que deben controlar los caudales que entran en los filtros según los cálculos de capacidad y revisar los sistemas hidráulicos de las salidas, donde unas abrazaderas —único elemento que sufre desgaste— sujetan mangueras de polietileno del sistema hidráulico de los filtros. Los únicos costos de operación, corresponden a los operarios que deben mantener el servicio funcionando las 24 horas en el caso poblaciones. Además los FFT son modulares por lo que pueden ampliarse de acuerdo a las necesidades y así parcelar el gasto.
 En los filtros no hay olores por lo que pueden estar ubicados en las cercanías de, por ejemplo, un centro hotelero.
El movimiento de suelo afecta los costos pues hay lugares en que se debe cambiar el 100% del suelo, porque son arcillosos y no sirven para las plantas, pero si es una pradera es un suelo óptimo. El tipo de pretratamiento también es importante, en una casa particular lo más simple son las cámaras sépticas, pero en el caso de plantas más grandes los pretratamientos son desarenadores, rejas, sedimentadores, etc.
En los FFT grandes (por ejemplo, la ciudad de Esquel, Argentina, con más de 20.000 habitantes) la inversión es de más o menos US$ 40/m2. Como se necesitan 3 m2/persona se requiere de una inversión de alrededor de US$ 120/persona.
Planta de CAPEL con FFT
En Chile la empresa Eko-Plant construyó un FFT para una planta pisquera de Capel (en Vicuña, Valle del Elqui) que desecha vinasa, un líquido 100 veces más cargado biológicamente que los desagües con desechos humanos. La vinasa tienen un pH de 3,5 (es ácida) y sale de los alambiques con temperaturas de hasta 90 o 95ºC. Esa temperatura no la soporta ninguna planta (pues se cocina) por lo que se hace un pretratamiento mezclando el líquido con agua de lavado de cubas, para bajar la temperatura y neutralizarlo, luego de eso pasa al FFT. El filtro fue entregado a Capel el año 2004 con un rendimiento documentado en la CONAMA y el SAG de un 95%.
Se debe adaptar el diseño de los FFT si el terreno es irregular o en declive, y en el caso de Capel cada uno de sus 5 módulos es diferente. Para el rendimiento de los filtros también interesa la evapotranspiración y en el Valle del Elqui —entre las 15:00 y las 17:00 horas— del líquido que entra al FFT no sale nada, pues todo se evapora. Ese el mejor comportamiento para la descontaminación pero no hay efluente para riego y Capel tiene un acuerdo con el municipio de Vicuña para entregar el agua resultante que es usada para regar áreas comunales.
El grupo Eko-Plant ha construido más de 400 FFT en todo el mundo y garantizan el funcionamiento de sus plantas según la calidad de salida del agua comprometida en el diseño. Tienen plantas a alturas de 4.300 msnm en Los Andes bolivianos y la planta más austral está en Argentina a la altura de Puerto Montt.
Artículo publicado en revista Chileriego nº 23
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