¿Puede una planta ayudar a limpiar el agua? Mucho antes de que existieran las plantas de tratamiento, los humedales, zonas de tierra saturadas de agua que incluyen, entre otros ecosistemas, a los manglares en las zonas costeras, ya funcionaban como sistemas naturales de depuración, gracias a la interacción entre las plantas, el suelo y los microorganismos que los habitan.
Ahora imaginemos por un momento que pudiéramos tener en nuestras colonias o fraccionamientos una especie de jardín que ayudara a limpiar el agua de nuestras casas, o espacios semejantes a pequeños parques con zonas de vegetación.
En ellos, las plantas, sus raíces, los microorganismos y distintos materiales naturales trabajarían juntos para retener contaminantes y transformar algunas de las sustancias presentes en el agua.
Aunque pueda parecer una idea futurista, la naturaleza lleva millones de años haciendo algo parecido. La ciencia ha aprendido de estos procesos para desarrollar sistemas que los imitan y aprovecharlos en el tratamiento del agua.
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Un humedal es una zona de tierra donde el suelo permanece saturado de agua de manera permanente o temporal, lo que da lugar a un ecosistema particular en el que interactúan agua, suelo, plantas y microorganismos.
En estos ambientes ocurren procesos físicos, químicos y biológicos que permiten retener, transformar o degradar materia orgánica y algunos contaminantes presentes en el agua.
Los humedales naturales cumplen, además, otras funciones ambientales importantes: albergan una gran diversidad de especies y contribuyen al almacenamiento de carbono.
Los humedales construidos o artificiales buscan reproducir de manera controlada algunos de estos procesos. Dependiendo de su diseño, pueden funcionar con flujo superficial, cuando el agua circula sobre el medio y permanece expuesta a la atmósfera, o con flujo subsuperficial, cuando circula por debajo de la superficie a través de materiales como grava o arena.
Estos sistemas pueden utilizarse de manera independiente para tratar aguas residuales de fraccionamientos, pequeñas comunidades u hoteles, pero también pueden integrarse a plantas de tratamiento de mayor tamaño. En estos casos pueden funcionar como una etapa adicional de depuración para remover materia orgánica, nutrientes o algunos compuestos que no fueron eliminados en las etapas anteriores.
¿Cómo funcionan?
El agua residual entra al humedal y circula lentamente a través del sistema. Durante su recorrido, entra en contacto con el sustrato, las raíces de las plantas y los microorganismos que crecen sobre estas superficies. Allí ocurren distintos procesos. Algunas partículas quedan retenidas físicamente, otras sustancias pueden adsorberse sobre los materiales del sustrato, las plantas incorporan determinados nutrientes y los microorganismos transforman o degradan parte de la materia orgánica y otros compuestos presentes en el agua.
Las raíces cumplen un papel importante, pero no trabajan solas. A su alrededor se forma una zona especialmente activa, conocida como rizosfera, donde viven comunidades de microorganismos capaces de participar en numerosas reacciones químicas y biológicas. Por eso, más que pensar en una planta que por sí misma “limpia” el agua, debemos imaginar un pequeño ecosistema en el que distintos componentes trabajan de manera conjunta.
Una de las ventajas de los humedales construidos es que pueden contribuir al tratamiento del agua con un consumo relativamente bajo de energía y con requerimientos de operación y mantenimiento menores que los de muchos procesos convencionales. Sin embargo, también tienen limitaciones. Una de las principales es el espacio. Dependiendo del diseño, del caudal de agua y de los contaminantes que se quieran eliminar, pueden requerirse áreas relativamente grandes o recorridos largos para alcanzar una buena eficiencia de tratamiento.
La selección de las plantas también es importante. Conviene utilizar especies adaptadas al clima de la región y capaces de tolerar las características del agua que se pretende tratar. Entre las plantas que pueden emplearse se encuentran juncos, carrizos, paragüitas o papiros. Dependiendo de las condiciones del sistema, también pueden incorporarse especies ornamentales, como alcatraces y lirios.
Esto abre una posibilidad interesante: un humedal construido no necesariamente tiene que parecer una instalación para tratar aguas residuales. Puede diseñarse como un espacio ornamental, mediante canales, jardines o sistemas en serie semejantes a grandes maceteros. Así, además de contribuir al tratamiento del agua, puede integrarse al paisaje de una vivienda, un fraccionamiento, un hotel o incluso un espacio público.
Sin embargo, el tratamiento del agua enfrenta nuevos retos. En los últimos años ha aumentado la preocupación por sustancias que las plantas convencionales de tratamiento no siempre eliminan por completo. Entre ellos se encuentran residuos de medicamentos, hormonas, productos de cuidado personal y otros contaminantes que pueden permanecer en concentraciones muy pequeñas en el agua.
Por esta razón se están estudiando estrategias para mejorar el funcionamiento de los humedales construidos. Una de ellas consiste en incorporar procesos electroquímicos.
Los humedales estimulados electroquímicamente integran electrodos dentro del sistema, generalmente en contacto con el medio por el que circula el agua y cerca de la zona donde se desarrollan las raíces y los microorganismos. Al aplicar una diferencia de potencial entre estos electrodos, pueden modificarse las condiciones electroquímicas del medio y favorecerse determinadas reacciones de oxidación y reducción.
Estos cambios pueden facilitar la transformación de algunos contaminantes y, dependiendo del diseño, favorecer también ciertos procesos realizados por los microorganismos. La intención no es sustituir el funcionamiento natural del humedal, sino potenciar algunos de sus mecanismos de tratamiento.
La cantidad de energía aplicada debe controlarse cuidadosamente. Una estimulación excesiva podría alterar las condiciones que necesitan las plantas y los microorganismos para vivir. El reto consiste precisamente en encontrar condiciones en las que el estímulo electroquímico favorezca las reacciones deseadas sin afectar el equilibrio biológico del sistema.
Si estos procesos permiten aumentar la velocidad o la eficiencia con la que se eliminan determinados contaminantes, en algunos diseños también podrían disminuir el tiempo que el agua necesita permanecer dentro del sistema y, con ello, reducir el área requerida para el humedal. Este es uno de los aspectos que actualmente resultan de mayor interés para su posible aplicación en lugares donde el espacio disponible es limitado.
¿Y si la naturaleza tuviera parte de la respuesta para limpiar el agua y nosotros solo necesitáramos aprender a aprovecharla mejor? Los humedales muestran que plantas, microorganismos, agua y suelo pueden trabajar juntos como un sistema de depuración.
La ingeniería busca ahora entender mejor esos procesos y, mediante herramientas como la electroquímica, encontrar nuevas formas de hacerlos más eficientes. La idea de un jardín que, además de formar parte del paisaje, contribuya a limpiar el agua quizá no sea tan futurista como parece.
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