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1er CONGRESO IBEROAMERICANO SOBRE SEDIMENTOS Y ECOLOGÍA
QUERÉTARO, QUERÉTARO MÉXICO, 21-24 JULIO 2015
ESTRATEGIA PARA EL CONTROL DE LA EUTROFICACIÓN DEL
LAGO ARTIFICIAL DEL BOSQUE DE SAN JUAN DE ARAGÓN
Luna Pabello Victor Manuel1,2, Aburto Castañeda Sergio1, Hernández Gómez Luciano1,
Fernández Villagómez Georgina3, Gómez Martínez Fernando Santiago2, De Lorenz Santos
Fernando2, Ramírez Carillo Héctor Faustino1, Segura Miranda Juan Benjamín1, Alva Martínez
Alejandro2, Poncelis Gasca Gregorio Lucio2, Poncelis Gasca José Antonio2, Sacristán de Alva
Manuel1, Higuera Rivera Alondra Isabel1 y Tristán Soriano Sergio1
1
Laboratorio de Microbiología Experimental, Grupo Académico Interdisciplinario Ambiental 2 de la Facultad de
Química de la UNAM. 3Facultad de Ingeniería. Av. Universidad 3000, Col. Universidad Nacional Autónoma de
México CU. 04510, Delegación Coyoacán, México D. F.
Correos electrónicos: [email protected], [email protected], [email protected],
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RESUMEN
El lago del Bosque de San Juan de Aragón, localizado al nororiente de la Ciudad de México, es un lago artificial que se alimenta con
las aguas tratadas procedentes del sistema depurador, tipo lodos activados convencionales, conocida como planta de “Tlacos”. El
efluente de esta planta, si bien, cumple con los parámetros de calidad establecidos en su diseño, su contenido de nitrógeno (N) y
fósforo (P), propicia la eutroficación del lago. Como estrategia para el control del fenómeno de eutroficación, se llevó a cabo la
determinación de la calidad del agua, estudios batimétricos y de la cantidad y ubicación de los sedimentos presentes. Los datos
obtenidos, permitieron fundamentar la necesidad de realizar un adecuado manejo del cuerpo de agua y de dotarlo de un sistema de
tratamiento complementario que reduzca principalmente la concentración de N y P, tanto del agua procedente de la planta de Tlacos,
como de la contenida en el propio lago. El proceso de selección de la tecnología a emplear, el cual consideró la vocación del sitio,
condujo a implementar la construcción de un sistema de tratamiento a base de humedales artificiales (STHA) consistente de un canal
para la conducción del agua a tratar (90 m de largo X 1.5 m de ancho y 2 m de profundidad); un tanque sedimentador (42 m2); un
humedal artificial de flujo subsuperficial (2,350 m2) y un humedal artificial de flujo superficial (5,734 m2) interconectados en serie para
tratar un promedio de 250 m3 de agua por día. Con los estudios batimétricos y la limitante de construir al interior del lago el STHA, se
pudo definir su ubicación final en el lago menor. Las determinaciones analíticas realizadas evidenciaron que el efluente del STHA,
desde el inicio de su operación, cumplió con lo establecido por la NOM-001-SEMARNAT 1997 para N (15 mg/L) y P (5 mg/L) y
que, progresivamente, ha logrado acercarse a los valores de N (entre 0.5 y 1 mg/L) y P (0.5 y 1.5 mg/L) recomendados en la literatura
internacional como valores máximos para prevenir la eutroficación de un cuerpo de agua.
Introducción
El Bosque de San Juan de Aragón se localiza al nororiente de
la Ciudad de México, tiene una superficie de
aproximadamente 160 hectáreas, a una altitud promedio de
2240 msnm. En su interior se localiza un lago artificial de
alrededor de 12 hectáreas. El lago es abastecido por dos
fuentes principales: 1) agua residual urbana tratada
volumen diario de 854 m3; 3) la infiltración y; 4) el envío de
excedencias al drenaje que se estima en 1´581,413 m3 al año
(Facultad de Ingeniería, UNAM 2007; Facultad de
Arquitectura, UNAM, 2008 y Luna Pabello y Aburto
Castañeda, 2014). Debido a que la planta de Tlacos constituye
previamente en un sistema de lodos activados conocido como
planta de “Tlacos”, la cual provee un volumen diario de 5616
m3 y 2) el agua de lluvia, con un estimado de
aproximadamente 2500 m3 diarios (julio a octubre). Las
pérdidas de agua por parte del lago comprenden cuatro
aspectos: 1) la evaporación, que se estima en 119 m3 al día, 2)
el rebombeo de agua hacía la Alameda Oriente con un
un tratamiento de tipo secundario convencional, el contenido
de nitrógeno y fósforo remanente resulta suficiente para
propiciar el fenómeno de eutroficación o enverdecimiento a
causa de la excesiva proliferación de microorganismos
fotosintéticos. En consecuencia, para prevenir o reducir este
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fenómeno, es necesaria la eliminación de esos nutrientes,
teniendo en cuenta la vocación del sitio, así como su relativo
bajo costo de operación y mantenimiento (Miranda Ríos y
Luna Pabello, 2002). Por ello, el uso de humedales artificiales
representa
una
alternativa técnica,
económica
y
ambientalmente viable (ZHI y JI, 2012; Luna Pabello y
Ramírez Carrillo, 2008-2009). De acuerdo con el inventario
nacional de plantas de tratamiento, se han construido 70
plantas tipo humedal artificial, lo que representa el 3% de las
plantas de tratamiento de aguas residuales municipales con
una capacidad total de 517 L/s (Conagua, 2013). Un humedal
artificial (HA) constituye una ecotecnología en la que ocurren
procesos de biotransformación de compuestos (disueltos y
suspendidos) carbonosos (C), nitrogenados (N) y fosforados
(P) llegando inclusive a la mineralización de los mismos, lo
que conlleva no solo a su retorno a sus respectivos ciclos
biogeoquímicos, sino a la drástica reducción de su
concentración en el agua tratada (Bayley et al., 2003). Los HA
tienen tres principales componentes: (1) el vegetal,
representado por plantas vasculares terrestres y/o acuáticas;
(2) los microorganismos, principalmente representados por
bacterias, protozoos y micrometazooos y (3) el material de
empaque o medio de soporte, el cual puede ser de grava,
gravilla, tezontle y rocas calizas (Drizo, 2000; Luna Pabello y
Ramírez Carrillo, 2004; Westholm, 2006). Los HA
fundamentan su funcionamiento en un conjunto de procesos
físicos (sedimentación), fisicoquímicos (potencial de
hidrogeno),
biológicos
(predación)
y
bioquímicos
(transformación de biomoléculas) que se llevan a cabo con
diferente intensidad, en función de las condiciones
ambientales predominantes en las diferentes zonas del HA
(Fig. 1). En su diseño se debe considerar no solo los aspectos
depuradores del mismos, sino también los de tipo estética y de
atracción preservación de la vida silvestre ya que proveen de
un nicho ecológico para diversos tipos de organismos
acuáticos y terrestres.
la cantidad y ubicación de los sedimentos presentes en su
lecho. Los datos obtenidos, permitieron fundamentar la
necesidad de realizar el adecuado manejo del cuerpo de agua y
de dotarlo de un sistema de tratamiento complementario que
permitiera la reducción significativa de la concentración de N
y P, tanto del agua procedente de la planta de Tlacos, como de
la contenida en el propio lago. Para la selección del sitio en
que se construiría el sistema de tratamiento a base de
humedales artificiales (STHA) se siguieron cuatro ejes
principales. 1) Disponibilidad de área para albergar todo el
sistema de tratamiento y minimice los impactos en las
actividades y usos para los cuales está destinado el lago
(actividades recreativas y de esparcimiento) así como
minimice el impacto de los espacios empleados por el
sistema, en cuanto al hábitat de especies acuáticas locales y
migratorias. 2) Que el sitio determinado, de acuerdo a estudios
previos de mecánica de suelos, no presente fallas geológicas,
como ocurre en otros puntos previamente evaluados en el
mismo lago, de tal manera que se minimicen los riesgos
estructurales ante posibles sismos en la zona. 3) Que se
favorezca el acceso para la operación y mantenimiento al
sistema, así como el libre tránsito peatonal para que los
visitantes del bosque cuenten con una apreciación significativa
de las características operativas y estéticas del HA, haciendo
más agradable su recorrido hacia otros puntos del BSJA. 4)
Que el sitio elegido presente una compatibilidad funcional con
el área que circunda al sistema (espacio temático educativo,
sendero didáctico) de acuerdo con el Plan Maestro del BSJA.
Resultados
De acuerdo con la estrategia planteada, la zona que mejor se
ajustó a los 4 ejes establecidos fue un área de 8086 m2 ubicada
dentro del lago menor (ilustración N°2).
Ilustración N°1. Principales componentes y procesos depurativos
en humedales artificiales (Tomado de Luna-Pabello y Aburto
Castañeda, 2014).
Metodología
Como estrategia para el control del fenómeno de
eutroficación, se llevó a cabo tanto la determinación de la
calidad del agua del lago, como de estudios batimétricos y de
Ilustración N°2. Ubicación del STHA dentro del Lago del Bosque
de San Juan de Aragón (Tomado de Luna Pabello y Aburto
Castañeda, 2014).
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El desarrollo de la ingeniería conceptual, básica y de detalle
del STHA incluyó el cálculo de las estructuras, la selección
del material de empaque (previas pruebas de laboratorio) y la
selección del componente vegetal (depurador y ornamental).
En la selección de material de empaque y del componente
vegetal se tomó en cuenta la experiencia obtenida en trabajos
previos (Ramírez Carrillo y Luna Pabello, 2009)
particularmente en el concerniente al desarrollo de un humedal
artificial de flujo combinado que permite obtener agua tratada
con muy bajo contenido de nutrientes y de bacterias, lo que la
hace apta para protección de vida silvestre y riego de cultivos
hidropónicos, realizado en el marco del Convenio de
Colaboración Académica y de Investigación Núm. 18029-31413-III-06
“Estudios
integrales
e
interdisciplinarios
relacionados con la sustentabilidad, la conservación ecológica
y la biodiversidad de la zona lacustre de Xochimilco”
celebrado entre la Facultad de Química de la UNAM y la
Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Xochimilco.
Todo lo anterior, se vio complementado con el diseño
arquitectónico que, conservando el carácter funcional, lo
hiciera también estético.
MT-1
MT-2
MT-5
MT-4
MT-3
Ilustración N°3. Diagrama de Flujo de agua del STHA (tomado de
Luna Pabello y Aburto Castañeda, 2014).
Descripción detallada del STHA
El STHA tiene capacidad para tratar dos corrientes de agua:
A) La proveniente de la zona del embarcadero del lago, la cual
de acuerdo con los análisis fisicoquímicos (C, N y P) y
microbiológicos (coliformes fecales) es la zona más
contaminada, y B) el agua proveniente de la planta de
tratamiento de Tlacos la cual, si bien cumple con la
normatividad establecida en cuanto a contaminantes
orgánicos, presenta concentraciones de N y P suficientes para
inducir la eutroficación del lago y además contiene de bajas a
altas concentraciones de hipoclorito de sodio (compuesto
empleado como desinfectante). En este contexto, el STHA en
su conjunto, se conceptualizó para poder recibir tanto agua
procedente solamente de la planta de Tlacos, como
exclusivamente del propio lago, e inclusive, una mezcla en
cualquier proporción de ambas corrientes. El STHA trata un
volumen total de agua entre 217 y 250 m3/d.
De manera general, el flujo del agua en el STHA ocurre a
través de 5 módulos de tratamiento (MT): El agua a tratar
(agua del propio lago y agua tratada de la planta de Tlacos) es
conducida por medio de dos canales (MT-1) hacia un tanque
sedimentador (MT-2) del cual es bombeada a (MT-3) humedal
artificial de flujo sub superficial (HAFSS) cuyo efluente pasa
al (MT-4) humedal artificial de flujo superficial (HAFS) y de
éste hacia el muro gavión (MT-5) el cual también sirve para
separar el agua tratada de la contenida en el lago menor (Fig.
3). Una vista aérea de la ubicación del STHA dentro del lago,
puede observarse en la Figura 4, mientras que la colocación de
los módulos que la componen se puede apreciar en la Figura 5.
Ilustración N°4. Vista aérea del lago del Bosque de San
Juan de Aragón en la que se aprecia el STHA construido al
interior del mismo.
MT-1
MT-2
MT-3
MT-4
MT-5
Ilustración N°5. Vista aérea del STHA en donde se aprecian los
módulos MT-1 a MT-5.
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Específicamente, el funcionamiento del STHA puede
explicarse de la siguiente manera: El MT-1 está conformado
por dos canales de conducción (90 m de largo X 1.5 m de
ancho y 2 m de profundidad) de concreto reforzado separados
por una pared intermedia (Fig. 6). Es importante destacar que
el diseño, para la conducción hidráulica del agua a tratar hacia
el sedimentador, es por vasos comunicantes, por lo que se
basó en niveles mínimos de agua del lago (NAMIN) y niveles
máximos del lago (NAME).
Ilustración N°6. Vista conjunta de los canales de conducción del
agua a tratar (MT-1) y del tanque sedimentador (MT-2).
Uno de los canales, el empleado para la conducción del agua
del lago, fue producto de la rehabilitación de un canal
existente, quedando un canal concreto reforzado de 1.10
metros de ancho por 2.28 metros de altura. Se encuentra
próximo al canal mayor, contiene cribas gruesas y medias, las
cuales tienen como propósito evitar la entrada de partículas
pequeñas que pudieran causar obstrucción en el sistema
hidráulico. La entrada de agua es regulada por una válvula de
mariposa de 30 cm de diámetro y es conducida directamente,
por medio de tubería de PVC de 30 cm de diámetro, con una
longitud de 175 m debido a que rodea el embarcadero y
atraviesa el canal mayor.
concreto reforzado, siendo la estructura exterior de 7.10
metros de diámetro y 2 metros de altura, mientras que la
estructura interior es de 5 metros de diámetro y 0.50 metros de
altura. El funcionamiento hidráulico de dicho tanque inicia
con el ingreso de las corrientes de agua por la estructura
circular exterior, el cual sirve de sedimentador y entrando
posteriormente el agua al círculo interior, en donde se ubican
dos bombas que trabajan alternadamente y suministran un
gasto de 416 litros por minuto. El funcionamiento de las
bombas es por medio de dos arrancadores termomagnéticos y
temporizadores, equipos que se encuentran en un registro
localizado arriba del terreno natural.
Una vez transcurrido el tiempo de residencia hidráulico preestablecido, el agua es transferida por dos líneas de bombeo
(una para cada bomba) de 50 mm de diámetro y 35 m de
longitud, hasta la entrada del MT-3 HAFSS (Fotografía N°1)
el cual consta de 6 celdas o piletas de tratamiento con un área
de total de 2,351 m2 y una superficie activa de 1,613 m2 tiene
una geometría de una cuarto de círculo, con un diámetro de 44
m. La estructura del HAFSS se encuentra dentro del lago,
sobre una losa de cimentación de concreto reforzado de 12 cm
de peralte. Sobre la misma, se desplantan columnas de
concreto reforzado de sección cuadrada de 20x20 cm, las
cuales a su vez soportan una losa de concreto reforzado
también de 12 cm de peralte, la cual constituye el piso de las
piletas del HAFSS. Esta última losa, soporta muros de tabique
rojo recocido de una altura de 1.00 m, confinados por castillos
y dalas de cerramiento, mismos que son las paredes de piletas
que contienen el material de empaque y la vegetación.
El otro canal, recibe agua tratada proveniente del la planta de
Tlacos. Este canal se construyó adjunto al canal antes mencionado,
quedando con una estructura de concreto reforzado 0.68 metros de
ancho por 1.77 metros de altura. Este canal se encuentra empacado
con partículas de 1 a 2mm de diámetro de un agregado mineral aFotografía N°1. Imagen del HAFSS (MT-3).
base de CaCO3, cuya función es disminuir el P disuelto contenido
en el agua, así como el de evitar la presencia de hipoclorito deEl agua procedente del sedimentador llega, por bombeo, al
sodio que contiene el efluente de la planta de Talcos, a niveles quepunto de distribución del HAFSS. Estos sistemas están
no perjudiquen el desarrollo de plantas y microorganismosformados por tres pares de piletas en las que el agua a tratar
depuradores presentes en el HAFSS y HAFS. De manera previa, sefluirá en partes iguales. El funcionamiento hidráulico entre las
encuentra acoplado un pre-filtro elaborado a base de gravillapiletas es por vasos comunicantes, de manera que el agua a
convencional, cuyo fin es el de retener los posibles sólidostratar se vierte en volúmenes iguales para cada pileta. Cada
suspendidos que pudieran reducir la capacidad de remoción de P.una de las piletas contiene tubería perforada acomodada en su
Para el lavado periódico de este filtro, se cuenta con tres canales deperímetro interno, en la cual se recibe el agua que ya ha tenido
lavado, los cuales consisten en cajas de concreto reforzado,tratamiento en alguna de las piletas de propio HAFSS. Las
adosadas al canal de filtro.
tuberías perforadas, después, de haber recolectado el agua de
las piletas, salen al exterior de la estructura por medio de tres
Ambas corrientes confluyen en un tanque sedimentador de 42
salidas en forma de cuello de ganso, las cuales vierten su
m3 MT-2 que se encuentra dentro del lago (Ilustración N°8).
efluente hacia el HAFS. El primer módulo de cada par
Su función es la de mezclar ambas corrientes y de sedimentar
contiene como material de empaque principal grava de origen
las partículas suspendidas que éstas contengan. El tanque está
ígneo, para favorecer la remoción fundamentalmente materia
formado por dos estructuras circulares concéntricas de
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orgánica (medida como DBO5), sólidos suspendidos totales
(SST), sólidos disueltos totales (SDT), además de fomentar la
biotransformación del nitrógeno-amoniacal (N-NH4) hacia
nitrógeno-nitrato (N-NO3). La segunda etapa de este módulo
tiene como soporte principal gravilla a base de mineral de roca
caliza, la cual permite remover los ortofosfatos (P-PO4) y
llevar a cabo el proceso de desnitrificación. En este
componente se realiza el mayor porcentaje de remoción de C y
N. Posteriormente, con la finalidad de darle movimiento
interno al agua, así como de continuar con su tratamiento, las
aguas procedentes de todos los módulos del HAFSS son
colectadas en una tubería común, de la cual son enviadas,
mediante el uso de dos bombas de recirculación que trabajan
alternamente, hacia el MT-4 (Fotografía N°2) Humedal
Artificial de Flujo Superficial (HAFS) a un punto de descarga
ubicado cerca del sedimentador, iniciándose así la fase final
del tratamiento, que consiste en pulimento por medio de la
vegetación acuática que se encuentra en el sistema.
adición progresiva y creciente de agua tanto procedente de la
Planta de Tlacos, como del propio lago. Durante el periodo de
aclimatación, se llevaron a cabo evaluaciones periódicas de la
calidad fisicoquímica del agua tanto de entrada como de
calidad del STHA. De igual forma, a lo largo del periodo de
operación, se han efectuado evaluaciones periódicas del
funcionamiento, observándose importantes fluctuaciones en la
calidad del agua y del volumen tratado, debido principalmente
a la falta de suministro permanente de energía eléctrica
proporcionada por la Comisión Federal de Electricidad (CFE).
Lo anterior, asociado al robo, en más de tres ocasiones, de los
cables (1000 metros de cable por ocasión) que conducen la
energía eléctrica hacia la bomba de alimentación. Para
solucionarlo, se ha implementado un sistema de paneles
solares (resguardados con cerca de alambre y canceles bajo
llave) con capacidad suficiente para poder mantener
adecuadamente la operación del STHA.
Fotografía N°2. Imagen del HAFS (MT-4).
El área activa del HAFS es de 5,735 m2 y contiene vegetación
de tipo hidrófita enraizada emergente (en las zonas de los
márgenes del espejo de agua); hidrófitas sub-emergentes y; de
libre flotación (en zonas de centro del espejo de agua). Este
tipo de vegetación,
proporciona un tratamiento
complementario, al favorecer la asimilación de N-NO3-; la
incorporación de materia carbonosa a su tejido; el intercambio
de oxígeno en la zona del rizoma; así como el desarrollo de
microorganismos bacterívoros, lo que en su conjunto, favorece
la transparencia del agua. Finalmente, el agua en tratamiento
fluye paulatinamente hacia el MT-5 muro gavión (Fig. 11) de
1 m de alto por 1 m de ancho y de aproximadamente 119 m de
largo, el cual funciona como una estructura que separa al
STHA del agua del lago menor. Está conformado por rocas
volcánicas (basalto) de diámetro variable (20 a 50 cm de
diámetro) acomodadas dentro de una malla que permite
mantenerlas apiladas y que facilita el flujo de agua entre el
HAFS y el agua del lago menor. La construcción del STHA se
efectuó mediante procedimiento de licitación pública. Una vez
terminada la construcción, se realizaron las pruebas
hidráulicas correspondientes, a efecto de corroborar el
adecuado funcionamiento hidráulico del sistema.
Posteriormente, se procedió al sembrando de la vegetación
tanto de carácter depurador (carrizos, y espadañas) como de
tipo ornamental (papiros). La operación se efectuó mediante la
Fotografía N°3. Imagen del muro gavión (MT-5).
Discusión
Para el diseño del STHA participaron distintos profesionistas
y alumnos de diversas disciplinas, tales como Ingeniería
química, ingeniería civil, Ingeniería ambiental, Ingeniería
forestal, Biología y Arquitectura. Los cuales, desde la
perspectiva de sus campos de aplicación profesional,
aportaron los elementos necesarios para el buen diseño
estructural, operativo y estético que permitiera su adecuado
funcionamiento tanto hidráulico como en los procesos
depurativos e interacciones ecológicas que tienen los sistemas
basados en HA, así como de su apariencia estéticamente
agradable y acorde con el entorno paisajístico.
El diseño, puesta en marcha y la perspectiva de emplear el
STHA en el lago del Bosque de Aragón, se enfocó en resolver
el problema inmediato de eutroficación del agua contenida en
el lago. Resolver este problema permite su rehabilitación
como zona recreativa segura, brindando así una opción de
solución para aquellos lagos urbanos que se encuentran en
diversas partes del mundo (Gulati et al., 2008). La estrategia
empleada, fue que después del canal de alimentación, el
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sistema de humedales superficiales (HAFSS) y acuáticos
(HAFS) redujeran aún más la concentración del fósforo de las
fuentes de entrada tanto exteriores como interiores. Con el
HAFS se generan áreas estables de una comunidad de plantas
acuáticas que redujeran la liberación de fosforo del sedimento
y fomentaran la creación de refugios del zooplancton que
colabora en la reducción de la concentración de fitoplancton
presente en el sistema acuático y que a la vez el zooplancton y
plantas constituyan una fuente de alimento para aves que
habiten el STHA. De esta forma, si bien, los humedales
artificiales típicamente son considerados como instrumentos
de la ingeniería, diseñados para eliminar contaminantes, hoy
sus beneficios son más amplios ya que brindan servicios
secundarios al crear hábitats para la vida silvestre, lo cual llega
a ser de igual o mayor importancia que los beneficios de la
función de eliminación de contaminantes. Por lo que el diseño
de humedales artificiales puede ser catalogado como
multifuncional al dar al ecosistema un equilibrio entre la
eliminación de contaminantes y de poder cumplir con
funciones ecológicas. La construcción del STHA para el
tratamiento del agua del Lago del Bosque de San Juan de
Aragón, ha propiciado un espacio adecuado para el desarrollo
de vegetación acuática que contribuya en el mejoramiento de
la calidad del agua del lago y en consecuencia representa un
hábitat para las especies de aves migratorias y residentes
(Fotografía N°5), así como fauna acuática que lo habita. De
igual forma, ha mejorado el aspecto paisajístico y constituye
una instalación con alto potencial didáctico. De manera
particular, de acuerdo con los registros realizados por parte del
personal del propio Bosque de San Juan de Aragón, las
especies de aves que han retornado al lago son: Butorides
striatus virescens; Ardea alba, Nicticorax nicticorax, Egretta
thula, Egretta tricolor, Ardea herodias herodias, Anas
platyrhynchus diazi, Dendrocygna autumnalis, Fulica
americana, Charadrius vociferus, Actitis macularía,
Himantopus mexicanus, Ceryle torquata y Ceryle alcyon.
fisicoquímicos (amortiguación de pH). En una segunda etapa,
se hace más importante la colonización del medio de empaque
por diversos microorganismos, entre los principales se
encuentran las bacterias, protozoos y micrometazoos. De
manera paralela, el componente vegetal se va estableciendo, a
partir del crecimiento de a que los ejemplares que se
adaptaron, haciendo que la actividad de la rizosfera y
fotosintética de la planta, contribuyan en mayor medida a la
transformación y retiro de contaminantes disueltos. Las
determinaciones analíticas realizadas evidenciaron que el
efluente del STHA, desde el inicio de su operación, cumplió
con lo establecido por la NOM-001-SEMARNAT 1997 para
N (15 mg/L) y P (5 mg/L) y que, progresivamente, ha logrado
acercarse a los valores de N (entre 0.5 y 1 mg/L) y P (0.5 y 1.5
mg/L) recomendados en la literatura internacional como
valores máximos para prevenir la eutroficación de un cuerpo
de agua (Ilustración N°7).
En este contexto es que se diseñó el STHA para mejorar la
calidad del agua del lago menor, a partir del tratamiento de
dos fuentes de suministro, una de ellas es el agua procedente
de la planta de Tlacos y la otra la contenida en propio lago
(zona del embarcadero). Como se mencionó anteriormente, el
STHA consta de 5 módulos: MT-1 Canales de conducción,
MT-2 Sedimentador, MT-3 Humedal artificial de Flujo
Subsuperficial, MT-4 Humedal artificial de flujo superficial,
Mt-5 Muro gavión, los cuales en conjunto proporcionan una
combinación de procesos físicos, fisicoquímicos y biológicos,
que permiten obtener niveles de contaminación aceptables por
la normatividad nacional vigente aplicable, para un flujo
nominal de entre 217 y 250 m3/día en una superficie de
aproximadamente una hectárea.
Ilustración N°7. Resultados de la calidad de agua obtenidos
durante la operación del STHA (Luna Pabello y Aburto
Castañeda, 2014).
Desde el punto de vista funcional el STHA, en una primera
fase, lleva a cabo la depuración del agua preponderantemente
a partir de procesos físicos (sedimentación y filtración) y
No obstante, debido a la interrupción en el suministro de agua
a tratar, derivado de la falta de energía eléctrica que permita
operar la bomba de alimentación, el volumen y calidad del
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agua proporcionada por el STHA ha fluctuado
significativamente, pudiendo mantenerla dentro de lo
establecido por la normatividad, pero en concentraciones
superiores de N y P que permitan reducir el fenómeno de
eutroficación (Tabla N°1). Es importante mencionar que a
pesar de los periodos de completa carencia de suministro de
agua, la vegetación acuática y terrestre, si bien ha sufrido
estrés, no se ha secado completamente, de tal forma que con el
suministro que llega a recibir y con el agua de lluvia ha
permanecido activa, depurando el volumen de agua que se le
envíe, sin importar el nivel de contaminación con el que
venga. Actualmente, cuenta con un sistema de paneles solares
cuya capacidad instalada asegura el adecuado suministro de
energía eléctrica (se mantiene como respaldo el suministro de
energía proporcionado por CFE) por lo cual el STHA podrá
operar de acuerdo a lo previsto en su diseño.
más adecuado para la cosecha de la biomasa vegetal,
optimizando así su funcionamiento y con ello poder tratar
mayores volúmenes de agua en menor tiempo y espacio.
Observar la naturaleza y reproducirla a través de sistemas de
ingeniería, ha resultado cada vez en mayor beneficio para el
medio ambiente de una manera sustentable y mucho menos
agresiva con su propio entorno.
Tabla N°1. Calidad de agua actual en el STHA.
Muestra
Influente
MT-2
Influente
MT-3
Influente
MT-4
Influente
MT-5
Nitrógeno
Nitritos
Nitratos
Fósforo
mg/L
mg/L
mg/L
1.18
0.40
4.23
5.44
8.66
5.04
1.51
0.41
3.51
3.49
8.62
2.44
Conclusiones
0.26
0.40
3.40
1.86
7.66
0.68
0.36
0.44
3.28
1.60
7.68
0.64
La estrategia planteada para el control de la eutroficación del
lago artificial del Bosque de San Juan de Aragón consistió en
determinar claramente su problemática previo conocimiento
de flujos y de calidad de agua que recibe el lago.
Posteriormente, se procedió al establecimiento del tren de
tratamiento que permitiera la mejora de la calidad del agua y
con ello la reducción de la eutroficación del lago. Dicho tren
consistió de 5 módulos: MT-1 Conformado por dos canales de
conducción¸ MT-2 que es un sistema sedimentador; MT-3
Humedal Artificial de Flujo Sub-Superficial (HAFSS); MT-4
Humedal Artificial de Flujo Superficial (HAFS); MT-5 Muro
gavión, que en conjunto permiten la producción nominal de
entre 217 y 250 m3 por día de agua tratada. Si bien durante la
etapa de arranque e inicio de operación el STHA funcionó
adecuadamente, cumpliendo no sólo con lo previsto en la
normatividad aplicable, sino en estar por debajo 1 mg/L para
fósforo y nitrógeno, durante la evaluación periódica de su
desempeño funcional, se detectaron fluctuaciones de volumen
y calidad de agua tratada, atribuible a la falta de suministro
permanente de energía eléctrica proporcionada por CFE. Esto
último debido al robo, en más de tres ocasiones, de los cables
que conducen la energía eléctrica hacia la bomba de
alimentación. Para solucionarlo, se ha implementado un
sistema de paneles solares con capacidad suficiente para poder
mantener adecuadamente la operación del STHA, por lo que el
sistema podrá depurar el agua de acuerdo a las
especificaciones de diseño. A nivel mundial es creciente el uso
de HA por lo cual se espera que en México su aplicación se
incremente de manera importante.
amoniacal
pH
mg/L
OD
mg/L
Tendencias en el uso de HA
La versatilidad en el uso de HA se ha consolidado con el paso
del tiempo debido a que han demostrado ser sistemas que
operan a bajo costo y que tienen un periodo aceptable en su
propio tiempo de funcionamiento, requiriéndose pocos
elementos para mantener su operación y mantenimiento. La
tendencia internacional ha llamado la atención de instituciones
tales como el Banco Mundial hacia la utilización de este tipo
de sistemas, pues representan una alternativa de bajo consumo
energético y que, al utilizar vegetación sembrada en un medio
de soporte y/o de tipo acuático, permiten el control biológico
de la contaminación, evitando así el uso de compuestos
químicos. En la actualidad se pueden encontrar este tipo de
sistemas alrededor del mundo (Ilustración N°8) y la tendencia
lleva a evaluar la conveniencia a corto, mediano y largo plazo
en la utilización de los HA para el tratamiento de aguas
contaminadas. El inconveniente que tradicionalmente presenta
el tratamiento a base de HA, es que requieren grandes
extensiones de superficie acuática o terrestre. Sin embargo, los
esfuerzos para optimizar espacios han permitido reducir tanto
el terreno requerido (en el caso de HAFSS) al eficientar los
arreglos de partículas y tipo de materiales a emplear, como el
volumen de agua (en HAFS) al poder determinar el tiempo
Ilustración N°8. Total de publicaciones sobre investigación en
humedales artificiales en el periodo de 1991–2011 (Tomado de Zhi
y Ji, 2012).
1er CONGRESO IBEROAMERICANO SOBRE SEDIMENTOS Y ECOLOGÍA
QUERÉTARO, QUERÉTARO MÉXICO, 21-24 JULIO 2015
Reconocimientos
El presente trabajo se desarrollo en el marco del Convenio
entre la Facultad de Química de la UNAM (FQ-UNAM) con
Gobierno del Distrito Federal CONV-GDF-SMA-FIDAM01/UNAM 19628-143-12-II07 “Humedal artificial para el
control de la contaminación del Lago del Bosque de San Juan
de Aragón”. También conto con el apoyo de los proyectos
UNAM/DGAPA/PAPIIT: Clave No. IN 107209. “Desarrollo
de un humedal artificial de alta eficiencia para remoción de
contaminantes orgánicos y microorganismos patógenos”, así
como del proyecto Clave No. IT103312 “Diseño, construcción
y evaluación de un sistema de tratamiento móvil para
depuración y reuso de aguas residuales de tipo municipal”.
Parte de la información empleada para el diseño del STHA se
obtuvo del humedal artificial de flujo combinado instalado en
el Centro de Investigaciones Biológicas y Acuícolas de
Cuemanco de la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad
Xochimilco. El cual fue diseñado, construido y es operado por
la FQ-UNAM, en el marco del Convenio de Colaboración
Académica y de Investigación Núm. 18029-314-13-III-06
“Estudios integrales e interdisciplinarios relacionados con la
sustentabilidad, la conservación ecológica y la biodiversidad
de la zona lacustre de Xochimilco”. Las imágenes aéreas de
STHA fueron tomadas con el equipo de filmación aérea F550
con cámara marca GO PRO Modelo Hero 3+ de 11 mega
pixeles y video en alta definición, asignado al Grupo
Académico Interdisciplinario Ambiental (GAIA) de la FQUNAM operado por el M en I Alfredo González, Urbanista
Adrian Larumbe e Ing. Civil David Becerril.
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