Informe Layman - Fundación Global Nature

INFORME FINAL (01/10/2002 – 30/09/2005)
NUEVOS FILTROS VERDES CON MACROFITAS EN FLOTACIÓN “MACROPHYTES” (LIFE02 ENV/E/182)
NUEVOS FILTROS VERDES CON MACROFITAS EN FLOTACIÓN
“MACROPHYTES”
Informe Layman
LIFE02 ENV/E/182
Fecha de redacción del informe: 15 de Noviembre de 2005 (actualizado 30/12/2005)
INFORME FINAL (01/10/2002 – 30/09/2005)
NUEVOS FILTROS VERDES CON MACROFITAS EN FLOTACIÓN “MACROPHYTES” (LIFE02 ENV/E/182)
Un sistema Innovador para el tratamiento de Aguas Residuales
Contexto y objetivos del Proyecto
El Sureste ibérico se caracteriza por la proliferación de numerosos pequeños núcleos de
población repartidos dispersamente dentro de un mismo término municipal, con actividades
económicas que generan diversos impactos ambientales (turismo, explotaciones agroganaderas,
etc.) especialmente numerosos focos de vertidos de aguas residuales que necesitan depuración.
Un problema común a buena parte
de España es la falta de depuración
de las aguas residuales urbanas y el
mal
funcionamiento
de
las
depuradoras existentes. La situación
de las aguas de la cuenca
mediterránea española y, muy
especialmente de las cuencas de los
ríos Segura, Guadalentín y Mula, en
la
provincia
de
Murcia,
es
inadmisible.
Por una parte, los vertidos derivados de la industria agroalimentaria y la ganadería intensiva
(porcino), así como de otras industrias muy contaminantes (curtidos) elevan gravemente la
contaminación de los ríos. Por otra parte, nos encontramos con numerosos núcleos de población
aislados que, aunque dispongan de sistemas de alcantarillado, no pueden reunir sus efluentes
con los de otros núcleos dada la distancia entre los mismos. Las estaciones de depuración de
aguas residuales convencionales son sistemas caros sometidos a una economía de escala y
necesitan para su rentabilización de unos aportes mínimos que sobrepasan con mucho los
requerimientos de depuración y las posibilidades económicas de estos núcleos.
Además, la falta de depuración adecuada agrava aún más la escasez de recursos hídricos en
comarcas áridas, donde una buena parte de las aguas residuales no pueden ser reutilizadas.
El caso de Lorca (Murcia) es uno de los mejores ejemplos de este problema. Es uno de los
términos municipales más extensos de España (1.676 km2). La mitad de su población, se reparte
en numerosos núcleos dispersos de población, además de en miles de viviendas unifamiliares
esparcidas, sin conexión al alcantarillado, generando miles de pozos negros de gran impacto
ambiental. Esta estructura poblacional dificulta enormemente la ejecución de alcantarillados y de
la depuración de las aguas de forma conjunta. La mayor parte de núcleos urbanos (pedanías)
cuentan con alcantarillado pero no disponen de depuración.
Pedanía de Avilés. (Municipio de Lorca, Murcia)
Finalmente, otro de los grandes problemas de depuración aún sin resolver a bajo costo, es la
depuración de vertidos de purines. Lorca cuenta con casi 1.100 explotaciones porcinas, tanto de
cebo como de reproducción, también dispersas entre sí, y que generan un problema ambiental
gravísimo por la falta del adecuado tratamiento de purines.
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Con el fin de mejorar esta situación, con la financiación del Programa LIFE-Medio Ambiente de la
Comisión Europea, la Fundación 2001 Global Nature, junto con la Escuela Técnica Superior de
Ingenieros Agrónomos (ETSIA) de la Universidad Politécnica de Madrid, en colaboración con el
Ayuntamiento de Lorca, como beneficiario y cofinanciador del proyecto, pusieron en marcha el
proyecto « Macrophytes » cuyos objetivos han sido :
- Demostración de la eficacia de un sistema innovador para la depuración de aguas residuales
mediante humedales artificiales o canales de depuración de aguas residuales mediante
plantas macrofitas flotantes.
Para ello se han construido 7 prototipos de filtros de macrofitas en flotación para depuración
de efluentes residuales de diversas procedencias:
??
3 prototipos en pequeños
núcleos de población situados a más de
20 Km. del casco urbano central en el
municipio de Lorca (Murcia): Doña Inés
(149 habitantes), Avilés (394 habitantes) y
Coy (501 habitantes)
??
2
prototipos
en
viviendas
unifamiliares y 1 en el Albergue-residencia
de la fundación Global Nature, en el
municipio de Lorca (Murcia).
??
1 prototipo en una instalación
porcina (Cooperativa GAMUR) del término
de Lorca (Murcia) para la depuración de
purines con este nuevo sistema.
Filtro de la Pedanía de Avilés
- Promoción de estos nuevos sistemas
en las regiones mediterráneas,
donde la falta de parada vegetativa
invernal favorece la actividad de las
plantas y los hace especialmente
aptos para núcleos turísticos, a
veces lejanos de los cascos
urbanos y con mayor población en
verano, época de máxima actividad
de los filtros.
- Promoción de estos nuevos sistemas
de depuración no sometidos a una
economía de escala, aplicables a
pequeñas
comunidades
y
a
diversos
sectores
(urbano,
ganadero e industrial), baratos en
su ejecución y mantenimiento.
Filtro de GAMUR
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Descripción de la técnica aplicada.
La depuración de aguas mediante sistemas de plantas macrofitas
Los sistemas que utilizan plantas macrofitas acuáticas se basan en un monocultivo o policultivo
de plantas superiores (macrofitas) dispuestas en lagunas, tanques o canales poco profundos.
Aunque realizan normalmente tratamientos terciarios del agua que reciben, pueden incluso llegar
a realizar tratamientos secundarios. Las propias plantas suministran el oxígeno al proceso de
depuración que se realiza en el sistema radicular. Las plantas degradan, absorben y asimilan en
sus tejidos los contaminantes, pero también proporcionan una extensa superficie donde se
posibilita el crecimiento bacteriano y se filtran los elementos sólidos en suspensión.
Los diferentes sistemas de depuración que utilizan macrofitas acuáticas se clasifican en:
1- Sistema de macrofitas emergentes de flujo superficial:
Este sistema y el siguiente utilizan plantas enraizadas y tolerantes al encharcamiento. Suelen ser
vivaces y sus hojas se secan en invierno, rebrotando en primavera a partir de rizomas, como los
carrizos (Phragmites sp.), juncos (Scirpus sp.)
o eneas (Typha sp.) En los sistemas de flujo
superficial la eliminación de contaminantes se
produce por reacciones que tienen lugar en el
agua y en la zona superior de contacto, ya que
por las raíces circula una escasa cantidad de
agua residual, por lo que su potencial de
depuración es muy restringido.
2Sistema
de
macrofitas
emergentes de flujo subsuperficial:
Similar al anterior, utiliza una capa de grava o
de suelo por donde circula el agua por
gravedad. Se obliga a pasar toda el agua
residual por las raíces, lo que incrementa
enormemente el rendimiento depurativo. Su
mayor inconveniente es la rápida colmatación
del terreno con el paso de los años, ya sea por
las propias raíces y rizomas o por los sólidos
sedimentados. Eliminar los contaminantes
significa entonces destruir el sistema.
3- Sistema de macrofitas flotantes:
Utilizan especies que son flotantes de forma natural, como las lentejas de agua (Lemna, Wolffia,
Spirodella) el helecho (Azolla sp.), el jacinto de gua (Eichornia crassipes), o los nenúfares
(Victoria regia). Estos sistemas tienen la ventaja de que el contacto entre las raíces y el agua
residual es total y presenta una gran superficie. Sin embargo, estas especies no alcanzan un
gran tamaño y su producción de biomasa es limitada, lo cual reduce su valor depurativo absoluto,
aunque absorben grandes cantidades de nitrógeno y fósforo. Sin embargo, son muy efectivos
cuando las concentraciones de materia orgánica y de sólidos disueltos son bajas.
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4- Sistema de Filtro de Macrofitas en Flotación:
Este es el sistema objeto del proyecto LIFE Macrophytes, y del que se han construido
prototipos en Lorca.
Este sistema utiliza macrofitas de tipo emergente, que de forma natural se encuentran enraizadas
en el terreno, pero que aquí se transforman artificialmente
en flotantes. Se trata de un método novedoso que combina
las ventajas de los sistemas flotantes y los de macrofitas
emergentes, eliminando o reduciendo sus inconvenientes.
El sistema es capaz de realizar un tratamiento terciario de
efluentes de sistemas de depuración convencionales
eliminando elementos eutrofizantes, especialmente fósforo
y nitrógeno. Efectúa un tratamiento secundario
descomponiendo la materia orgánica por medio de los
microorganismos adheridos al sistema radicular de las
plantas, y también favorece la disminución de sólidos en
suspensión al quedarse adheridos en el entramado de
raíces. Algunas especies de plantas emergentes tienen la
capacidad de absorber cantidades importantes de metales
pesados o descomponer fenoles, por lo que el sistema es
también válido para tratar vertidos industriales.
Detalle de plantación de macrofita en flotación
El sistema lo constituye básicamente un tapiz de vegetación
flotante que ocupa toda la superficie de una laguna o de una serie de canales por donde circula el
agua. La profundidad de los mismos varía entre los 25 y 75 cm. Las plantas deben ser en lo
posible autóctonas de la región y se disponen de tal forma que sus raíces, rizomas, y parte del
tallo, se encuentren sumergidos. Se ha trabajado especialmente con carrizos (Phragmites sp.),
esparganios (Sparganium sp.), juncos (Scirpus, Schoenus), lirio de agua (Iris pseudocorus) y
espadañas o eneas (Typha sp.).
Estas últimas parecen haber
dado hasta la fecha los mejores
resultados,
con
altos
rendimientos de crecimiento y
depuración.
Por otra parte, una vez
estabilizado el sistema, se
produce una gran cantidad de
biomasa, que debe ser retirada
mediante cortes periódicos para
que el sistema siga bombeando
nutrientes. Esta biomasa puede
ser utilizada en alimentación
ganadera
o
con
fines
energéticos.
Filtro de macrofitas en flotación. Pedanía de Coy
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Resultados alcanzados
La puesta en marcha de 7 prototipos piloto ha demostrado la viabilidad tanto técnica cómo
económica del sistema de filtración bajo diferentes condiciones de vertidos, pero especialmente
en núcleos de población de entre 150 y 1.000 habitantes. Estos núcleos de población o
actividades económicas, por sus dimensiones y localización, difícilmente podrían disponer de
sistemas de depuración convencionales a un coste similar.
Durante todo el proyecto la ETSIA de la Universidad Politécnica de Madrid ha efectuado las
tareas necesarias de seguimiento científico para asegurar el funcionamiento de los diferentes
filtros construidos. Se han realizado muestreos y
determinaciones analíticas sobre la calidad de las
aguas de modo periódico, así como ensayos de
laboratorio. A partir de los resultados de estos análisis
se ha constatado la capacidad de depuración de los
sistemas de filtros de macrofitas en flotación en los
diversos casos.
En el caso del tratamiento de las aguas residuales
urbanas, el sistema es capaz de eliminar alrededor
del 90 % de la contaminación orgánica biodegradable
(en base a la reducción de la DBO5). La depuración
del contenido total en nitrógeno y fósforo no es tan
efectiva como la de la materia orgánica
biodegradable, alcanzándose valores de reducción de
entre el 30 y el 50 %.
Ensayos de tratamiento de Purines en la ETSIA
En el caso de la depuración de los purines procedentes de las explotaciones porcinas, se ha
podido comprobar a nivel de laboratorio, que un pretratamiento de purín bruto en base a una
precipitación fisico-química con cal y cloruro férrico puede servir para reducir del 70-80% los
sólidos en suspensión, del 50-60% la DBO, del 37-58% la DQO, y del 67-73% el fósforo.
Dada la escasez de sistemas de bajo costo y efectivos en depuración de purines, (cuyos vertidos,
son un grave problema de contaminación de las aguas y de los acuíferos por nitratos) la eficacia,
comprobada científicamente, de la aplicación de esta
novedosa técnica, convierte a los sistemas de filtros de
macrofitas en flotación en una alternativa factible, siempre
y cuando se disponga de un tratamiento previo (físicoquímico u otro tipo)-.
La aplicación para viviendas unifamiliares parece no ser
tan interesante dados los riesgos de vertidos de
productos químicos (cómo aguafuerte para limpieza de
los inodoros), que pueden dañar las plantas del filtro. Es
necesaria una gran concienciación y un cierto grado de
conocimiento de los habitantes de la vivienda en cuestión
para que éstos minimicen los riesgos de determinados
vertidos. Por este motivo, el filtro de pequeña escala
situado en el Albergue-residencia de la Fundación Global
Nature se ha mantenido en funcionamiento adecuado, y
no así los de las otras dos viviendas unifamiliares.
Filtro del Albergue-Residencia de la Fundación Global
Nature. Curso de Capacitación
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Beneficios ambientales de la aplicación de los Filtros de Macrofitas en Flotación
para la depuración de aguas residuales
- Economía y facilidad de implantación. Mínimo consumo energético. En los casos dónde ha
sido necesario el bombeo de agua se ha utilizado un sistema fotovoltaico. No existe
consumo de energía en ninguno de los prototipos construidos, dado que la conducción de
aguas residuales se realiza por medio de canales por gravedad.
- Mayor rendimiento de depuración que otros sistemas, incluyendo otros tipos de filtros verdes,
ya que todo el efluente circula por la malla radicular depuradora. Se reduce hasta el 90% de
la materia orgánica (en términos de DBO5)
- Facilidad de cosecha de la biomasa, tanto aérea como sumergida. No implica la destrucción
del sistema como en el caso de los sistemas con plantas enraizadas.
- Produce una gran cantidad de biomasa. Alcanza los 2,23 kg/m 2 de materia seca anual de la
parte aérea para el caso de la enea (Typha latifolia L.) que puede ser utilizada como
compost, en alimentación ganadera, o con fines energéticos (un metro cuadrado de canal
produce igual poder calorífico que un litro de petróleo).
- Fijación de CO2 en los tejidos de las plantas macrofitas.
- Notable elasticidad: absorbe puntas hidráulicas sin graves inconvenientes, ya que el volumen
del propio filtro tiene la función de laminador.
- Los controles a realizar son escasos ya que el proceso se desarrolla de forma automática por
ser un proceso natural. No es necesario recircular los fangos ni existen problemas de
lavado de bacterias. No es necesario controlar el nivel oxígeno disuelto en el depósito de
tratamiento. Las plantas macrofitas tienen la propiedad de suministrar oxígeno al agua.
- Reducción de la contaminación de las aguas subterráneas y superficiales derivada de las
filtraciones de pozos negros de viviendas unifamiliares y de los vertidos en ramblas
procedentes de pequeños núcleos de población y de explotaciones porcinas.
- Reducción de olores y riesgos sanitarios procedentes de aguas no tratadas y del impacto
paisajístico de los vertidos de aguas residuales y de las grandes estaciones de depuración
de aguas.
- El nivel de ruidos e impacto visual es muy reducido.
La realización del proyecto en las provincias de Murcia y Almería presenta una mayor
rentabilidad, ya que:
- La falta de parada vegetativa invernal
permite una depuración continua a lo
largo del año. No es necesaria la
instalación de invernadero.
- El tratamiento terciario de los efluentes
permite reutilizar aguas en un territorio
muy seco.
- La eficacia en la depuración de purines
soluciona uno de los principales
problemas ambientales de términos
como Lorca, con instalaciones porcinas
muy dispersas.
- Los filtros con macrófitas no están
sometidos a una economía de escala
como es el caso de las grandes
instalaciones de depuración. Se pueden
aplicar a pequeños núcleos de población
muy aislados entre sí como es el caso
del término de Lorca.
Filtro de la Pedanía de Coy.
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Análisis coste-beneficio de los resultados
El coste por habitante de la instalación de estos filtros en las pedanías de Coy, Avilés y Doña
Inés hacen interesante la aplicación del sistema en condiciones y comunidades similares. Se ha
estimado un coste de construcción medio de 150 €/habitante para instalaciones destinadas a más
de 200-300 habitantes, muy competitivo con el de las grandes estaciones depuradoras más
tecnificadas. El coste de mantenimiento, especialmente cuando se comparte entre varias
instalaciones de filtración cercanas puede ser muy reducido, especialmente debido al bajo coste
energético. Se ha calculado que puede resultar inferior a 30 €/habitante y año. En este cálculo se
ha incluido la mano de obra necesaria, el transporte de la misma entre los distintos filtros,
material de siega, fitosanitarios, material de reposición (flotadores, plantas, etc.), y otro material
auxiliar.
Transferibilidad de los resultados del proyecto.
Promoción y difusión de la técnica
Con el fin de facilitar la promoción y transferencia de los resultados de este proyecto, se ha
efectuado un importante esfuerzo de difusión, que se prolongará incluso tras completar el
proyecto.
Experiencia piloto:
La construcción de los diferentes prototipos piloto ha supuesto el mejor ejemplo de viabilidad
técnica y económica, y la mejor forma de sensibilizar a la población local, cuya respuesta ante la
nueva técnica ha sido amplia y exitosa.
Actividades de Sensibilización y comunicación en general:
Dirigido a toda la población (escala local, regional y nacional):
Las campañas en los medios de comunicación desde el inicio del proyecto, han permitido la
divulgación de la técnica. La prensa local se ha hecho eco de casi todas las actuaciones ligadas
al proyecto publicando, desde el
inicio
de
las
obras
e
inauguraciones de los diversos
prototipos hasta las celebraciones
del Curso y el Encuentro
Internacional
sobre
Fitodepuración. Los informativos
nacionales de Televisión Española
emitieron
noticias
sobre
la
construcción del prototipo para la
depuración de purines en la
cooperativa GAMUR. La prensa
nacional también ha publicado
noticias
sobre
el
proyecto
“Macrophytes”. El diario La Razón,
de tirada Nacional publicó 2
páginas a color sobre esta técnica.
Grabación del prototipo construido en GAMUR, para los informativos nacionales de TVE
La página WEB sobre el proyecto y el CD-ROM han tenido una amplia acogida. La página web,
que aglutina toda la información sobre la construcción de los prototipos y las actuaciones de
difusión y sensibilización, http://macrophytes.info, tiene una media de 1.500 visitas mensuales de
procedencia española en su mayoría, pero también internacional.
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Dirigido a la población local y visitantes (turistas):
Los
18
paneles
informativos,
sobre
el
funcionamiento de los filtros de macrofitas en
flotación, instalados en las inmediaciones de los
prototipos construidos son un instrumento de
sensibilización muy importante para la población
local.
El folleto sobre el proyecto (5200 ejemplares) se ha
repartido entre la población interesada, permitiendo
una importante difusión a nivel local. Su edición en
inglés ha permitido su difusión entre un número muy
amplio de residentes extranjeros en la costa
mediterránea y entre universidades y otras
entidades extranjeras.
La celebración de las dos jornadas informativas
dirigidas a fomentar la implantación de filtros en
pequeños núcleos de población, fue exitosa, ya que
a raíz de las mismas se han recibido varias
peticiones de construcción de filtros a pequeña
escala (2-3 familias), que se están estudiando.
Panel informativo instalado en GAMUR
Dirigido a técnicos nacionales e internacionales:
Entre el 19 y el 23 de Julio del 2004, se celebró un curso de 25 horas sobre capacitación en
Filtros de Macrofitas en Flotación. 50 participantes, estudiantes y técnicos en sistemas de
depuración de aguas residuales, asistieron al curso, valorando muy positivamente el contenido
del mismo.
Los días 19 a 22 de Julio de 2005, tuvo lugar el
Encuentro Internacional sobre Fitodepuración, con
una asistencia de 67 oyentes, procedentes de
instituciones y entidades de investigación tanto de
España como de otros países (Alemania, Estonia,
Guatemala, Irán, etc.) Se presentaron 40
comunicaciones técnicas de índole científica, que
permitieron el intercambio multidisciplinar de las
últimas novedades acerca de la depuración de aguas
residuales mediante filtros verdes. Estos artículos
científicos, quedaron recogidos en el manual de
actas del Encuentro, colgado en la página web11.
Encuentro Internacional sobre Fitodepuración
Se editó un Manual sobre fitodepuración (2.000 ejemplares) de 144 páginas divididas en 9
capítulos, redactado por los profesores de la ETSIA de la Universidad Politécnica de Madrid y por
el equipo técnico de FGN. Se editó un DVD (539 ejemplares) sobre el proyecto Macrophytes y un
CD-ROM (400 ejemplares).
Tanto los manuales sobre fitodepuración cómo los CD-Rom y DVD se repartieron entre los
asistentes al Encuentro Internacional en Fitodepuración y se enviaron (240 ejemplares) a
entidades e instituciones españolas, públicas, privadas y del tercer sector, implicadas en la
depuración de aguas residuales. El manual, los conteidos del curso para técnicos y, en general,
toda la información disponible en el CD se encuentra también en la página web del proyecto.
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Potencial de transferibilidad
Este sistema de filtración es especialmente reproducible en localidades templadas y cálidas de la
costa del Mediterráneo, Norte y Sur. En esta región los inviernos templados permiten no utilizar
filtros bajo invernadero, ya que las plantas no paran su ciclo vegetativo, lo que abarata aún más
estos sistemas. Además, la capacidad de depuración de los filtros es mayor durante el verano,
con el máximo de producción vegetal coincidiendo con los picos de población debidos a la
afluencia de turistas a las costas.
La replicabilidad de estos prototipos para el
tratamiento de vertidos de purines en
explotaciones de porcinos puede resultar de gran
interés, dada la escasez de sistemas de
depuración eficaces sencillos y de bajo coste
para estos casos.
El sistema puede ser perfectamente exportable a
otras regiones europeas o del resto del mundo,
especialmente de zonas templadas y cálidas. Se
trata de un sistema que funciona de forma muy
simple, cuya técnica se aprende fácilmente por
personal no cualificado, y sencillo de instalar.
En toda la Unión Europea, es un sistema
aplicable a pequeñas comunidades, aunque en
las regiones más frías requiere de la instalación
de cubierta de invernadero para mantener su
funcionamiento en los meses invernales y, en
estos casos, su coste se incrementa.
Filtro de GAMUR
Actualmente, la Fundación 2001 Global Nature
está construyendo 4 filtros de macrofitas, en este
caso flotantes (jacinto de agua) en la República
Dominicana, gracias a dos proyectos de
Cooperación para el Desarrollo. Dadas las
ventajas de esta técnica en cuanto a su bajo
coste, facilidad de manejo y eficacia, ha
resultado ser una alternativa de depuración de
aguas residuales urbanas de pequeñas
poblaciones de países en desarrollo, dónde los
métodos convencionales resultan demasiado
caros y complicados.
Construcción de Filtro verde con macrofitas
flotantes en República Dominicana.
9