IAHR AIIH
XXVII CONGRESO LATINOAMERICANO DE HIDRÁULICA
LIMA, PERÚ, 28 AL 30 DE SETIEMBRE DE 2016
“RESTAURACIÓN DE RÍOS EMPLEANDO HUMEDALES FLOTANTES:
CASO RÍO GRANDE DE MORELIA”
Luis Daniel Oseguera Toledo1, Iván González Arreguín2 y Constantino Domínguez Sánchez3 Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo1, 2, 3, México1, 2, 3, [email protected],
[email protected], [email protected]
RESUMEN
En la actualidad, la cuenca del lago de Cuitzeo presenta un franco deterioro ambiental por el aumento
de la contaminación de su principal afluente: el Río Grande de Morelia. Según estudios realizados, este
río ha perdido su capacidad de auto-recuperación debido al alto nivel de contaminantes que recibe. Esto
ha provocado la desaparición de especies vegetales y animales que tenían como hábitat el río Grande y
Ciénegas, así como el Lago de Cuitzeo (Ayala, 1996).
Por ello actualmente surge la necesidad de buscar procesos que aceleren la degradación de contaminantes
presentes en el ambiente con la finalidad de restaurar la capacidad de autodepuración que posee la
naturaleza. En respuesta a esta problemática surge la biorremediación como una ciencia capaz de mitigar
los efectos de la contaminación.
Las metodologías de biorremediación, en particular la Fitorremediación es una técnica capaz de usarse
en sitio, con la finalidad de remover contaminantes, disminuir la carga de materia orgánica y nutrientes
en el río. Los humedales flotantes son una técnica de Fitorremediación que se adapta de una excelente
manera a las condiciones dinámicas de un ecosistema fluvial, por lo que fue esta técnica la seleccionada
y mejorada para su aplicación en el río Grande de Morelia.
ABSTRACT
Currently, the Lake of Cuitzeo has a frank environmental degradation by the increasing pollution of its
main tributary: the Rio Grande de Morelia. According to studies, this river has lost its capacity for self-
recovery due to the high level of contaminants it receives. This has caused the disappearance of plant
and animal species that were lived in the Rio Grande, Ciénegas and Lake Cuitzeo (Ayala, 1996).
Therefore now it arises the need to find processes that accelerate degradation of contaminants in the
environment in order to restore the self-purification capacity that owns nature. In response to this problem
bioremediation as a science able to mitigate the effects of pollution arises.
Bioremediation methodologies, including Phytoremediation is a technique capable of use on site, in order
to remove contaminants, reduce the load of organic matter and nutrients in the river. Floating wetlands
are a Phytoremediation technique that fits in an excellent manner to the dynamic conditions of a river
ecosystem, so this technique was selected and improved for application in the Rio Grande de Morelia.
Palabras clave: contaminación, Fitorremediación, humedales flotantes.
INTRODUCCIÓN
DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
La cuenca del Río Grande de Morelia se ubica en la Región Hidrológica No. 12, zona B, formando parte
como subcuenca del Lago de Cuitzeo y Micro-cuenca del Lago de Cuitzeo y Laguna de Yuriria.
La zona de estudio se localiza en la porción Centro-Norte del estado de Michoacán, entre los paralelos
19°35’y 20°05’ de latitud norte y los meridanos 100°45’ y 101°25’ de longitud oeste. Contando con un
área aproximada de 1829 km2 (Río Grande y afluentes).
Figura 1. Macro y Microlocalización
El río Grande de Morelia es la principal corriente que alimenta el Lago de Cuitzeo el cual fluye de
suroeste a noreste; durante su recorrido alimenta a la presa de Cointzio y recibe, aguas abajo, el caudal
del río chiquito, su principal afluente, el de los manantiales de la Mintzita, Itzícuaro y la Quemada,
además de las aguas negras de la ciudad de Morelia. El sistema recibe las aguas residuales de la industria
papelera CEPAMISA, e ingresa a la ciudad por el oeste cruzando el libramiento poniente y el
Fraccionamiento Manantiales de Morelia. Así mismo se cuenta con arroyos como los de Atécuaro, del
Huerto y Refugio.
El nacimiento de la cuenca ocurre en colindancia de algunas cuencas cerradas situadas entre el Lago de
Pátzcuaro y la del propio Lago de Cuitzeo, sus formadores son los ríos Tiripetío y Tirio que se juntan en
un solo colector general, 18 km antes de llegar a Morelia.
Los embalses o cuerpos de agua cercanos son el embalse de Loma Caliente ubicada a 22 km al suroeste
de Morelia, Presa de Cointzio ubicada a 11 km al suroeste de la ciudad, el embalse de la Mintzita ubicada
a 8 km al suroeste de la ciudad y el lago de Cuitzeo ubicado a 39 km al norte de la ciudad.
Uno de los municipios más importantes de la zona de estudio es Morelia (Capital del estado), la
importancia económica que tiene es relevante; por las industrias establecidas en la ciudad y los servicios
que se prestan en ella, como son los hoteles, restaurantes, clubes deportivos, balnearios, instituciones de
docencia, recintos culturales y central de abasto; las actividades pesqueras en zonas aledañas y el Distrito
de Riego 020.
En el resto de la zona de estudio la actividad predominante es la agricultura, le siguen las agropecuarias,
fruticultura, artesanías, silvicultura y en menos medida la explotación forestal.
Predomina el clima del subtipo templado de humedad media, con lluvias en verano. La temperatura
media anual es de 25°C, aunque ha subido hasta 38°C. La precipitación media anual reportada de la zona
es de 757 mm. Los vientos dominantes provienen del suroeste y del noroeste, con variables en julio,
agosto y octubre, con intensidad de 2 a 14.5 km/hr.
Los servicios públicos con que cuenta la población son: agua potable, alcantarillado y tratamiento de
aguas residuales, alumbrado, recolección de basura, rastros, mercados, parques y jardines, canchas
deportivas, panteones y seguridad pública. Las localidades menores solo cuentan con los servicios
elementales.
Las localidades con mayor concentración de población en la zona son: Morelia (608,049 hab.), Cuitzeo
del Porvenir (9,633 hab.), Acuitzio del Canje (5,948 hab.), Charo (4,823 hab.) y Tarímbaro (4,647 hab.).
OBJETIVOS GENERALES
Caracterizar la evolución histórica de los parámetros de calidad de agua del Río Grande de
Morelia, observando las zonas que deterioran en gran medida el estado ecológico del río,
mediante el estudio y análisis de las metodologías de Biorremediación que mejoren la capacidad
de auto recuperación del río con la finalidad de contar con un sistema sostenible de
aprovechamiento de los recursos naturales que ofrecen.
OBJETIVOS PARTICULARES
Mejor las características físicas y químicas (Calidad del agua) de los ríos empleando la
biorremediación.
Disminuir los riesgos de salud debido las enfermedades hídricas por el contacto con los
habitantes.
Mejorar las condiciones ambientales del entorno de los ríos, devolviendo al río la imagen
amigable y de armonía con las zonas urbanas, así como aproximarlo a su estado natural.
Transmitir el interés por el estudio y conservación de los ríos.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La falta de un sistema integral de saneamiento en la ciudad de Morelia provoca que la presencia de los
ríos que atraviesan la ciudad se conviertan en focos de alerta en época de lluvias, ya que su
desbordamiento además de producir daños por el desbordamiento mismo, al secarse el agua, se
convierten las zonas afectadas en verdaderos focos de enfermedades hídricas (normalmente
gastrointestinales); esto a su vez representa un gran daño no solo en el tránsito de estos ríos por la ciudad
sino que descargan sus aguas en uno de los lagos más importantes del Estado, agravando su situación
actual, provocando una eutrofización acelerada.
En la antigüedad la calidad del agua se calificaba sólo por su aspecto, color, olor y sabor (Rodier, 1981).
Sin embargo, los avances científicos y tecnológicos han repercutido en el desarrollo de técnicas analíticas
y procesos capaces de identificar y remover una amplia lista de compuestos, a tal grado que es posible
hacer agua “potable” mediante la depuración del agua residual. Sin embargo debido a su alto costo, tales
conocimientos no se aplican de forma común; más aún, no se plasman en políticas integrales de
administración del agua que busquen la conservación del recurso (agua superficial y subterránea), la
preservación de su calidad y su uso eficiente (reúso, ahorro y recirculación) (Snoeyink y Jenkins, 1996).
Los graves problemas de contaminación que muestra actualmente el río Grande de Morelia no se
presentaron de manera súbita, sino que han sido resultado de un proceso de acumulación de impactos
causados por el crecimiento económico, urbano y agrícola de la región. Por años se han estado vertiendo
aguas residuales domésticas e industriales directamente a las corrientes tributarias, así mismo se han
deforestado grandes porciones de la cuenca que han causado un acelerado proceso de erosión y un
consecuente incremento de azolves que se depositan causando una grave contaminación (Ayala, 1996).
El aumento constante de la contaminación del medio ambiente, como consecuencia del crecimiento
demográfico y del desarrollo industrial, ha superado los mecanismos naturales de autodepuración de las
zonas impactadas por la contaminación hasta niveles preocupantes. Por ello actualmente surge la
necesidad de buscar procesos que aceleren la degradación de contaminantes presentes en el ambiente con
la finalidad de restaurar la capacidad de autodepuración que posee la naturaleza. En respuesta a esta
problemática surge la biorremediación como una ciencia capaz de mitigar los efectos de la
contaminación.
La biorremediación es una tecnología cuya finalidad es detoxificar los ambientes naturales contaminados,
utilizando para ello la capacidad metabólica de ciertos microorganismos (bacterias, hongos, levaduras y
algas) y algunas plantas para degradar ciertos compuestos contaminantes, de forma parcial a formas
menos tóxicas, o de forma total a dióxido de carbono (procesos aerobios) o a agua y metano (condiciones
anaerobias). Así la biorremediación ha sido definida como el proceso por el cual los residuos orgánicos
son biológicamente degradados bajo condiciones controladas a un estado inocuo o a unos niveles de
concentración menores a los límites impuestos por las autoridades reguladoras (Mueller et al, 1996).
ESTRATEGIAS DE BIORREMEDIACIÓN
Bacterias Hongos Plantas Protozoarios Algas
BIORREMEDIACIÓN
Figura 2. Organismos empleados en la Biorremediación
La biorremediación es el uso del metabolismo de seres vivos con la finalidad de remover o degradar
contaminantes del medio ambiente (Figura 2). Estos procesos de degradación pueden ser llevados a cabo
por la microbiota autóctona de la zona contaminada o por microorganismos adicionados a la zona.
Las estrategias de Biorremediación pueden clasificarse según sea el tipo de proceso de biorremediación,
su forma de aplicación y según los organismos empleados para efectuar el tratamiento.
Cada propuesta de restauración por medio de la biorremediación debe contar con un previo análisis del
sitio en donde se desea aplicar. Primeramente se realiza una investigación documental con la finalidad
de conocer los aspectos geográficos, económicos y sociales del sitio; posteriormente se realiza una
investigación de campa para recopilar los datos necesarios para evaluar el grado de contaminación, así
como conocer los factores biológicos y ecológicos que intervienen en el ecosistema; y finalmente se
realiza un estudio en laboratorio para conocer las características microbiológicas, las cuales nos darán un
panorama general de los microorganismos disponibles para efectuar la degradación de los contaminantes.
Una vez que se ha realizado la caracterización del sitio, se procede a proponer un sistema de restauración
en base a la capacidad actual de degradación de contaminantes del sitio, así como de los contaminantes
presentes y su concentración. La mayoría de las veces resulta ser más eficiente la aplicación de varias
técnicas de biorremediación y se debe tener en cuenta que no existe una “receta” para realizar una
restauración, cada sitio es único y requiere un tratamiento particular para sus afecciones.
Finalmente una vez que se cuenta con el diseño, se procede a realizar una experimentación para conocer
la efectividad del sistema propuesto, para su posterior aplicación en el sitio. Es muy importante tener en
cuenta que las técnicas de biorremediación no son más que el mejoramiento de procesos naturales de
degradación, por lo que la restauración toma su tiempo (figura 3).
Figura 3. Proceso de Biorremediación
Las distintas estrategias de biorremediación que han sido aplicadas como herramientas para la mitigación
de la contaminación ambiental son muy variadas, dentro de las cuales destacan la Micorremediación,
Bioventilación, Bioestimulación, Bioaumentación y Fitorremediación.
La metodología de Biorremediación que se adapta a las condiciones de un ecosistema fluvial es la
Fitorremediación, ya que cuenta con diversas estrategias para la remoción de contaminantes: absorción,
adsorción, degradación, transformación, volatización e inmovilización.
HUMEDALES FLOTANTES
Los “Humedales Flotantes” (figura 4), una forma de Fitorremediación, constituyen sistemas de
tratamiento en flotación, también denominadas en inglés “floating treatment wetlands”. Proveen una
mejora natural de la calidad del agua y mejoran el paisaje acuático con una diversa, cuidada y colorida
selección de especies vegetales autóctonas. Con una amplia diversidad de formas y de fácil instalación,
ofrecen un proceso biológico de restauración del ecosistema acuático con una buena relación costo-
eficacia y un atractivo en el paisaje acuático con casi nulo mantenimiento.
Figura 4. Floating Treatment Wetlands
Bajo la superficie del agua, las raíces sumergidas promueven el establecimiento de biopelículas acuáticas,
que depuran el agua mediante la degradación, absorción y transformación metabólica de nutrientes y
otros contaminantes.
El amplio espectro de componentes del ecosistema absorbe el exceso de nutrientes asimilándolos de
manera productiva en la cadena trófica, mientras que reducen su disponibilidad para algas, lemna y otras
especies acuáticas dominantes.
RESULTADOS
Para la elaboración de este estudio se emplearon las estaciones de calidad monitoreadas por la Comisión
Nacional del Agua (Figura 5), que para la Cuenca del Río Grande de Morelia son cuatro, Cointzio que
se encuentra aguas abajo de la presa de Cointzio, el puente el frijolar que se encuentra antes de la ciudad
de Morelia, la aldea que se encuentra a la salida de Morelia y la estación Río Grande que se encuentra en
el tramo final del cauce.
Figura 5. Ubicación Espacial de Estaciones
Para la elaboración del diagnóstico de calidad del río Grande de Morelia se utilizaron 3 parámetros de
calidad: Oxígeno Disuelto, Demanda Bioquímica de Oxígeno y Sólidos Sedimentables.
En la Figura 7 se observa un valor máximo de 6.3 mg/l en la zona de la estación Cointzio que corresponde
al sitio donde se ubica la presa de Cointzio, siendo esta valor un indicador de que la cantidad de oxígeno
es muy buena, sin embargo en el puente Frijolar ubicado en la entrada del río a la ciudad de Morelia,
aguas abajo de la papelera se observa ya deteriorado este parámetro, reduciéndose a 2.56 mg/l por la
introducción de las aguas tratadas de esta industria, lo cual es un claro indicador del pobre tratamiento
que se le está dando a las aguas empleadas por ésta. Posteriormente en la estación Puente la Aldea,
ubicada a la salida de la ciudad de Morelia, después de la ciudad industrial, se observa claramente la
acción del vertido de las aguas residuales domésticas de la ciudad de Morelia, reduciendo los niveles de
oxígeno disuelto a 0.11 mg/l, lo cual deja al ecosistema fluvial prácticamente en condiciones de anoxia.
Finalmente en la zona donde descarga sus aguas el Río Grande al Lago de Cuitzeo, se puede observar un
pequeño aumento, 0.65 mg/l, que puede deberse a la inclusión de aire por la morfología y dinámica del
cauce en este tramo final o de la planta de tratamiento de aguas residuales ubicada en Atapaneo.
Figura 6. Evolución Espacial y Temporal del Oxígeno Disuelto
La evolución histórica del oxígeno disuelto nos muestra como en la estación puente la aldea y Río Grande
prácticamente los niveles de oxígeno son nulos, lo cual es una muestra de la baja calidad que tiene el río
a partir del puente la aldea. En la NOM 001 SEMARNAT 1996 no se encuentra algún valor que señale
los límites permisibles para este parámetro, sin embargo se encontró la siguiente tabla en un informe de
la CONAGUA 2012:
NIVEL DE OXÍGENO (mg/l) CALIDAD
0.0 - 3.0 Mala
3.1 – 5.0 Aceptable
5.1 -7.0 Buena
+7.0 Muy Buena
Tabla 1. Clasificación de la Calidad según el nivel de Oxígeno Disuelto
La demanda bioquímica de oxígeno es importante porque muestra la cantidad de materia orgánica
presente en el agua. Es la medida que representa la cantidad de oxígeno que se consumiría si las bacterias
y los protozoos oxidaran toda la materia orgánica existente en un litro de agua. Si el nivel es demasiado
bajo, los organismos acuáticos quedarían en situación de riesgo.
En el mapa de la figura 7 se puede observar el aumento de la carga de materia orgánica a partir del puente
el Frijolar y en el tramo del Río Grande que pasa la ciudad de Morelia, mostrando de manera clara el
impacto de las descargas sin un previo tratamiento antes de ser vertidas directamente al río.
Además se ve cómo se incumple con la NOM 001, respetándose únicamente el límite para riego, no
siendo así el de uso urbano y el de vida acuática, siendo éste último límite fundamental para que se tenga
un ecosistema fluvial saludable y sustentable, capaz de degradar los contaminantes que en el sean
vertidos, impidiendo así que se efectúen procesos como la fotosíntesis o la respiración microbiana.
Figura 7. Evolución Espacial y Temporal de la DBO
Al igual que para el Oxígeno Disuelto se encontró una tabla de rangos de calidad proporcionada por la
CONAGUA para éste parámetro.
CONTENIDO DE DBO (mg/l) CALIDAD
50 – 120 Muy Contaminada
30 – 49 Contaminada
6 – 29 Aceptable
< 6 Buena Calidad
Tabla 2. Clasificación de la Calidad según el contenido de DBO
En promedio, el río grande tiene un valor de 36 mg/l, lo que ubicas sus aguas como contaminadas.
Los sólidos en suspensión (SS), son una medida de los sólidos sedimentables (no disueltos) que pueden
ser retenidos en un filtro. Se pueden determinar pesando el residuo que queda en el filtro, después de
secado. Son indeseables en las aguas de proceso porque pueden causar depósitos en las conducciones,
calderas, equipos, etc. Las aguas subterráneas suelen tener menos de 1 ppm, pero en las superficiales
varía mucho en función del origen y las circunstancias de la captación. Se separan por filtración y
decantación.
Figura 8. Evolución Espacial y Temporal de Sólidos Sedimentables
Analizando los datos se observa que nuevamente se ve sobrepasado el límite que señala la NOM 001,
mostrando la importancia de realizar revisiones periódicas a las descargas de las industrias, sugiriendo
nuevas metodologías para el tratamiento de sus aguas, así como promover una cultura de limpieza entre
los habitantes.
El estudio de este parámetro nos proporciona información sobre las zonas donde podrá sedimentarse el
material es suspensión debido a las condiciones hidráulicas del cauce, así como el volumen estimado y
la frecuencia con la que se deberán realizar desazolves para garantizar el correcto funcionamiento del río
y evitar inundaciones por la disminución del área hidráulica.
Finalmente podemos reafirmar lo que en 1996 plantea Ayala, el Río Grande de Morelia ha perdido su
capacidad de auto-recuperación, clasificando sus aguas como contaminadas a muy contaminadas.
PROTOTIPO DE HUMEDAL
Al diseño estándar de los humedales flotantes se le añadió un sistema de incorporación de aire (Figura
12) para aumentar la cantidad de oxígeno disuelto en las zonas donde se coloquen, con la finalidad de
estimular los microorganismos que se encuentren en la rizósfera y se acelere el proceso de disminución
de nutrientes y remoción de contaminantes en el cauce.
Figura 12. Prototipo con inclusor de aire
Una de las principales ventajas que tiene el uso de los humedales flotantes radica principalmente el alto
costo-beneficio que proporciona, ya que para su construcción básicamente se requiere material producto
de reciclaje (botellas de PET), alambre, tierra y plantas como la lentejilla, el lirio acuático, la salvinia,
carrizo, junco, girasol, helechos acuáticos, alfalfa, Jacinto de agua y lechuguilla de agua; las cuales en
algunas zonas son autóctonas y se comprobado científicamente su capacidad de remoción de nutrientes,
degradación de materia orgánica e incluso inmovilización o absorción de algunos metales pesados y
contaminantes químicos (Zhuang et al., 2007; Li et al, 2007; Conesa et al., 2007)
Mediante el empleo de humedales flotantes con un sistema de incorporación de oxígeno, se espera que
los niveles de DBO se reduzcan, provocando un aumento del OD que con el paso del tiempo conducirá
al río a recuperar esta importante función de auto-recuperación que finalmente mejorara la calidad del
agua y el estado ecológico del río, dando una imagen agradable de nuestros ríos a la sociedad.
CONCLUSIÓN
Los problemas de contaminación que existen actualmente requieren de tecnologías costo-efectivas,
ambientalmente amigables y que puedan aplicarse a gran escala, tal es el caso de la Fitorremediación. La
capacidad de las plantas para absorber, adsorber, metabolizar, acumular, estabilizar o volatilizar
contaminantes orgánicos y/o inorgánicos; aunada a las complejas interacciones que establecen con la
rizósfera, confieren a esta tecnología importantes ventajas sobre otros métodos convencionales de
remediación de la contaminación.
En particular, la implementación de humedales flotantes en ríos contaminados con la adición de un
sistema de aireación permitirá reducir la cantidad de nutrientes y disminuir los niveles de DBO para
devolver poco a poco la capacidad de auto-recuperación a los ecosistemas fluviales.
REFERENCIAS
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