Tapiz continuo de plantas helofitas con lastre para su uso semisumergido en la depuración de aguas residuales.

La presente invención describe un tapiz vegetal de plantas helofitas, p. ej. enea o espadaña (género Typha. L.), con un lastre, para su uso en la depuración de aguas residuales, y su método de obtención. El tapiz está formado por la rizosfera de las plantas unida de forma íntima al lastre, que se mantiene semisumergida en un humedal por donde circulan las aguas residuales. El tapiz semisumergido se consigue mediante el crecimiento controlado de las helofitas con el lastre, que puede ser una mezcla de arena y/o grava en tierra vegetal, y que sirve para impedir que el tapiz llegue a flotar en la superficie del humedal. El oxígeno para la degradación de la materia orgánica se consigue así por difusión del aire a través de la superficie del agua del humedal y por medio de las helofitas que lo transportan a través del tejido especializado de su aerénquima hasta la rizosfera, donde habita una abundante flora microbiana que utiliza dicho oxígeno para degradar la materia orgánica

Tapiz continuo de plantas helofitas con lastre para su uso semisumergido en la depuración de aguas residuales.

Campo técnico de la invención

Este tapiz de plantas helofitas tiene aplicación en el campo de la depuración o regeneración de aguas residuales urbanas e industriales, depuración de efluentes eutrofizantes y depuración de efluentes con contaminantes eliminables por macrofitas acuáticas.

Antecedentes de la invención

Bajo el término de helofitas se incluye a una serie de plantas perennes anfibias cuyos órganos persistentes están arraigados en el fondo de un humedal y cuyos tallos emergen y desarrollan hojas y flores en el medio aéreo. Las helofitas también se conocen con el término de macrofitas emergentes; un ejemplo característico de ellas es la enea o espadaña (género Typha L.). Este tipo de plantas posee la facultad de transportar el aire desde las partes emergidas hasta las raíces a través de un tejido específico llamado aerénquima. El exceso de oxígeno que no utilizan las raíces es aprovechado por los microorganismos que viven en la rizosfera de estas plantas para respirar y degradar así la materia orgánica circundante, siendo ésta una forma natural de depuración de las aguas de los humedales naturales y de las acequias, arroyos y ríos que reciben aguas residuales.

El estado actual de la técnica describe la utilización de helofitas en la depuración de aguas residuales de acuerdo a tres sistemas diferentes en función de la posición relativa de las plantas respecto al medio acuoso del humedal: a) sistema de flujo superficial, en el que las plantas están enraizadas en el fondo y el agua pasa alrededor de los tallos emergentes, b) sistema de flujo subsuperficial, en el que las plantas están enraizadas en un lecho de grava o arena aislado del fondo del humedal por una cubierta impermeable (geomembrana, hormigón, etc.) pasando el agua residual a través de todo el sistema formado por los espacios que quedan entre el sustrato y las raíces y rizomas y c) sistemas que utilizan helofitas flotando sobre la superficie del humedal.

Los sistemas de flujo superficial tienen poca eficiencia debido a que el contacto del agua residual con la rizosfera de las plantas es escaso al estar plantadas en el fondo del humedal. La oxigenación del agua se realiza principalmente por el intercambio de oxígeno entre la atmósfera la superficie del agua. La solicitud DE 3011276 C, por ejemplo, describe el aprovechamiento de rizomas de plantas emergentes de las especies Typha y Phragmites, plantadas en el suelo. De eficiencia limitada, este sistema es completamente diferente al de la presente invención, que evita precisamente la plantación en un sustrato sólido.

Los sistemas de flujo subsuperficial son los más extendidos. Tienen la ventaja sobre los anteriores de que el agua residual tiene un mayor contacto con la rizosfera y, por tanto, ofrecen mayor eficiencia en la depuración. En este tipo de sistemas la principal vía de suministro de oxígeno a los microorganismos de la rizosfera sí es a través de las raíces de las helofitas; sin embargo, al cabo de un tiempo de funcionamiento presentan el gran inconveniente de que el lecho se colmata con el crecimiento de las raíces y rizomas reduciendo mucho su eficacia, debiéndose sustituir el lecho y reiniciar la plantación. Esto plantea un problema real de costes y operatividad. La solicitud US 4415450 describe una mejora de este sistema al combinarlo con una fase previa anaerobia con microorganismos específicos seguido del tratamiento descrito con plantas acuáticas plantadas en un lecho de arena y grava. De forma similar, la solicitud WO 93/06050 describe un proceso anaerobio vs. aerobio en tanques portátiles, cuya fase aerobia también comprende plantas en un lecho de arena y grava en el suelo de un canal. Ambos dispositivos intentan suplir la falta de eficiencia de la poca accesibilidad de sus raíces y rizomas en el proceso aerobio con un tratamiento previo anaerobio; el resultado es un sistema combinado de depuración en dos etapas que necesita un mantenimiento y una necesidad operativa compleja, que no son requeridos en la presente invención.

Los sistemas que utilizan helofitas en flotación tienen indudables ventajas sobre los dos anteriores en cuanto a eficiencia de la depuración, ya que el contacto entre el agua residual y la rizosfera es total y no existen los problemas derivados de la colmatación del sustrato. En estos sistemas la vía de suministro de oxígeno. a los microorganismos de la rizosfera es a través de las propias raíces de las helofitas, que consiguen una gran eficiencia de depuración gracias a su alta superficie específica aprovechada en su totalidad. Sin embargo, todos estos sistemas descritos por la técnica presentan la limitación de ser éste el único aporte de oxígeno al cubrir las plantas totalmente la superficie del agua con su biomasa e impedir la incorporación de oxígeno al agua a través de la superficie de contacto con el aire.

Estos sistemas consiguen la flotación de las plantas bien mediante estructuras flotantes permanentes o bien únicamente con la propia biomasa de la helofita aprovechando la baja densidad que tiene su tejido aerenquimático. Todas las referencias versan sobre las distintas posibilidades de conseguir una u otra modalidad y acerca de los dispositivos técnicos para aumentar el tiempo de contacto del agua con las raíces.

La solicitud JP 09 029283 describe una serie de elementos a modo de contenedores flotantes con estructura de red, que contienen las plantas. Son elementos complicados y prefabricados con una gran limitación en cuanto a requerimientos de espacio, factor que determina la posibilidad de su aplicación. La ES 2277537 describe particularmente un soporte de una geometría determinada para sujetar cultivos de especies vegetales en flotación. La EP 0405571 A describe una red sobre la superficie del agua donde se colocan plantas macrofitas flotantes de superficie con unas condiciones particulares de viabilidad. En este caso se trata de una red que flota y tiene como misión mantener separadas entre sí a las macrofitas flotantes. En el caso de la presente invención, la misión de la red es ayudar a la formación del tapiz vegetal con el entrelazado de los rizomas y raíces de las macrofitas emergentes, consiguiendo una eficiencia mucho mayor. La solicitud JP 63 209795 coloca las plantas directamente en cajas con soportes flotantes que impide que se hundan. En este caso la eficiencia está comprometida por la reducida densidad de la plantación, sujeta al requerimiento de espacio de las cajas. Éstas, a la larga, pueden plantear un problema de residuos en la propia agua que se pretende depurar. La solicitud JP 08 033899 se basa además en el uso de floculantes para el tratamiento del agua residual y el bombeo del agua hacia las raíces de las plantas situadas en mitad del estanque. Este último sistema implica una infraestructura y unos costes inabordables para la mayoría de administraciones necesitadas de un sistema de depuración de aguas adecuado a sus necesidades, costes que no se plantean en la presente invención. Otra invención descrita en la solicitud internacional WO 90/11255 describe un sistema de canales por donde circula el agua a depurar cubiertos por plantas acuáticas flotantes de superficie. El circuito está suplementado por dispositivos para la circulación del agua que facilitarían su contacto con las plantas. Estas referencias que utilizan plantas flotantes en lugar de emergentes, a diferencia de la invención, y necesitan complementar la plantación con dispositivos más o menos complejos que aumentan mucho los costes originales y de mantenimiento, costes que son obviados en la presente invención.

El documento más cercano a la invención del estado de la técnica es la patente española ES 2120388 B1 que consigue formar un tapiz flotante sobre la superficie del agua exclusivamente con la propia biomasa de la helofita. El sistema comprende la primera implantación de plantas jóvenes o rizomas en un soporte formado por tubos de polietileno de baja densidad; cuando las plantas son adultas y han alcanzado un trabado suficiente con los sistemas radiculares de las plantas contiguas se retira el soporte, quedando las plantas erguidas y flotando en el agua por sí solas sin necesidad de ayuda de elementos externos. El sistema ofrece gran eficiencia por la gran densidad de plantas en el tapiz y resuelve además los problemas de flotabilidad y posición de la rizosfera de las plantas individuales. Sin embargo, el aporte de oxígeno sigue limitado por ocupar el tapiz completamente la superficie del agua e impedir por ello el intercambio de oxígeno entre la atmósfera...

1. Procedimiento de obtención de un tapiz de plantas helofitas para la depuración de aguas residuales, que comprende:

Pl + Pr + Pt₁ + Pt₂ = Pl/dl + Pr/dr + Pt₁/dt₁

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde dicha estructura de malla comprende malla de polietileno.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, donde dicho contenedor es un contenedor biodegradable.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dicho lastre es arena gruesa y/o grava.

5. Uso de un tapiz continuo de plantas helofitas para la depuración de aguas residuales obtenido por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende posicionar dicho tapiz en suspensión a un nivel estable sin salir a la superficie ni hundirse al quedar sumergido en el agua residual.