Desarrollo tecnológico de humedales artificiales.

Experiencias de depuración de agua desde la UNAM

LOS HUMEDALES ARTIFICIALES
Entre las diversas alternativas de tratamiento de aguas residuales, en la década de 1970 surgió la tecnología denominada método de la zona de la rizosfera, actualmente conocida como humedales artificiales (HA) o humedales de tratamiento. Su funcionamiento se basa en el de los humedales naturales y forma parte de las llamadas soluciones basadas en la naturaleza. Los HA son ecosistemas creados por el ser humano, siguiendo las características de los humedales naturales (Figura 1).

Figura 1. Comparación entre humedales naturales y artificiales

 Elaboración propia

Su función principal es eliminar los contaminantes presentes en aguas residuales. Los humedales naturales y artificiales comparten elementos comunes como agua (con diferentes grados de contaminación), plantas vasculares (acuáticas o terrestres), un medio de soporte (arenas, gravas, gravillas) y microorganismos (bacterias, protozoos, hongos microscópicos, micrometazoos y algas).

UN POCO DE HISTORIA
El origen de los HA en México se puede remontar a épocas prehispánicas. Fueron un tipo de ecotecnia aplicada a gran escala en la época de los toltecas, alrededor del siglo x, para la producción de alimentos para el consumo humano. Por ejemplo, en la foto de la p. 312, se puede observar un sistema de aprovechamiento de agua para la obtención de cultivos acuáticos, semiacuáticos y terrestres en el sureste de Veracruz.

Vestigios de campos elevados en un humedal en Veracruz.

 Alfred H. Siemens (tomada de Siemens, 1983)

Así, puede decirse que la presencia de humedales ha acompañado la historia del pueblo mexicano desde antes de la fundación misma de México-Tenochtitlan; un ejemplo de ecosistemas artificiales son las chinampas que todavía existen en la actualidad.

Canales de Xochimilco y chinampas en la actualidad.

 Mónica Rodríguez

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS HUMEDALES ARTIFICIALES
La estructura de un HA está diseñada para reducir contaminantes orgánicos, inorgánicos y microbiológicos contenidos en el agua mediante procesos físicos, químicos, bioquímicos y biológicos. Se utiliza un material de empaque que funciona como filtrante y precipitante, así como de soporte para el crecimiento de microorganismos y de las raíces de las plantas. Las plantas toman compuestos nitrogenados y aportan oxígeno a través de las raíces y rizomas, mientras los microorganismos realizan la transformación y mineralización de los compuestos carbonosos, nitrogenados y fosforados, junto con procesos de eliminación de bacterias entéricas por parte microorganismos bacterívoros. 
Entre los beneficios de los HA destacan su bajo costo de operación y mantenimiento, el incremento de la cobertura vegetal, la creación de hábitats para aves, la mejora del paisaje, el fomento de la conciencia social en torno al cuidado del agua y otros (figura 2).

Figura 2. Procesos de depuración en un humedal artificial

 Modificada de Luna Pabello y Aburto Castañeda, 2014

Los HA se pueden clasificar por el tipo de agua que reciben, el tipo de flujo de agua con que se alimentan y el tipo de vegetación que contienen, como se muestra en el diagrama de clasificación.

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
El diseño y la construcción de HA deben emprenderse de manera interdisciplinaria, con la participación de especialistas en ingeniería (civil, química, forestal), biología, arquitectura y farmacéutica entre otras disciplinas. Entre las principales actividades a realizar están: la selección y acondicionamiento del sitio; la construcción; el arranque, y la operación y mantenimiento del sistema. Hay que considerar también la etapa de abandono o rehabilitación del HA o del sitio que ocupa. De manera complementaria se deben incorporar estudios de mecánica de suelos, de la vegetación existente y de los beneficios ambientales que brinda el sitio. 

HUMEDALES ARTIFICIALES EN LA UNAM
La tecnología de HA permite transformar de manera favorable y en diferentes medidas el entorno humano y social en donde se instalan. El desarrollo de esta tecnología en la UNAM puede dividirse en las tres etapas que se describen a continuación y en la línea de tiempo que acompaña este artículo. 

Primera etapa 
En 1991 se diseña y se construye un HA en la Facultad de Química (FQ) con la colaboración de otras facultades y de universidades internacionales. Está entre los primeros modelos funcionales para pruebas, en laboratorio y campo, con aguas residuales municipales; para depuración de cuerpos de agua como ríos urbanos y canales; para reúso en riego de áreas verdes y cultivos hidropónicos, y para protección de vida silvestre. 

Segunda etapa 
Entre 2012 y 2019 se forman equipos de trabajo interdisciplinarios de diferentes entidades y dependencias de la UNAM con especialistas independientes: nace el Grupo Académico Interdisciplinario Ambiental (GAIA) de la FQ para proyectos ejecutivos de HA a gran escala. 

Tercera etapa 
Desde 2019 a la fecha, se forman alianzas con el Grupo Multidisciplinario Integral (GMI) para ofrecer alternativas de conceptualización, diseño e ingeniería, apoyo en la supervisión y construcción de sistemas de HA a mediana escala, así como su arranque y seguimiento (ver https://gaia.quimica.unam.mx/). GAIA-FQ funge como tecnólogo, GMI como empresa y los gobiernos locales aportan apoyo financiero, en interacción con los receptores de la tecnología (escuelas, parques, comunidades), lo que ha resultado ser una excelente fórmula para abordar distintas problemáticas.

Figura 3. Clasificación de los humedales artificiales

 Adaptado de Wallace & Knight, 2006

Así se han transferido las tecnologías exitosamente a comunidades de chinamperos, escuelas públicas y parques urbanos, y se han compartido con autoridades y estudiantes y sus familias, a través de actividades y talleres lúdicos. A esto se suma la difusión de los avances mediante publicaciones y presentaciones en congresos científicos, y se forman recursos humanos en licenciatura y posgrado. Como resultados de todo esto, se han obtenido dos patentes y en junio de 2026 se realizará el primer Congreso Mexicano de Sistemas de Humedales en la FQ (ver recuadro).

PROSPECTIVA
El desarrollo y la innovación tecnológica de HA se orienta hacia su implementación a mayor escala en México, en un contexto que exige estrategias y soluciones capaces de promover, a mediano y largo plazo, el saneamiento de agua residual, la restauración de los ecosistemas acuáticos y el uso sostenible del recurso hídrico.

Los actuales esfuerzos de diseño se centran en favorecer la remoción de nitrógeno, fósforo y compuestos orgánicos emergentes, así como en la síntesis y aprovechamiento de materiales para optimizar los procesos de depuración. Asimismo, se trabaja en la intensificación de los HA mediante aireación y en la incorporación de inteligencia artificial en los procesos de análisis y diseño.

El Caracol, artificial wetland at Bosque de San Juan de Aragón.

 Cortesía de GAIA-FQ

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