Humedales artificiales: una solución natural contra la contaminación urbana

Los humedales artificiales pueden actuar como eficaces filtros verdes capaces de amortiguar los picos de contaminación provocados por los desbordamientos de alcantarillado en las ciudades, incluso cuando estas infraestructuras no fueron diseñadas originalmente para ello.

La conclusión es obra de un estudio de un equipo de investigadores de la Universitat Politècnica de València, centrado en el humedal Tancat de la Pipa, en el parque natural de l’Albufera. Los resultados revelan que estos sistemas retienen hasta el 78% de los sólidos en suspensión que llegan con las escorrentías urbanas y transforman una parte significativa del nitrógeno amoniacal, uno de los principales causantes de la eutrofización de las aguas.

La investigación, publicada en la revista Ecological Modelling y desarrollada en el marco del proyecto Rainwetpipa, aborda un problema creciente en las áreas urbanas: los desbordamientos de los sistemas de alcantarillado unitario.

Alternativas sostenibles y adaptables

Durante episodios de lluvia intensa, las estaciones depuradoras superan su capacidad y vierten al medio ambiente una mezcla sin tratar de aguas residuales y pluviales. Este fenómeno se ha agravado por la expansión de superficies impermeables en las ciudades y por el incremento de la frecuencia e intensidad de las precipitaciones asociado al cambio climático.

Frente a soluciones tradicionales como los tanques de tormenta, las denominadas Soluciones Basadas en la Naturaleza (SBN), como los humedales artificiales, emergen como alternativas más sostenibles y adaptables.

El estudio se ha centrado en un subsector del Tancat de la Pipa, un humedal restaurado en 2009 sobre lo que antes eran arrozales. Aunque concebido inicialmente para mejorar la calidad de las aguas eutrofizadas del lago de l’Albufera, los investigadores quisieron evaluar su comportamiento cuando recibe caudales procedentes de desbordamientos de alcantarillado que llegan a través del Barranco del Poyo y de la Acequia del Puerto de Catarroja.

Sistemas amortiguadores

Para ello, durante 21 meses, entre febrero de 2023 y noviembre de 2024, monitorizaron 23 episodios de lluvia, instalando muestreadores automáticos en los puntos de entrada y tomando muestras en el efluente durante los días posteriores a cada tormenta.

Uno de los desafíos técnicos era comprender cómo se mueve el agua dentro del humedal, un sistema complejo con tres celdas paralelas y una topografía extremadamente plana. Los investigadores desarrollaron modelos hidrodinámicos simplificados utilizando el software COMSOL Multiphysics, calibrando los parámetros con datos de conductividad eléctrica, que actuó como un trazador natural al estar prohibido el uso de tintes convencionales en este espacio protegido.

“Los resultados confirman que los humedales artificiales funcionan como sistemas amortiguadores, capaces de mitigar los picos de contaminación y mejorar significativamente la calidad del agua, incluso cuando reciben cargas contaminantes variables y no han sido diseñados específicamente para ese fin”, explica Adrián Martínez-Biosca, investigador del Instituto de Ingeniería del Agua y del Medio Ambiente (IIAMA) y primer autor del trabajo.

Procesos de depuración

El modelo que mejor reprodujo la realidad fue el denominado 3P-TIS con cuatro tanques en serie, que refleja la distribución heterogénea de los flujos entre las tres celdas que conforman el subsector estudiado. Este modelo permitió no solo seguir el pulso del agua –con tiempos de residencia que variaron desde más de dos días en episodios moderados hasta 1,68 días en los de mayor caudal– sino también simular los procesos de depuración.

Los investigadores aplicaron el modelo calibrado al episodio de febrero de 2023 y comprobaron que la sedimentación explicaba la retención del 78% de los sólidos en suspensión entrantes, lo que supuso 2.214 kilogramos retenidos de un total de 2.843.

En cuanto al nitrógeno amoniacal, el balance de masas reveló que el 31% (8 kilogramos) se transformó por nitrificación, un proceso microbiológico que convierte el amonio en nitrato, mientras que el 57% (14 kilogramos) salió del sistema arrastrado por el flujo de agua.

Infraestructuras verdes

“Estos resultados aportan criterios técnicos relevantes para el diseño y optimización de nuevas infraestructuras verdes destinadas al tratamiento de aguas contaminadas”, señala Carmen Hernández-Crespo, también investigadora del IIAMA y coautora del estudio. La investigación destaca que las configuraciones con múltiples celdas en paralelo mejoran el tiempo de residencia del agua y, por tanto, la eficiencia del tratamiento, un aspecto clave para futuros diseños.

Los autores, no obstante, reconocen limitaciones. El modelo se ha aplicado únicamente a un sector del humedal y no considera explícitamente el efecto de la vegetación, que puede generar flujos preferenciales.

Además, el coeficiente de difusión obtenido fue superior al esperado, lo que podría indicar la influencia de procesos no incluidos, como la resuspensión de sedimentos por el viento o la turbulencia durante las tormentas. Los investigadores sugieren que futuros trabajos con modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD) podrían refinar estas estimaciones.

Aplicaciones prácticas

Más allá de la validación científica, el trabajo tiene aplicaciones prácticas inmediatas. Los conocimientos generados se están aplicando ya en proyectos como VALPURIN, que explora el uso de humedales artificiales para el tratamiento de purines, transformando un residuo en recursos aprovechables.

“VALPURIN apuesta por el uso de humedales artificiales como Soluciones Basadas en la Naturaleza, permitiendo transformar los purines en nuevos recursos y avanzando hacia modelos de economía circular”, explica Miguel Martín, investigador del IIAMA.