Tratamiento para la eutrofización y la anoxia en las balsas de riego

La eutrofización es el proceso de contaminación más importante de las aguas y es provocado por la falta de oxígeno y el exceso de nutrientes en el agua.

Cuando hablamos de nutrientes hablamos de un descontrol especialmente del fósforo y nitrógeno. Estos empezaran siendo el alimento de nuestros enemigos ‘las algas’.

Figura 1. Ciclo natural de ecosistemas acuáticos.

En el ciclo natural de una masa de agua en equilibrio las algas o plantas se desarrollan mínimamente y mueren, consumiendo parcialmente el oxígeno y generando una acumulación mínima de fangos (materia orgánica).

Un exceso de nutrientes en una masa de agua provoca el crecimiento descontrolado de algas y plantas y su consecuente muerte, consumiendo el oxígeno disuelto y generando condiciones anaerobias. 

Es de suma importancia saber que, sin oxígeno, los microorganismos y/o bacterias presentes también en el agua no pueden competir con las algas ni degradar la materia orgánica que se genera, generándose como consecuencia, la eutrofización y una gran acumulación de fangos. 

Es entonces cuando se rompe el equilibrio del ecosistema y un adecuado balance de la masa de agua.

Otros parámetros que le pueden afectar

La temperatura puede ser un activador del problema, es decir las algas estarán más activas y necesitarán más energía con las altas temperaturas. Para ello agotarán más el oxígeno disuelto existente en el agua, y como decíamos, tendrán mayor actividad y también aumentarán su colonia.

El pH, si es elevado, nos dará unas aguas más duras principalmente por los valores de calcio y magnesio, esto además nos terminará provocando problemas de obturación en el sistema de filtrado.

La alcalinidad es el valor que nos dará una mejor resistencia de nuestro ecosistema a los cambios bruscos pudiendo proteger o no los microorganismos buenos. Una media relativa sería aproximadamente 140.

La turbidez es otro factor que puede llegar a no permitir que lleguen los rayos solares al fondo y como consecuencia un exceso de materia orgánica.

Finalmente, la hidrodinámica del flujo termina siendo otro factor que no ha sido tenido en cuenta en el diseño, e impide la comunicación de las aguas con mayores niveles de oxígeno frente a las que no lo tienen.

Oxígeno disuelto, traducido en DBO (demanda biológica del oxígeno) o DQO (demanda química de oxígeno). El oxígeno disuelto, será la fuente de energía vital y catalizador, para un equilibrio adecuado del ecosistema y los parámetros que determinan la calidad de la masa del agua.

Consecuencias de la eutrofización que podemos encontrar 

• Anoxia.
• Proliferación masiva de algas
• Acumulación de fangos
• Obturaciones del sistema de filtrado
• Turbidez
• Baja calidad del agua

Figura 2. Balsa con algas y eutrofización.

El exceso de nutrientes proviene principalmente de las actividades del hombre.

• Agricultura: se emplean fertilizantes nitrogenados para abonar los cultivos, filtrándose en la tierra y llegando hasta los ríos y las aguas subterráneas.
• Ganadería: los excrementos de los animales son ricos en nutrientes, sobre todo en nitrógeno. Si los excrementos no son gestionados de buena manera pueden terminar contaminando las aguas cercanas.
• Residuos urbanos: principalmente los detergentes con fosfatos.
• Actividad industrial: se pueden producir vertidos tanto de productos nitrogenados como fosfatados entre otros muchos tóxicos.
• Contaminación atmosférica: las emisiones de óxidos de nitrógeno y azufre reaccionan en la atmósfera produciendo lluvia ácida, llevando nutrientes de este modo a las masas de aguas.
• Actividad forestal: los residuos forestales que se dejan en las aguas, se degradan aportándole todo el nitrógeno y el resto de nutrientes que tenía la planta.

No nos tenemos que dejar llevar tan solo por una primera impresión al ver que se ha dejado de tener algún problema en filtros o desaparición de algas 

Es importante concienciarnos de que, con su balsa o masa de agua, usted se encuentra ante (buscando un símil) un enfermo que tiene unas determinadas patologías, además posiblemente crónicas, que los parámetros de la química del agua son cambiantes y que por lo tanto requerirá de un adecuado seguimiento que permita observar la evolución e ir manteniendo o tomando nuevas medidas, si así se requiriese, para mantener el equilibrio deseado. 

Es decir, su balsa o ecosistema es un ser vivo, sensible que necesita un seguimiento. En el agua no existe la magia. 

Otras consideraciones

• El oxígeno disuelto es uno de los principales indicadores de la calidad del agua, un valor medio ideal y que nos dará un buen equilibrio puede estar entre 5 y 8 ppm.
• La falta de oxígeno disuelto, no permite que los microorganismos existentes y propios del agua, como las bacterias, puedan competir con las algas y frenar su aparición, ya que estas necesitan oxígeno para poder realizar sus funciones, vivir y aumentar su colonia.
• Las algas aparecen principalmente en verano debido a que el oxígeno pierde solubilidad en aguas más cálidas, es decir, a mayor temperatura la concentración de oxígeno en el agua de las balsas disminuye considerablemente. 

En función de la profundidad, los niveles de oxígenos irán disminuyendo. Solubilidad del oxígeno en agua: (14,6 mg/L @ 0 °C – 7 mg/L @ 35 °C)

Figura 3. Solubilidad de oxígeno en función de temperatura y profundidad.

Las masas de agua o balsas pueden presentar una estratificación térmica

Primero veamos que es la estratificación térmica: es el efecto que ocurre en una masa de agua o balsa en el que existen estratos horizontales que impiden o dificultan la mezcla de toda la masa de agua. 

Esto es debido a que el agua que se encuentra en la parte más superficial de la masa de agua, tiene una temperatura superior a la que se encuentra en las profundidades, este aumento de temperatura lleva implícito una disminución de la densidad del fluido. 

Llega un momento en el que la diferencia de densidades es tal que el agua fría y densa no se mezcla con el agua caliente y menos densa, igual que ocurre con el agua y el aceite en un vaso

Figura 4. Diferencia de densidades agua y aceite.

Cuando llegan las altas temperaturas del verano

A mayor temperatura menor solubilidad de oxígeno. Las temperaturas generales de la masa de agua están entre 15 ºC y 25 ºC, a mayores temperaturas se provoca un mayor consumo de oxígeno de especies no deseadas y por una mayor actividad de estas en los meses más cálidos de verano se produce una proliferación de algas como consecuencia de que el oxígeno pierde solubilidad y la demanda de este aumenta.

Introducción a la solución

Espero, en esta primera parte, haber llegado a trasmitir adecuadamente por mi parte el principal origen de los desequilibrios de un ecosistema, como puede ser una masa de agua o balsa como es la eutrofización. 

Esto, pues, nos emplaza a encontrar una lógica solución al problema en su origen y mitigar las consecuencias.

Como parte fundamental de nuestro empeño debemos de saber pues, que, trasfiriendo oxígeno al agua, conseguimos diferentes objetivos en la búsqueda de la solución y el origen del problema:

• Los microorganismos o bacterias existentes, propios del ecosistema acuático se reactivan, pudiendo competir contra otras plantas no deseadas como algas.
• Los microorganismos o bacterias existentes, consumen el exceso de nutrientes que hacen que aparezcan.
• Los microorganismos o bacterias existentes, degradaran los fangos de la materia orgánica depositada en el fondo.

Solución 

Una de las técnicas de oxigenación de aguas y es la que trataremos en este artículo es la que se realiza a través de microburbujas de aire que recorren de manera lenta, ascendente y homogénea desde el fondo de la balsa o masa de agua hasta la superficie: ‘Oxigenación profunda’.

Las microburbujas transfieren oxígeno al agua por rozamiento (fricción) durante todo el trayecto recorrido desde el fondo hasta la superficie, mientras más tiempo esté la burbuja dentro de la masa de agua mayor oxígeno será capaz de transferir, por esa razón una burbuja más pequeña (microburbuja) permanece mayor tiempo en el agua antes de llegar a la superficie lo que garantiza una mayor transferencia.

Es importante que no se junten los caudales de aire, así como el tamaño de la burbuja, ya que un mismo volumen de aire dividido en microburbujas transfiriere hasta 6,6 veces más de oxígeno que una burbuja grande. Esto es debido a la mayor superficie de contacto con el agua de las microburbujas. 

De ahí que quedaran atrás el empleo de discos de oxigenación que unen la masa del aire y que empleábamos en el pasado. Es importante realizar una correcta planificación homogénea de la trasferencia del fondo.

Figura 5. Superficie de contacto burbuja de 20 mm vs burbuja 3 mm.

También es importante la profundidad, a mayor profundidad mayor tiempo de trasferencia y mayor eficiencia en la transferencia de oxígeno.

Airear desde el fondo de la balsa

Al emplear una aireación profunda desde el fondo se logra mezclar el agua evitando las termoclinas, y se logra homogenizar el agua. 

Además, el ácido sulfhídrico y el metano dejan de producirse a medida que la capa de lodo presente en la parte más profunda del fondo cambia sus condiciones de (anaeróbicas a aeróbicas) eliminando olores y gases peligrosos.

A medida que tenemos mayor profundidad las temperaturas del agua en el fondo se reducen, al aplicar una aireación desde el fondo tenemos como beneficio enviar las aguas frías del fondo hacia arriba para mezclarse con las aguas más cálidas de la superficie reduciendo en gran medida la evaporación por altas temperaturas del agua.

La aireación profunda mediante microburbujas consigue la misma composición sin importar la profundidad o longitud de la balsa de riego 

Debemos de prevenir la formación de estratos y con ello la aparición de varias zonas diferenciadas por la cantidad de oxígeno disuelto en ellas. 

En masas de agua con baja profundidad de 2 metros se corre el riesgo de no trasferir suficiente oxigeno dado el poco tiempo que recorre la burbuja en su ascenso, por lo que en esos casos se pueden emplear impulsores de oxígenos oblicuo en abanico que proyectan 50-80 metros de longitud de micro burbujas. 

Estos elementos también se emplean con tendidos homogéneos de tuberías microperforadas con profundidades de hasta 8 metros, pero en este caso su función será la de mejorar la hidrodinámica de la masa del agua.

 Figura 6. Impulsor de oxígeno y o dinamizador hidráulico oblicuo en abanico.

La acumulación de sedimentos y fangos alrededor de la zona anaerobia son causantes de la obturación de los sistemas de filtrado, que impiden el correcto funcionamiento de los cabezales y el adecuado paso del agua. 

La aireación mediante microburbujas de aire ambiente natural, se debe de emplear si buscamos obtener unos niveles mínimos, constantes y homogéneos de oxígeno en toda la masa del agua. 

El cálculo de la aireación de la masa de agua se realiza a partir de la necesidad que tenga cada ecosistema 

Como parámetros principales se necesita una analítica del agua, DQO y DBO principalmente, así como saber la tasa de renovación del agua y el dimensionado de la balsa de regadío. 

El compresor y el colector también deben ser diseñados acorde a cada proyecto en cuestión, adaptándose a las necesidades actuales o futuras en cada balsa.

Figura 7. Esquema tendido lineal homogéneo de aireación profunda con tuberías microperforadas. 

Las tuberías microperforadas se deberán quedar sumergidas en el fondo sin existir flotación gracias a sistemas de tuberías lastrados naturales sin riesgo de contaminación o ser perjudiciales para el ecosistema. También será muy importante trabajar a la mínima presión dado que serán pérdidas por fricción del aire que repercutirán en un menor consumo energético-eléctrico.

Figura 8. Tubería microperforada con lastre de arena de sílice.

Es importante, a la hora de diseñar la solución, tener en cuenta diferentes aspectos técnicos como la transferencia de oxígeno en la columna del agua, la variabilidad de la temperatura, el consumo de oxígeno de los microorganismos presentes o la transferencia de oxígeno efectiva en relación a la saturación que tenga en cada momento el agua.

Bien es cierto que podemos tratar como antaño las masas del agua, pero hemos querido ampliar nuestro conocimiento para combatir la eutrofización y entrar en detalles científicos que supongan no favorecer el equilibrio en una balsa y su ecosistema.

• Dosificación sulfato de cobre

El uso de CuSO₄ (sulfato de cobre) está determinado que puede generar efectos rebote en el crecimiento de algas, nos encontramos con un producto químico que sólo solucionará la situación en el corto plazo, pero dejando para el largo plazo mayores problemas en nuestra balsa, con una menor calidad del agua y desplazando toda actividad biológica y natural beneficiosa que se pueda desarrollar en ella.

• Dosificación de permanganato de sodio

La finalidad del uso de este químico es, entre otras, evitar el crecimiento de las algas en una balsa. Es usado para la desinfección del agua en diversas áreas, para balsas de riego se usan dosificaciones controladas y su fin es acabar con la materia orgánica de la masa del agua. Sin discriminar microorganismos presentes en el ecosistema de la masa de agua.

En distintas fichas de seguridad de distribuidores de este químico encontramos claramente especificado lo siguiente: 

• “R50/53 Muy tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático”.
• Medio ambiente: “La sustancia es muy tóxica para los organismos acuáticos”. Comisión Europea. © OIT y OMS 2018.

En tal sentido encontramos contraproducente el uso de este químico en la balsa si el tratamiento que vamos a emplear es un tratamiento biológico como lo es la oxigenación profunda, con la cual aprovechamos los propios microorganismos aerobios de la balsa. 

La dosificación de este químico puede llegar a tener un efecto contraproducente disminuyendo alarmantemente la concentración de oxígeno disuelto en la balsa, acabando con el ecosistema.

Por nuestra parte, no recomendamos el uso de estos químicos, ya que puede afectar los resultados deseados al emplear un tratamiento biológico y trasladar una baja calidad del agua para la agronomía, viendo reflejado los resultados de esto en el producto final que vamos a consumir.

• Tapado de la balsa para evitar evaporación y algas

El tapado de balsa, si bien es cierto que garantiza una reducción en la evaporación del agua de la balsa, también reduce la generación de oxígeno por efecto de fotosíntesis e incluso la aireación superficial por corrientes de aire.

Al tapar la balsa se crea un efecto similar a cuando se tiene una turbidez elevada, impides el paso de la luz. Esto tiene varios inconvenientes, el principal de ellos es el agotamiento de oxígeno. 

Sin la luz, las plantas acuáticas presentes en el agua no pueden realizar la fotosíntesis, y por tanto, están las 24 horas consumiendo oxígeno y rompiendo el equilibrio existente.

Esto provoca una acumulación de fango, una degradación mucho más lenta hasta poder llegar a generar putrefacción, dificulta la aireación natural de la balsa. 

Sin presencia de luz, los microorganismos también se ven obligados a gastar más energía lo que conlleva un aumento del consumo de oxígeno. Es recomendable pues, que si se tapa, también se oxigene.

Eficiencia

La búsqueda de la eficiencia energética con la oxigenación profunda en las masas de agua.

1- Las algas o microorganismos presentes en la masa del agua realizan la fotosíntesis cuando hay presencia de luz solar. Durante la fotosíntesis consumen CO₂ y producen oxígeno. Esto lo hacen durante el día durante la noche consumen oxígeno y producen CO₂. 

El momento de menor concentración de oxígeno en el agua es justo antes de que salga el sol momento ideal para iniciar la oxigenación de una balsa, el mayor consumo de oxígeno por parte de microorganismos y vegetación es en las horas del mediodía momento del pico más alto de demanda de oxígeno en un cuerpo de agua.

Figura 9. Demanda de oxígeno en función de las horas del día.

2- No siempre debemos mantener la oxigenación en la masa del agua, esto dependerá de los niveles de saturación de oxígeno disuelto de la masa de agua que ya tengamos obtenidos, para poder decidir si mantener o iniciar el proceso de oxigenación o no. 

En la siguiente gráfica podemos ver que a niveles superiores a 4 ppm o mg/L de dilución de oxígeno en agua la eficacia de la transferencia de oxígeno disminuye en promedio un 50 %. 

Beneficios para los cultivos

La concentración necesaria de oxígeno para que un suelo esté bien aireado es del 20,7 %, con concentraciones por debajo del 10-15 % algunas plantas inhiben su crecimiento ocasionando grandes pérdidas económicas.       

• Más crecimiento: en la mayoría de plantas la transferencia de oxígeno no alcanza una tasa suficiente. Por este motivo, en suelos con condiciones físicas desfavorables, la aireación es necesaria para aportar concentraciones suficientes de oxígeno a la zona radicular.

Figura 11. Mayor crecimiento.

• Más beneficio: el rendimiento de la producción aumenta de forma notable cumpliendo el ciclo de maduración en menor espacio de tiempo de lo habitual. Una cosecha más voluminosa y un cultivo más productivo, conseguido en menor cantidad de días, ahorrando gran cantidad de agua de riego, gastos de abonos y otros aditivos. 
• Mejor sabor: otro factor a destacar es la calidad del sabor de los productos que contendrán una mayor cantidad de azúcares.
• Cultivo ecológico: tecnología natural, sin componentes tóxicos o contaminantes, que permite el cultivo ecológico sin necesidad de usar químicos u otros productos que además no resuelven el problema en su origen.

Conclusión particular

Si se quiere realizar una actuación sobre la masa de agua o balsa, lo ideal es ir a la causa u origen del problema y no a la consecuencia. 

La naturaleza es perfecta y debemos de respetar sus procesos y ciclos de vida, se trata de estabilizar el ecosistema de la balsa y alcanzar un equilibrio de sus parámetros.

− Oxi-fuch, del grupo Sewervac:

https://oxifuch.com/