CICLOS BIOGEOQUÍMICOS:

2.2.3.1.CICLO DEL OXÍGENO E HIDROGENO

En el magnífico, único y milagroso proceso que pasan las plantas proceso llamado fotosíntesis, el oxígeno cumple una función esencial. “el ciclo del oxígeno se quiebra de manera natural, debido a la acción de energía solar, la molécula de agua en sus dos componentes: el hidrógeno, necesario para la posterior síntesis de carbohidratos y, el oxígeno se libera a la atmósfera” (Luevano Vargas, 2016).

El fotoperiodo es aprovechado por las plantas acuáticas, microalgas y cianobacterias para realizar la fotosíntesis y almacenar energía. Durante este periodo, se producen reacciones químicas en las plantas debido a la luz solar y a la clorofila. Los hidrógenos son separados del oxígeno y ambos son liberados al agua, quedando iones H+ que reducen el pH del agua (Luevano Vargas, 2016). De esta forma ocurre la mayor aportación de oxígeno al agua, aunque también es consumido en menor proporción para procesos de metabolismo y almacenamiento de la energía que obtienen a partir de la fotosíntesis. Durante la fase oscura (ausencia de luz solar), utilizan la energía almacenada durante el proceso de fotosíntesis, para fijar CO2 en el espacio estromal de los cloroplastos (Lodish, y otros, 2005) y producir

compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos como la glucosa (C6H12O6) y

moléculas de agua como desecho. A partir de la glucosa, se forman otras moléculas como el almidón para finalmente ser transformados a lípidos y proteínas, necesarias para su crecimiento y reproducción.

Entonces se tiene que la respiración de los organismos acuáticos consume el O2 presente en la fuente hídrica. Por ejemplo, la respuesta de las vegetaciones acuáticas y bacterias durante el fotoperíodo es la aportación de oxígeno al agua, mientras que de noche consumen el oxígeno disuelto en el agua para procesos de división celular, reproducción y otros.

Figura 2: fotoperiodo aprovechado por plantas acuáticas, microalgas y cianobacterias para realizar fotosíntesis y almacenar energía.

2.2.3.2.PERÍODO DEL NITRÓGENO

El nitrógeno sufre el proceso de oxidación-reducción que involucra la oxidación de la forma reducida del nitrógeno amoniacal (NH4+), o reducir las formas altamente oxidadas

como el nitrato (NO3-). Algunas reacciones de oxidación reducción ocurren primordialmente

bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas (van der Valk, 2012). Las reacciones de biotransformación más importantes del ciclo del nitrógeno en humedales, se representan en la ilustración 3.

Figura 3: Ciclo del nitrógeno en humedales: 1.Fijación; 2.Amonificación; 3.Nitrificación; 4.Desnitrificación. (Luevano Vargas, 2016)

FIJACIÓN DE NITRÓGENO. El gas nitrógeno (N2) es convertido a NH4+. En los

humedales existen bacterias aerobias, anaerobias y cianobacterias fijadoras de nitrógeno las cuales se encuentran en la columna del agua y en el suelo. Las bacterias aerobias y cianobacterias encargadas de la fijación del nitrógeno, poseen estructuras especializadas que contienen una enzima llamada Nitrogenasa, esta enzima les ayuda a fijar el nitrógeno atmosférico y transformarlo. Las estructuras que contienen Nitrogenasa sirven de protección cuando los microorganismos se desarrollan en presencia del oxígeno, de lo contrario, sufrirían rompimiento debido a que el oxígeno presenta propiedades oxidantes. Las bacterias fijadoras de nitrógeno que no poseen estructuras especializadas son prácticamente anaerobias. (van der Valk, 2012)

NITRIFICACIÓN. Consiste en la conversión del NH4+ a NO3-. Ocurre bajo condiciones

aerobias en donde el NH4+ es oxidado a NO2- a causa de microorganismos de la variedad

Nitrosomonas (Fig. 13a) y el NO2- es oxidado a NO3- a causa de microorganismos de la

variedad Nitrobacter (Fig. 13b). Normalmente el NH4+ se encuentra de forma anaerobia en

el suelo de los humedales y algunas veces en toda la columna de agua por difusión del suelo. (Bronmark & Hansson, 2005)

Figura 4: a) nitrosomas, b) nitrobacter. (Luevano Vargas, 2016)

DESNITRIFICACIÓN: Consiste en la conversión del NO3- a nitrógeno gaseoso (N2) u

óxido nitroso (N2O).

Cuando el NO3- se difunde en zonas anaerobias, no consigue ser utilizado a modo de

terminal aceptor de partículas para la inhalación anaerobia por muchos grupos de bacterias, incluyendo las facultativas tales como Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium y Bacillus. La desnitrificación remueve permanentemente el nitrógeno de los humedales. (Bronmark & Hansson, 2005)

AMONIFICACIÓN. “Es la conversión del Nitrógeno orgánico a NH4+ por acción de

bacterias. Puede ocurrir bajo ciertas condiciones aerobias o anaerobias, consiste en moléculas complejas que contienen nitrógeno como las proteínas, donde las bacterias descomponen los aminoácidos de proteínas liberando NH4+” (van der Valk, 2012).

2.2.3.3.CICLO DEL FOSFORO

Este elemento es un nutrimento necesario en el desarrollo de animales y plantas. Sin embargo, el fósforo en su formato básico es demasiado venenoso. “Los fosfatos (PO4-) se

originan por modificaciones del fosforo. La aparición de estos en los humedales se puede dar a causa de la descomposición de pesticidas orgánicos que en su composición poseen fosfatos. Estos También se presentan en forma de soluciónes, como partículas, trozos de

biota acuática” (Luevano Vargas, 2016). Por otro lado “El fósforo orgánico disuelto, es rápidamente descompuesto por microorganismos y asimilado por los organismos fotosintéticos. La liberación del fósforo en el medio acuático se acelera con el aumento de la temperatura” (Roldan Pérez & Jairo Ramírez, 2008).

“Los excesos de fosfatos en el agua ocasionan el crecimiento acelerado de microalgas y vegetaciones típicas del agua, consiguiendo colmar el curso natural de este recurso hidrico y a manipular enormes montos de oxígeno del sistema” (Sánchez, Herzig, Peters, Márquez, & Zambrano, 2007).

Figura 5: ciclo del fosforo en humedales: 1. descomposición de materia orgánica; 2. mineralización; 3. fijación; 4. liberación - reducción. (Luevano Vargas, 2016)

2.2.4. REMOCIÓN DE NUTRIENTES:

El proceso de eliminación de nutrimentos presentes en el agua residual se considera de vital importancia sanitaria, puesto que el acrecimiento de estas en las fuentes de agua, ocasiona el proceso de eutrofización.

Se entiende como eutrofización a la descomunal contaminación del agua con los nutrientes o por defecto con materia, lo que ocasiona perjudiciales permutaciones en el

agua, como por ejemplo desarrollo o producción excesiva de flora acuática, disminución de la calidad de agua, proliferación de olores nauseabundos y la extinción de los peces presentes en estas, el crecimiento descomunal de la flora acuática es un factor observable que perjudica cuantiosamente el uso y la propiedad estética de los cuerpos de agua. (Garcia Trujillo, 2012)

Los compuestos orgánicos de nutrición de las plantas son los nitratos (NO3-), amonio

(NH4+), fosfato (PO43-) entre otros nutrimentos para desarrollarse, por lo tanto las

Macrófitas posee el don de remover los nutrientes presentes en el agua. De igual manera Diferentes seres vivos de los ecosistemas, tomando en cuenta algas y microorganismos, igualmente consumen estos compuestos. La recolección constante de estas Macrófitas remueve estos compuestos orgánicos de los cuerpos de agua. (Garcia Trujillo, 2012) De tal manera la evolución de estos elementos sucede alrededor de la esfera del vegetal hídrico así mismo en las sedimentaciones del vegetal.

 Nitrificación:

2𝑁𝐻₄+ 3𝑂₂ → 2𝑁𝑂₂+ 4𝐻++ 2𝐻₂𝑂

 Des nitrificación:

2𝑁𝑂3+ 10𝐻 → 𝑁2+ 4𝐻20 + 2𝑂𝐻

2.2.5.PORCENTAJE DE REMOCIÓN:

“Para calcular la proporción de eliminación de las diferentes cuantificaciones física y biológica del agua se tiene el siguiente modelo matemático” (Vidal Álvarez, 2009).

% remosion =∁i − ∁f ∁i ∗ 100

Ci = concentración inicial mg/l Cf = concentración final mg/l

2.2.6.FITORREMEDIACION:

La fitorremediación se utilizan fundamentalmente en enormes áreas de aguas residuales que contengan elementos comparativamente inactivos y con concentraciones bajas, y convienen llamarse tecnologías de depuración a extenso dilación.

Se indica también que “La fitorremediación de suelos contaminados se basa en el uso conjunto de plantas, enmiendas del suelo y técnicas agronómicas para eliminar, retener, o disminuir la toxicidad de los contaminantes del suelo” (Estrada Gallego, 2010).

Muy aledaño a los procesos fisicoquímicos, la fitorremediación igualmente es una opción muy buena para el tratamiento de aguas residuales. Los beneficios de aplicar las técnicas biológicas traen consigo superiores resultados que las técnicas físicas y químicas, y la eventualidad de ejecutar técnicas en el lugar (reduciendo la utilización de la energía eléctrica e insumos industriales). Los objetivos biotecnológicos actualmente son orientados a aplicar técnicas en el lugar de los hechos con la finalidad de minimizar el coste de operación y prevenir la proliferación de eventos problemáticos como la contaminación a tierras o aguas. (Estrada Gallego, 2010)

Por otro lado “En la fitorremediación, los humedales artificiales o construidos son una de las alternativas a las tecnologías convencionales de tratamiento, los cuales se expondrán con mayor profundidad en las próximas secciones” (Estrada Gallego, 2010).

2.2.7.FITODEPURACION:

Por fitodepuración (phyto = planta, depurare = limpiar, purificar) entendemos la remoción o expulsión de contaminantes presentes en las aguas residuales, a razón de complicados métodos biológicos y físico-químicos en las cuales intervienen las Macrófitas propias de las zonas acuáticas. Este proceso sucede con naturalidad en los entornos que acogen aguas contaminadas y, conjuntamente con el llamado autodepuración de las aguas, fue considerado tradicionalmente como la técnica de tratamiento y reparación de la calidad del agua. Este efecto sucede en los humedales nativos como en humedales antrópicos. (Fernádez Gónzales, De Miguel Beascochea, De Miguel Muñoz, & Curt Fernández de la Mora, 2001)

2.2.8.HUMEDALES:

“Los humedales naturales se determinan como los espacios terrenales la mayoría del tiempo se encuentran encharcados o saturados por agua, tanto así que en estos se desarrolla distintos tipos de plantas” (Fernádez Gónzales, De Miguel Beascochea, De Miguel Muñoz, & Curt Fernández de la Mora, 2001).

Los humedales se distinguen simplemente por un grupo de particularidades, tales como la representación de un cuerpo superficial de agua poco profunda y/o una napa freática en superficie sobre suelos hidromorfos, así como la presencia de una flora determinada, ya sean Macrófitas que habitan en el agua (hidrofitos) o por lo contrario las que habitan en terrenos persistentemente empantanados o por lo menos repletos de agua, con suficiente frecuencia (higrofitos). (Fernádez Gónzales, De Miguel Beascochea, De Miguel Muñoz, & Curt Fernández de la Mora, 2001)

Los humedales cumplen un papel importante como: “reguladores hídricos y como ecosistema de plantas y animales peculiares, principalmente aves acuáticas. Atribuyen un recurso de un inmenso coste económico, cultural, científico y recreacional, sus pérdidas serían irreparables” (Reserva Natural Urbana, 2010). Por otro lado. “Las funciones vitales de un humedal comprenden las acciónes que se desarrolla de modo recíproco entre los componentes físicos, biológicos y químicos, como los suelos, la flora y la fauna”. (Perez G & Ramirez J, 2016).

Tabla 3: principales funciones y beneficios económicos de los humedales.

FUNCIONES BENEFICIOS ECONÓMICOS

a) Almacenamiento de agua. b) Protección contra tormentas. c) Equilibrio de costas y vigilancia de

la degradación.

d) Incremento de acuífero.

e) Purificación de recursos hidricos. f) Conservación de nutrimentos. g) Conservación de sedimentaciones. h) Conservación de contaminaciones. a) Suministro de hídricos. b) Captura de peces. c) Agronomía

d) Madero y nuevos materiales de edificación.

e) Combustible.

f) alimentos de existencia rústica. g) Recursos turísticos y

recreacionales. (Luevano Vargas, 2016)