La Aireación/Oxigenación en la restauración de ecosistemas acuáticos

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La tendencia actual en la restauración de ecosistemas acuáticos está enfocada en la aplicación de técnicas ecológicas-biológicas que no sean tan agresivas con el ecosistema. La aireación/oxigenación artificial es una de las técnicas que se ha usado desde hace mucho tiempo y que ha ido evolucionando para entrar en esta tendencia de sostenibilidad, reduciendo sus principales desventajas relacionadas con el alto costo y requerimiento de energía. Sin embargo, ¿qué tan eficiente ha sido la aireación/oxigenación en la restauración de ecosistemas acuáticos?.Desde AÏGOS les queremos presentar el siguiente artículo escrito por Johanna Gamboa donde se presentan algunas generalidades sobre esta técnica y algunas experiencias de su aplicación en diferentes cuerpos hídricos.

LA AIREACIÓN/OXIGENACIÓN EN LA RESTAURACIÓN DE ECOSISTEMAS ACUÁTICOS

¿Qué tan eficiente es la aireación/oxigenación en la restauración de ecosistemas acuáticos?

Las actividades antrópicas insostenibles con el medio ambiente han provocado una alta degradación de cuerpos hídricos en el mundo, conllevando a la pérdida de su biodiversidad y servicios ecosistémicos indispensables para la sociedad.

Ante esta situación existe una gran necesidad de aplicar estrategias que contribuyan a su restauración. En este sentido, la tendencia actual para la restauración de ecosistemas acuáticos está enfocada en métodos biológicos-ecológicos, que sean sostenibles, menos agresivos y más económicos que los métodos físicos y químicos, (Pan et al.2016). Lo que se busca es ayudar a iniciar procesos dentro de los ecosistemas acuáticos que promuevan su poder de autodepuración.

Uno de los métodos que ha tenido un gran uso a lo largo del tiempo para mejorar la calidad de las aguas consiste en aumentar y mantener una adecuada concentración de oxígeno disuelto en la columna de agua, utilizando aire como fuente de oxigeno (Aireación) o mediante el suministro directo de gas de oxígeno (Oxigenación).

El oxígeno en los cuerpos hídricos es importante porque ayuda a la degradación de la materia orgánica y demás compuestos que demandan oxígeno, aumenta el hábitat de organismos acuáticos y ayuda en la eliminación o ciclado de los nutrientes del ecosistema (carbono, nitrógeno y fósforo) previniendo o reduciendo así la eutrofización (Swan River trust 2000). No obstante, aún existe controversia sobre el papel del oxígeno en la liberación de fósforo desde los sedimentos, pues algunas investigaciones enfocadas en aumentar el oxígeno en el hipolimnion no dieron los resultados esperados (Tammeorg et al. 2017). Según la literatura reciente, la liberación de fósforo de los sedimentos está controlada por más factores que el solo déficit de oxígeno, el cual más que una causa es una consecuencia del estado trófico de los cuerpos hídricos (Huper & Lewandowski 2008) (Tammeorg et al. 2017).

Aun así, la aireación/oxigenación es una técnica que se continúa usando para mitigar la eutrofización y los demás impactos negativos que la anoxia genera en el agua como malos olores, turbiedad, mortandad de peces (Tammeorg et al. 2017). Dicha técnica puede ser aplicada mediante variedad de dispositivos clasificados bajo diferentes criterios.

Según su principio de funcionamiento se clasifican en:

  1. Neumáticos: inyectan oxígeno o aire comprimido directamente en el agua.
  2.  Pulverizadores: Dispersan el agua en el aire, permitiendo el intercambio de gases del agua con el oxígeno del aire. Dentro de estos se encuentran las estructuras tipo cascada que no requieren energía externa o los dispositivos de chapoteo mecánico que si la requieren.

Según su posición en la columna de agua:

  1. Dispositivos superficiales: como los aireadores de rueda de paleta flotante, fuentes, burbujeadores.
  2. Dispositivos subacuáticos: como los difusores de burbujas de aire.Aunque los dispositivos neumáticos se han utilizado mucho, se encuentran obsoletos por sus altos costos y requerimiento de energía, especialmente cuando se utilizan a gran escala.

Actualmente se busca que la aireación sea sostenible mediante la aplicación de dispositivos que funcionen con energías alternativas como la eólica o solar (Podsiadlowski et al.2017)

     

 

La elección de los dispositivos a implementar, dependerá de su costo, eficiencia, necesidades y características del cuerpo hídrico, además se debe considerar cualquier impacto ambiental y limitantes que se puedan presentar tras su implementación, como el arrastre de peces, la resuspensión de sedimentos, el aumento de la demanda de oxígeno de sedimentos por alta turbulencia en el hipolimnion y la supersaturación de nitrógeno u oxígeno, causantes de la embolia gaseosa en peces (Jones & Stokes 2004).

Aplicaciones de la aireación

La aireación artificial ha tenido una gran aplicación sobre todo en sistemas lénticos, ya que sus altos tiempos de retención hidraúlica los predispone a la acumulación de nutrientes y ausencia de oxígeno. En los sistemas lóticos, como ríos, aunque los constantes movimientos y resaltos permiten una mayor oxigenación natural, se ha requerido aireación artificial debido a obras hidráulicas, vertimientos de aguas residuales y cauces meándricos que reducen el flujo hídrico favoreciendo así la eutrofización y anoxia (Tekile et al. 2015).

Aireación en sistemas lénticos

  • En la restauración del degradado lago Swarzędzkie en Polonia, se propusieron 3 medidas de restauración sostenibles:
  1. Aireación de las aguas encima de los sedimentos del fondo usando un aireador impulsado por viento.
  2. Inactivación de fósforocon pequeñas dosis de sulfato de hierro y cloruro de magnesio.
  3. Modificación de la cadena trófica acuática (Biomanipulación).

Al final del periodo de restauración (2011-2014) la turbiedad disminuyó, la oxigenación mejoró y la concentración de nutrientes disminuyó ligeramente, reduciendo el fitoplancton y las cianobacterias dominantes. No obstante, para asegurar estabilidad del ecosistema y durabilidad de los cambios se continuó un año más con el proceso de restauración (Rosińska et al. 2018).

  • En 2013 se instaló en el lago Góreckie, el primer aireador pulverizador impulsado por viento y equipado con un sistema de inactivación de fósforo de los sedimentos (Ilustración 2). El seguimiento que se hizo a los resultados de esta implementación hasta el año 2015, mostró que la eficiencia del aireador pulverizador dependían de la velocidad del viento en rangos de 3 a 18 dm3/s y que el sistema de inactivación de fósforo como elemento del aireador pulverizador era efectivo en la dosificación del coagulante, con variaciones de 20 a 230 g/h (Podsiadłowski et al. 2017), dependiendo también de la velocidad del viento.
  • En el lago Durowskie se utilizó la oxigenación de aguas hipolimnéticas usando aireadores impulsados por viento, tratamiento del hierro con uso de pequeñas dosis de coagulantes y biomanipulación. La acción combinada de estos métodos mejoró la calidad del agua y con esto aumentó la diversidad de flora y fauna. (Gołdyn et al. 2014).

Aireación en sistemas lóticos.

La aireación se ha utilizado con éxito para el tratamiento del rio Oeiras-Portugal, río Emsche-Alemania, río Támesis-Reino Unido y el canal Homewood-Estados Unidos (Wang et al. 2012), entre otros.

  • En el rio Quing durante los juegos asiáticos de Beijing de 1990 se instalaron 8 dispositivos de aireación. Como resultado, el oxígeno disuelto aumentó de 0 a 6 mg/L, la tasa de eliminación de DBO5 alcanzó un 60% y se redujeron los malos olores del río (Wang et al. 2012).
  • En el rio Calumet y en el canal Calumet-Sag está implementado un sistema de aireación conocido como sidestream elevated pool airation-SEPA (Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago 2018),Un piloto de una estación SEPA también ha sido implementado en el rio Matanza-Riachuelo, el más contaminado de Argentina, dando eficiencias del 90% (Motta et al. 2010).Este sistema se compone de estaciones que captan una fracción del total del río, la cual se eleva y se deja caer por una cascada constituida por una serie de vertederos y cuencos de disipación (Engelman et al. 2018). El valor agregado de este tipo de sistema es la integración con el paisaje circundante creando espacios de calidad paisajista que pueden ser aprovechados entre otros, para recreación o educación ambiental (Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago 2018).
  • En el lago Tegel, Alemania, las medidas de restauración consistieron en reducir la carga externa de fósforo mediante plantas de eliminación de fósforo y reducción de la carga interna por medio de aireación, instalando 15 aireadores en la cuenca principal. Los resultados mostraron que la reducción de la carga externa fue la causa principal de las mejoras en la calidad del agua y que la aireación no generó un efecto positivo significativo en la reducción de la carga interna de fósforo y por tanto en las mejoras de la calidad del agua. Sin embargo, para otros objetivos como la mejora del hábitat de organismos aeróbicos acuáticos la aireación puede ser necesaria (Schauser & Chorus 2007).

En resumen, aunque existe controversia sobre el papel del oxígeno hipolimnético para controlar la liberación de fosforo de los sedimentos, y con esto mitigar la eutrofización, la aireación es una técnica que se sigue usando por sus demás beneficios, diversas aplicaciones en el mundo han comprobado su eficiencia para mejorar la calidad de aguas reduciendo los malos olores y turbiedad, aumentando el hábitat acuático y dando mayor soporte a la entrada de nutrientes. No obstante, no todas las experiencias han sido exitosas, el éxito o fracaso dependen principalmente de las características del cuerpo hídrico y del diseño de dispositivo de aireación a implementar, considerando los impactos negativos potenciales que pueden limitar su eficacia y ser contraproducentes, como la supersaturación de nitrógeno.

Adicionalmente, la tendencia actual está en el uso de dispositivos que funcionen con energías renovables y en su aplicación en conjunto con otras técnicas de restauración ecológicas-biológicas que potencien sus beneficios.

Bibliografía:

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Inke Schauser & Ingrid Chorus (2007) Assessment of internal and external lake restoration measures for two Berlin lakes, Lake and Reservoir Management, 23:4, 366-376, doi: 10.1080/07438140709354024
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Pan, B., Yuan, J., Zhang, X., Wang, Z., Chen, J., Lu, J., Xu, M. (2016). A review of ecological restoration techniques in fluvial rivers. International Journal of Sediment Research, 31(2), 110–119. doi:10.1016/j.ijsrc.2016.03.001
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Tammeorg, O., Möls, T., Niemistö, J., Holmroos, H., & Horppila, J. (2017). The actual role of oxygen deficit in the linkage of the water quality and benthic phosphorus release: Potential implications for lake restoration. Science of The Total Environment, 599-600, 732–738. doi:10.1016/j.scitotenv.2017.04.244.
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Autora: Johanna Gamboa

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