ARTÍCULO

Evaluación de tres especies de plantas para el tratamiento de aguas residuales por medio de humedales construidos

Resumen

Este estudio evalúa la eficiencia de remoción de materia orgánica y nutrientes de las aguas residuales generadas en la Facultad de Zootecnia y Ecología (FZyE) de la Universidad Autónoma de Chihuahua (UACH), usando tres especies de plantas en un sistema de humedales construidos de flujo subsuperficial (HCFS), para su tratamiento. Se utilizó un sistema de tres humedales, plantados con Typha latifolia, Phragmites australis y Schoenoplectus californicus, usando arena y grava como medio de soporte. El experimento se realizó por un periodo de cuatro meses, con un tiempo de retención hidráulica de tres días y un flujo de 30m3/d. 

De manera mensual se realizaron muestreos y análisis de diferentes parámetros fisicoquímicos del agua a la entrada y salida de los humedales, para determinar la eficiencia de remoción de contaminantes del sistema. Durante todo el experimento se realizó la medición del crecimiento y reproducción de las plantas para determinar su aclimatación y desempeño. Los porcentajes promedio de remoción de contaminantes fueron del 96%, 91.5%, 98%, 70% y 92% para Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Sólidos Suspendidos Totales (SST), Nitrógeno Total (Ntotal) y Fósforo Total (Ptotal) respectivamente. La especie que presentó el mejor desempeño fue Typha latifolia.

Abstract

This study evaluates the removal efficiency of organic matter and nutrients from wastewater generated at the Faculty of Zootechnics and Ecology (FZyE) of the Autonomous University of Chihuahua (UACH) using three plant species through a subsurface flow constructed wetland (SFCW) system for treatment. A system consisting of three wetlands was implemented and planted with Typha latifolia, Phragmites australis and Schoenoplectus californicus, using sand and gravel as the support media. The experiment was conducted over a four-month period, with a hydraulic retention time of three days and a flow rate of 30m3/d. Monthly sampling and analysis of physicochemical water quality parameters were performed at the inlet and outlet of wetlands to determine the contaminant removal efficiency of the system.

Throughout the experiment, plant growth and reproduction were monitored to assess plant acclimatization and overall system performance. The average values of contaminant removal were 96%, 91.5%, 98%, 70% and 92% for Chemical Oxygen Demand (COD), Biochemical Oxygen Demand (BOD), Total Suspended Solids (TSS), Total Nitrogen (TN) and Total Phosphorus (TP). 

Introducción

El agua es un recurso vital e invaluable, esencial para las diferentes actividades como industria, agricultura y generación de energía, sin embargo, su utilización en dichas actividades puede dar como resultado su contaminación. Por lo anterior es importante gestionar un manejo eficiente y sustentable de los recursos hídricos, incluyendo la cultura del reúso del agua residual tratada (Araneda et al., 2018). De acuerdo con su calidad las aguas residuales de las universidades pueden ser clasificadas como aguas residuales municipales (Papaevangelou et al., 2016), aguas residuales domesticas (Silveira et al., 2017) y en el caso específico de la FZyE como aguas residuales de origen agropecuario. El agua residual contiene una cantidad importante de contaminantes, incluyendo materia orgánica y nutrientes (Dell et al., 2020; Desye et al., 2022). 

Tradicionalmente el tratamiento de este tipo de aguas residuales incluye procesos de tipo físico, químicos y biológicos, sin embargo, este tipo de tecnologías puede demandar altos costos de operación y consumos altos de energía (Abdulwahab et al., 2021). Los humedales construidos (HC) son sistemas de ingeniería que utiliza procesos naturales y la capacidad de las plantas para tratar de manera efectiva diferentes tipos de aguas contaminadas (Colares et al., 2021; Angassa et al., 2022). El tratamiento por medio de humedales se da a través de una combinación de mecanismos, los cuales incluyen adsorción y filtración facilitado por las plantas, así como una degradación aerobia y anaerobia dada por diferentes microorganismos (Paucar and Sato, 2022). 

Aprovechando estos procesos naturales los HC representan una tecnología innovadora, eficiente y ambientalmente amigable para el tratamiento de las aguas residuales (Li et al., 2021). La Facultad de Zootecnia y Ecología (FZyE) es una institución educativa que forma parte de la Universidad Autónoma de Chihuahua, dedicada a la investigación y enseñanza en el área de producción animal y ecología. 

El tratamiento de las aguas residuales supone un gran reto para la facultad, ya que dentro de sus instalaciones se desarrollan una serie de actividades de apoyo, tanto para la docencia como para la investigación, así como, para la producción de productos y subproductos de origen animal, que generan aguas residuales. 

El objetivo de este estudio fue evaluar el desempeño de tres especies de plantas en 

el tratamiento del agua residual generada por las diferentes actividades de la FZyE 

e identificar cuál de estas representa la mejor opción para su uso especifico en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la facultad, buscando obtener un agua de calidad suficiente para su reúso en diferentes actividades dentro de la propia escuela. 

Una serie de actividades de apoyo, tanto para la docencia como para la investigación, así como, para la producción de productos y subproductos de origen animal, que generan aguas residuales. 

El objetivo de este estudio fue evaluar el desempeño de tres especies de plantas en 

el tratamiento del agua residual generada por las diferentes actividades de la FZyE 

e identificar cuál de estas representa la mejor opción para su uso específico en la 

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la facultad, buscando obtener un agua de 

calidad suficiente para su reúso en diferentes actividades dentro de la propia escuela.

Materiales y métodos

Selección de especies de Plantas.

Basados en la revisión bibliográfica (Margit et al 2025, García 2020), se eligieron para este estudio a Typha latifolia, Phragmites australis y Schoenoplectus californicus, las cuales además son especies nativas presentes en zonas ribereñas de casi todo el estado de Chihuahua, incluyendo la ciudad de Chihuahua, lo cuál facilitó su recolección, rápida aclimatación y garantizó su desarrollo bajo las condiciones climatológicas del experimento.

Las tres especies de plantas fueron recolectadas del municipio de Meoqui en el estado de Chihuahua, México, se recolectaron completas in situ (hoja, tallo y raíz) de su sitio nativo, manteniéndose parte del suelo original del sitio hasta su trasplante (Figura 1). 

Trasplante de las plantas en los humedales.

El suelo adyacente a la raíz fue separado de manera manual y posteriormente lavado con agua de la llave y agua destilada. 

Antes de colocar las plantas en los humedales, se midió el tamaño y se contó el número total de individuos por grupo, estos datos fueron considerados como valores iniciales del experimento. Durante todo el experimento, todas las plantas se mantuvieron en condiciones de inundación, usando el agua residual procedente de la red de alcantarillado interna de la FZyE.

Diseño del experimento.

El estudio fue operado de manera continua durante un periodo de tiempo de 20 semanas, de febrero a junio del 2025. Tres humedales construidos de flujo sumergido hechos de concreto (longitud: 15.00 m, Ancho: 5.50 m, Altura: 1.00 m) fueron utilizados. Los tres humedales se llenaron con arena limosa, la cuál se utilizó como medio de soporte de 

las plantas, con una altura de cama de 0.50 m. El nivel del agua se ajustó a 5 cm por 

debajo de la superficie de la cama de arena. En los humedales se trasplantó Typha latifolia, Phragmites australis y Schoenoplectus californicus (H1, H2 y H3), (Figura 2). Un mes antes 

de iniciar el experimento un total de 28 grupos de plantas, con un promedio de 50 individuos por grupo, una altura promedio de los individuos de 0.50 m y una separación de 1.0 m por lado entre grupo y grupo fueron plantados en H1, H2 y H3 (Figura 2). Después de 4 semanas de aclimatación de las plantas en los humedales usando agua de la llave, se inició el experimento, alimentando los humedales con el agua residual generada en la facultad, con una duración de tres meses. 

Muestreo y análisis del agua.

Muestreo de agua.

Se realizó un muestreo mensual durante todo el experimento (abril, mayo y junio del 2025). Se realizaron muestreos compuestos de 24h con seis muestras simples recolectadas en recipientes de 1 L de plástico de la entrada de la PTAR, salida de los tres humedales (H1, H2 y H3) y salida de la PTAR (Figura 3). Para la toma de todas las muestras se consideró la NMXAA-003-1980. Al final de cada muestreo todas las muestras fueron trasladadas inmediatamente en hieleras para la preparación de un galón de muestra compuesta en base al flujo, su preservación y análisis en el laboratorio de aguas residuales de la JMAS de la ciudad de Chihuahua. Las muestras para DQO fueron preservadas con 1ml de H2SO4, las de GYA con 1ml de HCl y las muestras para los demás parámetros en un refrigerador a 4°C. En el caso de las muestras de GYA se tomaron muestras simples en frascos de vidrio de boca ancha de 1L.

Análisis de agua.

Todas muestras se analizaron en el laboratorio de la PTAR Norte de la Junta Municipal de Agua y Saneamiento (JMAS). Los parámetros analizados fueron: Demanda Química de Oxigeno (DQO), Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO), Sólidos Suspendidos Totales (SST), Sólidos Sedimentables (Ssed), Potencial de Hidrogeno (pH), Grasas y aceites (GYA), 

Nitrógeno Total (Ntotal) y Fósforo Total (Ptotal).

Monitoreo de aclimatación y tolerancia de plantas.

Crecimiento y Reproducción.

Durante todo el experimento se contabilizó mensualmente el número de individuos por humedal para determinar la reproducción de las tres diferentes especies de plantas. Para determinar el crecimiento se realizó la medición mensual del individuo más alto de cada uno de los 28 grupos (Figura 3). 

Resultados

Eficiencia de tratamiento.

De manera general el sistema en conjunto presentó una alta eficiencia de remoción de contaminantes orgánicos y nutrientes, con porcentajes de remoción de DQO entre el 95 y 97%, DBO entre el 90 y 93%, SST del 98%, Ntotal entre 63 y 78% y Ptotal entre 91 y 93%. (Tablas 1,2 y 3). La especie de planta que presentó el mejor desempeño fue Typha latifolia (Humedal 1). Se puede observar que a pesar de que el agua residual a la entrada de la planta contiene una alta cantidad de materia orgánica y nutrientes, el sistema presenta eficiencias de remoción elevadas, obteniéndose agua de calidad que cumple con los límites máximos permisibles de la NOM-003-SEMARNAT-1997 para reúso con contacto directo. 

Los resultados del primer mes de operación indican que el sistema de humedales construidos presenta un desempeño altamente eficiente en la remoción de sólidos, grasas y aceites, así como en el control del pH, cumpliendo con los límites establecidos por la NOM-003-SEMARNAT-1997 para reúso en servicios al público con contacto indirecto. Aunque la DBO en la salida del sistema aún supera ligeramente el valor normativo, la elevada eficiencia de remoción observada sugiere que el cumplimiento total es alcanzable conforme el sistema avance en su proceso de estabilización biológica. En conjunto, los resultados confirman la viabilidad del sistema como alternativa sostenible para el tratamiento y reúso de aguas residuales. 

El análisis comparativo entre el primer y segundo mes de operación evidencia que el sistema de humedales construidos presenta un comportamiento estable y una tendencia general de mejora en la remoción de contaminantes. La eficiencia en la eliminación de sólidos y materia orgánica se mantiene elevada desde el inicio, mientras que los nutrientes, particularmente el fósforo total, muestran una optimización progresiva asociada a la maduración del sistema. Las ligeras fluctuaciones observadas en la DBO y en las grasas y aceites son consistentes con la etapa temprana de operación y con variaciones en la carga 

del influente, sin comprometer el cumplimiento normativo 

de la NOM-003-SEMARNAT-1997 para la mayoría de los 

parámetros evaluados.

Los resultados correspondientes al tercer mes de operación confirman la estabilidad y eficiencia del sistema de humedales construidos, particularmente en la remoción de sólidos, 

fósforo y materia orgánica. La consistencia observada respecto al mes previo evidencia la maduración del sistema y su potencial como alternativa sostenible para el tratamiento 

y reúso de aguas residuales, cumpliendo con los principales criterios establecidos por la NOM-003-SEMARNAT-1997 para reúso con contacto indirecto (riego).

Comportamiento físico de las plantas.

Con respecto al crecimiento, se pudo observar que la especie de planta que tuvo un mejor desarrollo fue la especie Typha latifolia, seguida de Schoenoplectus californicus y por último 

Phragmites australis, con valores promedio entre 71-210 cm, 99-190 cm y 45-147 cm y valores máximos de 255 cm, 208cm y 259 cm respectivamente (Gráfico 1). Asimismo, se puede observar que las tres especies de plantas presentaron un crecimiento en orden ascendente durante los tres meses del estudio sin presentar ningún problema físico visible, lo cuál muestra que la aclimatación de todas ellas fue adecuada. Con respecto a la reproducción la especie que presentó el mejor desempeño fue Shoenoplectus californicus, seguida de Typha latifolia y por último Phragmites australis, con valores promedios entre los 46-94 individuos, 10-23 individuos y 5-5 individuos respectivamente. Los valores máximos 

de reproducción de dichas especies fueron de 154, 54 y 21 individuos, pudiéndose observar el mismo comportamiento que en el crecimiento con un incremento en el número de individuos ascendente durante los cuatro meses del experimento (Grafico 2).

Conclusiones

Los resultados de este estudio demuestran que los humedales construidos de flujo subsuperficial representan una alternativa técnicamente viable y ambientalmente sostenible para el tratamiento y reúso de las aguas residuales generadas en la Facultad de Zootecnia y Ecología (FzyE).

A pesar de las elevadas cargas de materia orgánica y nutrientes presentes en el influente, el sistema alcanzó altas eficiencias de remoción de contaminantes desde las primeras etapas de operación, lo que evidencia una rápida adaptación biológica y una adecuada estabilización del proceso. Durante el periodo de monitoreo de tres meses, las eficiencias de remoción se mantuvieron estables, particularmente en sólidos suspendidos y fósforo, observándose una mejora progresiva del desempeño conforme avanzó la maduración del sistema. 

Desde el primer mes del experimento, el efluente tratado cumplió con los límites máximos permisibles establecidos en la NOM-003-SEMARNAT-1997, confirmando su aptitud para el 

reúso en actividades como el riego de áreas verdes. Entre las macrófitas evaluadas, Typha latifolia presentó el mejor desempeño global en términos de eficiencia de remoción y crecimiento vegetativo, mientras que Schoenoplectus californicus mostró la mayor capacidad reproductiva, lo que respalda su adecuada adaptación al sistema. 

En conjunto, los humedales construidos se consolidan como una tecnología eficiente, de bajo costo de operación y mantenimiento, y con alto potencial para la gestión sostenible y el reúso de aguas residuales que cumple con la normatividad aplicable para su reúso en diferentes actividades como riego de áreas verdes.

Durante el tiempo del experimento (tres meses), no se observoóalguna tendencia de disminución en la eficiencia de remoción de contaminantes de los humedales, así como impactos negativos en la reproducción y crecimiento de las plantas, por lo cuál es necesario realizar un estudio por más tiempo para poder tener valores mas representativos que nos permitan evaluar analítica y estadísticamente el desempeño de estas especies de plantas en periodos de tiempo más largos.

Referencias 

Abdulwahab, Y.D., Mohammed, A.K., Abbas, T.R., 2021. Improving the performance of constructed wetland microbial fuel cell (CW- MFC) for wastewater treatment and electricity generation. Baghdad Sci. J. 7–17. https://doi.org/10.21123/ bsj.2020.18.1.0007.

Angassa, K., Assefa, B., Kefeni, K.K., Nkambule, T.T.I., Fito, J., 2022. Brewery industrial wastewater treatment through mesocosm horizontal subsurface flowconstructed wetland. Environ. Syst. Decis. 42 (2), 265–275. https://doi.org/10.1007/s10669- 022-09849-z.

Araneda, I., Tapia, N.F., Allende, K.L., Vargas, I.T., 2018. Constructed wetland-microbial fuel cells for sustainable greywater treatment. Water. 10 (7), 1–9. https:// doi.org/10.3390/

w10070940. 

Colares, G.S., Dell’Osbel, N., Barbosa, C.V., Lutterbeck, C., Oliveira, G.A., Rodrigues, L. R., Bergmann, C.P., Lopez, D.R., Rodriguez, A.L., Vymazal, J., Machado, E.L., 2021. Floating 

treatment wetlands integrated with microbial fuel cell for the treatment of urban wastewaters and bioenergy generation. Sci. Total Environ. 766, 142474. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142474.

Dell, N., Stolzenberg, G., Alves, G., Ribeiro, L., Pereira, F., Lawish, A., L´opez, D.A.R., Alexandre, C., Oliveira, E., Kist, L.T., 2020. Hybrid constructed wetlands for the treatment of 

urban wastewaters: increased nutrient removal and landscape potential. Ecol. Eng. 158 10607. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2020.106072. 

Desye, B., Belete, B., Amare Alemseged, E., Angaw, Y., Asfaw Gebrezgi, Z., 2022. Evaluation of waste stabilization pond efficiency and its effluent water quality: a case study of Kito Furdisa Campus, Jimma University, Southwest Ethiopia. Sci. World J. https://doi.org/10.1155/2022/2800034.

Fernando Garcia Avila. 2020. Treatment of municipal wastewater by vertical subsurface flow constructed wetland: Data collection on removal efficiency using Phragmites australis and Cyperus papyrus. Data in brief 30. Pag. 1-9. https://doi.org/10.1016/j.dib.2020.105584.

Li, K., Qi, J., Zhang, F., Miwornunyuie, N., Amaniampong, P.S., Koomson, D.A., Chen, L., Yan, Y., Dong, Y., Setordjie, V.E., Samwini, A.M.N., 2021. The role of wetland plants on wastewater treatment and electricity generation in constructed wetland coupled with microbial fuel cell. Appl. Sci. 11 (16). https://doi.org/10.3390/ app11167454

Margit Koiv Vainik, Ivika Ostonen, Chukwuemeka Oji Kanu Oji, Kuno Kasak. 2025. Assessment of nutrient storage and translocation in winter harvested Typha latifolia from free-water surface treatment wetland mitigating diffuse agricultural pollution. Science of the Total Environmental. Pag 1-12. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.178424.

NMX-AA-003-1980. 1980. Norma Mexicana: Aguas Residuales. -Muestreo. Secretaria de Comercio y Fomento Industrial.

NOM-003-SEMARNAT-1997. 1997. Norma Oficial Mexicana que establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reúsen en el servicio público. Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT). DOF: 21/09/1998. 

Papaevangelou, V., Gikas, G.D., Tsihrintzis, V.A., 2016. Effect of operational and design parameters on performance of pilot-scale horizontal subsurface flow constructed wetland treating university campus wastewater. Environ. Sci. Pollut. Res. 23, 19504–19519.

Paucar, N.E., Sato, C., 2022. An overview of microbial fuel cells within constructed wetland for simultaneous nutrient removal and power generation. Energies 15 (18). https://doi.org/10.3390/en15186841. Rehman, F., Pervez, A., Khattak, B.N., Ahmad, R., 2017. Constructed wetlands: perspectives of the oxygen released in the rhizosphere of macrophytes. Clean Soil Air Water 45, 1

Silveira, E.O., Moura, D., Rieger, A., Machado, E.L., Lutterbeck, C.A., 2017. Performance of an integrated system combining microalgae and vertical flow constructed wetlands for urban 

wastewater treatment. Environ. Sci. Pollut. Res. 24 (25), 20469–20478. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9656-3.