30-39/reutilizacion/AT_TA239

ARTICULOS
Resumen
Este trabajo ofrece una visión amplia y
actualizada sobre el potencial de la reutilización de aguas depuradas. Esta,
junto con la desalación, constituyen las
dos alternativas con mayores perspectivas como solución al creciente estrés
hídrico (fuente alternativa de recursos)
y como herramientas para la consecución de una gestión sostenible del recurso agua. En este artículo se abordan
aspectos legislativos, de calidad y tecnológicos ligados a la temática tanto en
el ámbito tanto nacional como mundial.
Asimismo, se enumeran algunas de las
actuaciones realizadas por Gaiker en
este ámbito.
Palabras clave:
Reutilización, aguas depuradas, aplicaciones, legislación, tecnologías de tratamiento, casos prácticos.
TECNICOS
La reutilización de aguas
depuradas como alternativa
emergente para la reducción del
estrés hídrico y la gestión sostenible
del recurso
Por: Urkiaga, A., de las Fuentes, L. y Etxebarria, J.
Gaiker, Centro Tecnológico
Parque Tecnológico, Edif.202
48170 Zamudio (Bizkaia)
Tel.: 946 002 323
Fax: 946 002 324
E-mail: [email protected]
1. Introducción
239 / AGOSTO / 2003
Abstract
Regenerated water reuse as a merging
alternative for water stress reduction
and sustainable management of water
resources
This work offers a wide and updated
overview of the potential of reuse of
treated wastewater. This option, together with desalination, are the two most
promising alternatives to overcome the
increasing water stress (as alternative
sources of water) and valuable tools to
fulfil with a sustainable water management. In this article legislative, quality
and technology issues are tackled both
in the national and world levels. Furthermore, some experiences of Gaiker
on this topic are pointed out.
Keywords:
Reuse, regenerated water, applications,
legislation, treatment technologies, case studies.
30
TECNOLOGIA DEL AGUA
1.1. La importancia del
recurso
on numerosas las referencias
encontradas sobre la creciente
disminución de recursos y la
necesidad de gestionarlos adecuadamente. En 1958 el Consejo Económico y Social de las Naciones Unidas
promulgó que no debería emplearse
agua de elevada calidad, a no ser de
que hubiera un exceso de ésta, para
usos que pudieran suplirse con agua
de calidad inferior. Asimismo, la
OMS (1990) establece que “las aguas
residuales urbanas son un valioso recurso que debería emplearse siempre
que fuera posible, con las debidas medidas de protección sanitaria…”.
En el marco de la gestión de los
recursos hídricos disponibles en el
planeta, cada vez es mayor la necesidad de preservarlos, tanto en cantidad como en calidad. Sólo el 1%
del total del agua existente en el planeta es agua dulce y por tanto susceptible de ser empleada para el
consumo humano.
S
La limitación de los recursos hídricos es especialmente patente en
zonas geográficas desfavorecidas
como las áridas o semiáridas y las
islas. Además, debido a la creciente
concentración de población en las
zonas urbanas, los abastecimientos
de agua se han visto comprometidos
e incluso existen zonas donde los recursos están prácticamente agotados y son difícilmente recuperables.
Así, en el 3er Foro Mundial del Agua
(Tokio, Marzo 2003) se ha presentado un informe elaborado por la
UNESCO (The World Water Development Report) en el que se prevé
que en 20 años el suministro medio
de agua por habitante descienda un
tercio del valor actual. El aumento
de la población, la contaminación y
el calentamiento global serán las
principales causas de este descenso.
Las opciones ante dicha escasez,
además de las consiguientes políticas de restricción en el uso, se basan en la búsqueda de nuevas fuentes convencionales de abastecimiento (normalmente más alejadas
que las habituales, con los consi-
TECNICOS
Tabla 1
Demanda
Actual
Horizonte de 10 años
Horizonte de 20 años
4.649,50
5.347
6.313
Industria
1.647
1.917
2.063
Regadío
24.094
27.123
30.704
Refrigeración
4.915
4.915
4.915
35.305,5
39.302
43.995
Abastecimiento
Total
Tabla 1. Demanda actual de agua y expectativas de demanda futura por usos en Hm3/año (Libro Blanco del
Agua, 2000).
Tabla 2
Uso del agua residual regenerada
1
Usos domiciliarios:
Riego de jardines privados, descarga de aparatos sanitarios, sistemas de calefacción y refrigeración
de aire domésticos, y lavado de vehículos.
2
Usos y Servicios urbanos:
Riego de zonas verdes de acceso público (campos deportivos, campos de golf, parques públicos, etc.);
baldeo de calles; sistemas contra incendios; fuentes y láminas ornamentales.
3
Cultivos de Invernadero.
4
Riego de cultivos para consumo en crudo. Frutales regados por aspersión.
5
Riego de pastos para consumo de animales productores de leche o carne.
6
Riego de cultivos destinados a industrias conserveras y productos que no se consuman crudos.
Riego de frutales excepto por aspersión
7
Riego de cultivos industriales, viveros, forrajes ensilados, cereales y semillas oleaginosas.
8
Riego de bosques, zonas verdes y de otro tipo no accesibles al público. Silvicultura
9
Refrigeración Industrial, excepto industria alimentaria.
10
Estanques, masas de agua y caudales circulantes, de uso recreativo en los que está permitido el contacto
del público con el agua (excepto baño).
11
Estanques, masas de agua y caudales circulantes ornamentales, en los que está impedido el contacto
del público con el agua.
12
Acuicultura (Biomasa vegetal o animal)
13
Recarga de acuíferos por percolación localizada a través del terreno
14
Recarga de acuíferos por inyección directa
Tabla 2. Usos potenciales del agua regenerada.
guientes gastos en conducciones,
bombeo, etc.) y en el uso de fuentes
alternativas, como el agua de mar o
salobre desalinizada o el agua regenerada procedente de depuradoras
urbanas.
Aunque en Europa existen muchas zonas con excedentes de recursos hídricos, una parte muy importante de la Unión sufre una escasez
estructural de agua y gravemente
amenazada por la contaminación
(más del 20% de los recursos superficiales) (Angelakis, 1999; Lazarova, 2001). Además la sobre-explotación del agua subterránea, que
proporciona el 65% del agua potable, puede causar también problemas graves de contaminación (Informe Dobris). La demanda en Europa también ha aumentado a causa
del incremento de las zonas agrícolas regadas, (20% desde 1985 en zonas meridionales).
En el ámbito nacional, debe establecerse la diferencia entre zonas
húmedas y secas. Las áreas mediterráneas, sometidas a escasez temporal o estructural, deberían alcanzar
un equilibrio entre requerimientos y
disponibilidades de agua (Catalinas, 1999). En concreto, el Libro
Blanco del Agua estima demanda
actual y futura en España por usos
(Tabla 1).
Según esto, en España el uso
agrícola supone el 68% de los usos
del agua y el 80% de los usos consuntivos, de forma similar a lo que
sucede en la Unión Europea. Además de los usos más tradicionales,
han surgido nuevos usos como servicios paisajísticos y ambientales, y
demandas para usos lúdicos y deportivos. En definitiva, se constata
como las expectativas en cuanto a
demanda de agua en España, como
en toda la Unión Europea, son de
claro crecimiento de los requerimientos.
Como contrapartida, resulta difícil incrementar las disponibilidades
hídricas. En primer lugar, existen limitaciones físicas (lluvia, surgencias y bombeos); además, el incremento de disponibilidades conlleva
costosas obras de infraestructura
con ocasionalmente fuertes oposiciones sociales. Una tercera alternativa se basa en la consideración de
recursos no convencionales como
desalación o reutilización. Al mismo tiempo las consecuencias del
cambio climático sobre los recursos
hídricos arrojan incertidumbre a la
situación.
1.2. Reutilización de aguas
La reutilización de aguas residuales regeneradas es una actuación
primordial con desarrollos principalmente en regiones áridas y semiáridas, y en lugares con una importante demanda de recursos hídricos.
Las aguas regeneradas pueden cubrir una parte significativa de la demanda de agua de calidad potable
como el riego de ciertos cultivos,
campos de golf o refrigeración industrial (Martínez de Bascarán,
TECNOLOGIA DEL AGUA
239 / AGOSTO / 2003
ARTICULOS
31
ARTICULOS
TECNICOS
239 / AGOSTO / 2003
Figura 1. Abstracción del agua y potencial reutilización en la Unión Europea y los estados asociados.
(Estimaciones basadas en datos de la Agencia Medioambiental Europea, 2000).
32
2001). Esta práctica presenta múltiples beneficios, entre los que se incluyen:
• Aumento de los recursos hídricos, reduciendo sobre los recursos naturales convencionales.
• Reducción del volumen de vertidos de aguas residuales al medio,
y disminuyendo así la contaminación.
• Uso sostenible de los recursos hídricos.
• Disminución del abonado intensivo, por su contenido residual en
nutrientes.
No obstante, no hay que olvidar
sus inconvenientes, como el cierto
aumento del riesgo sanitario y la necesidad de inversiones. En concreto, la reutilización de aguas regeneradas supone cierto riesgo sanitario
tanto para el público como para los
trabajadores en contacto con los sistemas de tratamiento ante microorganismos patógenos y sustancias
potencialmente tóxicas. La preocupación sanitaria aborda así el grado
de contacto del agua residual regenerada con las personas, el tipo y calidad de agua residual regenerada y
la fiabilidad de los procesos de tratamiento (Crook, 2001; Cooper,
1998). El objetivo más importante
es reducir el riesgo sanitario hasta
niveles razonables, sin renunciar al
uso del agua residual regenerada.
Para ello son necesarios un código
de buenas prácticas y un sistema de
análisis de riesgos y puntos críticos
TECNOLOGIA DEL AGUA
(SARYCPC). Este último es un sistema preventivo de control del producto, que persigue garantizar mediante el control del proceso y de las
instalaciones la ausencia de peligro
biológico, químico o físico para el
consumidor (Salgot, 2002; Dewttinick, 2001; York, 2000; Halfacree,
1998).
Según el uso que se le de al agua
regenerada, se catalogan hasta 14
categorías (CEDEX,1999) que básicamente incluyen regadío agrícola y
urbano, refrigeración industrial,
usos recreativos y ornamentales y
recarga de acuíferos (Tabla 2).
La necesidad de obtener un agua
con una calidad mínima para cada
uso garantizando además unas condiciones sanitarias satisfactorias
obliga, en la mayoría de los casos, a
someter a los efluentes depurados a
tratamientos terciarios específicos o
a tecnologías avanzadas de tratamiento (Mujeriego, 2000). Entre
ellas destacan las tecnologías físicas
(sistemas de membrana, radiación
ultravioleta) tecnologías químicas
(ozono, acido peracético) y tecnologías blandas (infiltración-percolación, humedales). Actualmente muchas de estas tecnologías están en
un proceso de adaptación y desarrollo (Brissaud, 2002).
La reutilización planificada ha
alcanzado un gran desarrollo en países con una escasez tradicional de
recursos hídricos como Israel y diversos estados de EE.UU. (Califor-
nia y Florida). En estos últimos la
reutilización representa entre un 810% del caudal conjunto de efluentes depurados (Asano, 1998). Por su
parte, en Israel la demanda de agua
claramente excede la oferta, por lo
que la aplicación de agua regenerada en agricultura es una alternativa
muy interesante, siempre y cuando
se garantice el mantenimiento de las
características minerales, orgánicas
e hidrogeológicas del suelo, y la obtención de cosechas con las calidades higiénico-sanitarias exigibles.
En la Unión Europea, la reutilización de agua podría incrementarse
hasta un 6% del total del agua disponible, lo que supondría una reducción del agua dulce necesaria del orden de 1*109 m3/año (Figura 1).
2. Estado actual de la
reutilización de aguas en
España
Los requerimientos legislativos
(Directiva 91/271/CEE, Real Decreto 11/1995 y 509/1996) obligan
al tratamiento y depuración de las
aguas residuales urbanas, fijando
plazos para el cumplimiento de tales
medidas hasta el año 2005. La elevada cantidad de agua tratada así
generada, en algunos casos de calidad adecuada y en otras mejorable
mediante un tratamiento terciario,
es susceptible de reutilización promoviendo además la gestión sostenible del recurso.
En el Plan Hidrológico Nacional
(PHN) se contemplan proyectos de
reutilización de aguas depuradas
vertidas al mar para, en el 2012, poder suplir el 3% de la demanda con
agua regenerada, cantidad 4 veces
más que la actual. El CEDEX estimaba a finales de 2001 la reutilización anual en España en 260
Hm 3/año de agua regenerada, un
0,7% de la demanda nacional, estimada en unos 35.000 Hm3/año.
Actualmente, la mayor parte de
los usos de agua regenerada en España se concentran en los dos archipiélagos y en el litoral mediterráneo, fundamentalmente en Murcia y
Valencia, dependientes de las cuen-
ARTICULOS
3. Marco legislativo
A pesar de ser una práctica muy
extendida desde hace décadas, especialmente en su aplicación para el
riego, no existe una normativa inter-
Tabla 3
BALEARES
CANARIAS
ANDALUCÍA
Volumen reutilizado actual (Hm3/año)
32 (41%)
20 (37%)
20 (6%)
Objetivo de reutilización (Hm3/año)
78 (100%)
91 (100%)
168,9 (52%)
Tabla 3. Previsiones de los planes de reutilización de Baleares, Canarias y Andalucía.
Tabla 4
LOCALIDAD
TIPO DE TRATAMIENTO
TERCIARIO
CAUDAL DE
REUTILIZACIÓN
(Hm3/año)
APLICACIÓN
Costa del Sol
Occidental
Filtración por arena y ozono
5,5
Riego de campos de golf
y usos municipales
Vitoria
FQ+decantación lamelar+filtración
arena+cloraciónforrajes)
5,5
Riego agrícola (hortalizas,
Chiclana
Filtración sobre arena y
cloración
2,2
Riego de campos de golf y
usos municipales
Almería
(Bajo Andarax)
(Comarca de
Poniente)
Filtración por arena+desinfección
(ozono)
Osmosis inversa
10,0
Riego agrícola (hortalizas, cítricos)
9,7
Riego agrícola (hortalizas,
cítricos) e inyección en acuífero
(barreara de intrusión marina)
Alicante
Tto. Secundario(lagunaje)
(Tto. Terciario de desinfección
para riego de campos de golf)
FQ+Decantación+MF+ desinfección
10,6
Riego agrícola (cítricos, almendro,
alcahofa) y de campos de golf
(0,9 Hm3/año)
Riego de parques municipales
Valencia
FQ (eliminación de fósforo)+
filtración sobre arena+desinfección (UV)
(En el caso de riego agrícola no se
elimina el P)
0,75
31
93
Conservación ecosistemas
(Albufera)
Riego agrícola
Murcia
No dispone de tratamiento terciario
11,1
Riego agrícola
Cartagena
No dispone de tratamiento
terciario (lagunaje)
6,5
Riego agrícola (almendros,
cítricos, forrajes, hortalizas)
Mallorca
No dispone de tratamiento terciario,
sólo se da a un volumen de 3,65 Hm3/año
24,5
Almendros, olivos, forrajes y
hortalizas
Tenerife
Filtración+cloración
6,0
Platanera
Villaseca-Salou
FQ+decantación lamelar+filtración+
cloración
6,1
Actividades recreativas. riego
agrícola, usos municipales
Tabla 4. Proyectos de reutilización de aguas regeneradas en España
nacional que regule la reutilización
de las aguas residuales. En muchos
países y estados se regeneran las
aguas residuales y las reutilizan sin
que exista un marco de actuación
perfectamente establecido y regulado. Durante muchos años, las leyes
del Estado de California fueron la
única referencia legal válida para
esta práctica. En el año 1989 la Or-
ganización Mundial de la Salud
(OMS) publicó unas recomendaciones para la reutilización de aguas residuales. Posteriormente (1992) la
Environmental Protection Agency
(US EPA) estableció unas nuevas
recomendaciones, muy próximas a
las de California. En Estados Unidos, las recomendaciones más detalladas, corresponden a los estados
TECNOLOGIA DEL AGUA
239 / AGOSTO / 2003
cas del Júcar y el Segura, respectivamente. Los índices de reutilización son: Júcar (60 Hm3/año), Segura (40 Hm3/año), Islas Baleares (30
Hm 3/año) y Archipiélago Canario
(20 Hm3/año). Los aprovechamientos en cuencas con mayores recursos como las del Norte, Galicia,
Duero o Tajo son menores. Del total
de 260 Hm3 de agua regenerada reutilizados actualmente en España, el
85,9% se emplea en riegos agrícolas
y forestales, el 5,9% en el mantenimiento de campos de golf y lagos, el
5% en servicios municipales como
jardines, limpieza de calles o lucha
contra incendios y el resto se reparte
entre usos ecológicos e industriales.
A corto plazo, el PHN establece
proyectos que aumentarán la capacidad de reutilización de agua en zonas deficitarias, como la de las
aguas de la depuradora de Barcelona (25 Hm3/año) y de todas las depuradoras de las ciudades de la Costa del Sol (50 Hm3/año). El CEDEX
dispone de un banco de datos informatizado sobre la situación actual
de la reutilización en España (Catalinas, 1999), con información sobre
más de 124 actuaciones que cubren
una demanda de 232 Hm3/año (Del
Castillo, 2001). De todas ellas, tan
sólo 41 suponen el 90% del volumen total inventariado. Además
PHN, son destacables los planes de
reutilización de Baleares, Canarias
y Andalucía (Tabla 3).
La Tabla 4 recoge algunas de las
actuaciones más significativas a escala nacional. A su vez, y dada la
importancia del aspecto económico
al programar un proyecto de reutilización, a modo de ejemplo en la Tabla 5 se muestran los costes de regeneración de la planta de Vitoria. Suponiendo una amortización de la
planta de 20 años, dada la inversión
inicial de 3.263.165 7, el coste se
estima en 0,0265 7m3
TECNICOS
33
ARTICULOS
TECNICOS
Tabla 5
CONCEPTO
UNIDADES
Pts/m3
Reactivos de floculación
Policloruro de aluminio+polielectrolito
2,19
Reactivos de desinfección
Hipoclorito
1,13
Energía eléctrica
0,40
Mano de obra
0,95
Mantenimiento preventivo
0,40
Subtotal
5,07
Amortización inversión
20 años
Costes totales
4,41
9,48
239 / AGOSTO / 2003
Tabla 5. Costes de regeneración de la planta de ARU de Arrato, Vitoria (López, 2001).
34
de California (Wastewater Reclamation Criteria) y Florida, donde
existe una mayor preocupación por
este tema. Los parámetros para los
que se exigen criterios de calidad
son, por lo general, DBO, só1idos
en suspensión totales (TSS) y coliformes totales y fecales.
En el ámbito europeo tampoco
existe una legislación común a todos los estados. La única referencia a la reutilización de las aguas
residuales se presenta en el artículo 12 de la Directiva Europea
91/271/ CEE, que señala textualmente: “El agua residual debe ser
reutilizada de manera apropiada”.
Sólo un número muy limitado de
países tienen normativa o regulaciones relacionadas con la regeneración de aguas residuales y la reutilización. La mayoría de los países del norte no disponen de ninguna legislación específica al respecto, al no precisar de reutilizar las
aguas residuales, y contar con un
factor de dilución suficiente en sus
aguas superficiales (Salgot, 2001).
En consecuencia, la mayoría de
los países del área mediterránea
han adoptado la normativa del Estado de California (State of California, 2000) o las recomendaciones de la OMS (OMS, 1989) como
base para el establecimiento de sus
reglamentaciones locales. Actualmente hay países, fundamentalmente de la región mediterránea
(Grecia, Italia, España, Francia,
TECNOLOGIA DEL AGUA
Portugal e Israel) que están llevando a cabo estudios para la implementación o renovación de leyes o
recomendaciones.
Respecto a la legislación española, la Ley de Aguas (RD
29/1985) dedica un único artículo
(101) a la reutilización de aguas.
En él básicamente se establece que
el Gobierno deberá regular tres aspectos relacionados con la reutilización: (i) los procesos de depuración a que deben someterse las
aguas destinadas a reutilización;
(ii) la calidad del efluente final;
(iii) el uso final del nuevo recurso.
El Reglamento del Dominio Público Hidráulico (RDPH) inició un tímido desarrollo del precepto legal
dedicándole dos artículos (272 y el
273). Por otra parte, el Ministerio
de Medio Ambiente elaboró un borrador de Decreto de condiciones
básicas para la reutilización que
nunca llegó a ser publicado en el
BOE (López-Vivié, 1997). En la
actualidad únicamente existen dos
concesiones de reutilización de
agua depurada en las que se establece la calidad de las aguas regeneradas, publicadas en el BOE (26
de abril del 2002 y 29 de abril del
2002) en los términos municipales
de Arucas y Gáldar en Gran Canarias.
Debido a la falta de regulaciones gubernamentales, las autoridades sanitarias de algunas Autonomías han desarrollado sus propias
normativas o recomendaciones,
como por ejemplo las realizadas en
las Islas Canarias, Andalucía, Islas
Baleares y Cataluña. Asimismo, en
diferentes Comunidades Autónomas se están desarrollando, o se
han elaborado ya, regulaciones para la reutilización del agua regenerada en aplicaciones específicas
como es el caso del riego de campos de golf.
4. Opciones de aplicación
del agua regenerada
La principal consideración a tener en cuenta a la hora de diseñar un
plan de reutilización de agua regenerada es que la calidad de ésta sea
adecuada para su uso futuro. Lógicamente, en casos en los que el contacto con el hombre sea más factible
se exigirá una mayor calidad, fundamentalmente de desinfección, que
en otros cuya presencia sea más remota. Para asegurar la mejor calidad
posible en el regenerada, un criterio
generalmente adoptado es recurrir a
efluentes de carácter urbano, como
primera alternativa, dejando los
efluentes de tipo industrial sólo para
casos excepcionales.
Entre las posibles aplicaciones
del agua regenerada (Tabla 6) destacan:
4.1. Regadío agrícola
Es la opción de mayor aplicación
hasta la fecha, junto al riego de campos de golf y que ofrece importantes
oportunidades de desarrollo futuro
tanto en países industrializados como en vías de desarrollo. E1 nivel
de calidad exigible al agua regenerada precisa de tratamientos terciarios para garantizar su calidad sanitaria, la supresión de tóxicos y valores mínimos en determinados contaminantes. Además de recurso alternativo, el agua regenerada aporta
ciertos nutrientes con valor fertilizante (N, P, K).
4.2. Reutilización industrial
Se encuentra en el tercer puesto
de aplicación. El agua regenerada es
ideal para industrias cuyos procesos
no requieran necesariamente de
agua potable: circuitos de refrigeración, calderas, sistemas de aire
acondicionado, aguas de proceso y
en operaciones de mantenimiento.
4.3. Recarga de acuíferos
Es la cuarta aplicación en importancia y pretende establecer barreras a la intrusión de agua salada en
acuíferos costeros, proporcionar un
tratamiento posterior al agua, aumentar los acuíferos potables y no
potables, almacenar el agua regenerada y controlar y prevenir los hundimientos del terreno. En caso de
aportes a acuíferos empleados como
fuente de agua potable se exige un
control riguroso en la calidad del
agua aportada para evitar su contaminación. Existe en los últimos
años un reciente interés por este tipo
de aplicación en EE.UU. y en algunos países europeos.
4.4. Restauración del
hábitat y usos recreativos
Esta aplicación se sitúa en el
quinto puesto en los países desarrollados. Se puede emplear el agua regenerada para el mantenimiento de
lagos artificiales, fuentes ornamentales, creación de zonas pantanosas,
lugares recreativos de baño y pesca,
fabricación de nieve, etc.
4.5. Reutilización urbana
Contempla el uso de agua de calidad no potable en el riego de parques y jardines, campos de golf, cementerios, para usos comerciales
(limpieza de vehículos, cristales),
usos decorativos (fuentes, cascadas), protección contra incendios,
usos residenciales como agua para
las cisternas de inodoros, operaciones de limpieza, etc. Desde un punto
de vista económico este tipo de aplicaciones dependerá en gran medida
de la proximidad a la planta de regeneración. En lo que se refiere al riego de campos de golf con agua reutilizada esta aplicación se encuentra
muy implantada y constituye una de
las grandes demandas de este tipo
de agua.
TECNICOS
4.6. Aumento del
abastecimiento del agua
potable
Los criterios de calidad del agua
potable son más restrictivos con el
tiempo tanto por los parámetros a
controlar como por los límites permisibles del contaminante. En
consecuencia, el suministro directo de agua potable a partir de agua
regenerada requiere de un tratamiento muy exhaustivo. Esta reutilización directa actualmente sólo
se realiza en Windhoek, Namibia,
debido a problemas de escasez del
recurso. La planta construida en
1968, y que cubre actualmente el
20 % de los requerimientos de
agua de esta capital, está siendo
ampliada con procesos de floculación, flotación por aire disuelto,
filtración por arena, ozonización,
adsorción por carbón activo, ultrafiltración y cloración. En general,
existe un factor social de rechazo
ante el agua obtenida por estas
prácticas, y se prefiere la reutilización indirecta del agua regenerada,
supuestamente más fiable desde el
punto de vista del consumidor por
el efecto natural de filtración y desinfección realizado por las corrientes superficiales. Si bien la
reutilización directa para uso potable en Europa y EE.UU. es remota,
sí se están llevando a cabo actuaciones de reutilización indirecta
(previa dilución del agua regenerada en el curso empleado para el suministro de agua potable).
5. Tecnologías de
tratamiento
El agua regenerada es un agua residual que ha sufrido un tratamiento
en una planta depuradora, normalmente de tipo biológico. En general,
previamente a la salida de la planta,
se somete a un tratamiento posterior
cuya elección dependerá de sus características (sanitarias y fisicoquímicas) y del uso previsto.
Existen múltiples procesos de
tratamiento denominados terciarios
o avanzados que incluyen los siguientes:
• Filtración: para eliminar la materia particulada, como paso previo
a la desinfección. Normalmente
suele realizarse a través de arena
y/o antracita.
• Nitrificación-desnitrificación:
eliminación del nitrógeno amoniacal en dos pasos, mediante la
conversi6n a nitrato o nitrito y su
consiguiente pérdida como nitrógeno molecular.
• Eliminación de fósforo: mediante métodos químicos o bio1ógicos.
• Coagulación-sedimentación: para eliminar só1idos en suspensión, metales pesados, elementos
traza, fósforo o turbidez.
• Adsorción por carbón activo: para reducir la materia orgánica y
metales.
• Sistemas de membranas: microfiltración, ultrafiltración, nanofitración, ósmosis inversa, para
eliminar sustancias de tamaño
variable, desde macromolecular
hasta iónico. Al ser una separación física, se garantiza la estabilidad de la calidad del agua obtenida. Se trata de una de las tecnologías de tratamiento de aguas
con mayores perspectivas de desarrollo. Dentro de estos procesos, los biorreactores de membrana (BRMs), que combinan el
tratamiento biológico con una separación física por membranas,
constituyen un tipo de tratamiento emergente altamente prometedor que garantiza una calidad de
agua regenerada susceptible de
reutilización directa.
• Intercambio iónico: para eliminar materia orgánica, metales, sales.
• Desinfección: mediante cloración, ozonización, radiación ultravioleta, con objeto de destruir
los gérmenes patógenos. Aunque
el método más habitual es la cloración, la potencial toxicidad de
los subproductos de desinfección
ha favorecido la implementación
de otros tratamientos avanzados
con radiación UV, ozono o membranas.
TECNOLOGIA DEL AGUA
239 / AGOSTO / 2003
ARTICULOS
35
ARTICULOS
TECNICOS
Tabla 6
CATEGORÍA
PROBLEMAS
Regadío en agricultura
riego de pastos
riego de cultivos
Contaminación de aguas subterráneas y superficiales.
Efecto de la calidad del agua, particularmente sales en suelos y
cultivos. Problemas de salud humana relacionados con patógenos.
Costos de control del terreno de aplicación. Comercialización de
cosecahas y aceptación del público.
Regadío paisajístico
semilleros comerciales
patios de colegio
medianas de carretera
parques y jardines
campos de golf
cementerios
zonas verdes
zonas residenciales
Los mismos que en el caso del regadío en agricultura.
Reciclado y reutilización industrial
Refrigeración
alimentación de calderas
aguas de proceso
empleo en construcción (cemento,
hormigón)
Constituyentes del agua reciclada relacionados con incrustaciones,
corrosión, crecimiento bacteriano, cascarillas. Problemas de
salud pública relacionados con la formación de aerosoles.
Recarga de acuíferos
inyecciones a acuíferos
almacenamiento de aguas regeneradas
control de intrusiones de agua salada
control de hundimientos
Posible toxicidad de compuestos orgánicos en el agua tratada,
sólidos disueltos totales, nitratos, y presencia de patógenos.
Usos recreativos y medioambientales Riesgos de problemas de salud por patógenos. Eutrofización debido
lagos y embalses
al N y P. Toxicidad a la vida acuática.
mejora de pantanos
aportes a cauces (ríos)
acuicultura
fabricación de nieve
Usos urbanos no potables
protección contra incendios
bombas de inodoros
aire acondicionado
Riesgo de problemas de salud por transmisión de patógenos por
aerosoles. Efectos de la calidad del agua: corrosión, incrustaciones,
atascamiento y crecimiento biológico.
Reutilización como agua potable
mezclándola en embalses de
abastecimiento consumo directo
Constituyentes del agua tratada, especialmente compuestos
orgánicos traza y sus efectos toxicológicos. Salud pública, riesgo de
transmisión de patógenos. Aceptación popular.
239 / AGOSTO / 2003
Tabla 6. Alternativas de reutilización de aguas y principales problemas encontrados.
36
• Tecnologías blandas: sistemas
edáficos (filtros verdes), acuáticos (lagunaje, plantas acuáticas)
y combinación suelo/agua (humedales). Se conocen como procesos extensivos y están bien
adaptados en condiciones climáticas de zonas tropicales y subtropicales. Además, el relativo
bajo coste de operación y mantenimiento y su facilidad de operación son las principales ventajas
TECNOLOGIA DEL AGUA
que han contribuido a su desarrollo en países en desarrollo.
La Figura 2 muestra los trenes de
tratamiento más importantes empleados para la reutilización de agua
regenerada en agricultura. Por su
parte, en las Tablas 7 y 8 se enumeran los esquemas de tratamiento recomendados en función de la aplicación que se vaya a dar al agua regenerada y del compuesto a eliminar.
6. Experiencia de Gaiker en
reutilización de aguas
El Centro Tecnológico Gaiker
cuenta con una línea tecnológica de
I+D en calidad, minimización y tecnologías de tratamiento del agua
formada por un asentado grupo de
expertos con años de experiencia en
estos temas. Se abordan tecnologías
de tratamiento de aguas, tanto convencionales, fisicoquímicas (coagulación-floculación, adsorción,
flotación…) y biológicas (procesos
aerobios y anaerobios), como innovadoras en cuanto a desinfección y
oxidación avanzada (radiación ultravioleta, ozono…), tecnología de
membranas (micro, ultra, nanofiltración y ósmosis inversa) y procesos híbridos (reactores biológicos
de membrana). Todos ellos son susceptibles de aplicación a la reutilización de aguas, bien como tratamientos únicos combinados, al objeto de conseguir un agua regenerada de elevada calidad. A continuación se comentan algunos ejemplos
de actuaciones llevadas a cabo en
reutilización de aguas en Gaiker.
6.1. Reutilización de agua
en la industria
En la industria tanto la reutilización de aguas en procesos (cierre
de circuitos) o en aplicaciones diferentes a las iniciales (reciclado)
presentan una gran importancia, y
suponen reducción de costes por
ahorro en consumo de agua, energía y productos químicos y en gastos ambientales por reducción de la
contaminación (canon de vertido).
No hay que olvidar además que las
actividades industriales ocupan el
tercer puesto de utilización de las
aguas regeneradas, principalmente
en refrigeración y en necesidades
de proceso.
Si bien el volumen de agua así
gestionado en cada industria no es
muy significativo, sí que lo es considerando las numerosas actuaciones
realizadas. Presentan además ventajas al requerir menos trámites (recursos a movilizar, medios de distribución, seguridad sanitaria, impac-
ARTICULOS
TECNICOS
Tabla 7
TIPO DE APLICACIÓN
TRATAMIENTO EXTENSIVO
TRATAMIENTO INTENSIVO
1. Irrigación con restricción de
cultivos
E.1. Balsas de estabilización en serie I.1. Tratamiento secundario por
o lagunas aireadas, humedales,
fangos activados o por filtros por
infiltración-percolación
goteo con o sin desinfección
2. Irrigación de cultivos sin restricción, E.2. Idem a E.1. con etapas de afino
productos de consumo en crudo
y tanques de almacenamiento
I.2. Idem a I.1. con filtración terciaria
y desinfección
3. Usos urbanos para la irrigación de E.3. Idem a E.2
parques, campos deportivos, campos
de golf
I.3. Idem a I.2., filtración en el caso
de áreas con acceso al público sin
restricción
4. Recarga de aguas subterráneas
mediante irrigación en agricultura
E.4. Idem a E.2., completado por el
tratamiento del suelo-acuífero
I.4. Idem a I.2. con eliminación de
nutrientes (si necesario)
5. Distribución dual para empleo en
cisternas de inodoros
E.5. No aplicable
I.5. Idem a I.3. con carbón activo
(si necesario), o bioreactores de
membrana y desinfección
6. Utilización para uso indirecto o
directo en agua potable
E.6. No aplicable
I.6. Tratamiento secundario, terciario
y cuaternario, incluyendo carbón
activo, filtración por membranas
(incluida la ósmosis inversa) y
desinfección avanzada
Tabla 7. Esquemas de tratamiento recomendados según la aplicación de la reutilización del agua.
to social y ambiental…) y tiempo
para su implementación.
Gaiker cuenta con una amplia experiencia en la evaluación, desarro-
llo e implantación de procesos de
reutilización y reciclado del agua en
la industria; no en vano, en el País
Vasco la aplicación industrial de las
aguas usadas es la mayor aplicación
de la reutilización. Entre nuestros
principales trabajos, destacan los siguientes:
- Minimización y reutilización de
corrientes en la industria agroalimentaria. La industria alimentaria
presenta un elevado consumo de
agua (lavado y limpieza de materia
prima, instalaciones y equipos, operaciones de cocción, envasado, autoclavado…). Gaiker ha colaborado
con una conservera de pescado para
el reciclado de aguas de cocción
mediante el empleo de skimmers
para la eliminación de aceites y grasas y la eliminación de sólidos flotantes. Asimismo, se ha reutilizado
el agua procedente de los autoclaves
en actividades con un bajo requerimiento de calidad, como por ejemplo en el mangueo de suelos.
- Reciclado de baños de desengrase. Dentro de la industria metal-mecánica una de las actividades con un mayor consumo de
agua y a su vez generadora de mayor contaminación es el desengrasado de piezas. Dicha etapa es claTECNOLOGIA DEL AGUA
239 / AGOSTO / 2003
Figura 2. Principales secuencias de tratamiento de aguas residuales para su reutilización en agricultura.
37
ARTICULOS
TECNICOS
Tabla 8
CONTAMINANTES
SISTEMA DE TRATAMIENTO
Sólidos en suspensión
Sedimentación, desbaste, filtración, flotación, adición de polímeros o reactivos
químicos, coagulación-sedimentación, sistemas de tratamiento por
evacuación al terreno
Materia orgánica biodegradable Fangos activados, filtros percoladores, discos biológicos, variaciones del
lagunaje, filtración intermitente en arena, sistemas de tratamiento por
evacuación al terreno, sistemas fisicoquímicos
Patógenos
Cloración, hipocloración, ozonización, sistemas de tratamiento por
evacuación al terreno
Nitrógeno
Variaciones de sistemas de cultivo suspendido (nitrificación-desnitrificación),
arrastre de amoniaco, intercambio iónico, sistemas de tratamiento por
evacuación al terreno
Fósforo
Adición de sales metálicas, coagulación y sedimentación con sal, eliminación
biológica de fósforo
Materia orgánica refractaria
Absorción en carbón, ozonización terciaria, sistemas de tratamiento por
evacuación al terreno
Metales pesados
Precipitación química, intercambio iónico, sistemas de tratamiento por
evacuación al terreno
Sólidos inorgánicos disueltos
Intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis
Tabla 8. Tratamientos recomendados según el contaminante a eliminar.
239 / AGOSTO / 2003
ve para el posterior tratamiento de
las mismas. En ella se adicionan
al agua surfactantes y detergentes,
y se generan efluentes que además
de estos compuestos contienen
desmoldeantes, aceites y metales.
GAIKER ha llevado a cabo con
éxito experiencias a escala piloto
de reciclado de baños de desengrase, mediante el tratamiento de
este tipo de aguas mediante ultrafiltración.
38
6.2. Tratamiento de aguas
residuales urbanas
mediante RBM
Uno de los sistemas con mayores perspectivas dentro del tratamiento de aguas residuales urbanas
es el reactor biológico de membrana, tanto con membranas externas al
reactor biológico, sumergidas en éste. Gaiker cuenta con una experiencia de varios años en el estudio y desarrollo de reactores de membrana
(RBM), tanto mediante la realización de proyectos de investigación
como de proyectos en cooperación
con empresas (Bolaño, 2000, De las
Fuentes, 1999).
TECNOLOGIA DEL AGUA
Uno de los últimos proyectos
llevados a cabo se ha realizado en
colaboración y ha sido dirigido por
la Empresa de Ingeniería Proyectos e Instalaciones de Desalación
(Pridesa), consistente en la puesta
a punto y optimización de un RBM
de membranas planas sumergidas
(Mempack) empleando membranas de UF. Se ha operado este sistema alimentándolo con aguas residuales urbanas. Los principales
parámetros de operación del sistema han sido los siguientes: la concentración en sólidos en suspensión totales (S.S.T.) en el reactor
ha sido de 20 g/L, el tiempo de retención hidráulico (TRH) ha sido
de 7 h y la presión transmembrana
de 0,2 bar. Se ha llevado ha cabo la
operación en continuo de este sistema durante más de 170 días sin
apreciarse reducción del flujo de
permeación (22 L/hm2).
Se ha constatado como la calidad
del agua regenerada mediante este
tipo de tratamiento es muy elevada.
Así, prácticamente no se detecta turbidez en el agua tratada (reducción
del 99 %), la eliminación de DQO
obtenida se encuentra entre un 9295 % (DQO < 20 mgO2/L), siendo
dicha reducción independiente de la
calidad del agua bruta. Además, la
eliminación tanto en coliformes fecales como totales ha sido superior
al 99,9 % [Concentración en el permeado en Coliformes Fecales de
0,7-1,88 (ufc/ml) y de Coliformes
Totales 4,5-5,56 (ufc/ml)]. Por tanto, dadas estas características el
agua regenerada mediante este tratamiento podría destinarse a varios
usos como por ejemplo usos industriales, riego de zonas de acceso restringido, riego de pastos, etc.
6.3. Aquarec: proyecto
europeo sobre reutilización
de aguas depuradas
Gaiker participa actualmente en
un proyecto europeo de IDT financiado por el subprograma EESD del
VPM titulado “Integrated Concepts
for Reuse of Upgraded Wastewater”
(Aquarec) en el que participan 17
socios de 12 países diferentes. Está
coordinado por la Universidad de
Aachen (Alemania) y tiene una duración de 3 años (2003-2006). Su
principal objetivo es el desarrollo
del conocimiento para llevar a cabo
una estrategia racional en la reutilización de aguas residuales, para
contribuir a la gestión sostenible del
agua. Se aborda de manera interdisciplinar integrando aspectos de estrategia, gestión y tecnología. Las
aportaciones de Gaiker al proyecto
incluyen la elaboración de una guía
metodológica para la realización de
estudios de viabilidad en proyectos
de reutilización de aguas.
7. Conclusiones
La depuración de efluentes conlleva la generación de aguas regeneradas susceptibles de reutilización,
contribuyendo así a la gestión sostenible del recurso y como fuente alternativa del mismo.
Aunque la reutilización planificada de aguas se ha visto incrementada sustancialmente en las últimas
décadas, su desarrollo futuro vendrá
determinado fundamentalmente por
aspectos como la monitorización y
control de contaminantes a tiempo
real, microbiológicos y químicos,
que garanticen la adecuada calidad
de las aguas. Además, la aceptación
social será otro aspecto muy importante. Finalmente, el aspecto que
determinará la implantación o no de
un proyecto de reutilización será
fundamentalmente el económico.
Así, los programas de financiación,
la determinación de un precio justo
del agua regenerada y la reducción
en los costes de los tratamientos actualmente existentes serán fundamentales.
En lo que se refiere a las aplicaciones, el uso de agua regenerada en
agricultura seguirá siendo primordial en el futuro. Además, aumentará su aplicación en usos industriales
y no potables. La aplicación para
usos potables vendrá determinada
por la utilización indirecta de estas
aguas.
8. Agradecimientos
Los autores desean expresar su
agradecimiento a Jorge Malfeito,
Enrique Palacios y a Mónica Gutiérrez de Pridesa por su colaboración
y provisión de datos.
9. Bibliografía
[1] ANGELAKIS, A., M. H., MARECOS DO MONTE, M. H. F., BONTOUX , L., A SANO , T. (1999).
Water Research, 33 (10), pp.
2201-2217.
[2] ASANO, T. Y LEVINE, A. (1998).
Wastewater reclamation and
reuse. T. Asano (ed.). Technomics, Lancaster.
[3] B OLAÑO , N., U RKIAGA , A.,
D IESTRE , I., E TXEBARRIA , J. Y
DE LAS FUENTES, L. (2000). Retema-Medio Ambiente, 76: 1727.
[4] BRISSAUD, F. (2002). IWA Regional Symposium en Water
Recycling in Mediterranean
Region. Iraklio, Grecia, 26-29
Septiembre 2002.
[5] C ATALINAS , P.M., O RTEGA , E.
(1999). Tecnología del Agua,
189 pp. 48-62.
TECNICOS
La reutilización del
agua se determinará
por la
monitorización y
control de
contaminantes
microbiológicos y
químicos
[6] CatchWater project final report (2002).
[7] CEDEX (1999) “Propuestas de
calidades mínimas para la reutilización directa de efluentes
depurados según los distintos
usos posibles, así como aspectos relativos a la metodología,
frecuencia de muestreo y criterios de cumplimiento de los
análisis establecidos, para incluir en una normativa de carácter estatal”.
[8] C ROOK , J., J OHNSON , L. J.,
T HOMPSON , K. (2001). Proc.
AWWA Water Conference,
Washington, Junio, 2001, 15
pp.
[9] D’A NGELO , S. (1993). Water
Environment & Technology,
vol. 5, nº 2, pp. 64-66.
[10] DE LAS FUENTES, L., DIESTRE,
I., B OLAÑO , N., U RKIAGA , A.,
GUTIÉRREZ, M. Y ETXEBARRIA,
J. (1999). Química e Industria,
46 (6): 36-47.
[11] DEL CASTILLO, E., PÉREZ, J.A.
(2001). Ibérica Actualidad
Tecnológica, vol. 81, No. 443,
pp. 341-346.
[12] DEWTTINCK, T., VAN HOUTTE,
E., G EENENS , D., VAN H EGE ,
K., V ERSTRAETE , W. (2001).
Water Science & Technology,
43 (12), pp. 31-38.
[13 E UROPEAN
E NVIRONMENT
AGENCY (1995). “Europe’s environment. The Dobris Assessment”.
[14] G HRABI , A., F ERCHICHI , M.,
D RAKIDES , M. (1993). Wat.
Sci. Tech., 28, 10, pp. 193-199.
[15 HALFACREE, S (1998). En: HESTER , R.E. Y H ARRISON , R.M.
(eds.). Risk Assessment and
Risk management. Issues in
Environmental Science and
Technology, 9. The Royal Society of Chemistry, London.
[16] L AZAROVA , V., L EVINE , B.,
SACK, J., CIRELLI, G., JEFFREY,
P., M UNTAU , H., S ALGOT, M.,
B RISSAUD , F. (2001). Water
Science & Technology, 43(10),
pp. 25-33.
[17] LOPEZ, J. (2001). Revista de la
Asociación Española de Desalación y Reutilización, nº 3,
pp.6-12.
[18] L OPEZ -V IVIÉ , A. (1997). Tecnología del Agua, 163, pp. 5152.
[19] M ARTINEZ DE B ASCARAN , G.
(2001). Ingeniería Química,
381, pp. 207-213.
[20] Ministerio de Medio Ambiente
(1998). Libro Blanco del Agua
[21] MUJERIEGO, R. (2000). Química e Industria, febrero, pp. 98104.
[22] MUJERIEGO, R. (2000). Química e Industria, febrero, pp. 6466.
[23] O.M.S. (1989). “Directrices
sanitarias sobre el uso de
aguas residuales en agricultura y acuicultura”. Informe de
un grupo científico de la OMS.
Serie de Informes Técnicos
778, OMS, Ginebra.
[24] S ALGOT, M. Y A NGELAKIS , A.
(2001). Cap. 23 en Decentralised Sanitation and Reuse: concepts, systems and implementation.
[25] S TATE OF C ALIFORNIA (2000).
“Water recycling criteria California code of regulations, Title 22, Division 4”, Cap 3. California Departament of Health
Services, Sacramento, California.
[26] York, D. W. y Walker-Coleman, L. (2000). WE&T, pp. 5861.
TECNOLOGIA DEL AGUA
239 / AGOSTO / 2003
ARTICULOS
39