análisis de las mejores prácticas e historias con éxito de trat

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ANÁLISIS DE LAS MEJORES PRÁCTICAS DE TRATAMIENTO Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
URBANAS CON FINES AGRÍCOLAS EN LOS PAÍSES DEL
MEDITERRÁNEO.
Hidalgo Barrio, Mª Dolores e Irusta Mata, Rubén. División de Medio Ambiente, CARTIF.
Parque Tecnológico de Boecillo, Parcela 205 - 47151 Boecillo, Valladolid, España.
Tel. 34.983.546504; Fax. 34.983.546521; e.mail: [email protected]
Palabras clave: Reutilización, Agua Residual Urbana, Mejores Prácticas
Resumen
Los países del Mediterráneo, especialmente los del Norte de África y Oriente Medio están
caracterizados por un severo desequilibrio entre la demanda de agua y su suministro. Dicho
desequilibrio es debido, principalmente, a la desigual distribución de las precipitaciones,
las altas temperaturas, la alta demanda de agua para riego y el impacto del turismo que
tienen lugar en la mayoría de los países del Mediterráneo. Para aliviar ésta escasez, una
práctica que se debe tomar seriamente en consideración es el tratamiento y la reutilización
del agua residual. En este documento se presenta el análisis de una serie de casos de
gestión de aguas residuales que incluyen la reutilización de dichas aguas con gran éxito
tras su aplicación. El criterio para elegir las mejores prácticas ha sido la contribución
realizada por el esquema analizado al incremento global de la reutilización de agua
residual en el país en el que se ha aplicado.
Introducción
En el presente trabajo se ha procedido a la recolección y análisis de información relativa a
tecnologías previamente implantadas, esquemas y buenas prácticas del tratamiento y
reutilización de aguas residuales urbanas en países del Mediterráneo y otros de similares
características climatológicas, prestando especial atención a los requisitos de desinfección
de estas aguas cuando van a ser utilizadas en el riego agrícola. Este examen se ha realizado
en el marco del proyecto MEDAWARE (www.uest.gr/medaware.htm) financiado por la
Unión Europea y más especialmente por su Programa Regional de Gestión Local de Aguas
(Regional Program for Local Water Management) cuyos objetivos principales son el
desarrollo de las herramientas apropiadas para el control efectivo y monitorización de la
operación de las plantas para tratamiento de aguas residuales así como el desarrollo de
guías de actuación para la reutilización segura del efluente tratado.
En los países del Mediterráneo, el agua residual, según su nivel de tratamiento (sin tratar,
con tratamiento secundario o con tratamiento terciario) se usa sola o mezclada con agua
limpia, principalmente en el riego de forraje y cereales, pero también a veces en el riego de
árboles frutales y algunos vegetales, dependiendo de la legislación nacional vigente en
cada caso.
Las restricciones más importantes para la reutilización de aguas residuales vienen dadas
por la preocupación por la salud humana y el medio ambiente. En algunos casos, el agua
residual no es tratada adecuadamente debido al hecho de que el coste de construcción de
los sistemas eficientes de tratamiento es muy alto. Naturalmente, durante los últimos años,
y gracias al progreso científico y tecnológico, se han desarrollado algunas soluciones
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alternativas. Sin embargo, la elección de la técnica apropiada para el tratamiento se hace,
habitualmente, según las necesidades de cada comunidad (Fatta et al., 2004).
La región del Mediterráneo se caracteriza por el bajo nivel e irregularidad de los recursos
hídricos, tanto en el tiempo (veranos muy secos), como en el espacio (más seco en el Sur).
Ésta región incluye el 60% de la población mundial con recursos naturales renovables de
menos de 1.000 m3 agua/habitante/año. El fuerte crecimiento de factores como la
urbanización, el turismo, el regadío y la población puede incrementar las tensiones en
algunos países y regiones donde el consumo ha alcanzado ya la cantidad de recursos
disponibles. Por otro lado, el volumen de agua residual está aumentando también en la
región del Mediterráneo. Muchas zonas podrían ser abastecidas con agua reciclada, la cual
también podría ser utilizada para otros propósitos diferentes, dependiendo de la demanda,
las características del agua, su disponibilidad, etc. En consecuencia, hay un mayor uso
potencial de agua reciclada en la región. Es, sin embargo, esencial que el desarrollo de la
reutilización de agua en la agricultura y otros sectores esté basado en evidencias científicas
de sus efectos sobre el medio ambiente y la salud pública (Kamizoulis et al., 2003).
En este documento se presentarán algunos ejemplos de los beneficios potenciales de la
reutilización del agua residual en diferentes países. Naturalmente, estos efectos son más
obvios para zonas áridas, pero el incremento general de la presión sobre los recursos
hídricos en todo el mundo, también debería hacer atractiva la reutilización de aguas
residuales en otras regiones.
Buenas prácticas y casos con éxito en la reutilización de aguas residuales
urbanas para uso agrícola
El agua residual recuperada se puede utilizar para un gran número de opciones, incluyendo
el riego agrícola, del paisaje, la recarga de acuíferos y su reutilización en procesos
industriales. La calidad del agua requerida para su reutilización variará dependiendo de su
potencial exposición al público.
La reutilización del agua es una práctica que ha registrado, en estos últimos años,
indiscutibles progresos en el área Mediterránea. En concreto, existen ejemplos notables
recientes que se pueden señalar en algunos países de la región, tanto a nivel nacional como
local. Estos ejemplos muestran los considerables beneficios que la reutilización del agua
puede producir. Estos beneficios son tanto económicos (ahorro en costosas
infraestructuras), como sociales (los sistemas de depuración y reutilización de agua
residual pueden por ejemplo, si son bien gestionados, incrementar los beneficios agrícolas
y dar un mejor acceso al agua a las comunidades menos favorecidas) y medioambientales
(reducción de la presión sobre los ecosistemas).
Un ejemplo de lo anteriormente mencionado es la estrategia de ahorro de agua en
irrigación llevada a cabo en Túnez desde mediados de los sesenta. Este país ha venido
adoptando gradualmente la práctica de la reutilización del agua. Hoy en día, de las 61
plantas de tratamiento que tratan 140 Mm3/año para su reutilización, 41 tienen una
capacidad menor de 3.500 m3/día y 10 superior a 10.000 m3/día, siendo Choutrana la más
grande con una capacidad de tratamiento de 120.000 m3/día. Cinco plantas de tratamiento
están situadas en la zona de la capital, produciendo cerca de 62 Mm3/año.
Túnez emprendió un plan de ahorro de agua mucho antes que sus países vecinos, tanto para
cubrir necesidades urbanas como agrícolas. De esta manera, se encontró a tiempo con el
problema de los escasos recursos físicos disponibles por la carencia de zonas de captación
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de agua. El resultado esencial de esta estrategia ha sido la estabilización de la oferta de
agua para riego durante más de 6 años a pesar del desarrollo del regadío en esta región y su
desfavorable clima (seco). Esto ha permitido que las necesidades de ambos sectores, el
turístico, generador de divisas, y el doméstico, que asegura estabilidad social, se vean
satisfechas (Mediterranean Commission, 2003).
En Chipre está previsto que el agua residual generada por las principales ciudades, en torno
a 25 Mm3 al año, sea recogida y utilizada para el riego después de un tratamiento terciario.
Según diferentes estudios, con esta actuación 10 Mm3 de agua tratada estarán disponibles
anualmente para el riego agrícola. El coste del agua reciclada en Chipre es bajo, cercano a
0,13 €/m3 lo que se prevé permitirá que los cultivos de regadío se vean incrementados entre
un 8 y un 10% (Papadopoulos, 1995).
Un caso interesante en Chipre es la planta de tratamiento localizada en la zona Cavo Greco
(Figura 1), entre Ayia Napa y Paralimni, operativa desde 2002. Desde que la planta entró
en funcionamiento, el efluente se ha venido utilizando para el riego agrícola en Paralimni
donde mayoritariamente se cultivan patatas. El agua tratada la utilizan también los hoteles
y los ayuntamientos para el riego de los jardines y parques durante la temporada de verano.
El coste total de la planta ha sido de 14,4 millones de euros, aparte de los 5,9 millones de
euros que supuso la construcción de la planta de tratamiento terciario, la red de
reutilización y la estación de bombeo. El coste para la producción de agua con tratamiento
terciario es alrededor de 0,50 €/m3 (0,34 € por el tratamiento secundario y 0,16 € por el
tratamiento terciario). El gobierno local de Paralimni y Ayia Napa vende este agua a un
precio de 0,25 €/m3 a los hoteles y 0,10 €/m3 a los agricultores.
Figura 1. Diferentes vistas de la planta de tratamiento de Ayia Napa-Paralimni (Chipre): a) pre-tratamiento;
b) tanque de aeración; c) balsa de almacenamiento (tratamiento secundario) (Hidalgo et al., 2004).
a
b
c
Egipto ha desarrollado un participativo método para la gestión y modernización de los
sistemas de irrigación en las zonas cultivadas del valle de Nilo con objeto de reducir la
presión sobre el recurso agua. El modelo seguido se basa en emplear equipamientos
modernos y gestionar el riego mediante un control centralizado, involucrando a las
organizaciones usuarias en la toma de decisiones, gestión, conservación y mantenimiento.
El proyecto de reutilización de la región Dan, en Israel, parece ser el mayor de este país.
Con una capacidad para 120 Mm³/año, incluye el post-tratamiento del agua y la gestión de
las actividades de reutilización (recarga del acuíferos, almacenamiento en embalse, riego
directo, etc.). Una zona agrícola de, aproximadamente, 16.000 ha es regada con este agua
recuperada. Los efluentes de tratamientos biológicos que incluyen la eliminación de
nutrientes son empleados en la recarga de acuíferos tras su paso por un lecho de arena. Los
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productos cultivados en las zonas irrigadas son algodón, cereales, girasol, árboles frutales y
flores para exportación. El precio del agua es aquí de 0,36 €/m³ (Oron et al., 1991).
En España, un caso muy interesante es el sistema de recuperación de aguas residuales de
Santa Cruz de Tenerife (Figura 2). La planta de tratamiento de aguas residuales de Santa
Cruz trata los efluentes domésticos del área metropolitana de la ciudad (350.000
habitantes). El tratamiento de agua residual incluye un pre-tratamiento, un tratamiento
primario y un sistema de lodos activos (Marrero et al., 2002). El efluente de la planta de
tratamiento es transportado por gravedad a una estación de bombeo donde es almacenado
en un depósito. Desde allí, una tubería de 61 km de longitud, transporta el agua residual
tratada al sur de la isla, una zona eminentemente agrícola, para la irrigación de cultivos.
Con objeto de mejorar las calidad del agua residual, a 10 km de su entrada en la tubería se
realiza una inyección de agua dulce saturada de oxígeno, después de lo cual, normalmente
aparece un rápido proceso de nitrificación (menos de 2 horas de tiempo de retención).
Como el agua se reutiliza bastante lejos de la ciudad de Santa Cruz, es necesario
almacenarla en dos balsas intermedias de 50.000 y 250.000 m³, respectivamente. Antes de
su utilización en el riego de cultivos, el agua sufrirá un último tratamiento de electrodiálisis
con objeto de reducir su salinidad. El precio del agua recuperada final es de 0,45 €/m³.
Figura 2. Sistema de reutilización de aguas residuales urbanas de Tenerife: a) Planta de tratamiento de aguas
residuales urbanas de Santa Cruz de Tenerife; b) Sistema de distribución del agua tratada (Hispagua, 2002).
a
b
Un país que necesita mejorar el sistema de recuperación de aguas es Marruecos. En
Marruecos, el agua reutilizada es principalmente agua residual sin tratar, a veces mezclada
con agua dulce. Los cultivos de regadío son principalmente cultivos de forraje, árboles
frutales y cereales. Marruecos no tiene aún una normativa específica para la reutilización
de sus aguas residuales. Normalmente se hace referencia a las recomendaciones de la
Organización Mundial de la Salud. Pero mientras que se está reduciendo el impacto
medioambiental negativo con la reutilización del agua, la carencia de tratamiento de estas
aguas residuales antes de su reutilización en las ciudades trae como consecuencia impactos
adversos para la salud.
La mejora en los métodos de reutilización de las aguas residuales y de la calidad del agua
reutilizada en irrigación se reconoce como esencial en Marruecos a día de hoy. En ciertas
zonas, la infiltración de aguas residuales afecta a los recursos de aguas subterráneas. La
inadecuada higienización, recogida y tratamiento de aguas residuales, mayormente en
ciudades pequeñas, a menudo son un riesgo para la eutrofización de presas. La descarga de
aguas residuales sin tratar al mar puede afectar al desarrollo del turismo por la mala calidad
sanitaria de las playas, así como por la generación olores y estéticas desagradables.
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A pesar de lo dicho, se detectan ya algunos casos locales de progresos en la gestión del uso
del agua en varias regiones de Marruecos. Por ejemplo, en Rabat-Casablanca, el aumento
en el consumo de agua ha sido pequeño si se compara con el alto crecimiento de las zonas
urbanizadas. Esto se ha logrado utilizando medidas para reparar y encontrar los escapes en
el sistema de distribución del agua, estableciendo un sistema de precios por intervalos para
hacer a los consumidores más responsables, midiendo el suministro de agua rutinariamente
y con una intensa campaña publicitaria para promocionar el ahorro de agua (Mediterranean
Commission, 2003).
Selección de la tecnología de recuperación de aguas residuales más
apropiada
Lo adecuado de una tecnología para el tratamiento de un efluente residual, dependerá
principalmente de la calidad que se desee para ese efluente tras el proceso. El sistema más
simple de tratamiento incluye procesos de separación sólido-líquido y desinfección.
Sistemas de tratamientos más complejos incluyen combinaciones de procesos físicos,
químicos y biológicos. En la tabla 1 se muestra un resumen de las tecnologías más
apropiadas para la recuperación de aguas residuales.
Tabla 1. Procesos y operaciones utilizados en la recuperación de aguas residuales (Asano, 1998).
Procesos
Descripción
Aplicación
Separación sólido/líquido
Sedimentación
Filtración
Sedimentación por gravedad de la
materia en suspensión y partículas
Eliminación de partículas
mayores de 30 µm. Técnica
normalmente utilizada como
tratamiento primario y aguas
abajo de procesos biológicos
secundarios
Eliminación de partículas por el paso
del agua a través de arena u otros
medios porosos
Eliminación de partículas
mayores de 3 µm. Técnica
normalmente utilizada aguas
abajo de la sedimentación
(tratamiento convencional), o
seguido de una
coagulación/floculación
Tratamiento biológico
Tratamiento biológico de aguas
Eliminación de materia orgánica
Tratamiento biológico residuales mediante microorganismos
disuelta en el agua residual y
aerobio
en lagunas aireadas o procesos de
materia coloidal
biopelícula
Reducción del contenido en
Lagunas de 50 a 100 cm de
sólidos en suspensión, DBO,
Lagunas de oxidación profundidad de agua para la mezcla y
bacterias patógenas y amoníaco
penetración de la luz solar.
de las aguas residuales
Combinación de procesos aerobios,
anóxidos y anaerobios para optimizar
Eliminación biológica la conversión del nitrógeno
de nutrientes
orgánico y amoniacal a nitrógeno
molecular (N2) y la eliminación del
fósforo
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Reducción del contenido de
nutrientes del agua residual
recuperada
Procesos
Descripción
Aplicación
Tratamiento físico avanzado
Carbón activo
Procesos en los cuales los
Eliminación de compuestos
contaminantes son absorbidos sobre la
orgánicos hidrofóbicos
superficie del carbón activo
Stripping con aire
Eliminación de nitrógeno
Transferencia de amoníaco y otros
amoniacal y otros compuestos
componentes volátiles del agua al aire orgánicos volátiles del agua
residual
Intercambio iónico
Intercambio iónico entre una resina
intercambiadora y un flujo de agua a
través de un reactor
Uso de sales de aluminio o hierro,
polielectrolitos, y/o ozono para
Coagulación y
promover la desestabilización de
precipitación química
partículas coloidales del agua residual
recuperada y precipitación de fósforo
Eficaz para la eliminación de
cationes como calcio, magnesio,
hierro, amonio y aniones como
nitrato
Formación de precipitados de
fósforo y floculación de
partículas para su eliminación por
sedimentación y filtración
Tratamiento con cal
Uso de cal para precipitar cationes y
metales en disolución
Se usa para precipitar fósforo y
modificar el pH
Filtracción por
membrana
Microfiltración, nanofiltración y
ultrafiltración
Eliminación de partículas y
microorganismos del agua
Desinfección
Inactivación de organismos patógenos
utilizando oxidantes químicos, luz
Protección de la salud pública por
UV, productos cáusticos, calor o
eliminación de organismos
procesos físicos de separación (ej:
patógenos
membranas)
Los usos más interesantes de agua recuperada incluyen el riego de cultivos comestibles o
campos de golf, pero estos usos requieren la desinfección del agua residual así como
cumplir con las normativas vigentes. El propósito de la desinfección es reducir la
población de organismos en aguas residuales a niveles lo bastante bajos como para
asegurar que no habrá organismos patógenos en cantidades suficientes para causar
enfermedades. Sin embargo, a los patrones de calidad les afecta también la opción de riego
escogida.
Hay un gran número de procesos químicos que sirven para desinfectar el agua residual,
pero ninguno es universalmente aplicable. Generalmente, los métodos de desinfección que
se puedan utilizar consisten en métodos químicos (cloro, dióxido de cloro, ácido peracético
y ozono), métodos físicos (radiación UV y microfiltración por membrana) y biológicos. Se
sabe que los sistemas de desinfección son muy sensibles a la calidad del agua residual. La
concentración de sólidos en suspensión en el efluente es un parámetro crítico y los
efluentes se pueden clasificar de acuerdo a ese parámetro en un primer planteamiento, en
orden a elegir el mejor sistema de desinfección en cada situación. Una buena práctica en
este caso es la inyección de agua limpia saturada de oxigeno disuelto (OD) que mejora la
calidad del agua residual recuperada durante el transporte (reducción de la salinidad y
contenido de la materia orgánica). El OD inyectado con agua dulce provoca un proceso de
nitrificación-desnitrificación. La aparición de compuestos oxidados de nitrógeno, inhibe la
generación de sulfuros y la reducción en el contenido de nitrógeno amoniacal tiene como
resultado una disminución de la cantidad de productos requeridos para la desinfección.
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Hasta ahora la cloración-decloración ha sido la técnica de desinfección más ampliamente
utilizada, pero viendo los productos dañinos que puede producir el cloro, se están
considerando desinfectantes alternativos que permitan alcanzar los estándares sanitarios
requeridos para la descarga y reutilización del agua residual. La radiación UV se está
convirtiendo en la alternativa más aceptada frente a la desinfección química convencional.
Se ha probado la alta relación coste-eficacia de la luz UV como desinfectante y su
comportamiento medioambientalmente amigable, pero hay casos en los que también la
ozonización debe ser considerada como una alternativa competitiva (eliminación de
compuestos orgánicos, color, etc.).
Los procesos convencionales de desinfección mencionados son bastante eficaces, pero en
los países del Mediterráneo, las técnicas de escasa tecnología, tales como infiltraciónpercloración, son a veces más fácilmente aplicables dado el bajo coste que estos sistemas
suponen. Los microorganismos del efluente son eliminados aquí por filtración mecánica,
adsorción y degradación microbiana. La mayor desventaja de esta técnica es la gran
cantidad de espacio requerido.
Coste del agua recuperada y reutilizada
Los costes de recuperación del agua residual no suelen estar bien documentados. Un
problema asociado a los proyectos de recuperación de agua, es que el coste real
normalmente es considerablemente más alto que el estimado previamente. El desarrollo de
una estimación de costes debe incluir proyecciones del coste de capital, costes anuales de
operación y mantenimiento y costes del ciclo de vida. Estos últimos son útiles para
comparar la viabilidad económica de diferentes alternativas de proyectos de reutilización
en un periodo de tiempo específico (Asano, 1998).
La recuperación de agua para su utilización en el riego de forraje, semillas y viñedos,
requiere el nivel más bajo de tratamiento y, como resultado, genera los costes menores de
recuperación. Por otro lado, el riego de cultivos comestibles crudos, parques y zonas de
recreo, requieren un efluente libre de patógenos. Los costes de operación están fuertemente
influenciados por la opción de desinfección elegida y los objetivos de calidad para el agua
tratada. El incremento de los costes de tratamiento adicional para los procesos, más allá del
tratamiento secundario, requeridos para producir un agua de características adecuadas para
su uso sin restricciones, alcanzará desde 0,06-0,14 €/m3, dependiendo de la capacidad del
sistema empleado y la configuración de los procesos de tratamiento (Asano, 1998).
Pueden obtenerse ciertas economías de escala según la capacidad de los sistemas de
tratamiento y reutilización. El incremento unitario de los costes de capital es mayor a
medida que disminuye el tamaño de estos sistemas. Como consecuencia de que los costes
auxiliares no aumentan de forma lineal con el tamaño de la planta, el coste de
mantenimiento se vuelve un componente mayoritario de los costes en pequeñas plantas de
recuperación, lo que contribuye a la alta desproporcionalidad de los costes unitarios
finales.
Conclusiones
El aumento de la escasez de agua en el mundo junto con el rápido incremento de la
población urbana son razones suficientes para la precaución y para plantearse la necesidad
de una gestión apropiada del agua. Muy pequeña ha sido la inversión hecha en el pasado en
instalaciones de tratamiento de efluentes residuales; a menudo el suministro y tratamiento
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de agua potable ha recibido más prioridad que la recogida y tratamiento de agua residual,
aunque está claro que, debido a las tendencias del desarrollo urbano, el tratamiento de agua
residual merece tener mayor énfasis.
Según el Banco Mundial (World Bank), “el mayor desafío en el sector del agua en las
próximas dos décadas será la implantación de tratamientos de bajo coste que permitan, al
mismo tiempo, una reutilización selectiva de los efluentes tratados para propósitos
agrícolas e industriales”. Es, por otro lado, crucial que los sistemas de saneamiento sigan
estrictos patrones higiénicos para prevenir la propagación de enfermedades.
Aún hay bastantes necesidades de investigación en este área que tengan como objetivo
mejorar u optimizar los actuales métodos de tratamiento de efluentes residuales. El
aumentar la atención sobre este tópico, mejorará los factores sanitarios, económicos y
agrícolas de comunidades en desarrollo.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer a los socios del proyecto MEDAWARE su colaboración en la elaboración de
éste documento. Del mismo modo, los autores agradecen la financiación de este proyecto al partenariado
Euro-Mediterráneo (Euro-Mediterranean partnership), y más específicamente a su Programa Regional de
Gestión Local de Aguas (Regional Program for Local Water Management).
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