Aptitud agronómica del agua residual depurada procedente

Nota Corta: Aptitud agronómica del agua residual depurada
procedente de la E.D.A.R. de Albacete
P. Mañas Ramírez *, E. Castro Barrilero, J. de las Heras Ibáñez,
J.C. Sánchez Tebar
Dpto. de Producción Vegetal y Tecnología Agraria. E.T.S.I.A. de Albacete.
Universidad de Castilla-La Mancha. Campus Universitario. 02071-Albacete
[email protected]
RESUMEN
En la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de Albacete se registra una entrada diaria de
48.000 m3 de agua, de los cuales 42.000 m3 proceden del uso urbano de la ciudad y los 6.000 restantes de uso
industrial. El agua residual filtrada es vertida a un canal donde es aprovechada desde hace años por los agricultores de la zona fundamentalmente para el riego de maíz y cereal de invierno, a través de riego por inundación.
El objetivo del presente estudio fue evaluar la posibilidad del uso del agua residual depurada de la EDAR de
Albacete en cultivos hortícolas. Para ello, se establecieron dos parcelas de ensayo con riego por goteo, una con
agua potable y otra con agua residual, en las que se procedió al cultivo de Lactuca sativa utilizando tres tratamientos de riego diferentes en los que se aportaron distintos porcentajes de agua al total de las necesidades del
cultivo. Las plantas fueron muestreadas periódicamente tomando datos de altura, calibre, peso fresco y peso
seco, así como la realización del análisis foliar de los parámetros químicos nitrógeno, fósforo, potasio, silicio,
calcio, magnesio, cobre, zinc, manganeso y hierro. Los resultados obtenidos muestran una aptitud agronómica
aceptable del agua residual depurada bajo un punto de vista químico. No obstante, deben evaluarse sus efectos a
largo plazo.
Palabras clave: riego por goteo, nutrientes, metales pesados, lechuga
* Autor para correspondencia
Recibido: 25-9-00
Aceptado para su publicación: 14-9-01
Invest. Agr.: Prod. Prot. Veg. Vol. 17 (1), 2002
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P. MAÑAS RAMÍREZ et al.
INTRODUCCIÓN
En la Estación Depuradora de Aguas residuales (EDAR) de Albacete el agua de entrada proviene tanto del uso industrial como del urbano de la ciudad (160.000 habitantes),
en una proporción 1:5, respectivamente. El proceso de depuración comienza con un pretratamiento consistente en un desbaste a través de una sucesión de rejas y tamices de diferente luz de malla seguido de un desarenado y un desengrasado. Finalizado el pretratamiento, en el cual se han eliminado los elementos gruesos contenidos en el agua residual
de entrada, se pasa a un tratamiento primario de decantación y posteriormente a uno secundario de lechos bacterianos, siendo este tratamiento biológico poco frecuente en la
EDAR de grandes núcleos urbanos. De hecho, la EDAR de Albacete es una de las de mayor tamaño en el territorio español que presenta este tipo de tratamiento secundario. El
agua residual biofloculada pasa a un decantador secundario donde se clarifica, no existiendo recirculación de fangos. Es en estos lechos donde ya entran en común las aguas
procedentes tanto del abastecimiento urbano como las de uso industrial.
Tras permanecer un tiempo en los lechos se procede a la separación de ésta de la película bacteriana, que pasará a formar parte de los lodos y el agua pasa a un sistema de decantación secundaria en un tratamiento terciario de la misma.
El agua residual filtrada en el tratamiento terciario es vertida a un canal donde es
aprovechada desde hace años por los agricultores de la zona para el riego de sus cultivos,
maíz y cereal de invierno fundamentalmente, a través del riego por inundación.
A la hora de considerar el aprovechamiento agrícola de este tipo de agua se ha de tener especial cuidado con las hortalizas, ya que éstas no podrán regarse por aspersión ni
por inundación con este tipo de agua, aunque la reglamentación sobre reutilización de
aguas residuales urbanas depuradas es casi inexistente en todo el Estado español a excepción de la Comunidad Autónoma de Baleares, que ha dictado normas específicas al respecto (Blancas et al., 1994).
El poco extendido sistema de depuración secundario utilizado en la EDAR de Albacete, unido a la mezcla de aguas urbanas e industriales que se da en ésta, hace conveniente evaluar la capacidad agronómica de las mismas, así como su potencial contaminante en
especies agrícolas. El objetivo del presente estudio fue, por tanto, evaluar la posibilidad
del uso del agua residual depurada de la EDAR de Albacete en cultivos hortícolas, valorando para ello las posibles diferencias entre el cultivo hortícola seleccionado (Lactuca
sativa L.) y sometido a riegos con agua potable frente a riegos con agua procedente de la
citada fuente.
MATERIAL Y MÉTODOS
Se dispusieron dos parcelas de ensayo (A y B) en los terrenos de la EDAR de Albacete en agosto de 1998. El terreno de partida donde se desarrolló el ensayo se trataba de un
suelo con textura arcillosa arenosa con pH alcalino, ligeramente salino, relación C/N 12,
contenido en carbonatos totales muy alto (41,89 %) y porcentaje en caliza activa también
alto (11,36 %). Por tratarse de un terreno que no había sido cultivado previamente y dado
el bajo contenido en materia orgánica (2,14 % en la parcela A y 2,38 % en la B) conside-
165
RIEGO CON AGUA RESIDUAL DEPURADA
ramos necesario el aporte de una dosis de 15.000 kg/ha de estiércol en cada una de las
parcelas de ensayo para el mejor crecimiento y desarrollo del cultivo.
Posteriormente, se procedió a la instalación del sistema de riego por goteo con dos
tomas, una para el riego de la parcela A con agua potable (testigo) y otra para el riego de
la parcela B con agua residual. La separación entre laterales fue de 0,5 m y también de
0,5 m entre emisores dentro de la línea. La caracterización de las aguas de riego utilizadas
aparece en la Tabla 1.
El 10 de mayo de 1999 se llevó a cabo la plantación del cultivo, utilizándose un marco de 50 ´ 50 cm. Se eligió la lechuga (Lactuca sativa L.) por ser una especie con probada capacidad de absorber metales pesados y otros compuestos fitotóxicos sin sufrir daños
severos (Maroto et al., 2000; Weatherford et al., 1997).
Tabla 1
Valores medios de los parámetros químicos analizados en el agua residual
depurada y en el agua potable
ANÁLISIS DEL AGUA DE RIEGO
(Valores medios de los parámetros)
Parámetro
DQO
DBO5
pH
Conductividad
Oxígeno disuelto
Fósforo total
N-Kjeldahl
N-Amoniacal
Nitritos
Nitratos
Carbono inorgánico
Carbono total
Carbono orgánico
Sodio
Potasio
Silicio
Calcio
Magnesio
Aluminio
Cobre
Hierro
Plomo
Cadmio
Cromo
Manganeso
Níquel
Arsénico
Mercurio
Selenio
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Agua residual
64,78 mg/l 02
20,11 mg/l 02
7,86
1884,22 m Scm–1
2,09 mg/l 02
5,25 mg/l P
32,53 mg/l N
24,75 mg/l N
0,93 mg/l NO-2
1,75 mg/l NO-3
91,52 mg/l C
115,70 mg/l C
23,65 mg/l C
151,12 mg/l Na+
26,80 mg/l K+
11,33 mg/l SiO2
150,24 mg/l Ca2+
64,91 mg/l Mg2+
2,19 mg/l Al
0,220 mg/l Cu
0,236 mg/l Fe
13,63 m g/l Pb
10,33 m g/l Cd
17,30 m g/l Cr
30,15 m g/l Mn
31,59 m g/l Ni
0,31 m g/l As
1,03 m g/l Hg
28,59 m g/l Se
Agua potable
7,
–
–
937 m
Scm–1
–
£ 120 m g P2O5/l
£ 1 mg/l N
–
£ 0,05mg/l NO-2
23,9 mg/l
NO-3
–
–
–
15 mg/l Na+
£ 2 mg/l K+
10,4 mg/l SiO2
130
mg/l Ca2+
6 mg/l Mg2+
25,78
mg/l Al
3,04
mg/l Cu
23,94
mg/l Fe
0,5 m
g/l Pb
0,81 m
g/l Cd
0,28 m
g/l Cr
0,46 m
g/l Mn
15,84 m
g/l Ni
–
–
0,7 m
g/l Se
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P. MAÑAS RAMÍREZ et al.
Para el cálculo de las necesidades hídricas del cultivo se siguieron las recomendaciones del Servicio de Asesoramiento de Riego (SAR) del ITAP (Diputación de Albacete),
donde utiliza la metodología propuesta por la FAO. Para ello se calcula la Evapotranspiración de Referencia (Eto) por el método de Penman-Monteith y se aplica el Coeficiente
de Cultivo (Kc). Conocida la Eto y los valores de Kc se calcula la Evapotranspiración y,
por tanto, las necesidades hídricas.
Se establecieron tres tratamientos de riego distintos en los que se aportaron diferentes
porcentajes de agua al total de las necesidades del cultivo en cada una de las cuatro etapas
determinadas por la Kc (coeficiente del cultivo), que podemos definir como una primera
etapa inicial de establecimiento desde el trasplante, una segunda de desarrollo, una tercera
intermedia de formación del cogollo y finalmente una cuarta etapa de engrosamiento del
cogollo. Los tres tratamiento de riego fueron:
T1: 100-100-100-100 (cultivo regado al 100 % de sus necesidades en las cuatro etapas anteriores y un aporte total de 175 mm).
T2: 100-100-80-80 (cultivo regado al 100 % de sus necesidades en las dos primeras
etapas y al 80 % en las dos etapas finales y un aporte total de 138 mm).
T3: 100-100-80-60 (cultivo regado al 100 % de sus necesidades en las dos primeras
etapas, al 80 % en la tercera etapa y al 60 % en la última y un aporte total de 115 mm).
Las parcelas A y B fueron divididas en tres subparcelas de 6 ´ 3 m y cada una fue sometida a un tratamiento de riego distinto. El bloque experimental quedó establecido de la
siguiente manera:
A1: Agua potable y T1 (testigo).
B1: Agua residual y T1.
A2: Agua potable y T2 (testigo).
B2: Agua residual y T2.
A3: Agua potable y T3 (testigo).
B3: Agua residual y T3.
Los muestreos de plantas se realizaron los días 24 de mayo, 3 de junio y 18 de junio
de 1999. En cada muestreo se tomaron tres plantas por subparcela (dieciocho plantas en
cada muestreo) y se les midió la altura, el calibre y los pesos tanto en fresco como en
seco.
Posteriormente, los tejidos de estas mismas tres plantas de cada subparcela se utilizaron para el análisis químico de nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, calcio, cinc, cobre,
silicio, manganeso y hierro.
Para estimar la posible existencia de diferencias significativas se procedió a efectuar
los correspondientes ANOVAs entre las poblaciones de datos una vez fue verificada la
normalidad de los mismos, considerando en todos los casos p < 0,05.
RESULTADOS
Parámetros de crecimiento
El rendimiento obtenido para el marco de plantación utilizado fue en la parcela A de
13.000 kg/ha, mientras que en la parcela B éste se vio incrementado en un 50 % hasta llegar a los 19.500 kg/ha.
167
RIEGO CON AGUA RESIDUAL DEPURADA
Las mayores diferencias entre las muestras procedentes de las parcelas A y B, regadas
con agua potable y agua residual depurada respectivamente, se obtuvieron con el tratamiento de riego T1. Así, se puede comprobar cómo la altura, peso seco y peso fresco de
las plantas fueron significativamente mayores en la parcela B que en la parcela A, a partir
de los muestreos segundo y tercero (Fig. 1), lo que no ocurre en el caso del calibre, donde
no se aprecian diferencias significativas a lo largo de los tres muestreos realizados para
plantas regadas con ambos tipos de agua.
Por el contrario, muestras procedentes de parcelas sometidas a los tratamientos de riego T2 y T3 no presentaron diferencias significativas para el caso de la altura, calibre y pesos seco y fresco en el análisis comparativo entre riego procedente de agua residual depurada y agua potable.
50
b
40
agua potable
ab
agua residual
20
10
(cm)
(cm)
a
30
aa
0
1º
2º
3º
Muestreo
aa
agua potable
agua residual
aa
B
60
b
b
50
a
600
(gramos)
800
(gramos)
aa
1º 2º 3º
Muestreo
A
1000
agua potable
agua residual
400
b
200
16
14
12
10
8
6
4
2
0
aa
a
40
aa
agua potable
agua residual
b
20
10
0
a
30
a
0
1º
2º
3º
1º
Muestreo
C
2º
Muestreo
3º
D
Fig. 1.–Parámetros de crecimiento en el tratamiento de riego T1 (100-100-100-100). A: Altura;
B: Calibre; C: Peso fresco; D: Peso seco
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Parámetros químicos
No existe una tendencia clara en la evolución de cada parámetro y el mayor interés
reside en la comparación de cada elemento analizado en el tercer muestreo, realizado previo a la recolección concretamente para T1, en donde podría detectarse el mayor acúmulo
de elementos no deseables en los tejidos vegetales.
Así, en el análisis del tejido vegetal de plantas que tienen cubiertas sus necesidades
hídricas (T1) en el último muestreo, se ve cómo el riego con agua residual frente al riego
con agua potable supone un aumento en el contenido en nitrógeno, potasio y silicio
(Fig. 2) suponiendo en este caso un aumento de más del 80 % de este elemento.
En el caso del hierro y el cobre, sólamente en el tratamiento T3, regado con agua residual, se apreció un mayor contenido en las muestras analizadas frente a las regadas con
agua potable; mientras que en el resto de los casos (Fig. 2) se ve cómo utilizando riego
con agua potable las plantas tienen un mayor contenido en estos metales.
Con respecto al zinc, manganeso y magnesio (Fig. 2), no puede hablarse de grandes
diferencias en los valores obtenidos para las plantas regadas con ambos tipos de agua.
Concentració n (%)
8
6
Agua potable
4
Agua residual
2
0
N
P
Mg
K
Ca
A
Zn
Cu
Si(:1000)
Mn
Agua
residual
Fe
Agua
potable
0
150
300
450
600
750
Concentración (mg/kg mat. seca)
900
B
Fig. 2.–Análisis químico del tejido vegetal en el tercer muestreo del tratamiento de riego T1
(100-100-100-100). A: Contenido en % de N, P, K, Ca y Mg: B: Contenido en mg/kg mat. seca
de Zn, Cu, Si, Mn y Fe
RIEGO CON AGUA RESIDUAL DEPURADA
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En cuanto al calcio, los mayores porcentajes se obtuvieron regando con agua residual
y sometiendo a las plantas a los tratamientos más restrictivos T2 y T3, ocurriendo lo contrario con T1, donde el porcentaje de calcio es mayor con riego de agua potable.
Finalmente, hay que decir que el riego con agua residual no supone un aporte adicional de fósforo en el tejido vegetal respecto al riego con agua potable (Fig. 2).
DISCUSIÓN
Los tratamientos primarios avanzados seguidos de una filtración y cloración producen
en las EDAR un efluente apto para su uso como riego agrícola sin restricciones, que proporciona a su vez una contribución adicional de material orgánico: 169 kg de nitrógeno y
32,3 kg de fósforo por ha y año, respectivamente (Jiménez et al., 1999).
Uno de los problemas que, en un principio, podrían derivarse del uso del agua de la
EDAR de Albacete podría radicar en el posible contenido en metales pesados de la misma
debido a la mezcla existente de agua residual urbana con agua industrial. El contenido de
metales potencialmente tóxicos para la salud en el agua residual depurada utilizada para el
riego, tales como el mercurio, plomo, arsénico, etc., están por debajo de los máximos permitidos en aguas de riego del presente estudio y tampoco se detectaron concentraciones
de elementos como boro o cadmio.
Es interesante destacar que el contenido de hierro y cobre en el agua residual sea menor que en el agua potable. Esto puede explicarse por el hecho de que estos metales quedan retenidos en el fango procedente de la depuración y no aparecen en el agua.
Aunque el cobre y el cadmio rozan las concentraciones máximas de metales pesados
recomendadas para la reutilización en regadío de aguas residuales urbanas depuradas por
la OMS, hay que tener en cuenta que, en el caso del cadmio, los límites recomendados
son conservadores debido a su capacidad para acumularse en el suelo y en las plantas en
concentraciones que pueden ser perjudiciales para las personas (Blancas et al., 1994).
El riego con agua residual depurada aumenta en nuestro caso el rendimiento del cultivo en un 50 % y favorece el desarrollo físico del cultivo en cuanto a la longitud y el peso,
resultando indiferente respecto al calibre si se compara con el riego con agua potable.
Asimismo, se ha establecido en este estudio que el riego con agua residual depurada
frente al realizado con potable provoca un mayor contenido en el producto final de silicio,
nitrógeno y potasio, fundamentalmente.
Se deduce de lo anterior que el mayor desarrollo en peso obtenido en el riego con
agua residual del cultivo utilizado obedece a una mayor asimilación por las plantas de los
elementos anteriores.
El riesgo para la salud humana por la contaminación con metales pesados del suelo, e
indirectamente a través de la cadena trófica, parecen muy bajos, ya que, aunque un suelo
aparezca enriquecido con metales pesados, el contenido de éstos en los vegetales cultivados en este suelo se encuentra generalmente dentro de valores significativamente inferiores (Albering et al., 1999). Así, la posibilidad de entrada de metales pesados en el organismo humano a través de consumo de vegetales se encuentra restringida por el suelo, que
actúa como una barrera acumulándolos y evitando su transferencia al cultivo (Barbafieri
et al., 1996). En cualquier caso, las cantidades retenidas por las plantas suelen ser pequeñas en comparación con las cantidades incorporadas mediante el riego. No obstante, sólo
a partir del seguimiento continuado de aplicaciones periódicas de agua residual depurada
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en los suelos agrícolas estudiados podrá ofrecerse datos concluyentes sobre la capacidad
de acúmulo de metales pesados en los mismos.
Por último, es necesario considerar también las posibles consecuencias sanitarias derivadas del transporte de microorganismos patógenos hacia las aguas subterráneas, ya que
es posible la aparición de contaminación del agua del subsuelo debido a factores estacionales, pudiéndose encontrar elevadas concentraciones de bacterias fecales en el acuífero
durante la estación húmeda tras el riego continuado con agua residual (Gallegos et al.,
1999). Conviene tener en cuenta que los efluentes que proceden de las plantas de tratamiento de agua residual pueden contribuir en determinados casos a extender la contaminación producida por herbicidas en el agua superficial (Nitschke y Shüssler, 1998). Sin
embargo, estudios llevados a cabo en Estados Unidos aseguran la inocuidad del agua reciclada con tratamiento terciario para riego de cosechas de alimentos que se consumen sin
cocinar (Sheikh et al., 1999) al no detectarse microorganismos patógenos y, en el caso de
cultivos donde la cosecha es el fruto, el retraso de la recolección después del último riego
puede resultar una medida de seguridad adicional aceptable para minimizar el riesgo de
contaminación (Oron et al., 1998).
Se concluye por tanto que, dado el escaso contenido en metales pesados en el agua residual depurada procedente de la EDAR de Albacete, podemos afirmar que ésta presenta
escasa potencialidad contaminante bajo un punto de vista químico; no obstante, habría
que evaluar sus efectos a medio y largo plazo. Se trataría, por tanto, de considerar como
producto de interés agrícola el resultado de la depuración (Mogens, 1997; Faby et al.,
1999). No obstante, el potencial contaminante, bajo un punto de vista microbiológico, habría que considerarse para descartar cualquier riesgo para la salud humana.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo forma parte de un convenio establecido entre el Departamento de Producción Vegetal y Producción Agraria de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos de Albacete con el Excmo. Ayuntamiento de Albacete y el ITAP (Diputación de Albacete), con participación de la E.D.A.R. de Albacete.
SUMMARY
Agronomic quality of recycled water from the Albacete sewage treatment plant
In the Albacete sewage treatment plant an input of 48,000 m3 of wastewater is registered each day:
42,000 m3 come from residential areas and 6,000 m3 from industrial activity. The purified sewage is poured into
a water canal and is used for the irrigation of crops such as corn and winter cereals. The goal of this study was to
evaluate the agronomic quality of this effluent in horticultural crops. A drip irrigation experiment was done with
Lactuca sativa L. Two main treatments were used, in one of them the plants were watered with purified sewage,
and in the other with drinking water. In addition, each treatment was subdivided in three levels of irrigation, representing different fractions of the total water requirement of the crop. Height, diameter, dry and wet weight,
and several chemical parameters were periodically measured in the plants. From a chemical point of view, the
results obtained showed an acceptable agronomic quality of the purified sewage from the Albacete treatment
plant. However, the long-term effects of the usage of this water should be evaluated.
Key words: drip irrigation, nutrients, heavy metals, lettuce
RIEGO CON AGUA RESIDUAL DEPURADA
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