conceptos generales sobre reutilización. calidad del agua

CONCEPTOS GENERALES SOBRE REUTILIZACIÓN. CALIDAD DEL
AGUA Y USOS POSIBLES
Daniel Prats Rico
Catedrático de Ingeniería Química de la Universidad de Alicante
Director del Instituto del Agua y de las Ciencias Ambientales
Ap. 99, 03080 Alicante
T/ 965903951
FAX 965909418
E-mail [email protected]
ABSTRACT
Inicialmente se describe de forma general algunos conceptos sobre la reutilización de aguas residuales
y se revisa el estado de la depuración en España. Posteriormente se indica la importancia de la calidad
del agua residual en relación con su posible uso, analizando el proyecto de regulación de la
reutilización en España. Finalmente se comentan los aspectos de costes y medidas de seguridad
asociados a la reutilización.
1. CONCEPTOS SOBRE REUTILIZACIÓN. La recuperación de calidad y reutilización
de las aguas residuales permite el incremento de los recursos disponibles y minimiza el
impacto de su disposición ambiental
Se debe distinguir entre reutilización directa e indirecta a través de cursos naturales. En los
sistemas de explotación interiores en los que las aguas residuales, con más o menos
tratamiento, se vierten en ríos o embalses, y las aguas sobrantes de regadío que drenan los
suelos pueden retornar a cauces a través de canales o azarbes o alcanzar acuíferos, las aguas
residuales son diluidas con los caudales circulantes y son parcialmente reutilizadas en zonas
aguas abajo para nuevos usos urbanos, agrícolas e industriales. Un esquema de esta
reutilización asociada a la propia dinámica de uso del agua se muestra en la figura 1, donde se
indica el porcentaje de uso a escala nacional.
79 % Uso agrícola
14,5 % Uso urbano
6,5 % Uso industrial
Agua
contaminada
Procesos
F, Q, B
TRATAMIENTO
Acuíferos
Agua
tratada
Ríos
Lagos
Embalses
Nuevos usos
agrícolas,
urbanos,
industriales
Figura 1. Reutilización indirecta de las aguas residuales
1
No ocurre lo mismo en zonas costeras donde las aguas residuales son evacuadas al mar a
través de emisarios o acuíferos y cauces sin posibilidad de aprovechamiento.
Consecuentemente, es en las zonas costeras y en zonas interiores con problemas de
abastecimiento, donde más beneficio se puede obtener de la reutilización directa y planificada
de agua residual tratada mediante su almacenamiento y transporte hasta el punto de
aprovechamiento, sin dilución previa en un curso natural de agua. En la figura 2 se muestra un
esquema de este aprovechamiento
79 % Uso agrícola
14,5 % Uso urbano
6,5 % Uso industrial
Agua
contaminada
Agua
tratada
Procesos
F, Q, B
TRATAMIENTO
Nuevos usos
agrícolas,
urbanos,
industriales
Figura 2. Reutilización directa de las aguas residuales
Tal como se aprecia en la figura la reutilización de aguas residuales se refiere normalmente a
las de procedencia urbana, que permiten una colección, regeneración y distribución a nuevos
usos de manera más factible que las de procedencia agrícola. En el caso de aguas residuales
industriales el reciclaje o reutilización suele hacerse en la propia industria.
2. ESTADO DE LA REUTILIZACIÓN EN ESPAÑA. En España, según datos del Libro
Blanco sobre el Agua [1], existen actualmente unas 125 actuaciones de reutilización directa
identificadas (posiblemente existirán bastantes más), fundamentalmente en las islas y litoral
mediterráneo, como se muestra en la figura 3, con las que se aprovechan 230 hm3/año. En la
misma figura se representa la proyección de la reutilización a medio y largo plazo, que puede
alcanzar los 1100 hm3/año. Tal como se indica en el propio Libro Blanco, “Para que estos
volúmenes indicados anteriormente sean susceptibles de ser regenerados, y lleguen
efectivamente a ser incorporados al sistema de utilización, debe existir una normativa de
ámbito estatal que regule las condiciones básicas para la reutilización directa de las aguas
residuales regeneradas, así como la adopción de incentivos financieros para el establecimiento
de programas de sustitución –en usos que no requieran una calidad elevada- de aguas potables
de las redes municipales, por aguas residuales regeneradas.”
2
Figura 3. Ubicación de las actuaciones de reutilización planificada en España.
3. CALIDAD REQUERIDA. Para que la reutilización sea segura desde el punto de vista
sanitario y ambiental, es imprescindible que el agua residual se depure hasta que reúna las
características de calidad apropiadas a su nuevo uso. Se comprende que, por ejemplo, para
cualquier aplicación relacionada con el contacto o la alimentación humana o animal el agua
debe estar exenta de microorganismos patógenos y de sustancias tóxicas, para la recarga
directa de acuíferos debe adquirir las características de un agua mineral, para su uso industrial
en calderas debe tener muy pocas sales disueltas, para el regadío puede contener nutrientes y
cierta materia orgánica aunque no debe contener metales ni oligoelementos en
concentraciones tóxicas, etc. Resulta pues imprescindible definir los niveles de calidad
adecuados para cada uno de los posibles usos del agua.
Actualmente son diversos y hasta heterogéneos los criterios de calidad establecidos en los
países o regiones que tienen regulada la actividad de reutilización de agua residual: Así por
ejemplo, el número máximo de coliformes fecales (CF), parámetro utilizado como indicador
de posibles bacterias patógenas, se contempla de forma muy dispar en las distintas
regulaciones. Así, en el caso de reutilización para regadío, la Organización Mundial de la
Salud [2], establece tres categorías de aprovechamiento: para la categoría A (riego de cultivos
que se puedan consumir crudos, campos de deporte y parques públicos) el agua no debe tener
más de 1000 CF/100 mL, para la categoría B (resto de cultivos con tipo de riego que expone a
riesgo a los trabajadores) y para la categoría C (riego localizado de cultivos de categoría B sin
riesgo para trabajadores) no se establece ningún límite para los CF. Por otra parte en
California y Arizona [3], las aguas residuales depuradas para el riego de cultivos que se
consumen crudos (similares al grupo A de la OMS) no pueden mas de 2,2 CF/100 mL y en el
resto de cultivos y tipos de regadío no se pueden superar los 23-25 coliformes fecales/100ml.
En Israel [4], las aguas equivalentes a categoría A, deben tener menos de 12 CF/100 mL en al
menos 80% de las muestras. En Baleares [5], una de las pocas Comunidades españolas que
3
tienen regulada algún tipo de normativa, se exigen menos de 1000 CF/100mL para riegos sin
restricción (que incluyen la citada categoría A) y no se establece límite en el regadío con
restricción.
En España, que no tiene en estos momentos una normativa de reutilización, se ha elaborando
un borrador de decreto que presumiblemente puede ser incluido en la legislación que regule la
nueva ley de aguas. En el mismo se establecen 14 posibles usos para el agua regenerada:
1.Usos domiciliarios
• Riego de jardines privados
• Descarga de aparatos sanitarios
• Sistemas de calefacción y refrigeración de aire domésticos
• 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, industria maderera, zonas verdes y de otro tipo no accesibles al
público
9. Refrigeración industrial, excepto industria alimentaria
10. Estanques, masas de agua y caudales circulantes, de uso recreativo en las 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
Se puede observar que los usos 1 a 4 se corresponden aproximadamente a los cultivos
categoría A de la OMS. Para los distintos usos se establecen los siguientes criterios de calidad
Criterios de calidad biológica
1. Huevos de nematodos intestinales: < 1 huevo/L para todos los usos excepto para
refrigeración industrial en industrias no alimentarias (uso 9) y masas de agua sin contacto
humano (uso 11)
2. Escherichia Coli:
• 0 ufc/100 mL para uso domiciliario (1) y recarga directa de acuíferos (14)
• < 200 ufc/100 mL para usos 2, 3, 4 y 10
• < 1000 ufc/100 mL para usos 5, 6, 12 y 13
4
•
•
< 10000 ufc/100 mL para usos 7 y 9
Sin límite para 8 y 11
Criterios de calidad físico-química
1. Sólidos en suspensión:
• < 10 mg/L para usos domiciliarios (1) y recarga directa de acuíferos (14)
• < 20 mg/L para usos 2, 3 y 4
• < 35 mg/L para el resto de usos
2. Turbidez:
• < 2 NTU para uso domiciliario (1) y recarga directa de acuíferos (14)
• < 5 NTU para usos 2, 3 y 4
• Sin límite para el resto de usos
Otros criterios de calidad
0 ufc/100 mL de Legionella Pneumophila para cultivos de invernadero (3) y
refrigeración industrial (9)
< 1 huevo/L de Taenia Saginata y Solium para riego de pastos para consumo de
animales productores de leche o carne (5)
< 50 mg/L de nitrógeno total para recarga de acuíferos por percolación localizada a
través del terreno (13)
< 15 mg/L de nitrógeno total para recarga de acuíferos por inyección directa (14)
Respecto a estos criterios de calidad en el borrador de decreto se indica que pueden ser
endurecidos por las autoridades competentes en las concesiones, en los casos que lo estimen
conveniente.
Por otra parte, respecto a sustancias potencialmente tóxicas como metales pesados, se
establecen criterios mínimos en función de los usos. Se indica que las Autoridades Sanitarias
de las Comunidades Autónomas pueden añadir otros parámetros químicos. Además, caso de
utilizarse el agua para regadío, hay que considerar los parámetros habituales de salinidad,
toxicidad por iones específicos, índice SAR, etc.
4. POSIBILIDADES DE REUTILIZACIÓN ATENDIENDO A LA CALIDAD DE LAS
AGUAS DEPURADAS. Atendiendo a estos criterios de calidad se puede evaluar las
posibilidades de aplicación de las aguas residuales depuradas. De forma general se puede
indicar que la inmensa mayoría de las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas se
diseñan y operan de modo que cumplan las directrices europeas [6]. Esta normativa, que debe
estar totalmente implantada en el año 2005, establece para el agua tratada unos objetivos de
calidad para minimizar el impacto ambiental en las zonas de vertido (sensibles, normales o
menos sensibles), pero no está explícitamente orientada a la reutilización. En consecuencia la
mayoría de las estaciones de tratamiento actualmente programadas o en funcionamiento
pueden cumplir estas directrices pero obtener un efluente con muy pocas posibilicades de
reutilización. A modo de ejemplo, analizando los datos de calidad de efluentes de estaciones
depuradoras de aguas residuales urbanas de la Comunidad Valenciana (que lleva muy
avanzado el plan de saneamiento de todas las aguas residuales urbanas) correspondientes a
1999 [7], se observa que, aun teniendo un alto grado de cumplimiento de los requisitos de
5
depuración derivados de la directiva europea, las posibilidades de actuales de reutilización son
muy limitadas. En efecto, en la figura 4 se muestran los porcentajes de agua tratada con
diversos intervalos de sólidos en suspensión en los efluentes.
Figura 4. Sólidos en suspensión de las aguas tratadas
Atendiendo a este criterio, un 3% serían reutilizables para usos domiciliarios y recarga directa
de acuíferos, un 22 % sería reutilizable para usos y servicios urbanos y regadío en invernadero
o productos que se consuman en crudo, un 28 % sería reutilizable para el resto de usos y un
47 % de los caudales depurados no serian reutilizables. En la figura 5 se aplica el criterio de
los coliformes fecales. Como se puede observar con la aplicación de este criterio el 97 % del
agua depurada únicamente se podría emplear en los usos 8 (riego de bosques, industria
maderera, zonas verdes y de otro tipo no accesibles al público) y 11 (estanques, masas de
agua y caudales circulantes ornamentales, en los que está impedido el contacto del público
con el agua).
Figura 5. Criterio de reutilización en función de los coliformes fecales
Es razonable pensar que estos resultados, que recogen una muestra importante y significativa
del sudeste de España, puedan ser extrapolables a la calidad actual de las aguas residuales
depuradas de gran parte de la Península. Se puede deducir que, aun sin considerar parámetros
como concentración de metales pesados y otras sustancias potencialmente tóxicas, o en el
caso de regadíos aspectos como la salinidad (que en zonas costeras suele ser elevada por
aspectos como evaporación, pobre calidad de aguas de abastecimiento o problemas de
intrusión de aguas salobres en las redes colectoras), los posibles usos de las aguas residuales
depuradas en las condiciones actuales de calidad y atendiendo a los criterios reflejados en el
borrador de decreto son muy limitados.
6
Como consecuencia de lo anteriormente expuesto se desprende que los sistemas actuales de
tratamiento de aguas residuales no están generalmente diseñados para que el efluente alcance
la calidad necesaria para una amplia reutilización en la mayoría de los usos posibles.
5. TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES PARA OBTENER EFLUENTES
DE CALIDAD. Para mejorar la calidad de las aguas depuradas se pueden aplicar distintos
tratamientos complementarios, por ejemplo:
Sólidos en suspensión y turbidez. Procesos de filtración convencional en medio poroso.
Microfiltración con membranas.
Microorganismos patógenos. Desinfección por medios físicos (radiación ultravioleta,
microfiltración, ultrafiltración). Desinfección por oxidantes químicos (cloro y derivados,
ozono). Desinfección por lagunaje.
Metales pesados. Precipitación química.
Compuestos de fósforo. Precipitación química. Eliminación biológica.
Compuestos nitrogenados. Eliminación biológica.
Tóxicos orgánicos. Adsorción. Ultrafiltración
Sales disueltas. Ósmosis inversa. Intercambio iónico.
El grado de contaminación del agua residual bruta es determinante para diseñar el proceso de
tratamiento, que será más complejo y costoso cuanto más contaminantes haya que eliminar.
En consecuencia es importante establecer una política de abastecimiento a poblaciones con
aguas de calidad y evitar vertidos a la red de residuales que no tengan características de
urbanos para que la depuración hasta condiciones de reutilización sea económicamente viable.
Por una parte el agua potable debería ser de baja salinidad (lo que actualmente no es posible
en muchas de las regiones con escasez de recursos) ya que el propio uso doméstico hace que
su contenido en sales aumente entre 150 y 400 mg/L [8], a lo que hay que sumar la
concentración por evaporación. Por otra parte se debe prohibir o limitar al máximo el vertido
al alcantarillado municipal de vertidos industriales que puedan aportar componentes tóxicos
como metales pesados, aceites industriales, etc.
Uno de los principales problemas a resolver es el relativo a la desinfección. En la tabla 1 se
resumen los aspectos más significativos de los métodos de desinfección de aguas residuales.
Método
Agentes
químicos:
Cloro
Ozono
Agentes físicos:
Radiación UV
Medios
mecánicos:
Membranas
Aspectos positivos
Barato, fácil de aplicar, mantiene la
actividad (cloro activo)
Muy eficaz, sobre todo para
bacterias
Barato, fácil de aplicar
Eliminación total de
microorganismos, eliminación de
otros contaminantes
Aspectos negativos
Genera subproductos altamente
tóxicos
Caro, debe generarse “in situ”,
reacciona fácilmente con las
sustancias presentes
Ausencia de sólidos en suspensión,
reactivación de microorganismos
Técnicas en desarrollo,
ensuciamiento de membranas
Tabla1. Métodos más utilizados para la desinfección de aguas residuales. Aspectos de interés.
7
Como se puede deducir de la tabla anterior, las distintas tecnologías para la desinfección
presentan aspectos favorables y desfavorables. Hasta hace poco tiempo se ha utilizado
normalmente la cloración debido fundamentalmente a su bajo coste. Sin embargo el gran
problema de la utilización de cloro para la desinfección de aguas residuales es la formación de
compuestos organoclorados cancerígenos como los triclorometanos. La ozonización es un
método más efectivo que el cloro que también puede eliminar olor, color, sabor y compuestos
orgánicos, sin generar subproductos cancerígenos tipo organoclorados. El inconveniente es
que precisa generación in situ, un reactor de contacto y una operación apropiada para prevenir
los riesgos de toxicidad hacia los operarios. Todo ello hace que resulte caro de instalar y tenga
consumos energéticos importantes para la generación del ozono. La radiación UV es efectiva
como bactericida y viricida, pero poco eficaz frente a parásitos. Su principal inconveniente es
que el agua a tratar debe estar exenta de sólidos en suspensión y turbidez, ya que se reduce
drásticamente el rendimiento. Además se pueden dar fenómenos de reactivación si los
tiempos de exposición a la radiación son cortos o si la dosis de radiación no es suficiente. Las
nuevas tecnologías basadas en el uso de membranas (microfiltración, ultrafiltración) son sin
duda un campo muy prometedor. Al tratarse de una separación mediante exclusión física
debido al tamaño, no es posible la generación de subproductos. Además el efluente estaría
totalmente exento de sólidos en suspensión y turbidez. El inconveniente son los costes de
instalación y operación, debido al ensuciamiento de las membranas.
6. ACTUACIONES NECESARIAS PARA LA REUTILIZACIÓN. Para que la
reutilización de aguas residuales pueda ser realizada en las condiciones apropiadas es preciso
que el agua tenga la calidad apropiada al uso a que se destine, disponer de las infraestructuras
de regulación y distribución y utilizar el agua de forma correcta para evitar riesgos sanitarios.
Tratamiento terciario de las aguas. En cada caso hay que realizar un estudio específico en
el que, a partir de las necesidades de reutilización de la zona, se tenga en cuenta la calidad del
efluente de la depuradora y la calidad que se desea alcanzar para cada uno de los usos
posibles, con el fin definir los tratamientos complementarios y las modificaciones necesarias
en el proceso de depuración. En este estudio se deben incluir los beneficios y costes asociados
a cada uno de los nuevos usos para verificar la viabilidad económica y medioambiental de la
reutilización frente a otras posibles alternativas de abastecimiento. Los costes del tratamiento
pueden ser muy variables dependiendo de cada situación. En el caso de un agua residual de
procedencia urbana sin componentes tóxicos y de baja salinidad, el tratamiento más sencillo
que permitiría muchos usos posteriores sería una filtración con arena seguida de desinfección.
En este caso los costes del tratamiento serían del orden de 15 a 20 ptas/m3, incluida la
amortización [9]. Si fueran necesarios otros tratamientos para eliminar compuestos tóxicos o
sales disueltas los costes podrían llegar a ser prohibitivos. En este sentido es importante
insistir en la importancia de la baja salinidad del agua de abastecimiento a las poblaciones y
en el cumplimiento de la normativa de vertidos a las redes municipales.
Infraestructuras necesarias. La reutilización directa del agua residual requiere una serie de
infraestructuras para su transporte desde la planta de regeneración hasta el lugar de utilización
o hasta la red de distribución de agua de regadío, siempre que ésta reúna las condiciones
apropiadas para este uso; por otra parte en algunos casos habrá que disponer de depósitos
adecuados para su almacenamiento. Estas infraestructuras pueden encarecer este sistema de
aprovechamiento, y en algunos casos, el coste de estas infraestructuras puede ser muy
8
superior al derivado del tratamiento adicional. Además, en el caso de aplicación para regadío
de los efluentes de poblaciones costeras, será necesaria la impulsión al interior, por lo que el
coste energético también puede ser importante.
Empleo correcto del agua residual. Finalmente hay que indicar que, dentro de la
planificación de uso del agua residual se deben minimizar los posibles riesgos derivados de su
uso. Así por ejemplo, en el caso de regadío, el riego subsuperficial o el localizado, sobre todo
cuando se coloca en la superficie una cubierta protectora (plástica o vegetal), puede ofrecer el
mayor grado de seguridad, además de permitir un uso más eficiente del agua, pero es costoso
y se necesita un tratamiento del agua que retire completamente los sólidos en suspensión con
el fin de evitar obstrucciones.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Libro Blanco del Agua en España, 2000. Ministerio de Medio Ambiente, Secretaría de
Estado de Aguas y Costas, Dirección General de Obras Hidráulicas y Calidad de las Aguas.
Centro de Publicaciones
[2] Organización Mundial de la Salud, 1989. Directrices Sanitarias sobre el Uso de Aguas
Residuales en Agricultura y Acuicultura. Serie de informes técnicos 778. Ginebra, Suiza.
[3] United States Environmental Protection Agency and United States Agency for
International Development (1992). Manual on Guidelines for Water Reuse. EPA/625/R92/004,. Center for Environmental Research Information, Cincinnati, Ohio.
[4] Bouwer, H y Idelovitch, E., 1987. Quality requirements for irrigation with sewage water.
J. Irrig. & Drainage Eng. 113, 516-535
[5] Decreto 13/1992 sobre evacuación de líquidos procedentes de plantas de tratamiento de
aguas residuales urbanas. BOIB nº 126, de 17 de octubre de 1992
[6] Directiva del Consejo (91/271 CEE) de Mayo de 1991 sobre el tratamiento de las aguas
residuales urbanas
[7] Consellería de Obras Públicas, Urbanismo y Transporte, Entidad de Saneamiento de la
Comunidad Valenciana.
[8] Ramos, C., 1997. El uso de aguas residuales en riegos localizados y en cultivos
hidropónicos. Fórum Internacional de Horticultura y Tecnología. “La automatización de la
Hidroponía y Fertirrigación”, Valencia.
[9] Mujeriego, R, 1997 Técnicas de recuperación distribución y reutilización de las aguas
depuradas. Página Web http://www.ictnet.es/conferencias.
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