evolución de la depuración de aguas residuales

ANÁLISIS DE LA DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES EN MÉXICO
Fernando M. Rosales Cristerna*
Comisión Nacional del Agua
Ingeniero Químico por la UNAM y Maestro en Contaminación Ambiental por la Universidad Politécnica de Madrid.
Jefe de Proyecto de Estudios de Calidad del Agua en la Gerencia de Saneamiento y Calidad del Agua-CNA.
Participación en proyectos de investigación en calidad del agua, depuración de aguas residuales y potabilización en el
Instituto de Ingeniería-UNAM y en el IMTA. Profesor en la Facultad de Ingeniería-UNAM y actualmente docente en
Diplomados del Instituto Politécnico Nacional.
Leopoldo Sánchez Espinoza
Comisión Nacional del Agua
Dirección del autor principal (*): Av. San Bernabé 549-San Jerónimo Lídice-México-Distrito Federal-10200-México
Tel.: (52)5595-9729- Fax: (52) 5595-3950. e-mail: [email protected]
RESUMEN
México contaba con 821 sistemas de depuración de aguas residuales municipales en 1997 e incrementó su número en
casi 40% en el año 2001. La capacidad instalada pasó de 61.65 m3/s a casi 81 m3/s. Las plantas en operación pasaron de
639 a 938, incrementando el gasto operacional a casi 51 m3/s en 2001. El aprovechamiento de la capacidad instalada
llegó a 65% donde 7% estaba fuera de operación y el 28% correspondía a capacidad no operada. Los principales
procesos utilizados en México son lagunas de estabilización y lodos activados, ambos, durante el periodo 1997-2001,
cubrían en promedio el 70% del total. La capacidad instalada de estos dos tipos de procesos sumó 66% del total para el
año 2001. El mayor número de plantas fuera de operación corresponde a las lagunas de estabilización 79 y 85 para 1997
y 2001 respectivamente. Sin embargo, para un mismo proceso, los tanques imhoff presentaron el 50% de los sistemas
fuera de operación. La zona centro del país tiene el mayor número de sistemas instalados (50% del total) y el mayor
número de sistemas fuera de operación. La mayor capacidad de operación se da en la zona norte (56%) y en la zona sur
el menor gasto de operación (7%). En 1997 se trataba el 21% de las aguas residuales municipales colectadas y en el año
2001 se trató el 25% de las mismas (51 m3/s). Las acciones a futuro con un escenario tendencial se llegará a un 60% del
tratamiento de las aguas residuales colectadas al año 2025, con una inversión cercana a los 11,000 millones de pesos;
con un escenario sustentable se tratarán 90% de las aguas residuales colectadas al año 2025 con una inversión de 15,000
millones de pesos. Las metas del Programa Nacional Hidráulico es llegar a tratar 28% de las aguas residuales colectadas
en el año 2002 y 65% en el año 2006.
Palabras Clave: Depuración, Aguas residuales municipales, Tratamiento.
INTRODUCCIÓN
La contaminación del agua, considerada como uno de los procesos de deterioro ambiental más importantes, ha generado
incremento en el riesgo a la salud y disminución de la calidad de vida y disponibilidad del recurso. Se han realizado
esfuerzos para el control de la contaminación del agua, uno de ellos es la construcción y operación de sistemas de
depuración de aguas residuales; no obstante, en los cuerpos de agua del país, se sigue recibiendo un gran número de
descargas de aguas residuales sin tratar, por lo que se requiere mejorar los programas de control de las descargas,
impulsar los programas de capacitación para la operación y mantenimiento de los sistemas y destinar mayores recursos
1
para las inversiones requeridas. El presente trabajo presenta un análisis de la evolución de los sistemas de depuración a
partir de 1997 al año 2001 y su situación de operación a nivel global y por proceso de tratamiento.
OBJETIVOS
Los objetivos del trabajo es analizar la evolución de la depuración de las aguas residuales municipales en el país,
identificar los principales procesos de tratamiento en el país y su situación operacional y determinar la relación de las
aguas residuales colectadas con las aguas residuales tratadas.
RESULTADOS
Con base en la información de los Inventarios Nacionales de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales
(CNA, 1998; CNA, 1999; CNA 2000 y CNA, 2001), México contaba en diciembre de 1997 con 821 sistemas de
depuración y para diciembre de 2001 se tuvo un incremento cercano al 40%, llegando a 1132 sistemas (Figura 1). La
capacidad instalada al inicio del periodo analizado (1997) fue de 61.65 m3/s y para el año 2001, se elevó a casi 81 m3/s,
representando un incremento cercano al 31%.
1300
1132
1100
1018
Número de sistemas de depuración
1000
938
914
900
821
793
727
777
700
639
500
300
223
187
182
225
194
100
1997
1998
1999
2000
2001
Año
Construidos
En operación
Fuera de operación
Figura 1: Sistemas de depuración de aguas residuales municipales 1997-2001
De las 639 plantas en operación en 1997 se pasó a 938 en el año 2001 presentándose un incremento del 47%. Con
respecto al gasto de operación el incremento de 1997 a 2001 fue del 29%, llegando a cerca de 51 m3/s (Figura 2).
90
80.62
80
75.95
67.55
70
63.15
61.65
3
Gasto (m /s)
60
50.81
50
45.93
42.4
40.85
39.39
40
30
23.04
10
4.25
4.59
23.04
19.16
17.71
18.01
20
5.99
6.98
6.77
0
1997
1998
1999
2000
2001
Año
Capacidad instalada
Gasto de operación
Gasto fuera de operación
Gasto no operado
Figura 2: Gastos instalado, de operación, fuera de operación y no operado de los
sistemas de depuración de aguas residuales municipales 1997-2001
2
El aprovechamiento de la capacidad instalada de depuración de aguas residuales municipales se encuentra entre el 60 y
65%; la capacidad no aprovechada, 35-40%, se divide en dos conceptos: a) 7-9% se encuentra fuera de operación y b)
28-31% corresponde a capacidad no operada. Lo anterior indica que más de un tercio de la capacidad instalada no se
utiliza.
Los sistemas de depuración con que cuenta el país incluyen una gran variedad de procesos. Los sistemas lagunares son
los más numerosos, seguidos de sistemas que operan mediante el proceso de lodos activados, 2.5 veces más los primeros
en promedio para los 5 años analizados. Durante este periodo, entre estos dos tipos de procesos, en 1997 se tenía
aproximadamente el 74% de todos los sistemas construidos en el país, disminuyendo prograsivamente hasta llegar a
67% en el año 2001. Lo anterior muestra que se han considerado diversas opciones de tratamiento para nuevos sistemas
de depuración. En la figura 3 se muestra la distribución de los tipos de procesos en los sistemas de depuración de aguas
residuales municipales para los años 1997 y 2001.
1997
Zanja de oxidación
1.95%
2001
Otros
13.03%
Otros
20.14%
Filtro biológico
4.51%
Laguna de
estabilización
46.82%
Reactor anaerobio
4.68%
Tanque imhoff
6.94%
Filtro biológico
3.36%
Laguna de
estabilización
54.08%
Tanque imhoff
5.04%
Lodos activados
19.49%
Lodos activados
19.96%
Figura 3: Tipos de procesos en los sistemas de depuración de agua residual para los años 1997 y 2001
Con respecto a la capacidad instalada de tratamiento por proceso, los sistemas con mayor capacidad de depuración son
los lodos activados, prácticamente el doble de la capacidad que las lagunas de estabilización. La suma de la capacidad
de los dos procesos representa el 66% para el año 2001. El mayor número de plantas fuera de operación corresponde a
las lagunas de estabilización, con 79 para 1997 y 85 sistemas para el año 2001, seguido de lodos activados con 42 y 34
sistemas, respectivamente. Sin embargo, considerando el número de sistemas fuera de operación con el número total de
sistemas existentes para los procesos más representativos, se encontró que los tanques imhoff tienen la mitad de los
sistemas existentes fuera de operación para los dos años; así, los sistemas con los procesos de lodos activados y lagunas
de estabilización, tienen fuera de operación el 18 y 26%, para 1997 y 15 y 16%, para 2001. En la figura 4 se muestra el
número de sistemas, por proceso, fuera de operación con respecto al número de sistemas existentes de cada uno de ellos,
para los años 1997 y 2001.
1997
2001
500
600
530
432
500
400
Número de sistemas de depuración
Número de sistemas de depuración
450
350
300
250
200
160
150
100
79
42
50
400
300
226
200
100
54
85
57
27
16
34
23
53
29
0
38
11
4
2
8
0
Laguna de
estabilización
Lodos activados
Plantas existentes
Tanque imhoff
Zanjas de
oxidación
Filtros biológicos
Plantas fuera de operación
Laguna de
estabilización
Lodos activados
Plantas existentes
Tanque imhoff
Reactor anaerobio Filtros biológicos
Plantas fuera de operación
Figura 4: Sistemas de depuración por proceso existentes y fuera de operación
3
La distribución geográfica de los sistemas de depuración en el país se analizó considerando tres zonas: zona norte (Baja
California, Baja California Sur, Coahuila, Chihuahua, Durango, Nayarit, Nuevo León, Sinaloa, Sonora, Tamaulipas y
Zacatecas), zona centro (Aguascalientes, Colima, Distrito Federal, Guanajuato, Hidalgo, Jalisco, Estado de México,
Michoacán, Morelos, Puebla, Querétaro, San Luis Potosí, Tlaxcala y Veracruz) y zona sur (Campeche, Chiapas,
Guerrero, Oaxaca, Quintana Roo, Tabasco y Yucatán). De acuerdo a esta distribución y al periodo seleccionado, el
mayor número de sistemas se localiza en la zona centro, alcanzando para el año 2001 el 50% del total de las plantas
existentes (560 sistemas de depuración), mientras que en la zona sur se ubica el menor número de sistemas,
encontrándose para el año 2001, 146 sistemas (13%). Con respecto al caudal instalado, el mayor porcentaje se presenta
en la zona norte, correspondiendo al año 2001 el 48% (39m3/s), en cambio, en la zona sur se presenta el menor
porcentaje, alcanzando en el año 2001 el 9% (7 m3/s). En la tabla 1 se presenta el desglose de la situación de los sistemas
de depuración para los 5 años analizados.
Tabla 1: Sistemas de depuración instalados, en operación y fuera de operación por zona geográfica
Año
Zona
Plantas instaladas
Plantas en operación
Plantas fuera de operación
Número
Gasto (m3/s)
Número
Gasto (m3/s)
Número
Gasto (m3/s)
Norte
295
31.68
237
21.25
58
10.43
1997
Centro
423
24.29
319
14.01
104
10.28
Sur
103
5.87
83
4.13
20
1.74
Norte
335
30.36
277
15.31
58
15.05
1998
Centro
465
26.40
354
21.11
111
5.29
Sur
114
6.39
96
4.43
18
1.96
Norte
365
31.61
293
22.08
72
9.53
1999
Centro
510
29.67
392
16.49
118
13.18
Sur
125
6.27
92
3.83
33
2.44
Norte
371
35.57
300
25.20
71
10.34
2000
Centro
521
33.57
401
17.07
120
16.50
Sur
126
6.82
92
3.65
34
3.17
Norte
426
38.93
379
28.56
47
10.37
2001
Centro
560
34.47
453
18.57
107
15.90
Sur
146
7.22
106
3.68
40
3.54
En cuanto a la relación entre el número total de plantas existentes y el número de plantas en operación por zona
geográfica, la zona norte del país alcanzó el mayor porcentaje durante todo el periodo, siendo para el año 2001 del 89%,
mientras que el menor porcentaje se presentó en la zona sur, en la cual en el año 2001 operó el 73% de las plantas de
tratamiento. Al considerar la operación de los sistemas, en la zona norte de país se tiene el mayor gasto de operación con
aproximadamente 29 m3/s (56% del total operado), y en cambio en la zona sur sólo se operan 3.68 m3/s
(aproximadamente 7% del total operado). En la zona centro, que es donde se asienta el mayor número de habitantes a
nivel nacional el gasto operado corresponde al 37% del total (18.57 m3/s).
En la figura 5 se presenta la relación del volumen total de aguas residuales colectadas que provienen de las localidades
urbanas a nivel nacional (CNAa, 1998; CNAa, 1999; CNAa, 2000 y CNAa, 2001) contra el gasto de operación de los
sistemas de depuración. Para 1997, el 21% de las aguas residuales colectadas (39.39 m3/s) recibían tratamiento, y para el
año 2001, se alcanzó el 25% (50.81 m3/s); lo anterior indica que alrededor de 150 m3/s se descargaron al ambiente sin
tratamiento.
LA DEPURACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES HACIA EL AÑO 2025
La visión del sector hidráulico en México hacia el año 2025 es aspirar a ser una nación que cuente con seguridad en el
suministro del agua que requiere para su desarrollo, que la utilice de manera eficiente, reconozca su valor estratégico y
económico, proteja los cuerpos de agua y preserve el medio para las futuras generaciones.
4
Para determinar las estrategias para alcanzar la visión anterior, se evaluaron posibles escenarios de los usos del agua en
el horizonte 2025. Destacan dos escenarios: el tendencial, en el cual se mantienen las condiciones que en promedio
existen en la actualidad y el escenario sustentable que establece características de mejor eficiencia.
250
200
187
184
150
3
Gasto (m /s)
200
196
200
100
50
49.65
45.93
42.4
40.85
39.39
0
1997
1998
1999
2000
2001
Año
Gasto de operación de sistemas de depuración
Gasto generado de aguas residuales en localidades urbanas
Figura 5:Gasto generado de aguas residuales y gasto de operación de los
sistemas de depuración
En el escenario tendencial el porcentaje de aguas residuales municipales se incrementa al 60% considerando que se
cumple con las disposiciones establecidas en la NOM-001-ECOL-1996. En este caso, la estimación de la inversión
requerida al 2025 sería de 10,943 millones de pesos. En el escenario sustentable se considera que prácticamente toda la
población tendrá acceso a los servicios de agua potable, alcantarillado y saneamiento, por lo que el porcentaje de aguas
residuales tratadas sería del 90%, para lo cual se estima una inversión requerida al 2025 de 15,003 millones de pesos
(CNAb, 2001).
Uno de los objetivos nacionales del sector hidráulico para el periodo 2001-2006, consiste en fomentar la ampliación de
la cobertura y calidad de los servicios de agua potable, alcantarillado y saneamiento. La ampliación del saneamiento
contribuirá a detener la contaminación del agua, así como a proteger y conservar los ecosistemas. Las metas del volumen
de agua residual tratada con respecto al volumen del agua colectada para el periodo 2001-2006 se muestra en la figura 6.
70
65
60
% de agua residual tratada vs recolectada
60
50
40
36
28
30
31
23
20
10
0
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Año
Figura 6: Metas del volumen de aguas residual tratada contra el volumen de
agua residual colectada para los años 2001 al 2006
La ampliación de la cobertura de tratamiento de aguas residuales municipales se propiciará fomentando el desarrollo de
los organismos operadores para que sean capaces de proporcionar los servicios de manera autosustentable, para lo cual
la capacitación de su personal y la participación de la iniciativa privada constituyen elementos importantes en la
instrumentación de la estrategia planteada.
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
No obstante que la depuración de las aguas residuales municipales es un elemento muy importante en la gestión del
agua, la capacidad de depuración, es aún baja respecto a la generación de aguas residuales; sólo se trata el 25 % de ellas
y aproximadamente un tercio de la capacidad instalada no se utiliza. Es recomendable hacer una evaluación que permita
establecer la posibilidad de utilizar la capacidad de depuración fuera de operación o no utilizada; lo anterior,
representaría incrementar, teóricamente, hasta cerca de 30 m3/s adicionales de aguas residuales, y consecuentemente se
aumentaría un 40% la depuración de las aguas residuales municipales colectadas en las localidades urbanas.
Las lagunas de estabilización son el proceso más empleado para el tratamiento de las aguas residuales municipales, pero
los lodos activados son el sistema que cuenta con el mayor caudal de aguas residuales tratado. En cuanto a número de
unidades fuera de operación, también las lagunas de estabilización son las que presentan el mayor número. Sin embargo,
proporcionalmente los tanques imhoff son los sistemas, por proceso, que más unidades tienen fuera de operación,
prácticamente la mitad de los sistemas instalados.
Paralelamente, se requiere evaluar la eficiencia de operación de los sistemas de depuración de aguas residuales
municipales y en los sistemas con baja eficiencia de remoción de contaminantes se deberán analizar las acciones
correspondientes para incrementar la calidad del efluente tratado. Es recomendable priorizar la realización de este tipo
de evaluaciones en las cuencas de atención prioritaria y de acuerdo a lo establecido en el Programa Nacional Hidráulico
2001–2006.
La zona centro del país, que es dónde se asienta el mayor numero de habitantes a nivel nacional, tiene el mayor número
de sistemas de depuración instalados, no obstante, el gasto de operación se considera bajo, ya que sólo alcanza el 37%
de la capacidad nacional instalada.
Para la selección de los procesos de depuración en las plantas en proyecto, se hacen necesarias evaluaciones técnicoeconómicas de varios tipos de procesos de depuración, con la finalidad de elegir el tipo de proceso más adecuado para el
tipo de agua residual, así como la ubicación geográfica donde se construirá.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Construcción, México
CNA (1999) Inventario Nacional de Plantas de Tratamiento, Subdirección General Técnica, Subdirección General
Construcción, México
CNA (2000) Inventario Nacional de Plantas de Tratamiento, Subdirección General Técnica Subdirección General
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CNA (2001) Inventario Nacional de Plantas de Tratamiento, Subdirección General Técnica Subdirección General
Construcción, México
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Programas Rurales y Participación Social, México, 176 pp.
CNAa (1999) Situación del Subsector Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento a diciembre de 1998, Unidad
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CNAb (2001) Programa Nacional Hidráulico 2001-2006, México, 128 pp.
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