Reuso de aguas residuales tratados con cultivos específicos

REUSO DE AGUAS
RESIDUALES TRATADAS EN
CULTIVOS ESPECÍFICOS
INTRODUCCIÓN
La presión que ejerce la demanda de agua para
consumo
humano
de
pueblos
y
ciudades,
principalmente de zonas áridas y semiáridas, sobre
las fuentes de agua superficiales y subterráneas
que tradicionalmente han sido utilizas para riego
de cultivos y los requerimientos de agua de calidad
no potable para la agricultura, han hecho que las
aguas residuales domésticas se conviertan de un
desecho a un recurso valioso para su uso en la
agricultura y en servicios al publico como riego de
jardines, llenado de lagos y canales recreativos y
fuentes de ornato.
INTRODUCCIÓN
Cuando se utilizan aguas residuales domésticas, el
problema por lo general es más de índole
microbiológico que químico.
La normatividad mexicana exige un grado mayor de
tratamiento cuando se desea regar parques, áreas
de recreo y cultivos comestibles que cuando se
requiere regar cultivos de cereales y forrajes.
INTRODUCCIÓN
El uso de las aguas residuales para
riego de plantas debe permitir el
aprovechamiento de los nutrientes
contenidos en las mismas para
disminuir los gastos en el consumo de
fertilizantes químicos.
INTRODUCCIÓN
La normatividad para el reuso de aguas residuales en México
está basada en las normas oficiales de carácter obligatorio.
NOM-001-ECOL-1996. Para reuso en la agricultura.
Irrigació
Irrigaci
ón
Coliformes fecales (NMP/100 ml
ml))
Restringida
No restringida
Huevos de helmintos/L
? 5
? 1
1000 m-2000 d
240 m– 2000 d
Nota: m = Promedio geomé
geom étrico mensual; d = Promedio geomé
geom étrico diario
NOM-003-ECOL-1996. Para Servicios al público.
Tipo de servicio al público
Con contacto indirecto u
1
ocasional
2
Con contacto directo
Coliformes fecales
(NMP/100 ml)
1000
Huevos de helmintos/L
240
?1
?5
Nota: 1 = Riego de jardines y camellones en autopista; camellones en avenida; fuentes de ornato, campos de
golf, abastecimiento de hidrantes de sistemas contra incendio, lagos artificiales no recreativos, barreras
hidráulicas de seguridad y panteones. 2 = El llenado de lagos y canales artificiales recreativos con paseos en
lancha, remo canotaje y esquí; fuentes de ornato, lavado de vehículos, riego de parques y jardines.
TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
El tratamiento de un agua residual
municipal consiste en una combinación
de procesos y operaciones de tipo
físico, químico y biológico destinados
a eliminar residuos sólidos, materia
orgánica, microorganismos patógenos
y a veces,
elementos nutritivos
contenidos en el agua residual.
TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
Cuando el agua residual es tratada con la intención de
utilizarla para riego agrícola, los criterios de calidad más
importantes son los relacionados con la salud pública y las
necesidades de los agricultores.
En términos de salud pública la remoción de coliformes
fecales y de huevos de helmintos son más importantes que
la remoción de compuestos orgánicos (DBO).
Para los agricultores el volumen de sólidos suspendidos y
nutrientes como nitrógeno y fósforo son importantes ya
que incrementan la fertilidad del suelo y disminuyen la
necesidad de aplicar fertilizante.
TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
En México se han venido utilizando las lagunas de
estabilización (reprsentan el 50%) para el
tratamiento de aguas residuales.
Sin embargo, muchos de estos sistemas no cumplen
los límites máximos permisibles que marca la
normatividad mexicana actual.
Ya sea porque fueron diseñados para remover
materia orgánica o porque presentan problemas de
sobrecarga.
APROVECHAMIENTO DE
NUTRIENTES Y
REMOCIÓN DE
MICROORGANISMOS
PATÓGENOS DE AGUAS
RESIDUALES
PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AIREACIÓN EXTENDIDA DEL IMTA
Como parte inicial de una investigación o proyecto en el cual
se pretenda hacer un reuso de agua residual municipal, es
necesario contar con una planta de tratamiento, la cual
facilite el estudio. Por lo que para tal efecto, se construyó
un sistema de aireación extendida en el IMTA.
EFLUENTE
TANQUE DE
CONTACTO
DE CLORO
CAJA REPARTIDORA
DEL INFLUENTE
TANQUE DE
REGULACION
PRETRATAMIENTO Y
CARCAMO DE BOMBEO
TANQUES DE
AEREACION
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AIREACIÓN EXTENDIDA DEL IMTA
AIREACIÓN INTERMITENTE
En condiciones aireadas ocurre la transformación de
nitrógeno orgánico y amoniacal contenido en las aguas
residuales a nitratos, mediante una biomasa de
microorganismos nitrificantes.
En condiciones anóxicas o de ausencias de oxígeno
disuelto se da la transformación de los nitratos a
nitrógeno gas por medio de microorganismos
desnitrificantes y por consecuencia su eliminación del
agua residual al incorporarlo a la atmósfera.
AIREACIÓN INTERMITENTE
OBJETIVO
Controlar la concentración de nutrimentos en el agua
residual tratada mediante ciclos de aireación, con el
fin de disminuir los requerimientos de fertilizantes
empleados en la agricultura.
METODOLOGÍA
Se experimentaron con
15 escenarios durante
dos años, donde se vario
el tiempo de aireación de
20 a 180 minutos, en
ciclos de tres horas
dentro
de
un
solo
reactor, en consecuencia,
a la aireación le seguían
ciclos de no aireación que
variaron de 160 a 0
minutos.
RESULTADOS
? Durante el escenario de aireación continua (ciclos
180 minutos), la remoción del nitrógeno total fue
menor al 15%.
? Más del 97% del N-amoniacal fue transformado a
nitratos.
? En el escenario de 20 minutos de aireación y 160
de no aireación, la eficiencia de remoción de
nitrógeno total fue del 30%.
? Conversión del 45% de N-amoniacal a nitratos.
RESULTADOS
? Para obtener una remoción del 90% del nitrógeno
total era necesario una aireación de 50 minutos
seguida de una no aireación de 130 minutos.
? La remoción del fósforo fue menor al 30%.
? El
fósforo era alternadamente absorbido y
liberado durante las condiciones anóxicas y
aerobias dentro del reactor, sin permitir que los
microorganismos lo almacenaran, para así ser
eliminado durante la purga de lodos del
sedimentador.
DESINFECCIÓN NATURAL
Una de las tecnologías de tratamiento de aguas
residuales es la de lagunas de maduración o de
oxidación o de pulimento o terciarias.
Estos sitemas están diseñados para remover
organismos patógenos provenientes de sistemas
secundarios, por medio de algas.
DESINFECCIÓN NATURAL
OBJETIVO
Evaluar un tratamiento mixto para incrementar la
efeciencia de remoción de patogenos, a través de un
sistema conformado por algas como desinfectantes,
macrófitas flotantes para eliminar materia orgánica y
mamparas para mejorar la eficiencia hidráulica.
DESINFECCIÓN NATURAL
LAGUNA DE MADURACION
CAJA REPARTIDORA
DEL INFLUENTE
TANQUE DE
REGULACION
TANQUE DE
A IREACION
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
PRETRATAMIENTO
???????????
METODOLOGÍA
Instalación de mamparas
? Están constituidas por una malla cerrada al 80%
de polietileno.
? La
laguna consta de 17 carriles con una
separación de 2 m, sin embargo, la última celda es
de 4 m por fines hidráulicos.
? Estan
ubicadas a un 70% con respecto al ancho
de la laguna y con un bordo libre de 8.5 cm.
METODOLOGÍA
Laguna con mamparas
15.5 m
Salida
38 m
Entrada
Flujo
70%
METODOLOGÍA
Con la finalidad de poder
conocer que arreglo de
algas y lemna, es el que
pude
proporcionar
la
mejor eficiencia en la
remoción de coliformes
fecales
y
materia
organica, se propusieron
cuatro
esenarios
de
investigación.
Laguna de maduración con algas
METODOLOGÍA
Laguna con mamparas y tapetes
alternados de algas y Lemna
Laguna con mamparas y
cubierta con 50% de
algas y 50% de Lemna
METODOLOGÍA
Laguna con mamparas y cubierta con 50% de
algas y 50% de Lemna
RESULTADOS
Calidad del efluente en los cuatro escenarios
TRATAMIENTO
% Remoción
Coliformes
fecales
C.F.
DBO
NMP/
mg/L
100 mL
DQO
mg/L
Con algas
94.00-99.95
600
9
58
Con camas alternas
de algas y Lemna
99.98- 99.99
51
2
21
Con un 50% de algas
y 50% Lemna
99.84-99.99
71
3
14
Con un 50% de Lemna
y 50% algas
17
RESULTADOS
Tasas de crecimiento relativo (TCR) en peso húmedo
TRATAMIENTO
TCR
g/g-d
Laguna con camas alternas de
algas y Lemna
0.11
Laguna cubierta con un 50% de
algas y 50% con Lemna
0.12
Laguna cubierta con un 50% de
Lemna y 50% con algas
0.23
RESULTADOS
Tasas de crecimiento relativo (TCR) en peso húmedo
TRATAMIENTO
TCR
g/g-d
Laguna con camas alternas de
algas y Lemna
0.11
Laguna cubierta con un 50% de
algas y 50% con Lemna
0.12
Laguna cubierta con un 50% de
Lemna y 50% con algas
0.23
RESULTADOS
?El
sistema de mamparas mixto con tapetes
alternados de Lemna gibba y algas, permitió:
?Incrementar
la eficiencia de remoción
coliformes en 2 unidades logarítmicas.
?Disminuir
hidráulico.
?Obtener
de
en 17 días el tiempo de residencia
calidad del agua superior a la requerida
para reúso agrícola (NOM-ECOL-001-1996) y
reúso en riego de jardines y llenado de lagos con
contacto directo (NOM-ECOL-003-1999).
REUSO DE AGUA
RESIDUAL TRATADA EN
LA AGRICULTURA
INTRODUCCIÓN
La escasez de agua en zonas semiáridas es una
realidad actual. En el México que mira hacia el
siglo XXI, la principal fuente de irrigación se
originará del reuso del agua, principalmente
efluentes tratados.
La presencia de parásitos patógenos en el agua
residual constituye un alto riesgo a la salud
pública.
Existe una gran variedad de patógenos
humanos que son excretados en el agua
residual, los cuales incluyen bacterias, virus,
quistes de protozoarios y huevos de helmintos.
INTRODUCCIÓN
Es necesario conocer la calidad
sanitaria del agua, del suelo y del fruto,
debido a que los virus, los huevos de
helmintos y las bacterias pueden causar
enfermedades en el hombre, con tan
solo la ingestión de un organismo de los
primeros y millones del tercero.
INTRODUCCIÓN
OBJETIVO
Identificar la contaminación microbiólogica residual
en cultivos de hortalizas de raíz, hoja y fruto
regados con diferentes calidades de agua residual
bajo condiciones de invernadero.
METODOLOGÍA
INVERNADERO
? Tipo túnel
? Estructura y arcos de PTR calibre 14
? Cubierta de plástico con estabilizador
de rayos
UV, cortinas enrollables y malla antivirus
? Dimensiones exteriores de 19x7x2.50 m.
? El suelo esta cubierto con malla de polipropileno
para evitar el crecimiento de malezas
METODOLOGÍA
CAMAS
?
?
?
Cuentan con doce camas de 1 metro de ancho por
5 de largo y de 1 de altura, distribuidas en lotes
de cuatro.
Las dimensiones son de 0.70 x 4.80 x 0.30
metros, siendo la base menor de la misma de
0.20 m.
Cada cama o unidad experimental fue rellenada
con tierra virgen del lugar o sin haber sido
regada previamente con aguas residuales crudas
o tratadas.
METODOLOGÍA
TEMPERATURA
El interior del invernadero cuenta con un sistema de
seis recirculadores de aire controlados por medio de
un sensor de encendido/apagado de acuerdo al valor
fijado de temperatura.
METODOLOGÍA
ALIMENTACIÓN DE AGUA
Para el abastecimiento de las diferentes calidades de
agua, se utilizaron seis tanques con una capacidad de
1000 litros cada uno. Cada tanque alimenta a dos
camas mediante tuberías de PVC hidráulico. Al pie de
la cama, la tubería se bifurca para regar cada uno de
los surcos.
HORTALIZAS
Los cultivos sembrados fueron rábano
(Raphanus Savitus) de la variead
Champion, lechuga (Lactuca savita) de la
variedad Black Simpson, y jitomate
(Lycopersicum
sculentum)
de
la
variedad Rancho Grande.
Resultados
RÁBANO
? Se
utilizaron cuatro calidades de agua; potable,
residual cruda, residual tratada y residual tratada
con desinfección, obteniéndose de esta forma un
experimento de cuatro tratamientos con tres
repeticiones.
? La calidad del agua de riego promedio para
E. Coli
fue 71, 1.4E+05, 2.1E+04 y 6.7 respectivamente.
Resultados
? La
RÁBANO
contaminación residual de la cosecha se
determinó tanto en el agua de enjuague del
producto así como la pulpa licuada.
? Se
detectó presencia de coliformes fecales (10
E.coli NMP/100 ml y 10 E. Coli NMP/30 gr de
pulpa) en tres de las camas: una regada con agua
residual cruda y en dos regadas con agua tratada
con desinfección.
? Es
posible que esta contaminación sea producto
del manejo postcosecha y no del efecto del agua
en riego.
Resultados
RÁBANO
? No se detectaron huevos de helmintos en aguas y
cultivos.
? La concentración en suelos fue de 1 huevo por 10
gramos en las camas regadas con agua negra y
agua tratada con desinfección; el género hallado
de huevos fue Ascaris sp. y Uncinaria sp.
Resultados
LECHUGA
? Se utilizaron tres tipos de agua; potable, tratada
sin desinfección y tratada con desinfección. De
esta manera, se tuvieron tres tratamientos con
dos repeticiones.
? Se obtuvo ausencia de E. coli en los suelos de los
tratamientos con los tres tipos de agua analizados
5 días después del último riego.
? Se encontraron huevos de
Ascaris sp., en el 25%
de las muestras en los suelos de los tres
tratamientos.
Resultados
LECHUGA
Con relación al producto, no
se encontraron rastros de
huevos de helmintos ni de E.
coli en el agua de enjuague
de la lechuga ni en la pulpa
licuada de la misma en los
tres tipos de tratamiento.
Resultados
JITOMATE
Número más probable de E. Coli en muestras de 100 ml
de agua y 10 g de suelo en el experimento con jitomate
TRATAMIENTO
MUESTRA
Suelo antes de
sembrar
Agua de riego
Cultivo enjuague
Cultivo licuado
Suelo postcosecha
AN
0
ESSD
0
ESCD
0
ETL
0
APF
0
AP
0
9.7E5
0
0
1.8E6
2.6E3
0
0
1.7E3
1
0
0
0
8
0
0
15
10
0
0
0
0
0
0
0
(AN) agua residual cruda
(ESSD) efluente secundario sin desinfección química
(ESCD) efluente secundario con desinfección química
(ETL) efluente de laguna de maduración
(APF) agua potable con fertilizante
(AP) agua potable sin fertilizante
Resultados
JITOMATE
Promedio de la concentración de huevos
de helmintos en muestras de suelo
MUESTRA
Huevos de helmintos /30 g
Suelo antes de la siembra
0
Suelo postcosecha
0
Los criterios de la Internacional Comisión on
Microbiological Specifications for Foods (ICMSF),
califican como aceptable la calidad bacteriológica de
un producto, cuando la concentración de E. Coli es
<105 por 100 g en peso húmedo, de acuerdo a este
criterio todas las muestras analizadas del fruto de
jitomate son aceptables toda vez que no se detectó
E. coli en ninguno de ellos.
Resultados
JITOMATE
Lámina neta, cantidad de nutrientes aportados y producción en cada uno de
los tratamientos
Tipo de
Volumen total
Lamina neta
agua
aplicado (L)
(cm)
AN
3,199
64
ESSD
3,113
ESCD
N total (g)
P total
Producción
(g)
(kg)
37.66
9.36
155
62
17.36
11.64
103
2,936
59
12.72
7.63
90
ELT
3,199
64
5.70
9.22
107
APF
2,868
57
38.00
13.00
105
AP
2,840
57
9.05
0.74
58
???? ????
Conclusiones
? La tecnología de aireación intermitente con ciclos
de tres horas en modo 50/130, proporciona una
remoción del 90% del nitrógeno total,
convirtiendo de esta manera un tratamiento
secundario en uno terciario, sin necesidad de
construir módulos adicionales.
? La
sustitución de la desinfección química del
efluente secundario por una natural mediante
una laguna de maduración, permitió obtener los
límites de la calidad bacteriológica para uso no
restringido (riego de todo tipo de cultivos) y de
contacto directo del público indicados en las
NOM-001 y 003.
Conclusiones
? En el agua de riego tratada sin desinfectar y en
la residual cruda, las concentraciones de
coliformes fecales no cumplen con la NOM-001ECOL-1996. De esta manera, el agua tratada con
desinfección química (cloración) y desinfección
natural (laguna de maduración) cumplen con los
límites.
? Sólo
se detectó contaminación microbiológica
residual en el cultivo de rábano regado con agua
residual cruda, lo cual confirma que existe un
riesgo de salud pública al utilizar este tipo de
aguas en el riego de hortalizas de raíz.
Conclusiones
? La disponibilidad de nitrógeno presente en forma
amoniacal en las aguas negras tuvo un mayor
efecto en la producción de jitomate, el cual fue un
32% mayor que los efluentes tratados y que el
agua de pozo con fertilizante y un 62% mayor que
el testigo, el agua de pozo.
? No es posible por razones de salud pública utilizar
aguas negras para aprovechar su efecto
fertilizante, pero este efecto es aún notorio en
aguas con tratamiento secundario y terciario en
donde se les ha removido la mayor parte de sus
nutrientes.
Conclusiones
? La
ausencia de E. coli en muestras de cultivos
regados con agua tratada bajo condiciones
controladas, indica que el producto es inocuo
desde el punto de vista bacteriológico.
? Las medidas de control básicas son; que el agua de
riego no entre en contacto con el cultivo y existan
mínimas medidas higiénicas por parte del
productor.
¿ PREGUNTAS ?
¡ GRACIAS !
POR SU ATENCIÓN