Recuperación y reutilización de las aguas residuales en la

Artículo: ANEI-S90106
XI CONGRESO NACIONAL DE IRRIGACIÓN
Simposio 9. Contaminación, Tratamiento y Reuso del
Agua
Guanajuato, Guanajuato, México, 19 -21 de Septiembre de 2001
RECUPERACIÓN Y REUTILIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES EN
LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA Y PECUARIA DE LAS ZONAS ÁRIDAS
J. González Trinidad1, J.A Delijorge González 1 y A Vázquez Lujan 2
Resumen
El agua dulce constituye aproximadamente el 0.6% de la cantidad total de agua en el planeta. El recurso agua dulce
esta irregularmente distribuido y la calidad del agua está deteriorándose en muchas partes del mundo, pero está
también mejorándose en algunos lugares. En el mundo esté presente una crisis del agua. La causa de esta crisis puede
ser atribuida a la escasez de precipitación y limitación del recurso, en adición al aumento en la demanda, por los
sectores: agrícola, urbano e industrial. Por otro lado la mayoría del agua disponible globalmente se utiliza en el riego
de cultivos. La crisis se ha manifestado más en la zonas áridas y semiáridas, lo cual ha ocasionado que año con año se
tengan pérdidas totales de la producción agrícola de temporal, por lo cual se debe buscar la reutilización del agua
residual en vez de eliminarla a los cuerpos de agua superficiales, ya que puede contribuir a disminuir la
contaminación del medio ambiente, además de un beneficio económico al aprovechar los nutrientes como nitrógeno y
fósforo.
La reutilización del agua residual en la agricultura es un elemento de desarrollo del recursos agua y dirección
innovadora que mantiene una alternativa para la agricultura. El reutilizar el agua recuperada para el riego refuerza la
productividad agrícola; esta provee de agua, nutrientes, y mejora rendimientos de los cultivos. Sin embargo, requiere
protección a la salud pública, apropiada tecnología de tratamiento, confiabilidad del tratamiento, usos del agua,
aceptación y participación del público, también debe ser económicamente y financieramente viable. En este articulo
se presenta un análisis de la calidad que debe cumplir el agua residual para que se use sin restricciones con fines de
riego y en el sector pecuario sin generar problemas a largo plazo.
1
2
Profesor-investigador de la Facultad de Ingeniería de la UAZ.
Profesor-investigador de la Facultad de Matemáticas de la UAZ
XI Congreso Nacional de Irrigación. Guanajuato, Guanajuato, México. 19-21/09/2001
Introducción
El agua dulce constituye aproximadamente el 0.6% de la cantidad total de agua en el planeta. El recurso agua dulce
esta irregularmente distribuido y la calidad del agua está deteriorándose en muchas partes del mundo, pero está
también mejorándose en algunos lugares. En el mundo esté presente una crisis del agua. La causa de esta crisis puede
ser atribuida a la escasez de precipitación y limitación del recurso, en adición al aumento en la demanda, por los
sectores: agrícola, urbano e industrial, además la mayoría del agua disponible globalmente se utiliza en el riego de
cultivos (Alzaba, 1998).
La reutilización del agua residual en vez de eliminarla a los cuerpos de agua superficiales, puede contribuir a
disminuir la contaminación del medio ambiente, además de un beneficio económico al aprovechar los nutrientes
como nitrógeno y fósforo (Stott, et al., 1997).
La reutilización del aguas residuales en la agricultura se ha incrementado considerablemente en las regiones áridas y
semiáridas del mundo. La demanda se ha generado como resultado de los recursos hidráulicos limitados, el
incremento de agua potable en zonas urbanas y la producción local de alimentos y reconocimiento del valor de los
nutrientes en los efluentes residuales.
En estas regiones ya se ha discutido mucho, que para hacer una actividad agrícola es indispensable el contar con el
recurso agua, ya que la precipitación no cubre las demandas de los cultivos. Para satisfacer estas necesidades el
hombre ha perforado obras hidráulicas para extraer el agua de los mantos acuíferos provocando en muchas regiones
sobreexplotación de estos. Esto ha ocasionado que en México y en el mundo la ampliación de la superficie de riego
se encuentre en una crisis de tal manera que en los últimos 10 años ha disminuido drásticamente.
La fertilización con los nutrientes presentes en las aguas residuales son adiciones económicas e incentivos para el
medio ambiente, particularmente para países en vías de desarrollo, donde el costo de los fertilizantes químicos es
importante y donde su adquisición es difícil para obtener altos niveles de productividad en la agricultura.
El interés por la calidad de agua ha ido evolucionando en respuesta a diferentes factores, entre ellos las necesidades
de abastecimiento de agua potable y de tratamiento de las aguas residuales, el control de la contaminación en los
cuerpos receptores, la creación de la infraestructura de laboratorios, los cambios en la normatividad, los avances
técnicos internacionales, la aparición de problemas que requieren solución urgente y el desarrollo de técnicas al
respecto (Isnard, 1998).
La reutilización del agua residual en la agricultura es un elemento de desarrollo del recursos agua y dirección
innovadora que mantiene una alternativa para la agricultura. El reutilizar el agua recuperada para el riego refuerza la
productividad agrícola; esta provee de agua y nutrientes, y mejora rendimientos de los cultivos. Sin embargo, requiere
protección a la salud pública, apropiada tecnología de tratamiento, confiabilidad del tratamiento, usos del agua,
aceptación y participación del público, también debe ser económicamente y financieramente viable (Bahri, 1999).
En las zonas áridas y semiáridas el recurso agua de buena calidad está volviéndose más escasa y se asigna con
prioridad a satisfacer al demanda urbana. Por esta razón se esta incrementado la necesidad de regar con aguas que
tienen contenidos de sales, las cuales puede ser de origen subterráneo, agua residual cruda o tratada (Martínez, 1999).
La competencia por la cantidad y calidad del agua por los sectores demandantes de la sociedad esta incrementándose,
esto a ocasionado que el sector que más la consume (agricultura), debe transferir volúmenes hacia los sectores
urbanos a cambio de agua residual tratada de calidad aceptada para fines de riego (Tajin, 1997).
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Clasificación del agua para riego
La composición química del agua de riego es una solución cuyos solutos se clasifican a menudo en dos categorías:
sales solubles y moléculas solubles. Las primeras son compuestos inorgánicos que existe en forma iónica en solución
acuosa (cationes y aniones). Los segundos son sustancias que se disuelven como moléculas discretas y que por ende
no se disocian en iones (Martínez, 1999).
El término de sólidos disuelto de un agua de riego se refiere a los iones inorgánicos y moléculas solubles presentes en
el agua ambas especies químicas reduce la capacidad de las raíces para extraer agua debido al efecto de la presión
osmótica.
La clasificación del agua para riego permite identificar la calidad de agua que se dispone e las diferentes fuentes
como son aguas subterránea, superficiales y agua de la alcantarilla. Cuando esta se encuentra disponible en el campo
para riego la primera prueba es la conveniencia para estos propósitos, si los resultados de esta evaluación muestran un
riesgo en la salinización del suelo, debe analizarse si este es apropiado y bajo que condiciones se debe aplicar y
manejar el agua (Martínez, 1999).
Una agua de buena calidad es aquella que es adecuada para el uso a que se destine. Cuando el agua se usa para el
riego agrícola, el concepto del agua se refiere a las características químicas, físicas y biológicas del agua y sus efectos
a largo plazo sobre los cultivos y suelo. Una agua de buena calidad tiene la capacidad potencial de permitir un
rendimiento máximo de los cultivos, las aguas de inferior calidad agrícola pueden originar problemas en el suelo y
cultivo que afecta el rendimiento, quedando restringido su uso para el riego a conducciones específicas del cultivo y
del lugar. Por esta razón no existe u criterio universal para establecer la calidad del agua de riego, esta debe estar
fundamentada en condiciones locales (Martínez 1999).
Los problemas que puede resultar del uso del agua de baja calidad varían en tipo e intensidad, pero los más comunes
son: a) salinidad; b) baja infiltración; c) toxicidad de iones específico y d) problemas varios. La calidad del agua es
de gran importancia para los usuarios, pues su correcta interpretación permite prever un problema de suelo o cultivo
relacionado con la composición química del agua, debido a que el agua utilizada en riego, procede de diferentes
fuentes y abastecimiento que incluye aguas subterráneas, superficiales y aguas residuales (urbanas e industriales)
(Tanji, 1997).
Tanji (1997), menciona que los criterios químicos requeridos para diagnosticar la calidad del agua de riego y sus
respectivas unidades son: Conductividad eléctrica (CE dS/m) el rango varía de 0.7 a 3.0; Relación de adsorción de
sodio (RAS) de 0-15%; cloro residual (CL mg/l) 140-350; Boro (mg/l) de 0.7 a 3.0; Sodio (Na) 0-70 mg/l; HCO3
(bicarbonatos) 90-50 mg/L; comentada además que se debe considerar algunas características del suelo a regar como
la permeabilidad y el tipo de método de riego. Cuando la fuente sea aguas residuales además de las características
mencionadas anteriormente se debe considerar el total de sólidos suspendidos (SS) en un rango de 2 a 10 mg/L;
Demanda química de oxigenó (DBO) 1 a 30 mg/L; Total de Fósforo (P) de 1 a 6 mg/L: nitrógeno total (N) 1-15
mg/L; nitrógeno en forma de Amonio de 0.5 a 4 mg/L; estos parámetros son tomando en cuenta la infiltración del
suelo, los valores bajos corresponden a suelos con baja infiltración y los grandes para infiltración rápida.
Tecnologías de tratamiento del agua residual
El grado de tratamiento requerido para la recuperación del agua residual, varía de acuerdo a las especificaciones de
aplicación de reutilización y asociado a la calidad requerida de agua. Los sistemas de tratamientos simples involucran
los procesos de separación sólido/líquido y desinfección, más se pueden considera sistemas de tratamientos
complejos que involucran una combinación de procesos, físicos, químicos y biológicos empleando un sistema
múltiple para remover contaminantes (Adin y Asano, 1998).
Los niveles de tratamiento se identifican como: primario, donde a las aguas residuales se les reduce de un 20 a un
40% el DBO (demanda bioquímica de oxigenó) y de un 40 a un 60% los sólidos en suspensión (Adin y Asano, 1998).
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El tratamiento secundario supone, de hecho, emplear y acelerar los procesos naturales de eliminación de los
residuos. En presencia de oxígeno, las bacterias aeróbicas convierten la materia orgánica en formas estables, como
dióxido de carbono, agua, nitratos y fosfatos, así como otros materiales orgánicos. En este se puede reducir cerca
de un 85% del DBO y 85 a 90% los sólidos suspendidos (Wilson et al., 1988).
Muchos efluentes de aguas residuales requieren sistema tratamiento terciario avanzado, los cuales se emplean para
eliminar el fósforo, este procesos permiten eliminar más de un 99% de los sólidos en suspensión y reducir la DBO en
similar medida. Los sólidos disueltos se reducen por medio de procesos como la ósmosis inversa y la electrodiálisis.
La eliminación del amoníaco, la desnitrificación y la precipitación de los fosfatos pueden reducir el contenido en
nutrientes. Es probable que en el futuro se generalice el uso de estos y otros métodos de tratamiento de los residuos a
la vista de los esfuerzos que se están haciendo para conservar el agua mediante su reutilización. Sin embargo, los
tratamientos generalmente adoptados no consideran como hacer un mejor uso de los componentes del agua residual,
referente a primero, cómo guardar los nutrientes y como librarse de los microorganismos, y los componentes
indeseables, segundo, cual puede ser la tecnología más apropiada para semejante objetivo. La aplicación de criterio
que describen los efectos deseado en la salud humana (reducción a la exposición de patógenos), medio ambiente
(como proteger a los ecosistemas), y actividad humana (en el caso específico de la agricultura) debe ser un
acercamiento más innovador. La calidad de agua depende de los objetivos como el tipo de reutilización, el cual
tiene que ser el resultado de un balance entre que se desea para un medio ambiente y el punto de vista de la salud
pública y que tan factible desde el punto de vista técnico y económico.(Mara y Pearson, 1999).
Antes de diseñar una planta de tratamiento de agua residual, deber ser considerado primero el uso final del agua. Los
objetivos del tratamiento y las necesidades de estándares deben quedar claramente definidos. Esto debe llevar a
revisar los apropiados tratamientos, niveles de tratamiento requeridos y procesos, y los indicadores que pueden ser
tomados en cuenta. También puede reducir conflictos de interés entre los productores del agua residuales y usuarios
debido a la diferencia de los objetivos entre cada grupo. Pero reutilizarla no ha sido hasta ahora considerado como un
objetivo suficientemente importante para modificar nuestro acercamiento en las prácticas de tratamiento y
disposición. Tecnologías convencionales han sido bien adoptadas para el tratamiento del agua residual
independientemente del tipo de reutilización (Bahri, 1999).
Propuestas
Propuesta 1: Mediano plazo
Producción de cultivos tolerantes a la salinidad en invernadero
Las plantas se siembran bajo hidroponía y el agua de baja calidad es complementada con nutrientes para que se
satisfagan los requerimientos de los cultivos, para evitar el efecto de los contaminantes en los cultivos el agua debe
fluir con cierta rapidez.
El plan de cultivos a establecer bajo estas condiciones debe ser programados: en una primera fase, los cultivos
seleccionados son los más tolerantes a la salinidad como: los forrajes de coquía, ryegrass, bermuda y centeno
silvestre. Después, cebada y espinaca. En una segunda fase, los cultivos seleccionados son semitolerantes a los
contaminantes, iniciado con alfalfa; después maíz y trigo. Al final, lechuga, pepino, col, brócoli, cebolla y zanahoria.
En una tercera fase puede producirse jitomate, papa, chile y flores.
El plan tiene el objetivo de capacitar en forma paulatina a los productores a identificar los cultivos más productivos
para las propiedades de las aguas de riego de baja calidad. La selección final de los cultivos a establecer está en
función de la destreza de los productores y de la rentabilidad del cultivo.
Propuesta 2: Bajo costo
Producción de cultivos tolerantes a la salinidad en condiciones de campo
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El agua de baja calidad puede causar efectos en los cultivos y en el suelo, ya que la acumulación de algunas sales
como el calcio y sodio en los tejidos causa toxicidad y en forma prematura aparece la segunda pared celular. Todo
esto se traduce al final en la pérdida del cultivo o en la reducción de los rendimientos.
La propuesta para solucionar parte de esta problemática toma como base la fijación de las sales a través de la
absorción por materiales orgánicos.
Propuesta 3: Bajo costo
Producción de cultivos tolerantes a la salinidad en suelos calcáreos
En algunas ocasiones las aguas residuales de baja calidad son ricas en compuestos sódicos y puede ser utilizadas en el
riego, cuando son modificadas en su calidad química mediante la adición de calcio. El sulfato de calcio es un
compuesto que reacciona con el sodio del suelo o el agua y auxilia en su lavado fuera de la zona radicular de las
plantas.
Sin embargo, la adición de compuestos cálcicos al suelo o al agua es costosa, pero cuando existe suelos calcáreos en
donde aplicar el agua de baja calidad, el costo se reduce. Basta con aplicar ácido sulfúrico al agua de riego para que
el calcio del suelo se disuelva y se produzca la reacción química de interés.
El plan de cultivos para esta opción es el mismo que el de la propuesta 1, asimismo, es necesaria una evaluación
técnica y económica
Conclusiones
Usando una combinación de diferentes soluciones tecnológicas altas y bajas, dependiendo de las condiciones locales,
los sitios, cultivos, suelos, pueden ayudar a resolver el problema de la sustentabilidad y el medio ambiente de una
manera segura.
Los tratamientos generalmente adoptados no consideran como hacer un mejor uso de los componentes del agua
residual, referente a primero, cómo guardar los nutrientes y como librarse de los microorganismos, y los componentes
indeseables, segundo, cual puede ser la tecnología más apropiada para semejante objetivo.
La aplicación de criterio que describen los efectos deseado en la salud humana (reducción a la exposición de
patógenos), medio ambiente (como proteger a los ecosistemas), y actividad humana (en el caso específico de la
agricultura) debe ser un acercamiento más innovador.
La calidad de agua depende de los objetivos como el tipo de reutilización, el cual tiene que ser el resultado de un
balance entre que se desea para un medio ambiente y el punto de vista de la salud pública y que tan factible desde el
punto de vista técnico y económico.
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Referencias
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