Pequeños sistemas para el tratamiento de aguas residuales en latinoamerica

Seminario Internacional sobre Métodos Naturales para el Tratamiento de Aguas Residuales

Universidad del Valle/Instituto Cinara Peña, M.R. 156

PEQUEÑOS SISTEMAS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN

LATINOAMERICA

Peña, M.R.*

* Universidad del Valle, Instituto Cinara. A.A 25157 Cali, Colombia. E-mail: [email protected] RESUMEN El tratamiento de aguas residuales no ha sido una prioridad para los gobiernos de Latinoamérica en las últimas décadas. Sin embargo, a medida que el desarrollo de los países de la región mejora, también ha surgido gradualmente una mayor conciencia ambiental. Los pequeños municipios y localidades rurales sufren graves problemas de contaminación del recurso hídrico como consecuencia de la poca disponibilidad de recursos de inversión y el bajo apoyo institucional. La ubicación geográfica de estos asentamientos humanos es otro factor que influye en el impacto de la contaminación producida pero también en el tipo de solución a implementar. La aplicación de algunos conceptos ambientales modernos como el tratamiento por objetivos de aguas residuales, la gestión integrada del recurso hídrico y la sostenibilidad, permiten mirar los sistemas de tratamiento como algo mas que una herramienta para remover contaminación. En este sentido, existe todo un potencial para desarrollar pequeños sistemas integrados de tratamiento que permiten recuperar y reusar los recursos valiosos presentes en el agua residual en armonía con la protección de los recursos naturales y las leyes que rigen la dinámica ambiental del planeta. PALABRAS CLAVES: Aguas residuales, pequeños sistemas, sistemas naturales, tratamiento

anaerobio INTRODUCCION El tratamiento de aguas residuales no ha sido una prioridad para los gobiernos de Latinoamérica en las últimas décadas. Sin embargo, a medida que el desarrollo social y económico de los países de la región mejora, también ha surgido gradualmente una mayor conciencia ambiental manifestada en leyes y regulaciones que incentivan y aumentan las tasas de inversión en este sector. En este sentido, los esfuerzos conjuntos de organizaciones líderes como OPS y UN han respaldado planes de acción estratégicos para enfrentar los problemas de gestión de las aguas residuales en la región. Un ejemplo particular de esto es el programa de acción global (GPA) por su sigla en inglés, el cual es respaldado por PNUMA, y que pretende solucionar los problemas de disposición final de aguas residuales municipales, ya que este es un factor contaminante con base en el continente pero que afecta las zonas costeras y los ecosistemas marinos UNEP (2001, URL-1). La declaración de Montreal acordada en Noviembre del 2001 por los ministerios del ambiente de las Américas y por el gobierno del Canadá, estableció la necesidad de trabajar en la reducción de la pobreza en los países del sur del continente ya que este factor contribuye a la contaminación del recurso hídrico a causa de la falta de una infraestructura adecuada de saneamiento (PNUMA-GPA, 2001). Esta declaración también enfatizó la necesidad del desarrollo, mejoramiento y transferencia de tecnologías de saneamiento dentro de la región de acuerdo con las recomendaciones de la asamblea general de las naciones unidas. De otro lado, Feachem y Cairncross (1993) y Moscoso y León (1995) reportan que hacia el final de la última década del siglo XX tan solo el 40% de la población total de Latinoamérica tendrá conexión a sistemas de alcantarillado. Esta cifra representa una producción diaria de 40 millones de m3 de aguas residuales domesticas descargadas directamente a ríos, lagos y océanos. Si se asume que la cobertura del servicio de alcantarillado alcanza el 90% hacia el año 2000, se tendría una producción diaria de más de 100 millones de m3 de agua residual cruda. Este aporte gigantesco de



agua residual empeorara la calidad del recurso hídrico si se tiene presente que menos del 10% de los sistemas de alcantarillado existentes reciben algún tipo de tratamiento. Como ejemplo, en Colombia la situación no es distinta, 67 m3/s son descargados en fuentes hídricas y solo el 8% es tratado previo a su vertimiento (DNP, 2002). En el país según el Ministerio del Ambiente (1998), existen 237 plantas de tratamiento de aguas residuales en 235 de los 1100 municipios, sin embargo, gran parte de estos sistemas no poseen tratamientos completos y no alcanzan a cumplir con los estándares establecidos en la legislación nacional. Alrededor del 80% de los municipios colombianos son menores de 30.000 habitantes, y existen alrededor de 10.000 comunidades rurales concentradas. Este tipo de localidades afrontan problemas de disponibilidad de recursos para inversión en tratamiento de aguas residuales, débil capacidad técnica para atender tecnologías avanzadas para el tratamiento de dichas aguas, escaso acompañamiento institucional y una limitada capacidad económica de la población para asumir altos costos de operación y mantenimiento. En resumen, de acuerdo con Mascareño y Balbi (1995) a mediados de los 90s en Latinoamérica existían 10.400 pequeños municipios con poblaciones menores a 20.000 habitantes y unos varios miles de núcleos rurales, todos con la necesidad de solucionar sus problemas de contaminación del recurso hídrico por medio de tecnologías simples, eficientes y asequibles a sus condiciones socio-económicas. En este sentido, OPS (2002) resalta que las situaciones sanitarias menos favorables son aquellas en las cuales la persistencia de las enfermedades transmisibles se asocia con condiciones de vida deficientes, agravadas por la pobreza y el deterioro ambiental progresivo, lo cual se evidenció en varios países de la región al finalizar el siglo XX. Otro factor importante que tiene que ver con la problemática del saneamiento es la ubicación geográfica de los núcleos poblacionales ya que la altura sobre el nivel del mar (pisos térmicos), la topografía, el régimen de lluvias, el brillo solar y la presencia de estaciones en los países del cono sur son factores que determinan el tipo de sistema a implementar en una pequeña comunidad. Hasta este punto esta claro entonces que la situación de saneamiento en los pequeños municipios y zonas rurales de la región esta lejos de ser satisfactoria y se necesita de un trabajo sistemático y coordinado para por lo menos acercarse al cumplimiento de las metas del milenio. El presente trabajo por lo tanto discute y recomienda algunas alternativas tecnológicas con potencial para ser utilizadas en pequeñas comunidades de la región (P ≤ 20.000 hab) tomando en cuenta algunos conceptos del pensamiento ambiental moderno y las características propias de algunas tecnologías desarrolladas por la ingeniería contemporánea.

CONCEPTOS CLAVES Objetivos de tratamiento. En general el tratamiento del agua residual debe estar en función del uso final directo que se vaya a dar al efluente o del uso aguas abajo que tenga la fuente receptora de la descarga. En este punto es muy importante tomar en cuenta la capacidad de asimilación del medio natural receptor de la descarga. Por lo tanto, las regulaciones que consideran límites de descarga absolutos e independientes de las diferencias regionales al interior de un país, generan sobrecostos en algunos casos al exigir niveles de tratamiento excesivo, pero también puede suceder que en algunas situaciones el nivel de tratamiento se quede corto y en consecuencia se ocasionan impactos ambientales negativos con perdida de la biodiversidad. Al tratar de definir el objetivo de tratamiento siempre se enfrentara la cuestión de si protegemos el ecosistema acuático o si protegemos la salud publica. Es claro que en general la protección del ecosistema acuático se logra con niveles de tratamiento secundario mientras que en el caso del riesgo microbiológico se debe proveer una etapa terciaria. Entre estos dos niveles además de una diferencia en la tecnología a emplear existe una



importante diferencia en costos de inversión y O&M. También esta el hecho que al alcanzar el nivel mas restrictivo (tratamiento terciario) se alcanza por defecto el nivel de tratamiento secundario. Nótese que en el caso de los países de la zona Andina, muchos de los asentamientos rurales pequeños se encuentran ubicados en las zonas altas de las cuencas y contaminan con sus aguas residuales las fuentes que luego son utilizadas aguas abajo por ciudades o localidades mas grandes. Gestión integrada del recurso hídrico. La gestión integrada del recurso hídrico propende hacer un uso más eficiente del recurso en el ciclo hidrológico antropico. Para ello, la gestión tanto de la cantidad como de la calidad del recurso debe hacerse de manera integrada entre los diferentes sectores usuarios del agua. En el análisis sistémico del ciclo hidrológico antropico del agua no debe olvidarse que existen dos leyes fundamentales de la naturaleza: la ley de conservación de la materia y/o la energía y la ley de la entropía, que gobiernan el resultado final o mejor, los efectos negativos tangibles que surgen como consecuencia de la actividad económica humana, la cual es la gran generadora de desechos al ambiente. En este sentido, Naredo (2001, URL-2) argumenta que acerca del 0.3 % del agua dulce que mueve el llamado "ciclo hidrológico" anual, debe subrayarse que su motor "es la energía solar" la cual mueve el ciclo hidrológico, al igual que el agua mueve la rueda de un molino. La energía externa del sol es la que permite recuperar la calidad química (grado de "pureza", asociado a su capacidad de dilución) y física (elevación en altitud) del agua. El agua sigue después un proceso natural de deterioro gobernado por la ley de la entropía, según la cual todos los estados del agua (i.e., escorrentía, superficial, sub-superficial y subterránea) describen un campo de energía potencial que va descendiendo hasta llegar al mar, donde alcanza su máximo nivel de entropía, que luego, la radiación solar invierte por evaporación mediante la elevación del agua y la eliminación de sustancias disueltas o diluidas en ella. Este enfoque es especialmente importante para razonar en términos de sostenibilidad, sobre todo cuando la tecnología actual permite aliviar la tendencia hacia el deterioro del agua que presenta el ciclo hidrológico. Bajo este nuevo enfoque, el objetivo de tratar las aguas residuales per se no es necesariamente el mejor ya que el enfoque sistémico fundamentado en las leyes de la naturaleza debe conducirnos a recuperar y reutilizar los componentes valiosos presentes en el agua (incluida el agua misma) mediante sistemas integrados. La Figura 1 presenta un esquema general de un sistema de tratamiento integrado. Sostenibilidad. La sostenibilidad de los proyectos de saneamiento empieza desde la selección misma de las alternativas de tratamiento y reuso para una situación particular bajo estudio. En este sentido, un estado de sostenibilidad solo será alcanzado si se efectúa una correcta selección del sistema de tratamiento, si en todo el proceso de planificación, diseño, construcción, arranque y funcionamiento del sistema en estado estable se da un verdadero proceso de participación de los usuarios, de tal manera que se genere una verdadera apropiación de la tecnología por parte de la comunidad. Sobra decir que los aspectos de costos (tarifas del servicio) así como la capacitación en las labores de O&M del sistema deben ser ampliamente discutidos y acordados con los usuarios para garantizar el buen funcionamiento de las diferentes unidades de tratamiento y la sostenibilidad técnica y económica del sistema como un todo.

PROCESOS DE TRATAMIENTO APLICABLES EN PEQUEÑOS SISTEMAS Con base en la situación general descrita anteriormente y en los conceptos presentados, parece lógico proponer un conjunto de procesos de tratamiento biológico con potencial para solucionar los problemas de contaminación del recurso hídrico causados por pequeños municipios y localidades rurales. De ninguna manera se pretende dar una receta aplicable a todos y cada uno de los casos, ya que precisamente la diversidad tanto natural como cultural de la región exige que desarrollemos o



adaptemos nuestras propias tecnologías que atiendan las demandas especificas y cumplan con los requerimientos ambientales propios de cada proyecto. Para esto es importante recordar que en últimas el tratamiento de aguas residuales es un proceso de conversión de materia que obedece las dos leyes naturales antes mencionadas y en este sentido debemos pensarlo como un subsistema integrado a un macrosistema general como la biosfera. La Tabla 1 presenta las características generales de aquellos procesos que a criterio del autor tienen las mejores condiciones para satisfacer los flujos de energía y de materia representados en la Figura 1. Nótese que las operaciones unitarias de cribado fino y grueso, y la sedimentación de partículas discretas no se considera en la Tabla 1 pues estas operaciones deben desarrollarse independientemente del sistema de tratamiento proyectado.

Figura 1. Esquema general de un sistema integrado de tratamiento de aguas residuales. Tabla 1. Principales procesos que satisfacen un tratamiento integrado de las aguas residuales.

Tipo Tratamiento primario Tratamiento secundario Recuperación de nutrientes/desinfección natural

Anaerobio Sistemas de baja tasa Sistemas de alta tasa Sistemas de alta tasa* No aplica

Aerobio No aplica Sistemas de lecho fijo No aplica

Natural Lagunas anaerobias Sistemas de aplicación en terreno

Lagunas facultativas Humedales artificiales Lagunas de macrofitas Sistemas de aplicación en terreno

Lagunas de maduración** Humedales artificiales Lagunas de macrofitas Sistemas de aplicación en terreno

* Estos sistemas están usualmente acoplados a sistemas anaerobios de baja tasa en la etapa primaria. ** Unica tecnología que efectúa desinfección natural en este grupo. Las demás tecnologías solo permiten la

recuperación de nutrientes para producción de biomasa (forraje).

Agua Residual Domestica

Materia Org. Nutrientes Microorganismos

Sistema

integrado de tratamiento

BIOSFERA

Nutrientes Agua Biosólidos

Agricultura

Biomasa Reuso energía

Cría de animales



La Tabla 2 resume algunas de las características más importantes de tecnologías que incorporan los procesos presentados en la Tabla 1. Tabla 2. Características de algunas tecnologías biológicas que incorporan diferentes tipos de

procesos.

Tecnología Tipo Objetivo TRH (h) Observaciones

Anaerobio Tanque séptico Filtro anaerobio UASB L. An convencional L. An de alta tasa

BT AT AT BT AT

Remoción DBO5 particulada Remoción DBO5 soluble Remoción DBO5 part. y soluble Remoción DBO5 part. y soluble Remoción DBO5 part. y soluble

12-24 8-12 6-12 24-36 12-18

Todos estos reactores generan poco lodo y a su vez digerido. Los tres reactores de alta tasa producen biogás.

Aerobio

Filtros percoladores PF Remoción DBO5 soluble 4-10 h Esta tecnología necesita tratamiento primario y sedimentación secundaria.

Natural

L. facultativas BT Remoción DBO5 soluble si es secundaria o DBO5 particulada y soluble si es primaria

4-6 días

Puede recibir agua cruda o el efluente de alguna de las unidades anaerobias antes mencionadas.

L. de maduración BT Remoción de patógenos y de Nitrógeno 3-5 días

El número de unidades a construir depende de la calidad microbiológica requerida.

Humedales artificiales BT

Remoción de DBO5 soluble si es secundario o de nutrientes (N y P) si es terciario

3-8 días

La remoción de patógenos es baja. Las plantas utilizadas se cosechan regularmente a fin de mantener la eficiencia del sistema.

L. de macrofitas BT Remoción de DBO5 soluble si es secundario o de nutrientes (N y P) si es terciario

10-20 días

La remoción de patógenos es baja. Las macrofitas pueden usarse como alimento para animales o para la producción de peces.

Sistemas de aplicación en terreno

BT Remoción de DBO5 soluble, nutrientes (N y P) o patógenos 12-24 h

Dependiendo del tipo de sistema seleccionado y del tipo de suelo, se puede necesitar tratamiento primario. Estos sistemas han sido utilizados en silvicultura.

Fuente: (Mara et al. (1992); Metcalf and Eddy (1991); PROSAB (1999); y Peña (2002)). AT: Alta tasa; BT: Baja tasa; PF: Sistema con crecimiento en película fija. La Tabla 2 muestra la posibilidad de utilizar diferentes tecnologías para el tratamiento de las aguas residuales en pequeños sistemas por medio de procesos que además de purificar el agua, pueden generar subproductos con un valor económico agregado que contribuirían a la sostenibilidad ambiental y económica de los sistemas implementados. Al integrar diferentes tecnologías, se



pueden lograr sistemas donde se recuperan y reutilizan todos y cada uno de los componentes del agua residual, al tiempo que se podría alcanzar un estado de descarga liquida nula, si por ejemplo, el efluente final es reutilizado en actividades agrícolas por la comunidad. Sin embargo, debemos ser conscientes que en la región aun hace falta una mayor experiencia con este tipo de sistemas integrados, ya que muchos de ellos han sido probados exitosamente pero bajo otras condiciones ambientales, económicas y sociales. La biodiversidad y las condiciones ambientales propias del trópico son factores que aunados a procesos de investigación y desarrollo tecnológico en este campo del conocimiento pueden llevar al desarrollo de soluciones innovadoras, mas ecológicas, eficientes y sostenibles. De este modo, se estaría contribuyendo a la preservación de los recursos naturales en armonía con las leyes que rigen la dinámica del planeta.

CONCLUSIONES Es posible y deseable desarrollar sistemas integrados de tratamiento que permitan la recuperación y el reuso de la energía y los nutrientes presentes en el agua residual. De este modo, se puede llegar a sistemas sostenibles desde los puntos de vista ambiental, social y económico. La diversidad de tecnologías existentes aunada a las características ambientales y de biodiversidad del trópico permite prever la posibilidad de desarrollos tecnológicos innovadores que podrían solucionar los problemas de contaminación de los pequeños municipios y zonas rurales de la región en armonía con la conservación de sus recursos naturales. REFERENCIAS Feachem, R. and Cairncross, S. (1993). Environmental Health Engineering in the Tropics. John

Wiley & Sons. 2nd. Ed. Chichester, England. Mara, D.D., Alabaster, G.P., Pearson, H.W. and Mills, S.W. (1992). Waste Stabilisation Ponds: A

Design Manual for Eastern Africa. Lagoon Technology International. Leeds, England. Mascareño, C. and Balbi, G. (1995). Municipalities and decentralisation: necessity of information

for local governments. CIID. Montevideo, Uruguay. (in Spanish). Metcalf and Eddy, Inc. (1991). Wastewater engineering: Treatment, disposal and reuse. McGraw

Hill. 3rd ed. New York, USA. Moscoso, J. and León, R. (1995). Reuse of wastewaters in Peru. Bulletin of Sanitary and

Environmental Engineering. Buenos Aires, Argentina. (in Spanish). OPS (2002). La salud en las Américas. Publicación científica y técnica No 587. Edición 2002.

Washington D.C. USA. Peña, M.R. (2002). Advanced primary treatment of domestic wastewater in tropical countries:

development of high-rate anaerobic ponds. Ph.D thesis. School of Civil Engineering, The University of Leeds. Leeds, U.K.

PNUMA-GPA (2001). Strategic Action Plan to Address Municipal Wastewater as a Major Land-based Pollutant Affecting Coastal Zones and Marine Ecosystems. Technical document. UNEP, Washington D.C, USA.

PROSAB (1999). Domestic Wastewater Treatment by Anaerobic Processes and Controlled Disposal on Soil. J. R. Campos (ed.), PROSAB, Rio de Janeiro, Brazil. (in Portuguese).

URL-1. UNEP (2001). http://www.gpa.unep.org/. Global Programme of Action for the Protection of the Marine Environment from Land-based Activities. Visited 10/04/2002.

URL-2. Naredo, J.M. (2001). http://www.acsur.org/acsur/seccion/publicacion/archivo/agua.html. El agua en el mundo: Disponibilidades y problemas. Visitado 19/09/2003.

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