Enfoque Integrado de las transformaciones de los compuestos nitrogenados inorgánicos del Agua Residual Tratada durante el riego de las Áreas Verdes

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(1)CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS DEPARTAMENTO DE ESTUDIOS DE POSGRADO. Título: Enfoque Integrado de las transformaciones de los compuestos nitrogenados inorgánicos del Agua Residual Tratada durante el riego de las Áreas Verdes.. TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE DOCTORADO EN CIENCIAS DE MATERIALES Presenta: M.I Carmen Julia Navarro Gómez. DIRECTORES: Dr. Eduardo Florencio Herrera Peraza. Dra. María Socorro Espino Valdés.. Chihuahua, Chih.. Mayo 2013. 1.

(2) Contenido Agradecimientos y Reconocimientos ....................................................... 4 Índice de Tablas y Figuras ......................................................................... 5 Definiciones y Abreviaturas .................................................................... 10 RESUMEN .................................................................................................. 15 SUMMARY ................................................................................................. 15 I. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 16 1.1 Antecedentes .................................................................................. 16 1.1.1 Manejo de Recursos Naturales (Agua) ............................................................ 17 1.1.2. El Agua y El Cambio Climático........................................................................ 17 1.1.3. Reutilización del Agua Residual Tratada (ART). ............................................. 20 1.1.4. Reutilización del ART dentro del Cambio Climático. ....................................... 23 1.1.5 ART y el Efecto Invernadero o Calentamiento Global (Óxido Nitroso). ............. 28. 1.2 Marco Teórico. ................................................................................. 30 1.2.1. Aguas Residuales ........................................................................................... 30 1.2.2. Composición del agua residual ....................................................................... 31 1.2.3. Tratamiento de las Aguas Residuales ............................................................. 34 1.2.4. Composición del ART ..................................................................................... 47 1.2.5 El Nitrógeno y sus transformaciones ................................................................ 49 1.2.6. SAT (Tratamiento del Suelo-Acuífero)/ Recarga de acuíferos con ART .......... 58. 1.3 Definición del Problema.................................................................. 71 1.3.1 Justificación ..................................................................................................... 73. 1.4 Hipótesis ......................................................................................... 74 II.. MATERIALES Y METODOS ............................................................. 75 2.1 Características generales del área de estudio .............................. 75. 2.1.1 Clima ............................................................................................................... 75 2.

(3) 2.1.2 Acuífero Chihuahua Sacramento (ACHS) ....................................................... 77. 2.2 Construcción de un Modelo Físico (lisímetros) a partir de un Modelo Conceptual .......................................................................................... 83 2.3. Desarrollo........................................................................................ 86 2.3.1 Características del Sitio Experimental (SE) ...................................................... 87 2.3.2 Diseño de Experimento .................................................................................. 100 2.3.3 Diseño y construcción de los Lisímetros. ....................................................... 105 2.3.3. Equipamiento ................................................................................................ 110 2.3.4. Técnicas de análisis ...................................................................................... 112. III.. RESULTADOS Y DISCUSION ........................................................ 117. 3.1 Proceso 1 ....................................................................................... 117 3.1.1 Cuantificación del N2O. ................................................................................. 119 3.1.2 Comportamiento de la emisión del N2O.......................................................... 121 3.1.4 Análisis Multivariado (Asociación de variables) .............................................. 127 3.1.5 Significación estadística entre la variable respuesta (N2O), de los lisímetros. 136 3.1.6 Emisión de Óxido Nitroso a Escala Paisaje.................................................... 139. 3.2. Proceso 2 .................................................................................... 140. 3.2.1 Cuantificación de: NO2, NO3 y NH3 ................................................................ 141 3.2.2 Comportamiento de parámetros para recarga ................................................ 146 3.2.3 Análisis Multivariado (asociación de variables) del Proceso 2 ....................... 159 3.2.4 Significación estadística de las variables respuestas del agua de salida de los lisímetros. ............................................................................................................... 167. IV.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................... 170 V. BIBLIOGRAFIA ................................................................................... 173. 3.

(4) Agradecimientos y Reconocimientos. 4.

(5) Índice de Tablas y Figuras Figura 1 Diagrama de flujo de la Investigación experimental (Rubio. 2003)…………………………………16 Figura 2 Indicador del estrés hídrico a nivel mundial (Revenga et al, 2002)…………………………………18 Figura 3 Esquema de legislación de la directiva sobre el marco del agua de la Unión Europea (Revenga et. Al, 2002)…………………………………………………………………………………………………………………19 Figura 4 Esquema del sistema de análisis y escenarios de las distintas fases y procesos del agua (Krebs et. al, 2011)……………………………………………………………………………………………………………………..20 Figura 5 Reciclando agua residual tratada y reúso (UNEP, 2002)………………………………………………..21 Figura 6 Diagrama de árbol que muestra las fuentes de ART y sus posibles usos. (MLIT, 2001)…22 Tabla 1 Cambios en la atmósfera, clima y sistema biofísico terrestre durante el siglo XX. (IPCC, 2002)………………………………………………………………………………………………………………………………………...24 Figura 7 Modelo Eco hidrológico propuesto para la integración y análisis (Hattermann et al, 2005)...............................................................................................................................................27 Figura 8 Principio físico del efecto invernadero (elaborado a partir de Lizárraga, 2002)…………….29 Tabla 2 Características de los principales GEI (Lara, 2003; IPCC, 2007)……………………………………….30 Figura 9 Plan maestro de saneamiento (1992) Junta Municipal de Agua y Saneamiento de Chihuahua…………………………………………………………………………………………………………………………………..32 Tabla 3 Componentes principales de agua residual doméstica típica (FAO, 1992)………………………33 Tabla 4 Constituyentes orgánicos e inorgánicos de agua potable de importancia para la salud (WHO, 1984)………………………………………………………………………………………………………………………………34 Figura 10 Diagrama de flujo generalizado para el tratamiento de aguas residuales municipales (Asano et al. 1985)……………………………………………………………………………………………………………………..37 Figura 11 Descripción de Proceso de tratamiento en la PTARN (JMAS)………………………………………41. 5.

(6) Tabla 5 se muestran los parámetros y concentraciones promedios de calidad del agua residual tratada obtenida en la PTARN (JMAS)………………………………………………………………………………………..50 Figura 12 Ciclo del Nitrógeno (Manaham, 1994)…………………………………………………………………………52 Figura 13 procesos de transporte y transformación del nitrógeno (Díaz, 1985Figura 14.Distribucion de los principales GEI (IPCC 2007)………………………………………………………………………………………………55 Tabla 6 Potencial de Calentamiento Global de los GEI (IPCC, 2007)…………………………………………..58 Tabla 7 tipo de dispositivo según la técnica de GRA. (DINA-MAR, 2010)…………………………………..59 Figura 15 Dispositivos para recarga dependiendo del sistema de recarga (CNA, 2011)……………60 Figura 16 Esquema del SAT (AWWARF, 2001)…………………………………………………………………………..63 Figura 17 Tipo de dispositivo de recarga artificial tipo canal. (FAO, 1992)…………………………………63 Figura 18 SAT sistema de pre-tratado de aguas residuales, la infiltración a través de las cuencas de recarga en el suelo permeable (zona no saturada) y la recarga del acuífero subterráneo. (Jotlinski et al., 2010)……………………………………………………………………………………………………………………………….66 Figura 19 Localización de Áreas verdes regadas con Agua Residual Tratada en la ciudad de Chihuahua, México. (JMAS, 2011)……………………………………………………………………………………………73 Figura 20 Climodiagrama de la estación El Rejón, Municipio de Chihuahua (INEGI, 2010)………77 Figura 21 Localización y delimitación del ACHS (CNA, 2010)…………………………………………………….78 Figura 22. Geología del Acuífero Chihuahua Sacramento (CNA, 2010)……………………………………..79 Figura 23 Sección geológica transversal del ACHS (CNA, 2010)………………………………………………..80 Figura 24 Profundidad del nivel estático 2009 (CNA, 2010)………………………………………………………81 Figura 25 Elevación del nivel estático en msnm (2009)…………………………………………………………….82 Figura 26 Evolución anual del nivel estático en m (2005 – 2009) (CNA, 2010)…………………………83. 6.

(7) Figura 27 Esquema de correlación de los conjuntos identificados para la investigación (Doménico y Schwartz, 1990)……………………………………………………………………………………………………………………….84 Figura 28 Componentes que interactúan en los procesos a investigar sobre las transformaciones del nitrógeno que contiene el ART……………………………………………………………………………………………86 Figura 29 Reacciones de los procesos a evaluar……………………………………………………………………….87 Figura 30 Vista en planta de los Sondeos geoeléctricos realizados en la PTARN……………………….89 Figura 31 Arreglo o Dispositivo Tetraelectródico Schlumberger……………………………………………….90 Figura 32 Aquí se puede observar el arreglo o Dispositivo Tetraelectródico Wenner……………….91 Figura 33 Ejecución de sondeos eléctricos verticales en los jardines de la PTARN………………..…91 Figura 34 Interpretación de la geología del subsuelo de los jardines de la PTARN……………………93 Figura 35 Perfiles geo eléctricos de los jardines de la PTARN…………………………………………………….94 Figura 36 Sondeos Físicos en PTARN…………………………………………………………………………………………95 Tabla 8 Propiedades físico químicas de los horizontes de suelo de la PTARN…………………………..95 Figura 37 Estratificación de suelos aluviales (Hürlimann, 2003)…………………………………………………96 Figura 38 Resultados de la muestra del horizonte de suelo de 15 cm con la técnica de TGA……97 Figura 39 Resultados de la muestra del horizonte de suelo de 80 cm con la técnica de TGA……97 Tabla 9 Valores típicos de tasas de infiltración (EPA, 1981)……………………………………………………….99 Figura 40 Muestreo edafológico en la PTARN…………………………………………………………………………100 Tabla 10 Resultados del muestreo edafológico del zacate de la PTARN………………………………..100 Figura 41 Diagrama general del experimento………………………………………………………………………..102 Figura 42 Esquema para la evaluación del óxido nitroso (Proceso 1)………………………………………103 Figura 43 Diagrama general de análisis del Proceso 1……………………………………………………………..104 7.

(8) Figura 44. Esquema para la evaluación del Proceso 2…………………………………………………………..104 Figura 45 Diagrama general de análisis del Proceso 2……………………………………………………………105 Figura 46 Características geométricas, colectores de agua e instalaciones hidráulicas de los lisímetros……………………………………………………………………………………………………………………………..106 Figura 47 Colectores de agua mediante válvulas……………………………………………………………………107 Figura 48. Cámaras de muestreo de gas………………………………………………………………………………..108 Figura 49 Profundidad en los Colectores de gas …………………………………………………………………….108 Figura 50 Proceso de selección y control del material de relleno para empaque de los lisímetros………………………………………………………………………………………………………………………………109 Figura 51 Proceso de relleno y empaque de los lisímetros…………………………………………………….110 Figura 52 Estimación de propiedades hidráulicas del suelo o material de relleno…………………..111 Figura 53 Estación meteorológica automática e inalámbrica marca DAVIS……………………………111 Figura 54 Copas de porcelana para medir el contenido………………………………………………………….112 Figura 55 Tensiómetro…………………………………………………………………………………………………………..112 Figura 56 Registrador electrónico de flujo, marca Multilog Radoom Technologies LM No. serie 15934……………………………………………………………………………………………………………………………………..112 Tabla 11 Parámetros analizados en el agua de entrada y salida de los lisímetros………………….113 Figura 57 Diagrama de funcionamiento de Cromatografía de Gases………………………………………114 Tabla 12 Datos de Óxido Nitroso para la construcción de la curva de calibración………………….115 Figura 58 Curva de calibración de Óxido Nitroso con desviación en estándar en µg/L……………116 Figura 59 Curva de calibración para determinar los límites de detección y cuantificación en µg/L…………………………………………………………………………………………………………………………………………117. 8.

(9) Figura 60 Extracción del Óxido Nitroso mediante succión en la válvula…………………………………119 Tabla 13 Resultados de concentración de óxido nitroso………………………………………………………..121 Figura 61 Respuesta de los lisímetros al riego ART y agua potable………………………………………..123 Figura 62 Comportamiento en el tiempo de la emisión de óxido nitroso en los lisímetros…….123 Figura 63 Cuantificación de Óxido Nitroso en la zona radicular del suelo………………………………125 Figura 64 Cuantificación de Óxido Nitroso en la zona vadosa del suelo…………………………………126 Figura 65 Grafica de ACP para el lisímetro 1…………………………………………………………………………..131 Figura 66 Grafica de ACP para el lisímetro 2………………………………………………………………………….132 Figura 67 Grafica de Sedimentación para el lisímetro 1…………………………………………………………133 Figura 68 Grafica de Sedimentación para el lisímetro 2………………………………………………………..134 Figura 69 Resultados gráficos del AF con rotación varimax lisímetro 1 (L1S y L1C)……………….135 Figura 70 Resultados gráficos del AF con rotación varimax lisímetro 2 (L2S y L2C)……………….136 Tabla 14 Modelo Lineal General para determinar diferencias significativas en los resultados de las concentraciones de óxido nitroso en los lisímetros.……………………………………………………………..138 Tabla 15 Resultados del ANOVA para el Proceso 1………………………………………………………………..139 Tabla 16 Resumen de valores de los componentes nitrogenados inorgánicos durante el experimento………………………………………………………………………………………………………………………….145 Tabla 17 Comparación de los valores promedio del lisímetro 2 con criterios de recarga….….146 Figura 71 Comportamiento de la turbiedad del agua en L1S y L1C……………………………………...148 Figura 72 Comportamiento de la turbiedad del agua en L2S y L2C………………………………………149 Figura 73 Conductividad eléctrica en el agua del L1S y L1C…………………………………………………..149 Figura 74 Conductividad eléctrica en el agua del L2S y L2C……………………………………………..…..150 9.

(10) Figura 75 Solidos Disueltos Totales en el L1S Y L1C…………………………………………………………..151 Figura 76. Solidos Disueltos Totales en el L2S Y L2C………………………………………………………….152 Figura 77. Temperatura en el agua del L1C y L1S………………………………………………………………153 Figura 78 Temperatura en el agua del L2S y L2C……………………………………………………………….154 Figura 79 NH3 en el agua del L1S y L1C…………………………………………………………………………….155 Figura 80 NH3 en el agua del L2S y L2C……………………………………………………………………………..156 Figura 81 Nitratos en el agua del L1S y L1C……………………………………………………………………….156 Figura 82 Nitratos en el agua del L2S y L2C……………………………………………………………………….157 Figura 83 Nitritos en el agua del L1S y L1C………………………………………………………………………..158 Figura 84 Nitritos en el agua del L2S y L2C………………………………………………………………………..158 Figura 85 Grafica de ACP para el lisímetro 1…………………………………………………………………….163 Figura 86 Grafica de ACP para el lisímetro 2……………………………………………………………………..165 Figura 87 Grafica de Sedimentación para el lisímetro 1……………………………………………………166 Figura 88 Grafica de Sedimentación para el lisímetro 2…………………………………………………….167 Figura 89 Resultados gráficos del AF con rotación varimax lisímetro 1 …………………………….168 Figura 90 Resultados gráficos del AF con rotación varimax lisímetro 2 …………………………….169 Tabla 16. Modelo TWO WAY aplicado para determinar diferencias significativas en los resultados de las concentraciones del nitrito y nitrato de agua de salida en los lisímetros …..……………170 Tabla 17. Resultados del ANOVA para el NO2 del agua de salida de los lisímetros……….…171 Tabla 18. Resultados del ANOVA para el NO3 del agua de salida de los lisímetros………….172. Definiciones y Abreviaturas 10.

(11) UN-Water.- Organización de Naciones Unidas dedicado al tema del Agua. UNESCO-IHE.- United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization-Institute for Water Education; De las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura, Instituto para la Educación sobre el Agua. IWRM.- Integrated Water Resources Management, Manejo Integrado de Recursos Hídricos. EU.- Unión Europea CONEVAL.- Consejo Nacional de Evaluación de la Política de Desarrollo Social GEI.-Gases efecto invernadero CO2.- Bióxido de Carbono CH4.-Metano N2O.- Óxido nitroso O3.- Ozono CFC.- Clorofluorocarbono CF.- Coliformes fecal IDA.- Ingesta diaria admisible NH3.- Nitrógeno amoniacal H2O.- Vapor de agua ART.- Agua Residual Tratada S.- Arena C.- Arcilla P.- Agua potable T.- Agua tratada L1.- lisímetro uno. 11.

(12) L2.- lisímetro dos “.- pulgada MAR.- Management Aquifer Recharge, Gestión de la Recarga de Acuíferos IPCC.- Intergubernamental de expertos sobre el Cambio Climático PNUMA.- Naciones Unidas para el Medio Ambiente OMM.- Organización Meteorológica Mundial JMAS.- Junta Municipal de Agua y Saneamiento de Chihuahua. SAT- Soil Aquifer Treatment, MAR Management Aquifer Recharge, Gestión de la Recarga de Acuíferos (GRA) Efluente.-Líquido que sale de un proceso de tratamiento Afluente.-Líquido que ingresa a un componente. GWP.- Índice de potencial de calentamiento global PTARN.-Planta de tratamiento de aguas residuales norte PTARS.- Planta de tratamiento de aguas residuales sur UNIFRUT.- Unión de fruticultores del estado de Chihuahua. FAO.- Food and Agriculture Organization ATSDR.- Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades EPA.- Environmental Protection Agency WHO- World Health Organization m.- Metro cm.- Centímetro Has.- Hectáreas °C.- Grados centígrados. 12.

(13) mm.- Milímetros Mm3/año.- Millones de metros cúbicos al año ppm.- Partes por millón UE.-Unidades experimentales, prototipos SE.- Sitio experimental o a representar k.- Conductividad hidráulica v.- Capacidad de infiltración UNIFRUT.- Unión de fruticultures de Chihuahua. Kg/Ha.- kilogramo por hectárea M.O.- Materia orgánica Fe.- Fierro K.- Potasio CE.- Conductividad eléctrica hr.- hora Na.- sodio CaCo3.- Carbonato de calcio. INEGI.- Instituto Nacional de Estadística y Geografía CNA.- Comisión Nacional de Agua SEV‟s.- Sondeos Eléctricos Verticales TGA.- Análisis Termo Gravimétrico PVC.- Policloruro de Vinilo TDR.- Tensiómetro ECD.- Detector de captura de electrones. 13.

(14) µg/L.- Microgramo por litro ml.- Mililitro DBO.- Demanda bioquímica de oxigeno AF.- Análisis Factorial ACP.- Análisis de componentes principales ANOVA.- Análisis de varianza MLG.- Modelo Lineal General UNT.- Unidades Nefelemétricas pH.- Potencial Hidrógeno SDT.- Solidos disueltos totales DQO.- Demanda química de oxigeno ACHS.-acuífero Chihuahua-sacramento mg/L..- miligramo por litro. µS/cm.- (micro Siemens/cm. 14.

(15) RESUMEN SUMMARY. 15.

(16) I. INTRODUCCIÓN. 1.1 Antecedentes. La investigación se basa en el diagrama de flujo propuesto para un estudio observacional o experimental definido en el libro de Estadística experimental (Rubio, 2003). En la figura 1 se muestran las etapas de la investigación.. Figura 1 Diagrama de flujo de la Investigación experimental (Rubio. 2003). 16.

(17) 1.1.1 Manejo de Recursos Naturales (Agua). Actualmente, se están desarrollando a nivel internacional amplias políticas públicas en la reutilización de los recursos naturales; en este sentido el tratamiento del agua residual es prioritario. Tener acceso al agua da a las comunidades factibilidad de desarrollarse, de evolucionar social y económicamente. Por tal razón, se generan consensos a nivel mundial que definen conceptos y acuerdos en organismos como la Organización de Naciones Unidas (UN-Water), UNESCO-IHE, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) entre las más importantes. Estas organizaciones centran su interés en el manejo integral de los recursos naturales y en especial en el Manejo Integrado de Recursos Hídricos (IWRM). Este proceso promueve el desarrollo coordinado y la gestión de los recursos de agua, tierra y demás recursos, con el fin de maximizar el bienestar social y económico de manera equitativa, sin comprometer la sostenibilidad de los ecosistemas vitales y el medio ambiente (GWP, 2009). La base de dicho concepto es que los diferentes usos de los recursos hídricos finitos son interdependientes. Las altas demandas de riego y los flujos de drenaje contaminado procedente del retorno de riego implican menos agua dulce para beber o para uso industrial. En la última década, el mundo ha tenido que enfrentarse a varios retos simultáneos de crisis en los precios de los combustibles, aumento de los precios de los alimentos y la aceleración de las emisiones de carbono.. 1.1.2. El Agua y El Cambio Climático. El cambio climático representa un gran riesgo para los recursos hídricos, la actividad económica y la estabilidad política. Según estimaciones de las organizaciones mundiales, se dice que el 50% de la población mundial vive bajo un estrés hídrico. Éste se presenta 17.

(18) cuando la demanda de agua es más grande que la cantidad disponible durante un período determinado o cuando su uso se ve restringido por su baja calidad. El estrés hídrico provoca un deterioro de los recursos de agua dulce en términos de cantidad (acuíferos sobreexplotados, ríos secos, etc.) y de calidad (eutrofización, contaminación con materia orgánica, intrusión salina, etc.) (Figura 2).. Indicador del Estrés de Agua: Retiro contra Relación de Disponibilidad Sin estrés. Estrés Bajo. Estrés Medio. Estrés Alto. Estrés Muy Alto. Figura 2. Indicador del estrés hídrico a nivel mundial (Revenga et al, 2002). La importancia del nexo entre el agua subterránea, la política agrícola, la infraestructura urbana y el consumo de energía no puede abordarse de manera eficaz, ya que la visión integral y la acción en estas interfaces, es el mayor reto de la sostenibilidad de los recursos como el agua subterránea (Garduño et al., 2010; Foster et al., 2010). Los recursos hídricos se encuentran bajo una fuerte presión de población en aumento. Esto se debe a la rápida urbanización, cambios en la dieta a medida que los países se desarrollan, la extracción excesiva y la creciente contaminación. Hoy en día, los problemas. de. agua. siguen. siendo. grandes. en. muchas. agendas. nacionales,. especialmente en las naciones en desarrollo. 18.

(19) En particular, los vínculos entre las aguas subterráneas la gestión, el desarrollo económico y la planificación del uso del suelo rara vez han sido reconocidas. Ahora existe una clara necesidad de adoptar un enfoque más holístico, integrando las aguas subterráneas en la planificación del desarrollo con el fin de luchar por mejorar la eficiencia económica, la equidad social y ambiental (Foster et al., 2012). e han hecho esfuerzos desde 1975 por legislar e implementar algunos manuales y reglamentos sobre las directrices del manejo del agua, como muestra la figura 3, donde se delinean todas las interfaces que describe el marco de legislación de la Unión Europea (EU) el cual plantea abordar el tema de forma integral. (Revenga et. al, 2002). Figura 3 Esquema de legislación de la directiva sobre el marco del agua de la Unión Europea (Revenga et. Al, 2002). Los ingenieros e investigadores tienen una participación fundamental para la realización de estudios y definición de estructuras que soporten el reúso eficiente del agua. Para ello, han implementado un sistema de análisis de escenarios de las diferentes interfaces, ya que es difícil y complejo abordar la interacción de todas las directrices del agua (Krebs et al., 2011) como se describe la figura 4. En particular, abordan y descubren los impactos que se dan en la reutilización del agua residual tratada (ART), identificando las estructuras necesarias para su manejo, así como su connotación social y ambiental.. 19.

(20) Figura 4 Esquema del sistema de análisis y escenarios de las distintas fases y procesos del agua (Krebs et. al, 2011). 1.1.3. Reutilización del Agua Residual Tratada (ART).. El Reuso es derivado del reemplazo del agua potable en actividades que no requieren esta calidad, lo que permite disponer de mayor caudal o volumen para satisfacer la demanda creciente de agua potable. Estas acciones cuentan con casos de aplicación de más de 20 años. Se puede citar como ejemplos los de Dan, Israel y los de Arizona, USA. Sin embargo, los análisis que se han realizado al respecto están relacionados con la estimación del valor económico que se recupera de esta práctica, mediante el análisis de costo-beneficio, al satisfacer la demanda de agua potable y no recurrir a nuevas fuentes. (Lluria, 2011). La reutilización del agua no potable en sustitución de la potable se ha demostrado internacionalmente en regiones con escasez de agua por ser una fuente segura y una de las soluciones más eficaces para el ahorro de la misma. El beneficio puede ser considerable ya que el 30-70% de las extracciones de agua son para el abastecimiento público (Bixio et al., 2005a) Sin embargo, es poco el análisis que se ha realizado del ejercicio e impacto del ART en las comunidades que cuentan con políticas públicas de reúso de agua para primer uso, 20.

(21) debido a su carácter privativo de una evolución económico y social. El Consejo Nacional de Evaluación de la Política de Desarrollo Social de México propone los siguientes indicadores de bienestar social (CONEVAL): 1) Acceso al abastecimiento y servicio de agua potable. 2) Recolección de las aguas negras servidas mediante el sistema de alcantarillado. 3) Tratamiento de las aguas negras o residuales o saneamiento y finalmente. 4) El reúso del agua residual tratada. A partir de los años ochentas, la reutilización ART se ha impulsado a nivel mundial, fundamentalmente para su uso en riego agrícola. En la figura 5 se muestra el número y distribución de proyectos de reúso de ART por aplicación hasta el año 2005 (Bixio et al., 2005b).. Figura 5. Reciclando agua residual tratada y reúso (UNEP, 2002). Al obtener resultados satisfactorios en cuanto a la sustitución de agua de primer uso por agua residual tratada, se priorizó mundialmente la necesidad de potencializar la gran cantidad de agua residual tratada a la agricultura y al uso municipal. La reutilización de aguas residuales es un ejemplo de las tecnologías ecológicamente racionales (UNEP, 2002). Las tecnologías ecológicamente racionales se definen como aquellas que: • Protegen el medio ambiente • Son menos contaminantes • Utilizan todos los recursos de una manera más sostenible 21.

(22) • Reciclan más de sus desechos y productos, y • Manejan los desechos residuales en forma más aceptable que las tecnologías de las que son sustitutos. El uso de tecnologías ecológicamente racionales, juega un papel clave para facilitar la protección de agua dulce y el desarrollo integrado de los recursos hídricos y la gestión. Las aplicaciones de reutilización de aguas residuales cubren una amplia gama, incluyendo fines de aplicación industrial, residencial, recreativa y ambiental, como se muestra en la figura 6.. Figura 6. Diagrama de árbol que muestra las fuentes de ART y sus posibles usos. (MLIT, 2001）. La reutilización de aguas residuales tratadas es particularmente atractiva en los climas áridos, como en Chihuahua. Las aguas residuales también contienen materiales útiles como el carbono orgánico y nutriente como el nitrógeno y el fósforo. El uso de agua rica en nutrientes para la agricultura y la jardinería puede conducir a una reducción o eliminación de las aplicaciones de fertilizantes. La segunda ventaja de la reutilización de las aguas residuales es que conduce a reducir el consumo de agua potable, además de que en algunos casos es menos costosa que el uso de agua dulce. Las necesidades adicionales de infraestructura y los consecuentes 22.

(23) impactos económicos y ambientales pueden ser reducidos o, en algunos casos, eliminados por completo, al satisfacer parte de la demanda de agua mediante la reutilización de aguas residuales tratadas, acompañado de una mejora en la eficiencia. Para garantizar que las aplicaciones en la reutilización de aguas residuales sean sostenibles y exitosas, deben cumplirse los siguientes requisitos (UNEP, 2002): . El riesgo potencial en la salud pública asociado con la reutilización de aguas residuales se debe evaluar y reducir al mínimo.. . Las aplicaciones específicas de reutilización de agua deberán cumplir con los objetivos de calidad del agua.. Aunque la reutilización de aguas residuales tiene méritos y beneficios considerables; los riesgos potenciales de las aplicaciones del ART para la salud y el medio ambiente deben ser evaluados cuidadosamente. Estos riesgos pueden minimizarse mediante el tratamiento adecuado, la desinfección, y el uso controlado de agua regenerada. (UNEP, 2002). 1.1.4. Reutilización del ART dentro del Cambio Climático.. A finales de la década de los ochentas, se inició la preocupación a nivel mundial por los efectos que el hombre ha inducido en el medio ambiente y en los ecosistemas. En 1988 se estableció el grupo Intergubernamental de expertos sobre el Cambio Climático para evaluar la información científica, técnica y socioeconómica que permitiera comprender al cambio climático inducido por el ser humano, sus impactos potenciales y las opciones para la mitigación y la adaptación. La Tierra está sujeta a muchas presiones naturales y antropogénicas. Todas ellas se definen como cambios mundiales. Entre dichos cambios se incluyen las presiones producidas por una creciente demanda de recursos: la explotación selectiva o la destrucción de las especies, el cambio en el uso o la cubierta de los suelos, el régimen acelerado de la deposición de nitrógeno por causas humanas, la contaminación de los suelos, aguas y aire, la introducción de especies no autóctonas, la desviación de aguas 23.

(24) hacia ecosistemas gestionados de forma intensiva y sistemas urbanos, la fragmentación o unificación de paisajes y la urbanización e industrialización. (IPCC, 2002) El cambio climático constituye una presión adicional sobre los ecosistemas y la biodiversidad que está contenida en ellos, además de los bienes y servicios que proporcionan. Resulta difícil calcular los impactos del cambio climático, dadas las presiones múltiples e interactivas que actúan sobre los ecosistemas terrestres (IPCC, 2002). En la tabla 1, el IPCC proporciona ejemplos de cambios clave observados incluyendo tanto los atribuibles a cambios climáticos antropogénicas como los causados por variaciones naturales. Tabla 2 Cambios en la atmósfera, clima y sistema biofísico terrestre durante el siglo XX. (IPCC,. 2002). Indicador/Característica. Cambios observados Indicadores de la concentración. Concentración atmosférica. De 280 ppm durante el período 1000-1750 a 368 ppm en el año 2000. de CO2. (31 ± 4% de aumento).. Intercambio de CO2 en la biosfera terrestre. Fuente cumulativa de aprox. 30 Gt C entre los años 1800 y 2000; pero durante la pasada década de 1990 un sumidero neto de unos 14±7 Gt C. Concentración atmosférica. De 700 ppb durante el período de 1000-1750 a 1,750 ppb en el año. de CH4. 2000 (151 ± 25% de aumento).. Concentración atmosférica. De 270 ppb durante el período 1000-1750 a 316 ppb en el año 2000. de N2O. (17 ± 5% de aumento).. Concentración troposférica de O3 Concentración estratosférica de O3. Aumento en un 35 ± 15% entre 1750 y 2000, y varía según la zona.. Disminuyó durante el período 1970-2000, y varía con la altitud. Concentraciones atmosféricas de HFC, PFC y. Aumentaron en todo el mundo durante los últimos 50 años.. SF6. Indicadores meteorológicos Temperatura media global. Aumentó en un 0.6 ± 0.2º C durante el siglo XX; las zonas terrestres se. de la superficie. calentaron más que los océanos (muy probablemente ).. 7. 24.

(25) Temperatura de la superficie del hemisferio norte. Gama de temperaturas diurnas en la superficie. Índice de calor/días de calor Días fríos/con heladas. Aumentó durante el siglo XX más que durante ningún otro siglo durante los últimos 1000 años. La década de los 90 fue la más cálida de todo el 7. milenio (probablemente ). Disminuyó en el período 1950-2000 en las superficies terrestres: las temperaturas mínimas nocturnas aumentaron el doble de las 7. temperaturas máximas diurnas (probablemente ). 7. Aumentó (probablemente ). Disminuyeron en casi todas las zonas terrestres durante el siglo XX 7. (muy probablemente ). Aumentó en un 5-10 por ciento durante el siglo XX en el hemisferio. Precipitación continental. 7. norte (muy probablemente ), aunque disminuyó en algunas regiones (por ejemplo, el norte y oeste de África y partes del Mediterráneo).. Fenómenos de fuerte precipitación. 7. Aumentaron en latitudes medias y altas del norte (probablemente ). Aumentaron las sequías y períodos secos durante el verano en 7. Frecuencia y gravedad de. algunas áreas (probablemente ). Se ha observado un aumento en la. sequías. frecuencia e intensidad de las sequías durante décadas recientes en algunas regiones tales como en partes de Asia y de África.. Indicadores biológicos y físicos Nivel medio mundial del mar. Aumentó a un régimen medio anual de 1 a 2 mm durante el siglo XX.. Duración de la cubierta de. Disminuyó unas 2 semanas durante el siglo XX en latitudes medias y. hielo en ríos y lagos. altas del hemisferio norte (muy probablemente ).. 7. Se redujo su grosor en un 40 por ciento en décadas recientes desde 7. Grosor y extensión del hielo. finales de verano a principios de otoño (probablemente ) y disminuyó. del mar Ártico. en extensión en un 10-15 por ciento desde la década de 1950 durante primavera y verano.. Glaciares no polares. Retirada generalizada durante el siglo XX. Disminuyó su área un 10 por ciento, desde que se dispone de. Cubierta de hielo. observaciones mundiales por satélite a partir de la década de 1960 7. (muy probablemente ). Permafrost. Se derritió, calentó y degradó en partes de las regiones polares, subpolares y montañosas.. Fenómenos relacionados. Presentan una mayor frecuencia, persistencia e intensidad durante los. con El Niño. últimos 20-30 años en comparación con los 100 años anteriores.. Estación de crecimiento. Aumentó entre 1 a 4 días por década durante los últimos 40 años en el. 25.

(26) hemisferio norte, especialmente en latitudes altas. Extensión geográfica de plantas y animales. Desplazamiento hacia los polos y hacia mayores altitudes de plantas, insectos, pájaros y fechas de crianza, así como la pronta aparición de insectos en el hemisferio norte.. Decoloración de arrecifes. Aumenta su frecuencia, especialmente durante los fenómenos. coralinos. relacionados con El Niño.. Indicadores económicos. Pérdidas económicas relacionadas con la meteorología. Las pérdidas mundiales ajustadas a la inflación ascendieron en una unidad de magnitud durante los últimos 40 años. Parte de la tendencia al alza observada se encuentra vinculada a factores socioeconómicos y parte se relaciona con factores climáticos.. El reúso de agua residual podría ser identificado como una actividad, cuya política está destinada a la conservación y uso sostenible de la biodiversidad y los ecosistemas que mejoren las opciones de adaptación y mitigación del cambio climático (IPCC, 2002). Sin embargo, se han generado inquietudes de que esta política pudiera ocasionar efectos secundarios o indicios de algún impacto negativo, debido a los nuevos conocimientos y tendencias del entendimiento ambiental. Esto se explica claramente en el Modelo Ecohidrológico (Hattermann et al., 2005) (figura 7). En dicho modelo, se promueve la integración de la gestión de recursos de agua, como acoplamiento de los distintos modelos ambientales para la evaluación del impacto climático a nivel regional y a escala continental.. 26.

(27) Figura 7 Modelo Eco hidrológico propuesto para la integración y análisis (Hattermann et al, 2005). El agua procedente de las plantas de tratamiento está siendo cada vez más utilizada para fines agrícolas como el riego, especialmente en las regiones áridas, semiáridas y en zonas densamente pobladas. Constituye una fuente confiable de agua y nutrientes para los cultivos (Jiménez-Cisneros, 1995) y su uso para el riego reduce la cantidad de aguas ricas en nutrientes devueltos a los ríos o al mar. Si la irrigación con ART ofrece muchas ventajas, debemos estar conscientes de que su uso puede afectar a las propiedades físico-químicas de los suelos, a la producción de cultivos y al ciclo hidrológico local y generar una recarga inducida (Hussain et al, 2001). Estos efectos dependen no sólo de la calidad del ART de riego, sino también del tipo de suelo, las cantidades de ART utilizadas, la duración de la irrigación y el clima local. La salinidad desempeña un papel importante en relación con la dinámica de compuestos orgánicos inorgánicos, debido a su alta fuerza iónica. El ART puede llevar cantidades importantes de metales potencialmente tóxicos que normalmente se encuentran en concentraciones traza y que lentamente se pueden acumular hasta niveles críticos (Lamy et al., 2006; Maldonado et al., 2008) los que provocan contaminación de los cultivos, del suelo y la atmósfera (Aljaloud et al., 1995; Hussain et al., 2001). Por otro lado, el aumento de la salinidad reduce la parte orgánica para la mayoría de los metales, debido a una mayor competencia por los sitios disponibles (Hussain et al, 2001), y por lo tanto induce el desplazamiento del metal de la fase sólida a la solución del suelo, permitiendo la lixiviación con el acuífero (Vidal et al., 2000). Esto pueden afectar a la estabilidad de la estructura del suelo, reduciendo la conductividad hidráulica que resulta en un mal drenaje (Mandal et al., 2008), y también puede afectar el balance de nutrición de las plantas (Richards, 1954) así como los parámetros microbiológicos del suelo (Ndiaye et al., 2006). La mayoría de los documentos referentes a las repercusiones de riego con ART, sobre las propiedades del suelo y la movilidad de sus componentes de calidad del agua, se basan en investigaciones cortas y recientes con series incompletas de los datos. Los efectos a largo plazo del riego con aguas residuales tratadas están en incipiente evaluación.. 27.

(28) 1.1.5 ART y el Efecto Invernadero o Calentamiento Global (Óxido Nitroso).. El IPCC indica que el efecto invernadero se produce en forma natural, cuando parte de la radiación solar que atraviesa la atmósfera, donde es absorbida por la superficie terrestre, cambia su longitud de onda y se re-emite como radiación infrarroja, la que es absorbida en la tropósfera y devuelta a la tierra por las nubes y en algunos gases, denominados genéricamente gases de efecto invernadero (GEI). El principio del efecto invernadero puede ilustrarse de acuerdo a (Lizárraga, 2002), como se señala en la figura 8 (IPCC, 2001).. Figura 8. Principio físico del efecto invernadero (elaborado a partir de Lizárraga, 2002).. Aunque los GEI se producen de manera natural, el aumento de su concentración en la atmósfera durante los últimos veinte años se debe a actividades humanas y algunos de ellos se generan únicamente como resultado de dichas actividades. El aporte de cada gas de efecto invernadero al forzamiento radiativo, durante un período específico de tiempo, se determina por el cambio en su concentración atmosférica durante ese período de tiempo y la efectividad del gas para modificar el equilibrio radiativo. 28.

(29) Las concentraciones atmosféricas actuales de los diferentes gases de efecto invernadero consideradas en el informe del (IPCC, 2001), reflejan la gran diversidad de sus propiedades y orígenes; por ejemplo los gases de efecto invernadero de larga vida son: el CO2, el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O); los cuales son químicamente estables y persisten en la atmósfera durante escalas de tiempo desde décadas hasta siglos o más, de modo que sus emisiones ejercen su influencia en el clima a largo plazo (IPCC, 2007). La principal preocupación ambiental es que estos gases, aunque en condiciones naturales se encuentran en bajas concentraciones atmosféricas, poseen tiempos de persistencia en la atmósfera muy prolongados (Tabla 2) y tienen un aporte antropogénicas importante, lo que genera un escenario de emisiones y potenciales efectos progresivos y acumulativos en el tiempo, debido a la sinergia del poder de calentamiento de cada uno de ellos. Tabla 2 Características de los principales GEI (Lara, 2003; IPCC, 2007) Gas. Vida media. Concentración. Concentración. (años). preindustrial. año 1990. CO2. 50-200. 280 mg/L. 360 mg/L. CH4. 10. 790 µg/L. 1720 µg/L. N2O. 130 - 200. 288 µg/L. 312 µg/L. d. PCG ª (%) 45 – 61. f. h. 16 5. c. c. d. Incremento anual (%) 1.5. c. 1.3. c. d. b. 0.25 – 0.3. Equivalencias c. calóricas. respecto al CO2 1. f.g. 63 – 21 c. g f.g. 310 – 320. a PCG: Potencial de calentamiento global. b Tasa anual, estimada a mediados de los 90´s. c Equivalencias calóricas respecto a un horizonte de 20 y 100 años, respectivamente.. El óxido nitroso, generado como producto de la quema de biomasa (detritos vegetales, combustión del petróleo y volatilización desde suelos fertilizados), también deriva de la actividad microbiana en aguas residuales, suelos y océanos, durante la degradación de la materia orgánica nitrogenada; y las mayores fuentes proceden de la agricultura (Mackenzie et al., 1998; IPCC, 2002). Desde 1998 Mackenzie evidencia una creciente incidencia en las emisiones debido a las transformaciones microbianas del nitrógeno contenido en aguas residuales. Lo trascendental de este gas, es que posee una capacidad calórica que equivale a 310-320 veces la del CO2 en un escenario de 100 años (IPCC, 1997). Por otra parte, el IPCC considera que la degradación biológica de la materia orgánica presente en las aguas servidas, constituye una de las numerosas fuentes antropogénicas para estos GEI, independientemente si las aguas son tratadas o no en una planta de tratamiento y más si son utilizadas para riego de superficies. 29.

(30) 1.2 Marco Teórico.. En este apartado se presenta la reseña o estado del arte de las investigaciones relacionadas.. 1.2.1. Aguas Residuales El origen de las aguas residuales municipales que posteriormente será tratada y usada en el riego de áreas verdes, se componen de aguas residuales domésticas, aguas residuales industriales, agua de escurrimiento de lluvia. Las aguas residuales domésticas constan de las descargas de efluentes procedentes de los hogares, instituciones, edificios públicos y comerciales. (Metcalf, 1996) En general, las aguas residuales domésticas que entran en los sistemas de aguas residuales municipales, tienden a seguir un patrón diurno (Asano et al., 1985). Esto implica que el flujo es bajo durante las horas tempranas de la mañana, y se presenta un primer pico generalmente en el final de la mañana seguida de un segundo pico de la tarde después de hora de la cena. En la zona sur de la ciudad de Chihuahua se da este comportamiento, mientras que en la norte varia un poco porque cuenta con más industrias emplazadas dentro de sus límites; en tal caso los flujos de aguas residuales industriales siguen de cerca el patrón de procesamiento de las industrias locales, que dependen de los procesos implicados, el número de turnos operado, y el requisito de agua de la industria. La expansión de las poblaciones urbanas, así como el aumento de la cobertura de abastecimiento de agua para uso doméstico y alcantarillado sanitario, dan lugar a mayores cantidades de aguas residuales municipales. Con el énfasis actual en la salud ambiental y los problemas de contaminación del agua, hay una creciente conciencia de la necesidad de disponer de estas aguas residuales de manera segura y favorable. El uso de aguas residuales en la agricultura puede ser una opción importante en las regiones áridas y semi-áridas. El uso en el riego de las aguas residuales o residuales tratadas, permitirá destinar el agua de primer uso para el consumo humano. 30.

(31) La utilización correctamente planificada de las aguas residuales municipales, y más si son tratadas, alivia los problemas de contaminación de aguas superficiales. No sólo se ahorran valiosos recursos de agua, sino que además se aprovechan los nutrientes contenidos en las aguas residuales para los cultivo. En la ciudad de Chihuahua, a principios de los noventas se diseñó el plan maestro de saneamiento (JMAS, 1992), en el que se consideró la construcción, la rehabilitación del sistema general de colectores y la construcción de dos plantas de tratamiento del agua residual, las Plantas Norte y Sur (figura 9). En 1993 se inició el procedimiento constructivo de la Planta Norte, con la finalidad de escalar la cobertura de alcantarillado (82%) a rangos iguales de cobertura de saneamiento de agua potable (90%).. PTAR Norte. PTAR Sur. Figura 9. Plan maestro de saneamiento (1992) Junta Municipal de Agua y Saneamiento de Chihuahua.. 1.2.2. Composición del agua residual A pesar de que composición de las aguas residuales pueden variar de una comunidad a otra, toda agua residual municipal contiene los principales constituyentes: • Materia orgánica 31.

(32) • Nutrientes (nitrógeno, fósforo, potasio) • Materia inorgánica (minerales disueltos) • Sustancias químicas tóxicas • Patógenos Las aguas residuales municipales se componen principalmente de agua (99,9%), junto con concentraciones relativamente pequeñas de sólidos orgánicos e inorgánicos en suspensión y disueltos. Entre las sustancias o materias orgánicas presentes en las aguas residuales se tienen hidratos de carbono, lignina, grasas, jabones, detergentes sintéticos, proteínas y sus productos de descomposición, así como diversos productos químicos orgánicos naturales y sintéticos de las industrias de proceso. El agua residual municipal es clasificada como fuerte, media, o débil, dependiendo de la concentración de los diferentes contaminantes. Es importante mencionar que la concentración varía con la hora, el día de la semana, el mes del año (la estación), tamaño de la población y otras condiciones locales. La Tabla 3 se muestra los niveles de los principales constituyentes de las aguas residuales domésticas fuertes, medios y débiles (FAO, 1992; UN, 1985). Tabla 3. Componentes principales de agua residual doméstica típica (FAO, 1992) Concentración mg/l. Constituyente. Fuerte. Medio. Débil. 1200. 700. 350. 850. 500. 250. Los sólidos en suspensión. 350. 200. 100. Nitrógeno (como N). 85. 40. 20. Fósforo (como P). 20. 10. 6. 100. 50. 30. Alcalinidad (como CaCO3). 200. 100. 50. Grasa. 150. 100. 50. 2. 300. 200. 100. Los sólidos totales Sólidos disueltos (TDS). Cloruro de. DBO5. 1. 1. 1. Las cantidades de TDS y cloruro deben incrementarse en las concentraciones de estos componentes en el agua de transporte.. 2. DBO5 es la demanda bioquímica de oxígeno a 20° C durante 5 días y es una medida de la materia orgánica biodegradable en las aguas residuales.. Las aguas residuales municipales también contienen una variedad de sustancias inorgánicas a partir de fuentes domésticas e industriales, incluyendo una serie de elementos potencialmente tóxicos como el arsénico, cadmio, cromo, cobre, plomo, 32.

(33) mercurio, zinc, etc. Incluso si los materiales tóxicos no están presentes en concentraciones que puedan afectar a los seres humanos, bien podrían estar en niveles fitotóxicos, lo que limitaría su uso agrícola. Sin embargo, desde el punto de vista de la salud, los contaminantes de mayor preocupación en el uso de las aguas residuales en la agricultura son los microorganismos patógenos y macro-organismos. Los virus patógenos, bacterias, protozoos y helmintos pueden estar presente en las aguas residuales municipales crudas y sobrevivir en el ambiente por largos períodos de tiempo. Las bacterias patógenas estarán presentes en las aguas residuales a niveles mucho más bajos que el grupo de bacterias coliformes. Estas son mucho más fáciles de identificar y enumerar (como coliformes doliformes totales en 100ml). La Escherichia coli es el indicador más ampliamente adoptado de contaminación fecal. Este puede ser también aislado e identificado de una manera bastante sencilla, generalmente se da en coliformes fecales (CF) / 100 ml de aguas residuales. Sin embargo, existen pocos estudios epidemiológicos que han establecido un impacto nocivo atribuible para la salud de manera definitiva en la práctica. (Shuval et al. ,1985) informaron sobre una de las primeras evidencias de conexión en la reutilización de aguas residuales agrícolas con efectos en la salud (Shuval et al. 1986). En las aguas residuales municipales existen normalmente productos químicos orgánicos en concentraciones muy bajas. La ingestión de estos productos durante períodos prolongados podría producir efectos perjudiciales en la salud humana. Por lo tanto, los principales riesgos para la salud asociados con los componentes químicos de las aguas residuales se deben a la contaminación de los cultivos o las aguas subterráneas. (Hillman, 1988) ha llamado la atención sobre los venenos acumulados, principalmente metales pesados cancerígenos y productos químicos orgánicos. Las directrices de la Organización Mundial de la Salud para la calidad del agua potable (WHO, 1984) incluyen los valores límite para las sustancias orgánicas y tóxicas, sobre la base de la ingesta diaria admisible (IDA) (Tabla 4). Estos se pueden adoptar directamente para fines de protección de las aguas subterráneas, pero en vista de la posible acumulación de ciertos elementos tóxicos en las plantas (por ejemplo, cadmio y selenio) la ingesta de materiales tóxicos a través de los cultivos regados con aguas residuales contaminadas debe evaluarse cuidadosamente. 33.

(34) Tabla 4: Constituyentes orgánicos e inorgánicos de agua potable de importancia para la salud (WHO, 1984) Orgánico. Inorgánico. Aldrín y dieldrin. Arsénico. Benceno. Cadmio. Benzo-a-pireno. Cromo. Tetracloruro de carbono. Cianuro. El clordamo. Fluoruro. Cloroformo. Conducir. 1,2-dicloroetano. Mercurio. 1,1 Dichlorethylene. Nitrato. El heptacloro y el epóxido de heptacloro. Selenio. El hexaclorobenceno. Nitrito. El lindano El metoxicloro El pentaclorofenol Tetracloroetileno 2, 4, 6 tricloroetileno Triclorofenol. 1.2.3. Tratamiento de las Aguas Residuales El objetivo principal del tratamiento de las aguas residuales es prever que los efluentes domésticos e industriales, puedan eliminarse sin peligro para la salud humana, o evitar un daño inaceptable al medio ambiente natural. Esto se logra con el mejoramiento de la calidad de las aguas residuales por el tratamiento en relación a su composición química y bacteriológica. Los propósitos elementales del tratamiento son: a) Evitar daños a los abastecimientos públicos, privados e industriales de suministro de agua. 34.

(35) b) Impedir daño a las aguas destinadas a la recreación y el esparcimiento. c) Tener control sobre la contaminación a cuerpos receptores como: ríos, arroyos, lagos etc.; d) Prevenir daños a las actividades piscícolas. e) Proteger de perjuicios a la agricultura y la depreciación del valor de la tierra. f). Evitar el impacto al entorno ecológico.. g) Lograr la reutilización de los efluentes tratados para diversas actividades. El tratamiento de las aguas residuales ha sido una consecuencia del desarrollo de la civilización que se caracteriza por el aumento de la densidad demográfica y la expansión industrial. Las razones que justifican el tratamiento de las aguas residuales pueden ser resumidas en cuatro puntos: 1) Razones higiénicas o de salud pública 2) Razones económicas 3) Razones estéticas 4) Razones legales El tratamiento de aguas residuales, adecuado para ser aplicado antes del uso de efluentes, es el que va a producir una confluencia de los efluentes con las directrices de calidad microbiológicas y químicas recomendadas, a bajo costo y con un mínimo de requisitos de operación y mantenimiento (Arar,1988). Este dependerá del origen y características de las aguas residuales así como el objetivo de reutilización posterior del agua residual tratada. El diseño de las plantas de tratamiento de aguas residuales generalmente se basa en la necesidad de reducir las cargas de sólidos orgánicos y suspendidos para limitar la contaminación del medio ambiente. La eliminación de patógenos ha sido muy pocas veces considerado un objetivo, pero para la reutilización de aguas residuales en la agricultura, debe ser la principal preocupación y los procesos deben ser seleccionados y diseñados en consecuencia (Hillman, 1988). El tratamiento convencional de aguas residuales consiste en una combinación de procesos físicos, químicos, biológicos y operaciones para eliminar los sólidos, materia orgánica, y a veces, los nutrientes de las aguas residuales. Los términos generales utilizados para describir los diferentes grados de tratamiento son preliminares, primario, 35.

(36) secundario, terciario y/o tratamiento avanzado de aguas residuales (Asano et al., 1985) (figura 10).. Figura 10: Diagrama de flujo generalizado para el tratamiento de aguas residuales municipales (Asano et al. 1985). Pre-tratamiento o preliminar. El pre-tratamiento de las aguas residuales se define como el proceso de eliminación de los constituyentes de las aguas residuales cuya presencia pueda provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de los diferentes procesos, operaciones y sistemas auxiliares. El agua residual cruda o afluente de la planta llega a un cárcamo de recepción donde es elevada mediante una bomba, para permitir una conducción a través de la planta por gravedad. Una vez que el agua se encuentra en el punto más alto, se conduce a través de unas rejillas donde son retenidos los sólidos mayores a ¾ de pulgada (diámetro promedio). Los sólidos retenidos son retirados por una banda que los conduce a un contenedor de donde son enviados al relleno sanitario. El agua ya sin sólidos de gran tamaño, es. 36.