Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2002
Evaluación de efluentes de lagunas de estabilización con fines de Evaluación de efluentes de lagunas de estabilización con fines de reúso agrícola: cuenca Río Subachoque
reúso agrícola: cuenca Río Subachoque
Gian Paolo Daguer Guarín Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria Citación recomendada
Citación recomendada
Daguer Guarín, G. P. (2002). Evaluación de efluentes de lagunas de estabilización con fines de reúso agrícola: cuenca Río Subachoque. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/
1833
This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Ambiental y Sanitaria by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
EVALUACIÓN DE EFLUENTES DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN CON FINES DE REUSO AGRÍCOLA
—CUENCA RÍO SUBACHOQUE—
GIAN PAOLO DAGUER GUARÍN
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA ÁREA DE AGUAS RESIDUALES
BOGOTÁ D.C.
2002
EVALUACIÓN DE EFLUENTES DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN CON FINES DE REUSO AGRÍCOLA
— CUENCA RÍO SUBACHOQUE —
GIAN PAOLO DAGUER GUARÍN
Proyecto de grado para optar al título de Ingeniero Ambiental y Sanitario
Director:
HERNANDO AMADO BAENA
Ingeniero Civil, MSc Centrales hidroeléctricas
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA ÁREA DE AGUAS RESIDUALES
BOGOTÁ D.C.
2002
Nota de aceptación
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
Jurado
__________________________________
Jurado
__________________________________
Director de Tesis
__________________________________
Decano
Bogotá, D.C., 6 de junio de 2002
Esas corrientes fétidas de suciedades subterráneas que el pavimento esconde de ti, ¿sabes tu que es todo eso? Es la pradera que florece, es el prado verde, es la mejorana, es el tomillo y la salvia, es la casa, es el ganado, es el satisfecho mugido de los grandes bueyes en la tarde, es el perfumado heno, es la dorada mazorca, es el pan sobre tu mesa, es la tibia sangre en tus vena, es salud, es alegría, es vida.
Víctor Hugo Los miserables
A mi papá y mi mamá por su apoyo y confianza en todas las decisiones de mi vida.
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa su agradecimiento a:
Hernando Amado Baena, Ingeniero Civil y Director del proyecto de grado, por su orientación en el desarrollo de esta investigación.
Claudia Campos, Ph. D. en Microbiología Ambiental, Profesora de la Pontificia Universidad Javeriana, por la asesoría en la parte microbiológica y la colaboración en los análisis microbiológicos.
Diego Jiménez, Ingeniero Químico, Asistente de Operaciones de Bogotana de Aguas y Saneamiento, por su asesoría en el campo de reuso de aguas residuales.
Luisa Fernando Amaya, Ingeniera Civil, por su apoyo constante y motivación.
Martha Catalina Torres, Microbióloga de la Corporación Autónoma Regional (CAR).
Lorena Ramos y Sandra Sánchez, Bacteriólogas de la Pontifica Universidad Javeriana, por el tiempo dedicado para la evaluación de helmintos.
José Severo González, Asesor del Ministerio del Medio Ambiente, por la información suministrada, relativa al campo normativo del reuso del agua.
Martha Cardenas y Adriana Guerrero, Microbiologas de la Pontificia Universidad Javeriana, por el tiempo dedicado para la evaluación de coliformes fecales.
CONTENIDO
Pág.
RESUMEN 1
INTRODUCCIÓN 3
1. USO DE AGUAS RESIDUALES 5
1.2 ALTERNATIVAS DE REUSO 5
1.1.1 Uso en agricultura 5
1.1.2 Uso en acuicultura 5
1.1.3 Uso en forestación 6
1.1.4 Uso en recarga de acuíferos 7
1.1.5 Otros usos 8
1.2 VENTAJAS DEL REUSO AGRÍCOLA DE AGUAS RESIDUALES 8
1.2.1 Caudales permanentes 8
1.2.2 Uso eficiente del agua 8
1.2.3 Reducción en la demanda de fertilizantes 9
1.2.4 Disminución de vertimientos 9
1.2.5 Optimización del costo de tratamiento 9
1.2.6 Ampliación de la frontera agrícola 9
1.2.7 Generación de empleo 9
1.2.8 Mejoramiento de las condiciones de salud 9
1.2.9 Reciclaje de nutrientes 10
1.3 SISTEMAS DE RIEGO CON AGUAS RESIDUALES 10
1.3.1 Riego por inundación 10
1.3.2 Riego por surcos 10
1.3.3 Riego por aspersión 11
1.3.4 Riego por goteo 12
2. USOS AGRÍCOLAS DE AGUAS RESIDUALES EN EL MUNDO 13
2.1 MÉXICO 13
2.2 ESTADOS UNIDOS 14
2.3 ISRAEL 14
2.4 ARGENTINA 16
2.5 PERÚ 16
2.6 COLOMBIA 17
3. ASPECTOS BIOLÓGICOS DE LAS AGUAS RESIDUALES 19
3.1 AGENTES PATÓGENOS 19
3.1.1 Virus 19
3.1.2 Protozoarios 20
3.1.3 Helmintos 20
3.1.4 Bacterias 21
3.2 INDICADORES DE CONTAMINACIÓN FECAL 22
3.2.1 Coliformes 22
3.2.2 Bacteriófagos 23
3.2.3 Giardia 24
3.2.4 Clostridium perfringens 24
3.3 DIRECTRICES SANITARIAS PARA EL REUSO DE AGUAS RESIDUALES
24 3.4 ASPECTOS FÍSICO-QUÍMICOS DEL USO DE AGUAS RESIDUALES 27 3.5 PROBLEMAS DE CALIDAD FISICO-QUÍMICA DEL AGUA 27
3.5.1 Salinidad 27
3.5.2 Infiltración del agua 28
3.5.3 Toxicidad de iones específicos 29
3.5.4 Problemas varios 30
4. DIRECTRICES DE CALIDAD FÍSICO-QUÍMICA DEL AGUA PARA RIEGO
31
5. LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN 34
5.1 GENERALIDADES DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN 34
5.2 CLASIFICACIÓN DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN 35
5.2.1 Lagunas anaeróbicas 35
5.2.2 Lagunas facultativas 36
5.2.3 Lagunas de maduración 37
5.3 REDUCCIÓN DE PATÓGENOS EN LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN 37
5.3.1 Temperatura 37
5.3.2 Radiación solar 37
5.3.3 Valor del pH 37
5.3.4 Predación 38
5.3.5 Sedimentación 38
5.3.6 Concentraciones de DBO y nutrientes 38
6. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 39
6.1 SELECCIÓN DEL ÁREA 39
6.2 SELECCIÓN DE PARÁMETROS DE MONITOREO 40
6.3 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA SELECCIONADA 42
6.4 DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO SELECCIONADOS
46 6.4.1 Lagunas de estabilización del municipio de Mosquera 46 6.4.2 Lagunas de estabilización del municipio de Madrid 48 6.4.3 Lagunas de estabilización del municipio de Subachoque 52
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS 55
7.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN DE MOSQUERA
55 7.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNAS
DE ESTABILIZACIÓN DE SUBACHOQUE
57 7.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNAS 60
DE ESTABILIZACIÓN MADRID I
7.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN MADRID II
62
8. CONCLUSIONES 65
9. RECOMENDACIONES 69
BIBLIOGRAFÍA 71
ANEXOS 73
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Directrices microbiológicas para riego recomendadas por la OMS.
26
Tabla 2. Directrices recomendadas para riego por la FAO. 33 Tabla 3. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema de
lagunas de estabilización de Mosquera con las directrices de la OMS.
55
Tabla 4. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema de lagunas de estabilización de Mosquera con las directrices de la FAO.
56
Tabla 5. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema de lagunas de estabilización de Subachoque con las directrices de la OMS.
58
Tabla 6. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema de lagunas de estabilización de Subachoque con las directrices de la FAO.
59
Tabla 7. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema de lagunas de estabilización Madrid I con las directrices de la OMS.
60
Tabla 8. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema de lagunas de estabilización Madrid I con las directrices de la FAO.
61
Tabla 9. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema de lagunas de estabilización Madrid II con las directrices de la OMS.
62
Tabla 10. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema de lagunas de estabilización Madrid II con las directrices de la FAO.
63
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Fotografía pretratamiento del sistema de lagunas de estabilización de Mosquera
48 Figura 2. Fotografía del sistema de lagunas de estabilización de
Mosquera
48 Figura 3. Fotografía pretratamiento del sistema de lagunas de
estabilización Madrid I
50 Figura 4. Fotografía del sistema de lagunas de estabilización Madrid I 50 Figura 5. Fotografía pretratamiento del sistema de lagunas de
estabilización Madrid II
52 Figura 6. Fotografía del sistema de lagunas de estabilización Madrid II 52 Figura 7. Fotografía pretratamiento del sistema de lagunas de
estabilización de Subachoque
54 Figura 8. Fotografía del sistema de lagunas de estabilización de
Subachoque
54
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Esquema de la cuantificación de huevos de helminto por la técnica de Duncan Mara.
74
Anexo B. Esquema de la cuantificación de huevos de helminto por la técnica de Gaspard.
76 Anexo C. Resultados de la cuantificación de huevos de helminto por las
técnicas de Duncan Mara y Gaspard.
78
GLOSARIO
AFLUENTE: Agua residual u otro fluido que ingrese a un reservorio o algún proceso de tratamiento.
AGUA RESIDUAL: Agua que ha recibido un uso y cuya calidad ha sido modificada por la incorporación de agentes contaminantes.
DBO5: Parámetro indicativo de la cantidad de oxígeno requerido por los microorganismos para estabilizar la materia.
EFLUENTE: Líquido que fluye hacia afuera del espacio confinado que lo contiene.
En el manejo de aguas residuales, se refiere al caudal que sale de la última unidad de conducción o tratamiento.
REUSO: Aprovechamiento de un efluente antes o en vez de su vertido.
REUTILIZACIÓN DIRECTA: Uso del agua residual recuperada que se transporta desde una planta de tratamiento hasta el lugar de su reutilización sin que se vierta previamente a un cuerpo de agua natural.
REUTILIZACIÓN INDIRECTA: Uso indirecto del agua residual recuperada. Se lleva a cabo haciendo pasar el agua recuperada a través de un cuerpo de agua natural o usando aguas subterráneas que han sido recargadas con agua recuperada.
USO AGRÍCOLA DEL AGUA: Empleo del agua para irrigación de cultivos y otras actividades conexas o complementarias.
RESUMEN
El objetivo del presente proyecto fue evaluar el potencial de reuso en actividades agrícolas, de los efluentes de las lagunas de estabilización ubicadas en la cuenca del río Subachoque, a partir de un análisis de su calidad microbiológica y físico- química, con el fin de establecer su uso apropiado.
Para el desarrollo de estos objetivos se seleccionaron las lagunas de estabilización de los municipios de Madrid (Madrid I y II), Subachoque y Mosquera, donde se realizaron 3 muestreos por sistema, durante los meses de enero, febrero, marzo y abril de 2002. En cada uno de los sistemas se realizó un monitoreo de los análisis microbiológicos (coliformes fecales y helmintos), recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS) para reuso de aguas residuales; éstos se analizaron tanto en el afluente como en el efluente;
asimismo se monitorearon en el efluente los análisis físico-químicos (conductividad eléctrica, relación de adsorción de sodio, sodio, cloruros, boro, nitratos, bicarbonato y pH) recomendados para riego por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO).
Los análisis microbiológicos fueron realizados en los laboratorios de la Unidad de Saneamiento y Biotecnología Ambiental de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana, y los físico-químicos, en el laboratorio de suelos del Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC).
Los resultados obtenidos permiten concluir que los efluentes de las lagunas de estabilización de la cuenca del río Subachoque pueden ser empleados para riego agrícola, ya que no presentan huevos de helmintos. Los efluentes de los sistemas de tratamiento Madrid I y Mosquera pueden emplearse en riego, sin restricción de cultivos que se consuman crudos, ya que tienen baja concentración de coliformes
fecales. Pero, por el contrario, los efluentes de los sistemas de Subachoque y Madrid II presentan concentraciones de coliformes fecales, que sólo permitirían su uso en riego de cultivos que se procesen posteriormente, o en los cuales el fruto no tenga contacto con el agua o el suelo.
En cuanto a su calidad físico-química, aunque los efluentes presentan restricciones de ligera a moderada, para algunos de los parámetros salinos contemplados por la FAO en sus directrices para riego agrícola, es de esperar que no se presenten problemas de salinización en los suelos, debido a que la cuenca del río Subachoque posee una alta precipitación con comportamiento bimodal que permitiría un lavado de las sales acumuladas en el suelo.
INTRODUCCIÓN
El continuo crecimiento de la población ocasiona un incremento en la demanda de agua para las diferentes actividades, así mismo, este crecimiento ha generado una necesidad de ampliación de la frontera agrícola; todo esto sumado a la gran contaminación de los recursos hídricos, ha causado un déficit en la oferta hídrica.
En Colombia, aunque se presenta en promedio una oferta hídrica superior a la mayoría de los países del mundo, existen zonas en las cuales el recurso hídrico ha sido sobre explotado y contaminado, como consecuencia del manejo no planificado.
Zonas de alta importancia agrícola para el país, como la Sabana de Bogotá, presentan una alta contaminación del recurso hídrico como consecuencia de los vertimientos domésticos e industriales que se realizan directamente sobre los ríos, lo que ocasiona que el agua superficial no tenga una calidad apta para actividades de riego; sin embargo en más de 20.000 hectáreas, se realiza riego con agua del río Bogotá después de haber recibido las descargas de aguas residuales domésticas de la mayoría de los habitantes de la capital y sus municipios aledaños, incrementándose así los problemas de salud pública. Igualmente, debido a que no se presenta una precipitación constante durante todo el año, en algunas zonas, ha sido necesaria la perforación de pozos para la extracción de aguas subterráneas.
Ante estas circunstancias, la disponibilidad de aguas superficiales para su aprovechamiento en actividades de carácter agrícola ha disminuido; cada vez es menor el caudal disponible aprovechable por los agricultores para el correcto desarrollo de sus cultivos; como consecuencia de esto, el uso de aguas residuales
ha cobrado fuerza en este sector de la economía, debido a que garantiza una fuente constante de agua independiente de los estados climáticos.
El reuso de aguas residuales es un práctica que en los últimos 50 años se ha incrementado en la mayoría de zonas áridas y semiáridas del mundo; cada año aumenta el área cultivable; se calcula que más de 2.000.000 de hectáreas del planeta son regadas con aguas residuales.
Con el fin de regular las actividades de reuso a nivel mundial se recomendaron directrices microbiológicas, para proteger la salud de los consumidores de productos regados con aguas residuales y la salud de los agricultores; asimismo se recomendaron directrices físico-químicas, con el fin de proteger los suelos y cultivos regados con aguas de dudosa calidad.
1. USO DE AGUAS RESIDUALES
1.1 ALTERNATIVAS DE REUSO
1.1.1 Uso agrícola. La aplicación de las aguas residuales en la agricultura se conoce desde hace mucho tiempo; los primeros pasos están identificados con la practica histórica de la evacuación y aplicación del agua residual al terreno. Con la llegada de las redes de alcantarillado en el siglo XIX, las aguas residuales domésticas fueron vertidas al terreno. A pesar de que en principio se utilizaban principalmente para la evacuación de vertidos, en ocasiones se usaba para la producción de cultivos y otros usos benéficos.
En la actualidad, a consecuencia de un déficit hídrico y una mayor demanda de productos agrícolas, el reuso de aguas residuales ha cobrado una mayor importancia, y diferentes países y entidades mundiales han regulado su aplicación.
Se estima que en América Latina, actualmente, se riega cerca de 500.000 hectáreas con aguas residuales. No existen datos oficiales de la mayoría de países, sin embargo se sabe que las aguas residuales se están utilizando directa o indirectamente en la mayoría de ciudades que tienen áreas agrícolas aledañas.
1.1.2 Uso en acuicultura. El uso de aguas residuales en acuicultura se inició en Alemania a fines del siglo XIX y en Calcuta, India, en 1930. Actualmente en esta última ciudad se reporta la mayor superficie de estanques para cultivo de peces alimentados con aguas residuales crudas.
Los sistemas integrados de plantas de tratamiento de aguas residuales y unidades de acuicultura son promovidos a nivel mundial por el Banco Mundial y por el Plan de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD).
En general se utilizan cuatro tipos de sistemas integrados:
! Un solo estanque de peces que recibe las aguas residuales sin tratar.
! Estanques piscícolas precedidos por algún tratamiento primario.
! Estanques de crianza que son alimentados con aguas residuales tratadas en sistemas que eliminan patógenos.
! Sistemas de tratamiento con plantas acuáticas, las cuales una vez cosechadas sirven de alimento para los peces.
Los sistemas integrados permiten emplear subproductos del tratamiento como el agua residual con algas y plantas acuáticas para suplir de alimento a los peces.
Así mismo la acuicultura con aguas residuales permite habilitar zonas con bajo potencial agrícola o terrenos infértiles, en áreas productoras de proteína animal.
1.1.3 Uso en forestación. Aunque el uso de las aguas residuales se ha orientado principalmente a la actividad agrícola y piscícola, el reuso de aguas residuales en actividades forestales plantea una forma adicional de aprovechamiento. Las mayores experiencias de riego forestal se han realizado en Pennsylvania, Estados Unidos, donde se han regado bosques artificiales con efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales.
De acuerdo a las diversas experiencias y proyectos existentes, las principales alternativas de producción forestal son las siguientes:
! Franjas perimetrales de las plantas de tratamiento
! Viveros forestales
! Bosques de producción de madera y otros productos
! Entornos ecológicos urbanos
! Protección de laderas
Aunque los volúmenes de agua requeridos para la actividad forestal son significativamente menores que los demandados por la acuicultura y la agricultura, este requerimiento plantea la posibilidad de extender las zonas de reuso o de reducir el tamaño de las plantas, debido a que esta actividad requiere una menor calidad del agua1.
1.1.4 Uso en recarga de acuíferos. La recarga de acuíferos se ha empleado para:
reducir, detener e incluso invertir, los fenómenos de descenso del nivel del agua subterránea; incrementar el tratamiento de las aguas residuales; proteger el agua dulce de acuíferos cercanos a la costa frente a la intrusión de aguas saladas marinas; y almacenar agua residual recuperada y agua superficial, incluyendo aguas procedentes de inundaciones u otras aguas de excedentes, para su uso futuro.
La recarga de acuíferos con aguas residuales puede hacerse de dos formas:
! Recarga por infiltración en superficie: Es el método de recarga más sencillo, antiguo y más empleado. En éstos sistemas el agua percola al terreno a través de suelos permeables en los cuales se logra incrementar la remoción de diversos compuestos y microorganismos.
! Recarga por inyección directa: Ésta se consigue por transporte e inyección del agua directamente al acuífero subterráneo. Este tipo de recarga se practica principalmente en las zonas en las que el nivel freático se halla a gran profundidad; para esto se requiere un agua residual con un alto grado de tratamiento.
La recarga de acuíferos con agua residual recuperada es una posibilidad de reutilización del agua residual que resulta en un aumento planificado de los recursos de agua subterránea. El almacenamiento de agua bajo la superficie del terreno presenta diversas ventajas: el costo de las actuaciones de recarga artificial
1LEON G; MOSCOSO J, Curso de tratamiento y uso de aguas residuales, Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, Lima, CEPIS, 1996, págs. 133-150.
puede ser inferior al de los embalses superficiales equivalentes; el acuífero puede hacer, eventualmente, las funciones de un sistema de distribución y eliminar la necesidad de tuberías o canales superficiales; el agua almacenada en embalses en superficie está sometida a procesos de evaporación y amenazada por potenciales olores y sabores provocados por la presencia de algas y otros organismos acuáticos; posible falta de disponibilidad de terrenos adecuados para el emplazamiento de embalses superficiales o posible conflicto ambiental, provocado por su instalación y la inclusión de planes de recarga de acuíferos en los proyectos de reutilización de aguas residuales, puede producir beneficios sicológicos y estéticos secundarios, como consecuencia del cambio conceptual entre agua residual recuperada y agua subterránea2.
1.1.5 Otros usos. Otras alternativas menos generalizadas de reuso de aguas residuales, son su utilización en actividades industriales como la refrigeración y extracción de minerales y su uso en reutilización para suministro de agua potable, que se hace generalmente de forma indirecta, es decir las aguas residuales tratadas son descargadas a sistemas de abastecimiento de plantas de potabilización o infiltradas a aguas subterráneas.
1.2. VENTAJAS DEL REUSO AGRÍCOLA DE AGUAS RESIDUALES
El reuso de aguas residuales domésticas tratadas en sistemas que garantizan una adecuada remoción de patógenos, tiene ciertas ventajas que trataré a continuación.
1.2.1 Caudales permanentes. A diferencia de las fuentes de agua superficial que se ven afectadas por los fenómenos climáticos, las aguas residuales domésticas presentan caudales permanentes que no varían en función de las condiciones climáticas.
2METCALF & EDDY, Ingeniería de Aguas Residuales, Madrid, Mc Graw Hill,1998, págs. 1320- 1323.
1.2.2 Uso eficiente del agua. El reuso de aguas residuales permite dar un manejo óptimo del recurso hídrico, ya que no se emplea agua de excelente calidad para actividades que no lo ameritan.
1.2.3 Reducción en la demanda de fertilizantes. El contenido de nutrientes presentes en las aguas residuales domésticas permite suprimir o disminuir el uso de fertilizantes químicos en los cultivos.
1.2.4 Disminución de vertimientos. Emplear aguas residuales en actividades agrícolas, disminuye o elimina los vertimientos de éstas a los cuerpos de agua, mejorando la calidad del recurso hídrico para su uso en actividades como el consumo humano, recreación o para el sostenimiento ambiental.
1.2.5 Optimización de costos de tratamiento. En función del reuso se puede reducir los requerimientos de tratamiento y por lo tanto su costo.
1.2.6 Ampliación de la frontera agrícola. Mediante el reuso de aguas residuales es posible incrementar las zonas productivas, ya que es posible expandir la frontera agrícola en terrenos sin potencial agrícola, como lo son las zonas desérticas.
1.2.7 Generación de empleo. La ubicación de zonas agrícolas en áreas aledañas a plantas de tratamiento de aguas residuales en sectores suburbanos, permite emplear mano de obra calificada en actividades agrícolas como lo puede ser la población rural desplazada que vive en las ciudades.
1.2.8 Mejoramiento de las condiciones de salud. Las aguas residuales tratadas en sistemas que garantizan una adecuada remoción de patógenos, permiten mejorar las condiciones de salud de las personas que consuman los productos cosechados.
1.2.9 Reciclaje de nutrientes. Los elementos nutritivos contenidos en las aguas residuales, pueden ser aprovechados en los cultivos, y así se evita su vertimiento a cuerpos hídricos en donde pueden causar problemas de eutroficación. Así mismo su reciclaje en el ambiente disminuye las necesidades de tratamiento de nutrientes por medio de costosos sistemas de nitrificación-desnitrificación.
1.3. SISTEMAS DE RIEGO CON AGUAS RESIDUALES
El riego tiene como propósito adicionar al suelo agua suficiente para que la planta tenga un adecuado crecimiento. En la actividad agrícola se utilizan diferentes métodos de riego agrupados en función de la humedad generada en el suelo.
1.3.1 Riego por inundación. Este sistema aplica el agua en forma de un manto en las secciones de inundación, en donde avanza en forma rápida y para ello se utiliza una corriente de agua considerable. Las secciones quedan inundadas por un periodo de tiempo más o menos largo, según el grado de compactación del suelo. Es aconsejable para suelos muy permeables, en los que la aplicación lenta del agua causará perdidas considerables de minerales por lixiviación, o también puede aplicarse en suelos muy pesados que requieren mucho tiempo para la infiltración del agua. Generalmente se utiliza para regar pastos, trigo y cebada; en Colombia es casi el único método empleado para el cultivo de arroz.
Para el riego con aguas residuales, se considera el método menos eficiente, por la gran cantidad de agua que desperdicia. También puede contaminar los cultivos de tallo corto y tubérculos por estar en contacto directo con el agua. En este caso, los agricultores estarán mas expuestos que con otros métodos de riego.
1.3.2 Riego por surcos. En éste sólo se necesita regar una parte de la superficie del suelo, aspecto que reduce las pérdidas de agua tanto por evaporación como
por filtración; es uno de los métodos más utilizados en los cultivos que se establecen por hileras. El riego por surcos se adapta a terrenos con variaciones de pendientes y es útil para los cultivos como la papa, el haba, el maíz, hortalizas, sorgo, yuca, tabaco y fríjol, entre otros.
En el riego por surcos el caudal del agua se conduce hasta los surcos por acequias, canales, tuberías o conducciones subterráneas. Es el método más recomendado cuando se utilizan aguas residuales, ya que permite aplicar los nutrientes y la materia orgánica al suelo en forma directa y no demanda volúmenes de agua tan grandes como el riego por inundación. Este sistema también reduce la contaminación de los cultivos, ya que las plantas no están en contacto directo con el agua. Lo que no se puede garantizar con este método es la protección a la salud, pues los agricultores mantienen un contacto directo con el agua, a menos que se instalen tuberías para introducir el agua en cada surco.
1.3.3 Riego por aspersión. Consiste en aplicar el agua a la superficie de un terreno, a través de una boquilla que permite la caída de la misma a manera de lluvia natural. El agua de riego se bombea desde la fuente de abastecimiento a través de tubería, hasta los rociadores los cuales distribuyen uniformemente el agua.
Todos los cultivos, a excepción del arroz, pueden ser regados por aspersión. Este método es adecuado para toda clase de suelos, pero especialmente a suelos arenosos que tienen alto grado de absorción. El riego por aspersión puede emplearse en cualquier topografía y es especialmente práctico en laderas pronunciadas o suelos con topografía irregular.
El riego por aspersión es más eficiente en términos del uso del agua, pero puede contaminar los cultivos, incluso los de tallo alto como frutales, dependiendo de la calidad del agua empleada. Además los microorganismos existentes en las aguas residuales pueden ser transportados por el viento hacia zonas urbanas vecinas.
También requieren una remoción previa de los sólidos suspendidos para evitar el taponamiento de los aspersores.
1.3.4 Riego por goteo. Es el método más reciente en la agricultura, y tiene como finalidad usar en una forma más racional y eficiente el agua para riego. Es un sistema que reviste especial interés en zonas con problemas de escasez de agua ya que permite economizarla, evitando las perdidas por evaporación e infiltración excesiva. Con este método es posible dosificar, por medio de gotas, el agua estrictamente necesaria para el crecimientos de las plantas, humidificando solamente el área radicular.
El riego por goteo es el más costoso de todos, además exige una concentración de sólidos menor de 50 mg/l para evitar la obstrucción de los dispositivos de regulación y entrega del agua. Si se emplean aguas residuales, se necesitaría un sistema de tratamiento con alta capacidad de remoción de materia orgánica y nutrientes, elementos cuyo aprovechamiento es deseable como fertilizantes. Se reconoce este método como el que menor riesgo de contaminación genera y el que mejor protege la salud de los consumidores y los agricultores3.
3BARRERA Rodrigo, Riegos y drenajes, Santafé de Bogotá, Universidad Santo Tomás, 1997, págs. 327-343.
2. USOS AGRÍCOLAS DE AGUAS RESIDUALES EN EL MUNDO
Aunque en el mundo muchos países reutlizan sus aguas residuales, las experiencias más documentadas son las que expongo a continuación.
2.1. MÉXICO
Uno de los principales proyectos de reuso de aguas residuales es el del Valle del Mezquital en México, en el que el drenaje sanitario de la Ciudad de México es conducido por medio de canales hasta una zona agrícola de 70.000 hectáreas, asignada a 45.000 familias agricultoras que se encargan de cultivar principalmente maíz y alfalfa y, en menor proporción, avena, cebada, fríjol, trigo, calabaza, ají y tomate.
El volumen de agua residual generada se ha incrementado con el paso del tiempo.
Su distribución en el Valle del Mezquital se realiza a través de seis presas con una capacidad total de almacenamiento de 350 millones de metros cúbicos y 1.825 kilómetros que incluyen complejos sistemas de túneles, presas y canales, los cuales por sí mismos tienen un efecto autopurificador del agua residual. El resultado de esto es que las diversas áreas se riegan con agua de diferente calidad. Por ejemplo, a la entrada del Valle el agua residual tiene un máximo de 6 x 108 coliformes fecales/100 ml, mientras que el suministro en las presas finales reduce la cantidad a 2 x 104. El mismo efecto ocurre con helmintos, la concentración de huevos de Áscaris pasa de 135 por litro a la entrada del Valle a menos de uno por litro en el suministro del almacenamiento más bajo4.
Se estima que en 1993 la producción de maíz y alfalfa obtenida en 60.000 hectáreas alcanzó un valor total de 45 millones de dólares.
4ROMERO Humberto, Water Pollution Control, Estudio de caso, El Valle de Mezquital, México D.F., PNUMA, CCAIS, OMS, 1997.
2.2. ESTADOS UNIDOS
En Estados Unidos, según el único estudio a nivel nacional disponible sobre los proyectos de recuperación y reutilización de efluentes, en 1975 existían 150 proyectos de reutilización de agua en agricultura. La cantidad de agua residual reutilizada se estimaba en 760.000 m3/día. La mayoría de instalaciones de reutilización de efluentes se hallan en las regiones áridas y semiáridas de los estados del oeste y del suroeste, entre los que se incluyen Arizona, California, Colorado y Texas5.
En California, según el Directorio de Control de Recursos Hídricos, se aplicaba el agua residual cruda directamente sobre los campos de cultivo desde 1890. En 1989 el Departamento de Servicios de Salud estableció los criterios para la recuperación de aguas residuales, exigiendo que los efluentes sean desinfectados y oxidados hasta lograr que el promedio de coliformes no exceda de 2.2 NMP por 100 ml. Se pueden aceptar excepciones a estos requerimientos de calidad en casos donde los cultivos reciben procesos físicos o químicos que destruyen los microorganismos patógenos antes de su consumo.
La mayor parte del agua recuperada se usa en el Valle Central y la costa sur de California; los efluentes tratados se usan en 20 cultivos alimenticios: manzana, espárrago, aguacate, cebada, fríjol, brócoli, coliflor, apio, cítricos, uvas, lechuga, maíz, duraznos, pimientos, pistachos, ciruelas, calabazas, remolacha y trigo.
2.3. ISRAEL
Uno de los países del mundo con mayor experiencia en el campo del reuso de aguas residuales es el Estado de Israel, en donde el 80% de las aguas residuales domésticas tratadas, son empleadas en actividades agrícolas con niveles de
5METCALF & EDDY, Ingeniería de Aguas Residuales, 3ª ed, Madrid, Mc Graw Hill, 1998, pág.
1.289.
seguridad y eficiencia muy altos, debido a las costosas tecnologías para su almacenamiento y distribución.
El 60% del territorio israelí puede ser definido como árido o semiárido. Llueve sólo entre noviembre y abril, con una distribución desigual de la precipitación anual que varía desde 70 cm en el norte a menos de 5 cm en el sur y solo el 20% del área total de tierra es cultivable. Del total de los recursos de agua, aproximadamente un 75% es utilizado en la agricultura, valor que será reducido con la entrada en funcionamiento de más sistemas de reuso de aguas residuales. Aunque el crecimiento agrícola en los últimos 30 años ha aumentado 5 veces, el consumo de agua se ha mantenido constante demostrándose avances considerables en la eficiencia de utilización del agua.
Con el fin de reducir el consumo de agua se han aplicado técnicas avanzadas en los sistemas de riego, principalmente la irrigación por goteo que deposita agua directamente en la raíz de la planta; así mismo se han empleado sistemas computarizados de irrigación y se expandió significativamente la agricultura en invernaderos.
El proyecto más grande de reuso se ubica en la región de Dan, al occidente del país; en ésta un 85 % de las aguas residuales del área metropolitana de Tel Aviv (1.5 millones de habitantes) son biológicamente tratadas en una planta de lodos activados y un 15% de éstas en lagunas de estabilización; 270.000 m3 son tratados diariamente y dispuestos usando SAT (tratamiento suelo acuífero). El tratamiento por medio del suelo permite obtener un efluente de excelente calidad para el riego de cualquier cultivo6.
6MASHAV, CINADCO, Curso Internacional sobre tratamiento, almacenamiento y uso de aguas servidas para el agro, Shefayim, 1999.pág 3-5.
2.4. ARGENTINA
Uno de los casos de reuso más importantes en América Latina se viene desarrollando en Mendoza, Argentina, donde más de 1.900 hectáreas son regadas con el efluente del la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Campo Espejo, que posee 285 hectáreas de lagunas de estabilización para tratar un caudal de 1.400 l/s proveniente de 320.000 habitantes. Más de 460 hectáreas producen uva para la industria vinícola, mientras otras 102 están sembradas con árboles frutales de durazno y pera. Una empresa de manufactura de muebles maneja 205 hectáreas de álamos para la producción de madera prensada. El cultivo de alfalfa para pastura se realiza en 340 hectáreas. Por último, 814 hectáreas son utilizadas para la producción de ajo, alcachofa, tomate y zapallo7.
2.4. PERÚ
Uno de los casos más antiguos y estudiados en América Latina es el del Complejo Bioecológico de San Juan en Lima, Perú, en donde una planta de lagunas de estabilización fue construida en 1.963 en los desiertos ubicados a 16 Km. al sur de Lima. Su efluente es empleado para el riego de cultivos de algodón, maíz, alfalfa, caña de azúcar y hortalizas, para el cultivo de peces (tilapia) y para el riego de un bosque.
En el resto del país el principal uso de las aguas residuales es el agrícola, no se tienen referencias en el sentido que la productividad mejore con la aplicación de aguas residuales, pero si se sustituye por completo la fertilización artificial.
Aproximadamente 4.000 hectáreas son regadas en todo el país con aguas residuales, reportando una producción de más de 126.000 toneladas anuales de diferentes productos, que corresponden el 92% a cultivos de hortalizas como cebolla, espinaca, albahaca, acelga, perejil, cilantro, lechuga, coliflor, ají y tomate.
7CEPIS, Proyecto regional Sistemas Integrados de Tratamiento y Uso de Aguas Residuales en América Latina: Realidad y Potencial, Lima, Impresiones CEPIS, 2000, pág 1-5.
El ministerio de Agricultura del Perú tiene su Programa Nacional de Reuso de Aguas Residuales para Riego Agrícola el cual pretende desarrollar 18.000 hectáreas agrícolas en diferentes zonas de las ciudades de Lima, Trujillo, Chiclayo, Piura e Ica.
2.5. COLOMBIA
En Colombia sólo el 14% de los municipios del país tienen algún sistema de tratamiento de aguas residuales, el resto descarga sus aguas residuales sin ningún tratamiento a las fuentes hídricas. De los 1068 municipios, 6, tienen planta compacta; 18, filtro biológico anaeróbico; 96, lagunas de estabilización; 6, filtros percoladores; 17, reactores anaeróbicos de flujo ascendente (UASB); 43, lodos activados; y 16, otros sistemas de tratamiento8.
En el país aun no existe legislación específica relacionada con el tema de reuso de aguas residuales; próximamente el Ministerio del Medio Ambiente expedirá una norma nacional basada principalmente en las directrices de la OMS9, para reglamentar el reuso de agua residual. Sin embargo en la Ley 373 de 1997 por la cual se regula el ahorro y uso eficiente del agua potable, en el artículo 5 establece el reuso obligatorio del agua procedente de cualquier actividad que genere efluentes líquidos; éstos deberán ser reutilizados en actividades primarias y secundarias cuando el proyecto técnico y económico así lo ameriten y aconsejen, según el análisis socio económico y las normas de calidad ambiental.
El país cuenta con pocos casos de reuso de aguas residuales. De los pocos reportados se encuentra el de las lagunas de estabilización de Ginebra, Valle; en éstas el agua residual de una población aproximada de 10.000 habitantes, es tratada en una laguna anaeróbica y una facultativa en donde se obtienen tiempos
8MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO, Inventario nacional del sector de agua potable y saneamiento básico, Tomo I, Santafé de Bogotá, 1998, pág.85.
9 SEVERO GONZALEZ, José, Asesor del Ministerio del Medio Ambiente, (comunicación personal), Bogotá, marzo de 2002.
de retención superiores a 10 días; el efluente de la laguna es conducido directamente a cultivos de caña.
Otra experiencia documentada en Colombia es la de la ciudad de Ibagué, Tolima, en donde se realiza un reutilización indirecta del agua residual; unas 25 mil hectáreas se irrigan con las aguas del río Chipalo mezcladas con los desagües de la ciudad, mediante un sistema rotativo de cultivo de arroz, que es el principal producto de la zona. Esta experiencia hace parte de un proyecto regional de sistemas integrados de tratamiento y uso de aguas residuales del Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, CEPIS. Se han realizado algunas recomendaciones como lo son la conducción de las aguas de Ibagué hasta sistemas de tratamiento por medio de lagunas de estabilización con el fin de reducir patógenos para ser entregadas a los sistemas de irrigación.10
10 CEPIS, Proyecto regional Sistemas Integrados de Tratamiento y Uso de Aguas Residuales en América Latina: Realidad y Potencial, Op.cit., pág 9.
3. ASPECTOS BIOLÓGICOS DEL USO DE AGUAS RESIDUALES 3.1. AGENTES PATÓGENOS
El agua residual es considerada como uno de los principales vehículos de transmisión de enfermedades. En Colombia se presenta una mortalidad del 8.9%
en niños menores de 5 años por enfermedad diarreica aguda (EDA) como consecuencia de la ingestión de agua contaminada11. Son numerosos los microorganismos contenidos en la materia fecal y transmitidos por el agua contaminada; trataré a continuación algunos de ellos.
3.1.1 Virus. Son partículas parasíticas formadas por un cordón de material genético ADN o ARN con una capa de recubrimiento proteínico. No tienen capacidad para sintetizar compuestos nuevos. En lugar de ello, invaden las células del cuerpo vivo que los acoge y reconducen la actividad celular hacia la producción de nuevas partículas virales a costa de las células originales. Cuando muere la célula original, se liberan gran cantidad de virus que infectan células próximas.
Existen mas de 1.000 tipos de virus identificados presentes en la materia fecal, que se clasifican en los siguientes tres grupos.
3.1.1.1 Enterovirus. Fueron reconocidos como patógenos de transmisión hídrica en las décadas de 1950 y 1960. Los virus de transmisión hídrica tienen mayor resistencia a factores ambientales que las bacterias. Entre las principales enfermedades causadas por este grupo de virus se encuentran la poliomelitis, meningitis, diarreas y enfermedades respiratorias.
11 DANE, Estadísticas vitales, registro de defunciones de 1998,Bogotá, 1998. pág.5.
3.1.1.2 Virus de la hepatitis. Se clasifican en virus de la hepatitis A y virus de la hepatitis B; la enfermedad se caracteriza por el malestar generalizado, fiebre, anorexia, vómitos. Los dos virus existen en todo el mundo y son más frecuentes en lugares con deficiencia de saneamiento básico. Son más resistentes que los enterovirus a los diferentes factores ambientales como la temperatura, la radiación solar, entre otros.
3.1.1.3 Virus de la gastroenteritis. Su supervivencia bajo condiciones ambientales es muy similar a la de los enterovirus, Fueron descritos por primera vez en la década de 1970; son causantes de la gastroenteritis la cual afecta principalmente a los lactantes, presentando abundantes diarreas y vómitos. En los adultos pueden generar vómitos.
3.1.2 Protozoarios. Son microorganismos eucariotas cuya estructura está formada por una sola célula abierta. La mayoría de los protozoos son aeróbios o facultativos quimioheterótropos anaeróbios, aunque se conocen algunos anaeróbicos. Los protozoarios se alimentan de bacterias y otros microorganismos.
Desde 1981, los protozoarios son reconocidos en la ingeniería ambiental y sanitaria, como causantes de brotes infecciosos transmitidos por el agua. Los protozoarios patógenos más comunes en las heces humadas son: Giardia lamblia, Entamoeba histolítica, Balantidium coli y Cryptosporidium, causantes de enfermedades como la giardiasis, la amebiasis, la balantidiasis, criptosporidiasis, que se manifiestan con síntomas como dolores abdominales, y diarreas abundantes.
3.1.3 Helmintos. Son parásitos del intestino humano que tienen formas variadas y ciclos complejos de reproducción. La transmisión ocurre a través de los huevos o de las larvas que son eliminados con las heces de personas enfermas. Los huevos presentan una cáscara gruesa que les sirve de protección y les permite sobrevivir por varios meses bajo condiciones adversas. De allí que sean uno de los agentes
patógenos de mayor riesgo para la salud humana ya que con pequeñas concentraciones de huevos se logra la infección. Su concentración en las aguas residuales es muy variable reportándose concentraciones de 0 huevos por litros en países desarrollados y hasta 800 huevos por litro en zonas en donde la helmintiasis es endémica y se presenta manejo inadecuado de las aguas residuales, baja calidad del agua potable y manejo inadecuado de los alimentos.
Los helmintos se clasifican en tres grandes grupos que son los cestodos, tremátodos y nemátodos.
3.1.3.1 Céstodos. Tienen forma plana, cuerpo segmentado, son hermafroditas y la infección es causada por larvas dentro de los quistes. Entre las principales enfermedades causadas por céstodos se encuentran la Taeniasis y la Himenolepiasis.
3.1.3.2 Tremátodos. Tienen forma plana, cuerpo continuo sin segmentos y en forma de hoja, hermafroditas; la infección ocurre por la ingestión de las larvas y de huevos. Las principales enfermedades causadas por tremátodos son la esquistosomosis, la fasciolasis y la Chonorchiasis.
3.1.3.3 Nemátodos. Son redondos o cilíndricos como las lombrices, su cuerpo no es segmentado, existen sexos separados con machos y hembras; la infección es producida por larvas dentro de quistes que entran por la boca. Pueden ser transmitidos por artrópodos. Enfermedades como Ascariasis, Trichuriasis, Enterobiasisis, Ancilostomiasis son causadas por los nematodos y se encuentran diseminadas por todo el mundo; son endémicas en muchas regiones tropicales y subtropicales.
3.1.4 Bacterias. En función de su forma pueden clasificarse en cuatro grandes grupos: esferoidales, bastón, bastón curvado y filamentosas. Las bacterias fueron los primeros microorganismos estudiados e identificados como patógenos. La mayoría de las infecciones intestinales son provocadas por bacterias patógenas y
se presentan como diarreas. Las principales enfermedades causadas por bacterias patógenas son el cólera, la salmonelosis, la disentería bacilar, la fiebre tifoidea, entre otras12.
3.2. INDICADORES DE CONTAMINACIÓN FECAL
Debido a la gran cantidad de microorganismos patógenos y a su dificultad de identificación rápida, se han establecido diferentes tipos de microorganismos, con el fin de constituirse en indicadores de contaminación fecal. Un indicador debe reunir algunas características como ser constituyente normal de la biota intestinal de individuos sanos: estar presente de forma exclusiva en las heces de animales homeotérmicos; estar siempre seguro que los microorganismos patógenos intestinales están presentes; estar en concentraciones elevadas, con el fin de facilitar su aislamiento e identificación; no debe reproducirse fuera del intestino de los animales que lo puedan albergar; su tiempo de supervivencia debe ser igual o mayor al de las bacterias patógenas; y no debe ser patógena.
Debido a que no hay ningún microorganismo que reúna todas las características de un indicador de contaminación fecal, se han seleccionado algunos grupos de microorganismos que cumplen con la mayoría de las características antes descritas, éstos son los siguientes.
3.2.1 Coliformes. Este grupo de bacterias es empleado desde el principio del siglo pasado como indicadores de contaminación fecal bacteriana. Generalmente se han clasificado en dos grupos: coliformes totales y coliformes fecales.
3.2.1.1 Coliformes totales. La taxonomía moderna ha demostrado que este grupo es bastante disímil; reúne bacterias presentes en las heces y otras no presentes en estas que se han aislado del suelo, aguas no contaminadas, residuos de
12 ROLIM Sergio, Sistemas de lagunas de estabilización, Bogotá, Acodal, Mc Graw Hill, 2000.págs.
86-99.
celulosa, tuberías de distribución de agua potable, entre otros. Por esta razón actualmente son poco útiles como indicadores de contaminación fecal.
Se usan como indicadores en aguas tratadas y aguas minerales, para señalar alertas de una posible contaminación ocurrida durante el tratamiento, en la distribución o en el almacenamiento de algunas viviendas.
3.2.1.2 Coliformes fecales. Constituyen un subgrupo de los coliformes totales, diferenciándose de éstos por ser tolerantes a temperaturas altas. Este subgrupo esta formado por Escherichia coli y con mayor representatividad por otras bacterias como Klebsiella, Citrobacter y Enterobacter, siendo solo E. coli de origen fecal exclusivo, encontrándose algunas de las otras bacterias en aguas ricas en carbohidratos y en suelos sin evidencias de contaminación fecal. De allí que últimamente se prefiera detectar E. coli exclusivamente. A pesar de los inconvenientes los coliformes fecales son los indicadores por excelencia de la contaminación fecal.
3.2.2 Bacteriófagos. Los bacteriófagos son virus que atacan bacterias, cada tipo de bacteria tiene su bacteriófago. Como cualquier virus están constituidos por ADN, ARN y cubiertos por una capa proteica. Se denominan colífagos a los bacteriófagos específicos de E. coli.
Los colífagos se encuentran en número elevado en aguas residuales, están presentes en aguas que contienen E. Coli; son indicadores adecuados de contaminación fecal y por su alta resistencia a la cloración también pueden servir como indicadores útiles de procesos de purificación de agua potable. Por estas razones han sido propuestos como indicadores adecuados de virus patógenos en especial virus entéricos.
En la actualidad se diferencian dos tipos de colífagos: los somáticos y los F- específicos, sin embargo las investigaciones sobre estos dos tipos de virus están aun en investigación.
3.2.3 Giardia. En los últimos años este protozoario ha cobrado importancia como indicador de parásitos. La forma infectiva es el quiste, que es eliminado con las heces de la persona enferma. Este quiste penetra por la boca e infecta el intestino delgado, y se transforma en trofozoíto (forma flagelada). Los quistes de giardias y de otros protozoarios tienen una gruesa pared que los protege de las condiciones ambientales adversas, y los hace resistentes por varias semanas o meses. El parásito esta distribuido en todo el mundo. Aproximadamente 30% de la población de los países de desarrollo presenta este protozoario.
3.2.4 Clostridium perfringens. Esta bacteria es un indicador adecuado de contaminación fecal antigua. Forma esporas en condiciones adversas de humedad, temperatura, pH extremos, nutrientes, etc. Estas esporas pueden permanecer viables por varios años, para lo cual son de gran utilidad cuando los coliformes están ausentes, sin embargo no puede ser utilizada como indicador de eficiencia en el tratamiento de aguas residuales, pues estarán presentes en los efluentes después de la eliminación de patógenos.
Es un buen indicador de la eficiencia del tratamiento de aguas manantiales.
Cuando está presente en agua potabilizada y desinfectada indicará fallas en el tratamiento o en la desinfección.
3.3. DIRECTRICES SANITARIAS PARA EL REUSO DE AGUAS RESIDUALES
Desde casi la mitad del siglo XX se han intentado establecer directrices sanitarias para determinar las concentraciones adecuadas de microorganismos y parásitos presentes en el agua utilizada para riego. Al comienzo, éstas iban encaminadas a
evitar al máximo el contacto de los agricultores con el agua residual. De tal forma, se fijaron normas microbiológicas muy restrictivas para los microorganismos, pero muy flexibles para los nemátodos intestinales. Así mismo, las normas en cuestión no se basaban en ningún estudio epidemiológico, y por ser tan restrictivas, en la mayoría de casos terminaban por incumplirse.
A finales de la década de los 80, la Organización Mundial de la Salud (OMS), basada en estudios epidemiológicos, estableció las nuevas directrices sanitarias para el riego con aguas residuales. Éstas resultaron flexibles en cuanto a las concentraciones de coliformes fecales y más severas en lo concerniente a los gusanos intestinales, ya que son los que causan un mayor riesgo para la salud pública.
A partir de estudios epidemiológicos se determinan tres categorías de reuso de aguas residuales, en donde se establecen las condiciones de reuso, los grupos de riesgos expuestos, las concentraciones de huevos de helmintos y coliformes y el tratamiento recomendado para lograr cumplir con la categoría de riego. (Ver Tabla 1).
Las directrices de la OMS se deben interpretar con cuidado y pueden ser modificadas según los factores epidemiológicos, socioculturales y ambientales de cada lugar. Se puede justificar mayor precaución donde hay grupos más susceptibles a la infección que la población en general. La flexibilidad de la directriz también permite menores exigencias a nivel de helmintos en zonas donde estos no son endémicos.
Tabla 1. Directrices microbiológicas para riego recomendadas por la OMSa
Categoría
Condición de reuso
Grupo expuesto
Nemátodos Intestinalesb
(promedio aritmético:
Número de huevos por
litroc)
Coliformes fecales (promedio geométrico:
número por 100 mlc)
Tratamiento del agua residual esperado para
llegar al requerimiento
de calidad
A Irrigación de cultivos para
ser consumidos
sin cocinar, campos deportivos,
parques públicosd
Trabajadores, consumidores,
y publico
< 1 < 1000d Series de lagunas de estabilización diseñadas para
alcanzar la calidad microbiológica
indicada o tratamiento equivalente.
B Irrigación de cultivos de
cereales, cultivos industriales,
cultivos forrajeros, pastizales y
árbolese.
Trabajadores < 1 No existe límite recomendado
Retención en lagunas de estabilización por
8-10 días o remoción equivalente de
helmintos y coliformes
fecales.
C Irrigación localizada de
cultivos en categoría B,
si la exposición de
trabajadores y publico no
ocurre.
Ninguno No aplica No aplica Pretratamiento es requerido para los sistemas de
riego, pero no menor que una
sedimentación primaria.
a En casos específicos se deberían tener en cuenta los factores epidemiológicos, socioculturales y ambientales de cada lugar, y se insta a modificar las directrices de acuerdo con ello.
b Especies de Ascaris, Trichuris y anquilostomas.
c Durante el periodo de riego.
d Directrices más estrictas (<200 coliformes fecales por 100 ml) son apropiadas para zonas verdes, como los de los hoteles, donde el público puede entrar en contacto directo.
e En el caso de árboles frutales, el riego debe cesar dos semanas antes de realizar la cosecha y no se deben recoger frutas del suelo. No es conveniente regar por aspersión.
4. ASPECTOS FÍSICO-QUÍMICOS DEL USO DE AGUAS RESIDUALES
Aunque comúnmente se han empleado parámetros como la DBO, DQO o los Sólidos suspendidos para evaluar el funcionamiento de las plantas de tratamiento y calidad de los vertimientos, en el momento de efectuar programas de reuso de aguas residuales en agricultura los parámetros de mayor importancia después de los microbiológicos son los relativos a concentraciones de sales o iones específicos que puedan causar afectaciones a las plantas, al suelo o a los sistemas de riego.
La calidad del agua de riego puede variar significativamente según el tipo y cantidad de sales disueltas. Las sales tienen su origen en la disolución o meteorización de las rocas y suelos, además de la disolución lenta de la caliza, yeso y de otros minerales, éstas terminan siendo depositadas en los suelos en donde se acumulan a medida que el agua se evapora o es consumida por los cultivos.
4.1 PROBLEMAS DE CALIDAD FÍSICO-QUÍMICA DEL AGUA
Los posibles problemas de gestión asociados a la calidad del agua en cuanto a su parte físico-química se dividen en cuatro categorías que son la salinidad, la toxicidad por iones específicos, la velocidad de infiltración y problemas varios.
4.1.1 Salinidad. La salinidad del agua utilizada para riego se determina midiendo su conductividad eléctrica; es uno de los parámetros de mayor importancia a la hora de determinar la aptitud de un agua para su uso en sistemas de riego.
Existen problemas de salinidad cuando las sales se acumulan en la zona radicular de las plantas de tal forma que puedan ocasionar pérdidas en la producción.
El rendimiento de los cultivos disminuye cuando el contenido de sales en la solución del suelo es tal que no permite que los cultivos extraigan suficiente agua de la zona radicular, necesitando mayor energía para ajustar la concentración de sales en el interior del tejido vegetal para conseguir el agua necesaria del suelo.
Por lo tanto, hay menos energía disponible para el crecimiento de la planta, lo que provoca marchitamiento o coloración verdiazulada oscura y, algunas veces, hojas cerosas y de mayor espesor.
La única forma práctica de controlar estos problemas de salinidad es establecer un flujo descendente de agua a través de la zona radicular, con el fin de lavar las sales del suelo y permitir su drenaje a estratos mas profundos.
4.1.2 Infiltración del agua. Un problema de infiltración relacionado con la calidad físico-químico del agua ocurre cuando la velocidad normal de infiltración del agua de riego o agua lluvia se reduce considerablemente. Como consecuencia, el agua permanece sobre el suelo por un periodo de tiempo largo, infiltrándose lentamente y el cultivo no recibe el agua necesaria para producir cosechas aceptables. La infiltración del agua en el suelo depende de la calidad del agua, de la estructura del suelo, del grado de compactación, del contenido de materia orgánica y de algunas características químicas.
Los factores de calidad del agua que suelen influir en la infiltración son el contenido total de sales y el contenido de sodio en relación con los contenidos de calcio y magnesio. Una alta salinidad aumenta la velocidad de infiltración, mientras que una baja salinidad, o una proporción alta de sodio sobre el calcio, la disminuye. Ambos factores (salinidad y proporción de sodio), pueden afectar al mismo tiempo.
Entre los problemas secundarios, originados como consecuencia de riegos prolongados para asegurar una infiltración de agua, se incluyen la invasión de
malezas, trastornos de nutrición, inundación del cultivo, pudrición de semillas e insuficiente desarrollo vegetal en las partes mas bajas del campo.
El problema de la infiltración de agua se desarrolla en los primeros centímetros del suelo, y suele estar relacionado con la estabilidad estructural de la capa superficial del mismo. Para predecir los potenciales problemas de infiltración se suele emplear la tasa o relación de adsorción de sodio (RAS). A un mayor valor determinado de la tasa de adsorción de sodio, la infiltración aumenta con el incremento de la salinidad y decrece con el descenso de ésta.
4.1.3 Toxicidad de iones específicos. Los problemas de toxicidad surgen cuando ciertos elementos del suelo o del agua, son absorbidos por las plantas y acumulados en sus tejidos, en concentraciones altas como para producir daños y reducir los rendimientos del cultivo. Estos daños generalmente dependen de la sensibilidad de los cultivos y de la cantidad de iones absorbidos. Los daños se manifiestan como quemaduras al borde de las hojas y clorosis en el área interna de las mismas.
Los iones de mayor importancia son el cloro, el sodio y el boro, que en aguas residuales suelen provenir por el uso de detergentes de uso doméstico o vertimientos industriales.
Por lo general, la acumulación a concentraciones tóxicas de estos iones tarda cierto tiempo y los síntomas visuales de los daños se desarrollarán muy lentamente para ser notados, dependiendo del tiempo, la concentración, la tolerancia del cultivo y el volumen del agua transpirada.
En el caso de cultivos sensibles, la toxicidad de iones específicos resulta difícil de corregir sin introducir cambios en el agua de riego o en el cultivo. Las condiciones de alta temperatura y clima seco provocados por altas velocidades de evapotranspiración acentúan el problema.
4.1.4 Problemas varios. Otros problemas relacionados con la calidad del agua para riego son los debidos a los nutrientes, el pH, bicarbonatos y sólidos, entre otros. Aunque los nutrientes presentes en las aguas residuales actúan como fertilizantes estimulando su crecimiento, su aplicación en exceso puede sobreestimular el crecimiento, retardar la madurez o provocar cosechas de mala calidad. Algunos cultivos son sensibles y requieren dosis muy bajas de nitrógeno.
La sensibilidad de los cultivos a las altas concentraciones de nitrógeno varía según las fases de crecimiento; durante las primeras fases suelen ser benéficos y perjudiciales durante la floración y fructificación, causando reducción de los rendimientos del cultivo. La mezcla o cambio de agua durante las fases críticas del desarrollo suele ser una medida útil.
El pH es un índice que caracteriza el grado de acidez o basicidad de un medio. El pH normal para aguas para riego es entre 6.5 y 8.4. Las aguas con pH
“anormales” pueden crear desequilibrios de nutrición o contener iones tóxicos, así mismo pueden corroer componentes metálicos como tuberías, aspersores, medidores, etc.
Las aguas que contienen una alta proporción de sales poco solubles, de calcio, bicarbonatos y sulfatos, cuando son aplicadas por aspersión presentan constantemente problemas de incrustaciones en forma de depósitos blancos sobre las hojas, frutos y flores. Aunque estas sales no constituyen un potencial de toxicidad, sí reducen la calidad comercial de los productos. El manejo para controlar las incrustaciones depende de la concentración de sales y del método de riego.
El magnesio es otro elemento que en asociación con el sodio pueden causar problemas. La productividad de los cultivos parece ser menor en los suelos con alto contenido de magnesio, o cuando se riegan con aguas que contienen altos niveles de este elemento. Esto se debe a la deficiencia de calcio inducido por un exceso de magnesio intercambiable en el suelo.
Algunos otros problemas relacionados con la calidad del agua de riego se deben a la presencia de sólidos suspendidos que pueden causar problemas en los sistemas de riego, tales como obstrucción de compuertas, obturación de aspersores y emisores de goteo y daños en los equipos de bombeo sino se utilizan tamices apropiados13.
4.2 DIRECTRICES DE CALIDAD FÍSICO-QUÍMICA DEL AGUA PARA RIEGO
Se han propuesto muchas formas de clasificación de las aguas para riego, sin embargo las recomendadas por la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación) clasifica el agua para riego en tres grupos, basados en problemas potenciales como la salinidad, infiltración, toxicidad de iones específicos y efectos varios, como se muestra en la Tabla 2.
Las directrices se refieren sobre todo a los efectos a largo plazo de la calidad del agua sobre la producción de cultivos, las condiciones del suelo y el manejo agrícola. Éstas tienen un carácter práctico y han sido utilizadas con éxito en la agricultura bajo riego, para evaluar los componentes del agua superficial, subterránea, agua de drenaje y aguas residuales. Las directrices se basan en los siguientes supuestos, siendo posible su modificación en condiciones locales.
Rendimiento potencial: Se considera que cuando las directrices indican que no existe ninguna restricción de uso del agua, los cultivos tienen la capacidad de alcanzar su potencial máximo, sin necesidad de emplear practicas adicionales;
una restricción de uso no indica que el agua no sea adecuada para ser utilizada.
Condiciones del lugar: Los suelos, en las directrices, varían de franco arenoso a franco arcilloso, con buen drenaje interno. EL clima es de semiárido a árido con precipitaciones bajas y sin ningún efecto significativo en la lixiviación de sales o en el consumo de agua por los cultivos. Las restricciones de las directrices son demasiado severas para climas con estaciones monzónicas o áreas de
13 FAO, La calidad del agua en la agricultura, Roma, 1985.pág. 1-94.
precipitación alta en la totalidad o parte del año. En las zonas de alta precipitación, el agua infiltrada es suficiente para parte o todo el requerimiento de lixiviación.
Frecuencia y método de riego: Los cultivos son regados por métodos de superficie o aspersión. Las directrices son muy restrictivas para riegos frecuentes y para algunos sistemas especiales como el riego localizado por goteo, que aplican el agua frecuentemente o casi a diario. Sin embargo son adecuadas para sistemas de riego subsuperficiales, cuando las necesidades de lixiviación se satisfacen con aplicaciones de agua por superficie.
Restricciones de uso: La clasificación de la restricción de uso, tiene tres grados ninguno, ligera a moderado y severa. Los límites presentados son en cierto modo arbitrarios ya que en realidad los cambios son graduales y no existe una división abrupta entre los varios grados. Una variación del 10 al 20%, por encima o por debajo de los valores dados, tiene poca importancia, si se considera conjuntamente y en relación con otros factores que pueden afectar los rendimientos. A pesar de que los grados de restricción son el resultado de investigaciones, ensayos de campo y observaciones prácticas, pueden ser modificados por personal experimentado y con práctica en el manejo de aguas.
Los valores indicados son aplicables a las condiciones normales de campo de la mayor parte de las áreas regadas en las regiones áridas y semiáridas.
Cuando se utilizan aguas con valores menores a los correspondientes a “ninguna”
restricción de uso, por lo general, no se presentan o identifican problemas en los cultivos o en el suelo. En el caso de restricción “ligera a moderada” se requiere un cuidado gradualmente mayor en la selección de los cultivos y de las alternativas de manejo, para alcanzar el potencial máximo de rendimiento. La restricción
“severa” implica la aparición de problemas en el suelo y de cultivo y/o rendimientos aceptables, con un manejo hábil y efectivo además de un plan de operación específicamente adaptado a la calidad del agua que ha de emplearse.
