ESTRATEGIAS PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CALIDAD DEL AGUA EN FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
Patricia Flores Ordeñana, Ernesto Domínguez Mora. Comisión Nacional del Agua
Gerencia Regional de Aguas del Valle de México Gerencia Técnica
Av. José Loreto Fabela No.868 Col. San Juan de Aragón. C.P. 07950, México, D.F. Tel. 5760-11-28. Fax. 5760-00-49. Email: gavmtec@infoabc.com
RESUMEN
La intervención del hombre en las cuencas de captación, ha acelerado los procesos de contaminación de los embalses reflejándose en el continuo deterioro de la calidad del agua. La Comisión Nacional del Agua a través de la Gerencia Técnica de la Gerencia Regional de Aguas del Valle de México, lleva a cabo estudios y acciones para establecer medidas de preservación, manejo y rehabilitación de dicha calidad de agua. En el presente trabajo se dan a conocer las aplicaciones de los estudios limnológicos y de control biológico, así como acciones tales como el retiro y disposición de lirio acuático, la siembra de peces, el manejo y control de los niveles de agua, la aplicación de carbón activado en polvo y el tratamiento de las aguas residuales, como estrategias para el mejoramiento de la calidad del agua en fuentes de abastecimiento de agua potable.
OBJETIVO GENERAL
Establecer estrategias de trabajo a corto, mediano y largo plazo para el mejoramiento de la calidad del agua en fuentes de abastecimiento de agua potable.
OBJETIVOS PARTICULARES
∗ Identificar y caracterizar la dinámica de los factores que determinan la calidad del agua, la productividad y el estado trófico del embalse.
∗ Caracterizar la calidad del agua del embalse y de sus principales ríos aportadores.
INTRODUCCIÓN
El agua es uno de los principales recursos para la vida; sin embargo, la calidad de la misma cada día se ve más afectada por las actividades humanas, las ciudades siguen expandiéndose y la población continúa creciendo y demandando mayores volúmenes del recurso. Ante esta situación, el abastecimiento de agua potable superficial representa una de las prioridades más importantes a fin de atender por una parte las nuevas demandas y por otra, reducir gradualmente la severa sobreexplotación a que se han sometido los acuíferos. Desafortunadamente en la actualidad algunos de los lagos y presas se caracterizan por presentar altas concentraciones de materia orgánica y de nutrientes, lo que trae como consecuencia la eutroficación de los mismos.
Como signo de eutroficación en los embalses, se llegan a presentar sobrepoblaciones de algas de diferentes grupos donde destacan las micromalezas acuáticas, las cuales pueden llegar a formar florecimientos algales con los consecuentes problemas de olor y sabor en el agua y en el peor de los casos, con la liberación de endotoxinas y el consecuente daño a los consumidores. En nuestro país este fenómeno se presenta generalmente una o dos veces por año (verano y otoño). De allí la importancia de conocer la dinámica de los embalses y su relación con el comportamiento de la cuenca. Como una estrategia para el control y/o mejoramiento de la calidad del agua en los embalses y presas, es necesario realizar estudios limnológicos donde se evalúe la calidad biológica y fisicoquímica de los mismos y de esta forma se establezcan medidas de preservación, manejo y rehabilitación acorde a las necesidades. En este mismo sentido, se ha propuesto el manejo biológico a través del control de organismos acuáticos, específicamente peces; el retiro de lirio acuático, el manejo y control en los niveles de agua en las presas, la adición de carbón activado y los programas de saneamiento en las cuencas aportadoras a los embalses, entre otros.
METODOLOGÍA
Las estrategias para el mejoramiento de la calidad del agua en fuentes de abastecimiento de agua potable, se aplicaron en la Presa “Miguel Alemán”, Estado de México. Dicha presa cuenta con un área aproximada de 18.55 km2 (1,855 ha) y con un volumen de 390.655 millones de m3. La profundidad máxima en la presa es de 38.6 m y la media de 21.1 m.
Con el objeto de conocer la dinámica del embalse, fue necesario realizar un estudio limnológico, donde se establecieron las estaciones de muestreo tomando en cuenta el área de mayor profundidad del embalse (centro), el área de influencia de los afluentes y el área circundante a la cortina de la Presa. El estudio tuvo una duración de doce meses, dentro de los cuales se realizaron muestreos mensuales para determinar los parámetros fisicoquímicos, biológicos y de toxicidad presentes en las diferentes épocas del año.
Para identificar y cuantificar el tipo de micromalezas presentes en el vaso, se obtuvieron muestras representativas de la microflora y microfauna acuáticas mediante un arrastre con red fitoplanctónica (malla de 30 µm) a velocidad mínima del motor durante un recorrido lineal de 3 minutos.
Para el análisis cualitativo y cuantitativo, se tomaron dos muestras por cada sitio, una correspondiente a la profundidad superficial y la otra a la media con ayuda de la botella Van Dorn. Una vez identificado el fitoplancton y la calidad del agua del embalse y de sus cauces aportadores, se aplicaron acciones para la remoción y control de los contaminantes.
Por otra parte se propuso el manejo biológico a través de peces; sin embargo, para no afectar la cadena trófica del cuerpo de agua fue necesario estudiar las poblaciones mediante muestreos en seis estaciones previamente definidas.
En el trabajo de campo, se determinó la composición y abundancia de las especies por zona de muestreo, registrándose los datos de talla y peso. El número de ejemplares utilizados para el muestreo biológico fue entre un 10 a 20 % de la muestra total, los que se fijaron con formol al 10 % y se transportaron al laboratorio para su posterior análisis taxonómico y biológico.
Finalmente, con los datos obtenidos se aplicó un modelo trófico para el embalse con el objeto de proponer recomendaciones basadas en el concepto de interacciones tróficas en cascada y con ello mejorar la calidad del agua de la presa.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El embalse se clasifica como un cuerpo de agua cálido (T> 15°C) con estratificación térmica en primavera-verano-otoño de 9 meses de duración y con una mezcla de su columna de agua en invierno (18°C).
Durante la mezcla de invierno, el oxígeno disuelto (OD) en toda la columna de agua del embalse fue de 5.5 mg/l. Después de esta mezcla, al incrementarse la temperatura en los meses subsecuentes, el embalse se estratifica presentando una capa de agua superficial (de 0.0 a 8.0 m de profundidad) denominada epilimnio donde el OD es de 9.0 mg/l y una capa profunda llamada hipolimnio (desde los 9.0 m de profundidad hasta el fondo) donde el OD es de 0.0 mg/l (pasando de anaerobio a anóxico). Estas características determinan de manera importante la calidad del agua del sistema.
La interpretación de los resultados analíticos y su evaluación se basó en la comparación de los límites máximos establecidos en los Criterios Ecológicos de Calidad del Agua.
De acuerdo a los promedios anuales, la calidad del agua del embalse cumple con los límites establecidos para fuentes de abastecimiento de agua potable excepto en los siguientes parámetros: turbiedad (3.6 UNT), DQO (8 mg/l), Nitrógeno total (0.920 mg/l) y
del embalse de 3.10 m de profundidad de visión del disco de Secchi en diciembre a 0.83 m en junio y julio. Los valores de nutrientes (fósforo y nitrógeno) así como las concentraciones de clorofila a, clasifican al embalse como un cuerpo de agua eutrófico. Aunque no se observaron diferencias notables en los tres niveles de profundidad muestreados, lo que supone una columna homogénea a lo largo del año, es posible suponer que el nivel medio es el de mejor calidad del agua por la presencia de cúmulos de algas flotando en la superficie y por la incorporación de nutrientes de los sedimentos del fondo del embalse.
En cuanto al fitoplancton se refiere, se encontró una abundancia muy grande de pocas especies y baja abundancia de muchas especies, lo cual indica contaminación en el embalse. Los grupos dominantes encontrados fueron las cianofitas, le siguieron las crisofitas y finalmente las clorofitas y pirrofitas. Cabe señalar que durante el estudio se presentaron tres “ blooms” o florecimientos algales. El primer florecimiento fue generado por las cianofitas y comprendió de febrero a julio, siendo la especie dominante la
Anabaena spiroides. El segundo se presentó en agosto y el tercero en septiembre,
debido al crecimiento explosivo de las clorofitas y crisofitas, respectivamente.
El incremento en la concentración de nitrógeno y fósforo en el embalse debido a actividades humanas como la agricultura y vertimiento de aguas residuales domésticas, favoreció el crecimiento explosivo de algas confiriéndole un sabor y olor desagradable al agua.
Por su parte como resultado del estudio de la determinación de la población de peces en el embalse, se registró la presencia de siete especies de peces: carpa herbívora, común y dorada, lobina negra, mojarrita de agallas azules, tilapia y charal. En todos los muestreos se encontró que la especie más abundante es el charal (Chirostoma
humboldtianum), siguiéndole la lobina (Micropterus salmoides).
Como resultado del análisis de los tractos digestivos de las especies colectadas, se encontró lo siguiente: Por el tipo de alimento que consume, el charal es un zooplanctófago de primer orden, con ingesta complementaria del zoobentos cuando se encuentra en tallas pequeñas. La lobina es una especie ictiófaga principalmente, algunas veces caníbal y de manera secundaria entomófaga.
Tanto la lobina como la mojarrita de agallas azules, son omnívoras con tendencias hacia el consumo de peces (ictiófagos), y de insectos (entomófagos). De las especies analizadas en este estudio, éstas mostraron la mayor diversidad en cuanto al tipo de alimento. Las carpas, conocidas por su preferencia por el alimento que se encuentra en el zoobentos (muchas veces enterrado en el fango) y con tendencia hacia la omnivoría, se encontraron ser especies estenófagas estrictas, con un sólo tipo de alimento compuesto por macrófitas en un 100%.
La tilapia es una especie omnívora durante los diferentes estadios de vida, cuyo espectro trófico está compuesto por cuatro componentes, todos ellos asociados al fondo del embalse. Respecto al charal, por su espectro trófico se considera
zooplantófago semiestricto al mostrar una preferencia por Bosmina y complementar su dieta con restos de peces, por el tipo de alimento el charal tiene poca relación con el fondo de la columna de agua. Para las carpas y la tilapia, las macrófitas representan el componente alimenticio dominante, por lo que un incremento en la biomasa de esas especies coopera con la reducción de las macrófitas.
El modelo aplicado indica que el nivel trófico más alto es el de lobina negra, depredador tope en este ecosistema cuya dieta consiste principalmente de charales y zoobentos. Los charales, que consumen zooplancton y zoobentos cuando se encuentran en tallas pequeñas (ya que a tallas mayores como ocurre en otros sitios, se comporta como depredador tope, consumiendo preferentemente peces, crustáceos y larvas de insectos) y la mojarrita de agallas azules, que se alimenta de zoobentos y charales, también ocupan niveles tróficos altos. La pesca comercial y artesanal participa como un depredador tope. Cabe señalar que el charal, en tallas pequeñas como se encuentra en el embalse, ocasionado por la alta depredación de esta especie, es el consumidor más importante del zooplancton y al mismo tiempo representa una fuente de alimento para otros peces como la lobina negra y la mojarrita de agallas azules.
Debido a la presión depredatoria ejercida por la lobina sobre el charal, éste permanece en tallas pequeñas, ejerciendo un alto consumo sobre el zooplancton. Esta especie a tallas mayores consume preferentemente peces, crustáceos y larvas e insectos, dejando de incidir en el zooplancton, por lo que sería deseable contar con dichas tallas. Para lograr esto sería recomendable incrementar el esfuerzo pesquero sobre la lobina para reducir su biomasa y consecuentemente la depredación de ésta sobre el charal. Una vez identificada la problemática de la calidad del agua del embalse, se propusieron algunas acciones para su mejoramiento.
Estrategias para el mejoramiento de la calidad del agua del embalse.
Remoción manual de micromalezas acuáticas.
Como una estrategia a corto plazo para el control de las micromalezas acuáticas, se decidió removerlas mediante el empleo de redes cónicas de las utilizadas comúnmente para muestreo de plancton (abertura de malla de 78 y 158 micras). Sin embargo, la presión que ejercía el agua sobre la red, aún a velocidades bajas, provocaba que el material arrastrado se filtrara y fuera mínima la cantidad retenida y extraída.
Posteriormente se realizó un arrastre con una estructura cónica cubierta con tela de mosquitero en una sola capa y otra con una segunda capa de la misma tela a fin de cerrar un poco más la abertura de malla. Pero aún así no se logró el suficiente arrastre. Finalmente, se diseñó un chinchorro con una tela resistente (abertura de malla de aproximadamente 45 micras) que se combinó con una tela de mayor abertura (76 micras). Este sistema logró el arrastre de gran cantidad de material sin retener el agua. Este diseño se adaptó a una máquina cosechadora de lirio en la que se acondicionaron
seis chinchorros. Así mismo, la malla fue utilizada para redes manuales a fin de extraer material de sitios en que la máquina no podía entrar.
Adición de carbón activado.
Para eliminar el problema de olor y sabor en el agua del embalse, se preparó una solución de carbón activado en polvo con una concentración de 5 mg/l, la cual fue adicionada en el canal de alimentación de la planta potabilizadora previo al medidor Parshall para lograr un mezclado eficiente.
Con el fin de controlar el crecimiento de las macrofitas en la presa, se llevó a cabo la siembra de 60, 000 carpas herbívoras. Además se tiene contemplada la siembra de carpa plateada u otra especie exótica fitófaga para el control de la cadena trófica en la presa.
Manejo y control de los niveles de agua en el embalse
De acuerdo al estudio limnológico, el agua que se extrae a través de la obra de toma (a 30 m de profundidad), es la que presenta menor calidad en el embalse, ya que de los análisis realizados, el agua que se encuentra en el fondo, es la que tiene mayor concentración de color, turbiedad y nutrientes, por lo que decidió modificarse la obra de toma. Se sabe que la anoxia del hipolimnio, originada por la acumulación de materia orgánica en los sedimentos, representa una fuente potencial de nutrientes al embalse y un peligro a los organismos que la habitan, así como un incremento paulatino en el nivel trófico del embalse. Por ello se decidió extraer agua de las compuertas ubicadas a 13 m de profundidad. Con esta medida se logró mejorar la calidad de agua a potabilizar y por lo tanto disminuyó el costo de tratamiento.
Cosecha de lirio acuático
Los florecimientos de macrófitas (lirio) interfieren con la navegación, la pesca y los deportes acuáticos, así como con el uso eficiente del agua para su tratamiento, por lo que en el embalse que se estudió, se decidió controlar el lirio por medio de la siembra de carpa herbívora y por medios mecánicos (cosechadora). Sin embargo, como el lirio es un competidor por luz y nutrientes con las algas que florecen periódicamente, algunos investigadores recomiendan que mientras no se controle completamente el ingreso de las aguas residuales (cargadas de nutrientes y de posibles agroquímicos usados en las zonas aledañas), se mantenga una cierta población de lirio acuático retenido en áreas específicas seleccionadas, limitando su proliferación mediante su extracción. Cabe señalar que en México aún no se ha investigado si esta acción es favorable.
CONCLUSIONES
El sistema de remoción manual de micromalezas acuáticas, resultó eficaz para su control a corto plazo; sin embargo, la eficiencia del método depende mucho de las condiciones climáticas en el embalse, como una alta luminosidad y poco viento.
Con la aplicación del carbón activado en polvo, se logró reducir el color y el olor desagradables en el agua a potabilizar, a niveles en los que ya no se detectaron.
Con la modificación de la altura de la obra toma, se logró mejorar la calidad de agua a potabilizar y por lo tanto disminuyó el costo de tratamiento.
La cosecha de lirio acuático y la siembra de carpa herbívora, disminuyó el flujo excesivo de los materiales de estas plantas hacia el detrito, impidiendo la acumulación de éste en el fondo del embalse y por tanto la generación de condiciones anóxicas que afectarían la calidad del agua y la estructura de la comunidad acuática.
RECOMENDACIONES
Es necesario mantener un programa permanente de monitoreo donde se incluyan parámetros fisicoquímicos, biológicos y de toxicidad que sirvan como base para conocer los cambios en la calidad del agua del embalse.
Con el objeto de romper la termoclina y con ello evitar el establecimiento de especies dañinas en el embalse, se recomienda estratificar el cuerpo de agua mediante la aireación de la parte superior del mismo. La utilización de equipos que forman cortinas de aire (motores o ventiladores de gran tamaño), estratifican el cuerpo de agua y al mismo tiempo, eliminan las estructuras de resistencia de las microalgas.
Aunado a las recomendaciones anteriores, deberá generarse e instrumentarse un programa de saneamiento rural básico en las áreas de influencia al embalse.
REFERENCIAS
Alvarez del Villar, J., 1970. Peces mexicanos. Com. Nal. Consult. Pesca. I.N.I.B.P. México, 166 p.
GRAVAMEX, 1998. Determinación de las poblaciones de peces en la Presa Valle de Bravo, Estado de México, con fines de manejo del embalse.
GRAVAMEX, 1999. Estudio Limnológico de la Presa Valle de Bravo, México. Margalef, R., 1983. Limnología, Omega, España.
