evaluación de efluentes de lagunas de estabilización con
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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
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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
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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
ii
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 SALLEFACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
ÁREA DE AGUAS RESIDUALES
BOGOTÁ D.C.
2002
iii
Nota de aceptación
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
Jurado
__________________________________
Jurado
__________________________________
Director de Tesis
__________________________________
Decano
Bogotá, D.C., 6 de junio de 2002
iv
Esas corrientes fétidas de suciedades subterráneas que el pavimento escondede 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 tumesa, es la tibia sangre en tus vena, es salud,
es alegría, es vida.
Víctor HugoLos miserables
v
A mi papá y mi mamá
por su apoyo y confianza
en todas las decisiones
de mi vida.
vi
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.
vii
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
viii
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 AGUASRESIDUALES
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
ix
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 TRATAMIENTOSELECCIONADOS
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 DEESTABILIZACIÓN DE MOSQUERA
55
7.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNASDE ESTABILIZACIÓN DE SUBACHOQUE
57
7.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNAS 60
x
DE ESTABILIZACIÓN MADRID I
7.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNASDE ESTABILIZACIÓN MADRID II
62
8. CONCLUSIONES 65
9. RECOMENDACIONES 69
BIBLIOGRAFÍA 71
ANEXOS 73
xi
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 delagunas de estabilización de Mosquera con las directrices dela OMS.
55
Tabla 4. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema delagunas de estabilización de Mosquera con las directrices dela FAO.
56
Tabla 5. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema delagunas de estabilización de Subachoque con las directricesde la OMS.
58
Tabla 6. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema delagunas de estabilización de Subachoque con las directricesde la FAO.
59
Tabla 7. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema delagunas de estabilización Madrid I con las directrices de laOMS.
60
Tabla 8. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema delagunas de estabilización Madrid I con las directrices de laFAO.
61
Tabla 9. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema delagunas de estabilización Madrid II con las directrices de laOMS.
62
Tabla 10. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema delagunas de estabilización Madrid II con las directrices de laFAO.
63
xii
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Fotografía pretratamiento del sistema de lagunas deestabilización de Mosquera
48
Figura 2. Fotografía del sistema de lagunas de estabilización deMosquera
48
Figura 3. Fotografía pretratamiento del sistema de lagunas deestabilización Madrid I
50
Figura 4. Fotografía del sistema de lagunas de estabilización Madrid I 50
Figura 5. Fotografía pretratamiento del sistema de lagunas deestabilización Madrid II
52
Figura 6. Fotografía del sistema de lagunas de estabilización Madrid II 52
Figura 7. Fotografía pretratamiento del sistema de lagunas deestabilización de Subachoque
54
Figura 8. Fotografía del sistema de lagunas de estabilización deSubachoque
54
xiii
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Esquema de la cuantificación de huevos de helminto por latécnica de Duncan Mara.
74
Anexo B. Esquema de la cuantificación de huevos de helminto por latécnica de Gaspard.
76
Anexo C. Resultados de la cuantificación de huevos de helminto por lastécnicas de Duncan Mara y Gaspard.
78
xiv
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
2
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.
3
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
4
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.
5
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.
6
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
7
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 deIngeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, Lima, CEPIS, 1996, págs. 133-150.
8
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.
9
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.
10
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
11
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.
12
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.
13
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 delMezquital en México, en el que el drenaje sanitario de la Ciudad de México esconducido por medio de canales hasta una zona agrícola de 70.000 hectáreas,asignada a 45.000 familias agricultoras que se encargan de cultivar principalmentemaíz y alfalfa y, en menor proporción, avena, cebada, fríjol, trigo, calabaza, ají ytomate.
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 unacapacidad total de almacenamiento de 350 millones de metros cúbicos y 1.825kilómetros que incluyen complejos sistemas de túneles, presas y canales, loscuales por sí mismos tienen un efecto autopurificador del agua residual. Elresultado de esto es que las diversas áreas se riegan con agua de diferentecalidad. Por ejemplo, a la entrada del Valle el agua residual tiene un máximo de 6x 108 coliformes fecales/100 ml, mientras que el suministro en las presas finalesreduce la cantidad a 2 x 104. El mismo efecto ocurre con helmintos, laconcentración de huevos de Áscaris pasa de 135 por litro a la entrada del Valle amenos de uno por litro en el suministro del almacenamiento más bajo4.
Se estima que en 1993 la producción de maíz y alfalfa obtenida en 60.000hectáreas 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.
14
2.2. ESTADOS UNIDOS
En Estados Unidos, según el único estudio a nivel nacional disponible sobre losproyectos de recuperación y reutilización de efluentes, en 1975 existían 150proyectos de reutilización de agua en agricultura. La cantidad de agua residualreutilizada se estimaba en 760.000 m3/día. La mayoría de instalaciones dereutilización de efluentes se hallan en las regiones áridas y semiáridas de losestados 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 elagua residual cruda directamente sobre los campos de cultivo desde 1890. En1989 el Departamento de Servicios de Salud estableció los criterios para larecuperación de aguas residuales, exigiendo que los efluentes sean desinfectadosy oxidados hasta lograr que el promedio de coliformes no exceda de 2.2 NMP por100 ml. Se pueden aceptar excepciones a estos requerimientos de calidad encasos donde los cultivos reciben procesos físicos o químicos que destruyen losmicroorganismos 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.
15
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 aguasservidas para el agro, Shefayim, 1999.pág 3-5.
16
2.4. ARGENTINA
Uno de los casos de reuso más importantes en América Latina se vienedesarrollando en Mendoza, Argentina, donde más de 1.900 hectáreas son regadascon el efluente del la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de CampoEspejo, que posee 285 hectáreas de lagunas de estabilización para tratar uncaudal de 1.400 l/s proveniente de 320.000 habitantes. Más de 460 hectáreasproducen uva para la industria vinícola, mientras otras 102 están sembradas conárboles frutales de durazno y pera. Una empresa de manufactura de mueblesmaneja 205 hectáreas de álamos para la producción de madera prensada. Elcultivo de alfalfa para pastura se realiza en 340 hectáreas. Por último, 814hectáreas 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 ComplejoBioecológico de San Juan en Lima, Perú, en donde una planta de lagunas deestabilización fue construida en 1.963 en los desiertos ubicados a 16 Km. al surde 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 riegode un bosque.
En el resto del país el principal uso de las aguas residuales es el agrícola, no setienen referencias en el sentido que la productividad mejore con la aplicación deaguas 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 Residualesen América Latina: Realidad y Potencial, Lima, Impresiones CEPIS, 2000, pág 1-5.
17
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 ysaneamiento 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.
18
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 Residualesen América Latina: Realidad y Potencial, Op.cit., pág 9.
19
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.
20
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
21
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
22
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.
23
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.
24
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
25
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.
26
Tabla 1. Directrices microbiológicas para riego recomendadas por la OMSa
CategoríaCondición
de reusoGrupo
expuesto
NemátodosIntestinalesb
(promedioaritmético:Número dehuevos por
litroc)
Coliformesfecales
(promediogeométrico:número por
100 mlc)
Tratamiento delagua residual
esperado parallegar al
requerimientode calidad
A Irrigación decultivos para
serconsumidossin cocinar,
camposdeportivos,
parquespúblicosd
Trabajadores,consumidores,
y publico
< 1 < 1000d Series delagunas de
estabilizacióndiseñadas para
alcanzar lacalidad
microbiológicaindicada otratamientoequivalente.
B Irrigación decultivos decereales,cultivos
industriales,cultivos
forrajeros,pastizales y
árbolese.
Trabajadores < 1 No existelímite
recomendado
Retención enlagunas de
estabilización por8-10 días oremoción
equivalente dehelmintos ycoliformes
fecales.
C Irrigaciónlocalizada de
cultivos encategoría B,
si laexposición detrabajadoresy publico no
ocurre.
Ninguno No aplica No aplica Pretratamiento esrequerido paralos sistemas deriego, pero no
menor que unasedimentación
primaria.
a En casos específicos se deberían tener en cuenta los factores epidemiológicos, socioculturales yambientales 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 yno se deben recoger frutas del suelo. No es conveniente regar por aspersión.
27
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.
28
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
29
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 delsuelo, y suele estar relacionado con la estabilidad estructural de la capa superficialdel mismo. Para predecir los potenciales problemas de infiltración se sueleemplear la tasa o relación de adsorción de sodio (RAS). A un mayor valordeterminado de la tasa de adsorción de sodio, la infiltración aumenta con elincremento de la salinidad y decrece con el descenso de ésta.
4.1.3 Toxicidad de iones específicos. Los problemas de toxicidad surgen cuandociertos elementos del suelo o del agua, son absorbidos por las plantas y acumuladosen sus tejidos, en concentraciones altas como para producir daños y reducir losrendimientos del cultivo. Estos daños generalmente dependen de la sensibilidad delos cultivos y de la cantidad de iones absorbidos. Los daños se manifiestan comoquemaduras 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 aguasresiduales suelen provenir por el uso de detergentes de uso doméstico overtimientos industriales.
Por lo general, la acumulación a concentraciones tóxicas de estos iones tardacierto tiempo y los síntomas visuales de los daños se desarrollarán muylentamente para ser notados, dependiendo del tiempo, la concentración, latolerancia del cultivo y el volumen del agua transpirada.
En el caso de cultivos sensibles, la toxicidad de iones específicos resulta difícil decorregir sin introducir cambios en el agua de riego o en el cultivo. Las condicionesde alta temperatura y clima seco provocados por altas velocidades deevapotranspiración acentúan el problema.
30
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.
31
Algunos otros problemas relacionados con la calidad del agua de riego se deben a lapresencia de sólidos suspendidos que pueden causar problemas en los sistemas deriego, tales como obstrucción de compuertas, obturación de aspersores y emisoresde 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, sinembargo las recomendadas por la FAO (Organización de las Naciones Unidaspara la Agricultura y la Alimentación) clasifica el agua para riego en tres grupos,basados en problemas potenciales como la salinidad, infiltración, toxicidad deiones 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 delagua sobre la producción de cultivos, las condiciones del suelo y el manejoagrícola. Éstas tienen un carácter práctico y han sido utilizadas con éxito en laagricultura bajo riego, para evaluar los componentes del agua superficial,subterránea, agua de drenaje y aguas residuales. Las directrices se basan en lossiguientes supuestos, siendo posible su modificación en condiciones locales.
Rendimiento potencial: Se considera que cuando las directrices indican que noexiste ninguna restricción de uso del agua, los cultivos tienen la capacidad dealcanzar 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.
32
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.
33
Tabla 2. Directrices recomendadas para riego por la FAO
Grados de restricciónProblemas potenciales de irrigación Unidades
Ninguna ligera a moderada Severa
Salinidad
CEwa DS/m < 0.75 0.75 – 3.0 > 3.0
O
SDT mg/l < 450 450 – 2000 > 2000
Infiltración
RASb= 0 - 3 y CEw = > 0.7 0.7 - 0.2 < 0.2
3 -6 > 1.2 1.2 - 0.3 < 0.3
6-12 > 1.9 1.9 - 0.5 < 0.5
12-20 > 2.9 2.9 - 1.3 < 1.3
20-40 > 5.0 5.0 - 2.9 < 2.9
Toxicidad para iones específicos
Sodio (Na)
Irrigación superficial RAS < 3 3 - 9 > 9
Irrigación por aspersión meq/I < 3 > 3
Cloruros (Cl)
Irrigación superficial meq/I < 4 4 – 10 > 10
Irrigación por aspersión meq/l < 3 >3
Boro (B) mg/l < 0.7 0.7 -3.0 >3
Problemas varios
Nitrógeno (NO3-N)c mg/l < 5 5 – 30 > 30
Bicarbonato (HCO3) me/I < 1.5 1.5 - 8.5 > 8.5
PH Rango normal 6.5-8
a CEw significa conductividad eléctrica en deciSiemens por metro a 25°C.b RAS relación de adsorción de sodio.c NO3-N significa nitrógeno en forma de nitratos reportados en términos del elemento nitrógeno.
34
5. LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
5.1 GENERALIDADES DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Las lagunas de estabilización son el método más simple de tratamiento de aguas
residuales que existe. Están constituidas por excavaciones poco profundas
cercadas por taludes de tierra en donde se da un almacenamiento del agua
durante un tiempo variable en función de la carga aplicada y las condiciones
climáticas, de forma que la materia orgánica resulte degradada mediante la
actividad de bacterias heterótrofas presentes en el medio con la ayuda de algas.
En el tratamiento por lagunas de estabilización no interviene para nada la acción
del hombre, es un método biológico natural de tratamiento, basado en los mismos
principios de autodepuración que ocurren en cuerpos de agua.
Las primeras lagunas de estabilización fueron en realidad embalses construidos
como sistemas reguladores de agua para riegos. En estos embalses se
almacenaban los excedentes de agua residual utilizada en riegos directos, sin
tratamiento previo. En el curso de este almacenamiento se observó que la calidad
del agua mejoraba sustancialmente, por lo que empezó a estudiarse la posibilidad
de utilizar las lagunas como método de tratamiento de aguas residuales. El primer
embalse es el que se realizaron estudios de este tipo fue el llamado Lago Mitchell,
situado en la ciudad de San Antonio (Texas, Estados Unidos), a principios del siglo XX.
En las lagunas de estabilización se establece una simbiosis entre las bacterias y
las algas; las bacterias descomponen la materia orgánica, formando nitrógeno
inorgánico, fosfatos y dióxido de carbono. Las algas usan estos compuestos, junto
con la energía de la luz solar, para la fotosíntesis, liberando oxígeno para la
solución; éste a su vez es asimilado por las bacterias, cerrando así el ciclo.
35
Debido a los altos tiempos de retención que tiene el agua residual en las lagunas
de estabilización, se logra eliminar, en condiciones adecuadas, hasta un 99.999%
los coliformes fecales y un 100% de los parásitos. Sin embargo, debido a que en
el tratamiento se desarrolla una gran cantidad de biomasa, los efluentes de las
lagunas la mayoría de veces no cumplen con la normatividad de vertimientos ya
que suelen contener una alta concentración de sólidos suspendidos constituidos
por algas, que sin embargo no son sépticos como los sólidos afluentes al sistema.
Entre las principales ventajas que se le atribuyen a las lagunas de estabilización
son: su bajo costo; necesitan poco o ningún componente importado; nulo consumo
de energía eléctrica; simples de construir y operar; confiables y fáciles de
mantener; pueden absorber cambios bruscos de cargas hidráulicas u orgánicas;
posibilidad de uso como sistemas reguladores de riegos; fácil adaptación a
variaciones estacionales; posibilidad de tratar vertimientos industriales fácilmente
biodegradables; elevada estabilización de la materia orgánica; baja generación de
lodos y excelente remoción de patógenos.
Las principales desventajas de las lagunas de estabilización son los grandes
requerimientos de área ( De 2-5 m2 por persona), el alto contenido de algas del
efluente, el potencial de olor, la posible presencia de mosquitos y la sensibilidad
de las algas a compuestos tóxicos presentes en las aguas residuales.
5.2 CLASIFICACIÓN DE LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Las lagunas de estabilización se clasifican en anaeróbicas, facultativas y de
maduración.
5.2.1 Lagunas anaeróbicas. Se utilizan normalmente como primera fase en el
tratamiento de aguas residuales urbanas o industriales con alto contenido en
materia orgánica biodegradable. El objetivo primordial de estas lagunas es la
reducción de contenido en sólidos y materia orgánica del agua residual, y no la
36
obtención de un efluente de alta calidad. Por esta razón, las lagunas anaerobias
operan en serie con lagunas facultativas y de maduración. Generalmente se utiliza
un sistema compuesto por al menos una laguna de cada tipo en serie, para
asegurar que el efluente final de la planta de tratamiento posea una calidad
adecuada durante todo el año.
El tratamiento en estas lagunas ocurre por la acción de bacterias anaerobias. En
estas lagunas, como consecuencia de la elevada carga orgánica y el corto período
de retención del agua residual, el contenido en oxígeno disuelto se mantiene muy
bajo o nulo durante todo el año. El objetivo perseguido es retener la mayor parte
posible de los sólidos en suspensión, que pasan a incorporarse a la capa de lodos
acumulados en el fondo, y eliminar parte de la carga orgánica. Generalmente
tienen profundidades de 3 a 5 metros.
5.2.2 Lagunas facultativas. Son aquellas que poseen una zona aerobia y una zona
anaerobia, situadas respectivamente en superficie y fondo. Por tanto, en estas
lagunas podemos encontrar cualquier tipo de microorganismo, desde anaerobios
estrictos en el lodo del fondo hasta aerobios estrictos en la zona inmediatamente
adyacente a la superficie. Sin embargo, los seres vivos más adaptados al medio
serán los microorganismos facultativos, que pueden sobrevivir en las condiciones
cambiantes de oxígeno disuelto típicas de estas lagunas a lo largo del día y del
año. Además de las bacterias y protozoos en las lagunas facultativas, es esencial
la presencia de algas, que son las principales suministradoras de oxígeno disuelto.
A diferencia de lo que ocurre con las lagunas anaerobias, el objetivo perseguido
en las lagunas facultativas es obtener un efluente de la mayor calidad posible, en
el que se haya alcanzado una elevada estabilización de la materia orgánica y una
reducción en el contenido en nutrientes y bacterias coliformes. Tienen
profundidades que varían de 1.5 a 2.5 metros con áreas relativamente grandes.
37
5.2.3 Lagunas de maduración. En estas lagunas se mantiene un ambiente
aerobio en toda su profundidad, lo que se consigue con menores cargas
aplicadas, de forma que la fotosíntesis y la reaireación sean suficientes para
proporcionar oxígeno disuelto a toda la columna de agua. En las lagunas de
maduración se consigue una elevada desinfección del agua tratada, así como la
mineralización de los nutrientes orgánicos.
Estas lagunas se construyen después del tratamiento completo, por medio de unalaguna facultativa primaria o secundaria de una planta de tratamientoconvencional. Tienen profundidades menores que las lagunas facultativas,variando de 0.6 a 1.5 metros14.
5.3. REDUCCIÓN DE PATÓGENOS EN LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
La reducción de patógenos en las lagunas de estabilización se logra por lossiguientes factores.
5.3.1 Temperatura. El incremento de la temperatura en las lagunas deestabilización incrementa la actividad metabólica bacterial, lo cual hace a lasbacterias más susceptibles a las sustancias toxicas. La temperatura incrementa elnúmero de predadores que contribuyen al decaimiento bacteriano.
5.3.2 Radiación solar. En ecosistemas acuáticos de baja turbiedad, la luz esresponsable de la rápida mortalidad bacteriana. La luz causa formaciones desustancias tóxicas de oxígeno (radicales de oxígeno libre, peróxido de hidrógeno,entre otros), estas formas de oxigeno destruyen las bacterias en las lagunas.
5.3.3 Valor del pH. Valores de pH de 9-11 producidos por la actividad fotosintéticade las algas en las lagunas de estabilización, causa la muerte de las bacterias.
14 ROLIM Sergio, Op. cit., pág 112-114.
38
5.4.4 Concentración de algas. El decaimiento de las concentraciones de bacterias
por la presencia de algas no es directo; se debe básicamente al pH que las algas
modifican en su proceso fotosintético, al oxígeno generado por el mismo proceso y
a la penetración de la luz en las lagunas.
5.4.5 Predación. Las bacterias en las lagunas hacen parte de la cadena biológica
alimenticia, al ser consumidas por protozoarios, formas microscópicas de vida
animal o en algunos casos por virus específicos que atacan bacterias como los
bacteriófagos.
5.4.6 Sedimentación. En las lagunas de estabilización los parásitos intestinales
son removidos en su totalidad en el mayor de los casos por procesos de
sedimentación que se dan por su propio peso, así mismo las bacterias pueden ser
removidas por este proceso si son adsorbidas en grandes partículas que
posteriormente son sedimentadas.
5.4.7 Concentraciones de DBO y nutrientes. Mortalidad bacteriana se presenta
cuando se encuentran concentraciones bajas de materia orgánica(<20mg/l DBO)6,
con lo cual no habrá alimento suficiente para las bacterias y otros predadores15.
15 VAN DER STEEN Peter, “Waste stabilization pounds”, En: Memorias Curso sistemas integradossostenibles para el tratamiento de aguas residuales, Cali, IHE Delft-Universidad del Valle, 2001,pág 38-39.
39
6. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
6.1 SELECCIÓN DEL ÁREA
Con el fin de evaluar la posibilidad de reuso de aguas residuales, se realizaron
visitas a los diferentes sistemas de tratamiento de aguas residuales ubicados en
la Sabana de Bogotá, lagunas de estabilización de Chocontá, Suesca, Sesquilé,
Gachancipá, Zipaquirá, Tocancipá, Sopó, Tabio, Chía, Cajicá, Mosquera y Madrid;
sistemas de lodos activados basados en zanjones de oxidación en los municipios
de Nemocón, Guatavita, Facatativá, Funza y Cota y una tecnología anaeróbica
basada en Reactores Anaeróbicos de flujo a Pistón (RAP), en el municipio de
Tenjo.
Visitados los diferentes sistemas de tratamiento e identificadas algunas
características locales como producción agrícola, disponibilidad del recurso hídrico
y tipo de tratamiento de aguas residuales, se seleccionó el área de la cuenca
Subachoque. En esta cuenca se encuentran los sistemas de lagunas de
estabilización de los municipios de Madrid, Mosquera y Subachoque.
La selección del área se basó en: el alto potencial agrícola de la cuenca del río
Subachoque (más del 80% de su territorio es dedicado a actividades agrícolas); es
la cuenca de la sabana de Bogotá con mayor cantidad de sistemas de tratamiento
de aguas residuales domésticas; es una de las zonas de la sabana con mayores
problemas de escasez del recurso hídrico y baja presencia de industria pesada
que pueda aportar elementos tóxicos a la red de alcantarillado.
40
6.2 SELECCIÓN DE PARÁMETROS DE MONITOREO
Para la evaluación con fines de reuso de los efluentes de los diferentes sistemas
de lagunas de estabilización seleccionados, se analizaron los parámetros
microbiológicos para riego establecidos por la Organización Mundial de la Salud
(OMS) y los parámetros físico-químicos establecidos por la Organización de las
Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO).
Los parámetros microbiológicos de monitoreo establecidos, fueron coliformes
fecales y huevos de helmintos, tomándose muestras a la entrada y salida de cada
uno de los sistemas con el fin de evaluar la eficiencia de remoción de patógenos
de cada uno de los mismos. Estos análisis fueron realizados en la Unidad de
Saneamiento y Biotecnología Ambiental (USBA) de la Facultad de Ciencias de la
Pontificia Universidad Javeriana, ya que tienen gran experiencia, en el montaje de
técnicas para la evaluación de nuevos indicadores de contaminación fecal.
La técnica empleada para la medición de coliformes fecales fue la de filtración por
membrana, la cual tiene un alto grado de precisión y aunque su resultado se
expresa en Unidades Formadoras de Colonia (UFC) por 100 ml, es equivalente al
Número Más Probable (NMP) por 100 ml, realizado por la técnica de tubos
múltiples.
Para los análisis de huevos de helminto, se realizó en los laboratorios de la USBA,
el montaje de dos técnicas de detección con el fin de evaluar la de mayor
eficiencia de recuperación de huevos. Las técnicas empleadas fueron las de
Gaspard, recomendada por la OMS, y la de Duncan Mara, la cual fue propuesta
para países con altos índices de parasitismo. Los volúmenes de muestra tomados
para el desarrollo de las técnicas fue de 5 litros a la entrada y a la salida para la
técnica de Gaspard y de 1 litro a la entrada y 10 a la salida para la técnica de
Duncan Mara. Ante la ausencia de una técnica nacional, el montaje de las técnicas
de helmintos se realizó por medio de una tesis de pregrado de la facultad de
41
Bacteriología de la Pontificia Universidad Javeriana y su desarrollo se describe en
los Anexos A y B. Los resultados de la cuantificación por medio de las dos
técnicas se describen en el Anexo C; sin embargo para el análisis de resultados se
seleccionaron los valores mas altos obtenidos entre las dos técnicas, los cuales se
reportan en las tablas de comparación de los resultados microbiológicos de los
sistemas de lagunas de estabilización con las directrices de la OMS. La selección
de la mejor técnica para evaluación de helmintos hace parte de la tesis de
Bacteriología de la Pontificia Universidad Javeriana.
Los parámetros físico-químicos evaluados fueron pH, conductividad eléctrica,
relación absorción de sodio (calcio, magnesio, sodio), cloruros, boro, nitratos y
bicarbonatos, para lo cual se tomaron muestras únicamente a la salida de los
sistemas de tratamiento debido a la baja o nula remoción de este tipo de
sustancias en los procesos de tratamiento de aguas residuales. Estos análisis
fueron realizados en el laboratorio de suelos del Instituto Geográfico Agustín
Codazzi (IGAC) y se emplearon las técnicas del Departamento de Salinidad de los
Estados Unidos. El volumen de agua necesario para los análisis fue de 1 litro en
cada uno de los muestreos.
Se realizaron 3 muestreos por cada sistema de tratamiento, así:
La primera jornada de muestreo se realizó entre el 17 de enero y el 6 de febrero
de 2002; la segunda entre el 6 de marzo y el 3 de abril; y la tercera entre el 9 y el
28 de abril.
Los muestreos se realizaron durante el periodo seco, con el fin de evaluar los
parámetros bajo las condiciones de operación más críticas. En esta época las
aguas residuales se encuentran más concentradas por la ausencia de lluvias y se
presenta una mínima dilución de la concentración de los diferentes parámetros
analizados; es asimismo, el periodo en el cual se presenta la mayor escasez
hídrica de la cuenca y durante el cual sería necesario buscar fuentes alternativas
42
de abastecimiento para los cultivos, que podrían ser los efluentes las lagunas de
estabilización.
El número de muestras por sistema de tratamiento se debió principalmente a la
estabilidad de los efluentes de los diferentes sistemas estudiados; por los altos
tiempos de retención hidráulicos al interior de las lagunas de estabilización, las
cargas orgánicas se ecualizan, garantizando efluentes con concentraciones
constantes en el tiempo. Asimismo el tiempo de análisis de la técnica de helmintos
(1 semana), determinó la frecuencia para la toma de muestras. Los muestreos
fueron realizados en su totalidad entre las 8 y las 9 am, hora en la cual se
presentan caudales y concentraciones pico, como consecuencia del inicio de las
actividades domésticas. Una vez tomadas las muestras, fueron transportadas a los
diferentes laboratorios para su procesamiento y análisis. La totalidad de los gastos
de transporte y análisis, fueron asumidos por el autor.
6.3 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA SELECCIONADA
6.3.1. Localización y Superficie. La cuenca del río Subachoque se ubica aloccidente de la Sabana de Bogotá y según las coordenadas planas establecidaspara Colombia se encuentra ubicada con la siguiente referencia:
N: X= 1.009.000 y X=1.053.000S: Y= 973.000 y Y= 999.500
La superficie estimada para la totalidad de la cuenca es de 63.208 ha, querepresentan el 11.5 % de la cuenca del río Bogotá. La longitud aproximada del ríoes 46 Km16.
16 IGAC, Estudio General de suelos y zonificación de tierras, Tomo III, Bogotá, 2000.
43
6.3.2 División política. El río Subachoque nace en el alto del Boquete en el
municipio de Subachoque; se une ya al final de su trayectoria, con el río Bojacá
formando el corto río Balsillas que desemboca en el río Bogotá en el municipio de
Mosquera. El área de la cuenca pertenece a los municipios de Subachoque, El
Rosal, Facatativa, Madrid, Mosquera y Funza. Los municipios de Subachoque,
Madrid, El Rosal y Mosquera cuentan con áreas urbanas y rurales dentro de la
cuenca, mientras Facatativa y Funza únicamente posee área rural.
6.3.3 Uso actual del suelo. La cuenca del río Subachoque presenta en un 1.1% de
su área bosques naturales secundarios que se ubican principalmente sobre las
zonas altas cercanas a los nacimientos de las fuentes superficiales; las
plantaciones forestales representan en total el 2.5% del área de la cuenca,
encontrándose en todas las zonas; los rastrojos altos y bajos se encuentran en un
área que representa el 8.3% del área total.
Los pastos tanto naturales como mejorados cubren en total el 67% del área de la
cuenca; las mayores extensiones se encuentran en la parte superior, zonas de
nacimientos, sobre terrenos planos y ligeramente ondulandos; estos pastos
requieren de riego en las épocas seca, que los obtienen, principalmente, de los
afluentes principales y el cauce del río Subachoque.
Los cultivos permanentes como lo son los cultivos de flores bajo cubierta
corresponden al 4.7% del área de la cuenca y se encuentran ubicados
principalmente en la parte inferior de la misma. Los cultivos de flores son grandes
consumidores de agua, que se obtiene principalmente del subsuelo y de depósitos
que recolectan el agua lluvia.
Los cultivos anuales limpios o transitorios corresponden al 12.5% del área de la
cuenca y se encuentran distribuidos en toda su área; los principales cultivos son la
papa en la parte alta, las hortalizas en la parte media y baja, la cebada, arveja,
haba, fríjol principalmente en las partes alta y media de la cuenca; éstos
44
requieren de riego durante las épocas de verano, para lo cual utilizan las aguas de
las corrientes de uso público; la actividad de riego se realiza principalmente por
aspersión.
Las áreas degradadas de la cuenca corresponden a un 2% del área, las cuales
han sido afectadas por la acción del hombre, en actividades mineras y
agropecuarias en zonas cuyas características topográficas y de clase de suelo no
son las apropiadas. Estas zonas se encuentran ubicadas principalmente en las
partes altas o divisorias de aguas de la cuenca.
Las áreas urbanas de los municipios cubren menos del 1% del área de la cuenca y
corresponden a las zonas urbanas y suburbanas principalmente de los centros
poblados de Subachoque, El Rosal y Madrid.
El tipo de suelo del área aledaña a los sistemas de lagunas de estabilización de
Madrid I, Madrid II y Subachoque son de superficiales a profundos y de bien a
medianamente drenados. Por el contrario los suelos aledaños a las lagunas de
Mosquera son de pobres a pobremente drenados17.
6.3.4 Recurso hídrico. El río Subachoque nace en las montañas al occidente de la
cuenca del río Frío y corre hacia el suroeste, a través del valle del Subachoque;
posteriormente se va ampliando gradualmente y dobla al sur para correr a través
de la planicie hasta su desembocadura.
Entre sus principales afluentes se encuentran las quebradas La Reserva,
Angostura, Paramillo, Las Juntas, El Charco, Juan Díaz, La Cabaña, Casa Blanca,
El Cerezo, El Rodadero, EL Chircal, entre otras.
17 CAR, Estudio para la reglamentación de las corrientes de uso público, cuenca del ríoSubachoque, Volumen I, 1995.
45
La cuenca del río Subachoque presenta cuatro periodos de oferta de agua; el
primero es entre la segunda quincena de diciembre hasta marzo; el segundo entre
abril a la primera quincena de julio; el tercero entre la segunda quincena de julio
hasta septiembre; y el cuarto periodo entre octubre a la primera quincena de
diciembre. El periodo de comienzos de año presenta la menor disponibilidad de
agua, con un 55% del caudal medio. El periodo de agosto a septiembre presenta
un caudal promedio del 80% del caudal medio y el resto de periodos húmedos se
obtienen valores promedios de 110% y 180% del caudal medio.
El 82% del agua disponible es empleada en actividades de riego de agricultura y
pastos; el restante es empleado principalmente para el abastecimiento de los
municipios de El Rosal, Subachoque y Madrid, el cual también se abastece de
pozos profundos.
Los caudales del río Subachoque son registrados en las estaciones La Pradera, El
Recuerdo, Puente Manrique y La Muralla.
La estación La Pradera tienen un área aferente de 38.8 Km2 con un caudal medio
de 0.54 m3/s; en la estación Puente Manrique el caudal medio es de 1.24m3/s; y la
estación La Muralla con un área aferente de 191.9 Km2, el caudal medio es de
1.11 m3/s.
El río Subachoque presenta problemas de contaminación debido a los vertimientos
de aguas residuales domésticas del Municipio El Rosal, las inspecciones de
Puente Piedra y La Pradera, y algunos vertimientos puntuales de los municipios de
Madrid y Mosquera. Así mismo a lo largo de su recorrido el río recibe vertimientos
no puntuales de agroquímicos.
46
6.3.5 Climatología
6.3.5.1 Precipitación. La precipitación anual de la cuenca del río Subachoque es
de 1000 a 1200 mm en la parte alta de la cuenca y disminuye a 600 a los 2550
msnm en la parte más baja.
Existen dos periodos con precipitaciones menores a la media. Los meses de
diciembre, enero, febrero y marzo conforman el periodo seco del comienzo de año
con un total del 2% del total anual. En los meses junio, julio, agosto y septiembre
se presenta otro periodo seco con 24%. En el 30% del tiempo restante se
concentra el 50% de la precipitación representados en dos periodos bimensuales.
6.3.5.2 Temperatura. La cuenca del río Subachoque está localizada en mayor
porcentaje en el piso térmico frío (entre los 2250-3000 msnm); un área menor se
encuentra sobre los 3000 msnm en el piso térmico de páramo. Las temperaturas
medias mensuales registradas alcanzan los 15°C y disminuyen hasta 7.6 °C; la
temperatura media anual para la cuenca se estima en 10.73°C.
6.3.5.3 Humedad relativa. Para la cuenca, la humedad relativa es del 81 %.
6.3.5.4 Evaporación. La evaporación total anual varía entre el 73% y 120% del
promedio total multianual. La evaporación máxima se presenta en los meses de
noviembre, diciembre, enero, febrero y marzo.
6.4 DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO SELECCIONADOS
6.4.1. Lagunas de estabilización del municipio de Mosquera. El sistema de lagunas
de estabilización del municipio de Mosquera esta diseñada para recibir aportes de
aguas residuales de aproximadamente 50.000 habitantes, un caudal de 120 l/s; en la
actualidad recibe un caudal promedio de 60l/s. La planta se encuentra
aproximadamente a 2.5 km del casco urbano sobre la carretera Mosquera - La Mesa.
47
El caudal llega a la planta por bombeo a través de una tubería de 12 pulgadas; el
afluente ingresa a la planta en donde se encuentra un aliviadero para el control de
caudales de excesos y descarga al vallado San José. Posteriormente el agua pasa
a través de rejillas con una separación entre barrotes de 1 cm e inclinación de 45
grados (Véase Fotografía 1); a continuación pasa por la estructura de medición de
caudal para ingresar a la primera laguna facultativa de 1.5 Ha y volumen de
30.000 m3. Posteriormente ingresa a una laguna facultativa secundaria de 2 Ha y
volumen de 40.000 m3 y finalmente a una laguna de maduración(Véase Fotografía 2)
de 2.8 Ha y 41.500 m3, el efluente es descargado al canal San José desde el cual
se bombea a la laguna de la Herrera18.
Según los reportes de la Subdirección de Operaciones de la CAR el sistema de
lagunas de estabilización de Mosquera durante los años 2000 y 2001 presentó
una eficiencia de remoción de DBO5 y sólidos suspendidos del 66 % y 30%
respectivamente.
18 CAR, Manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales delmunicipio de Mosquera, 1999.
48
Fotografía 1. Pretratamiento Lagunas de estabilización de Mosquera
Fotografía 2. Laguna de maduración Municipio de Mosquera
6.4.2 Lagunas de estabilización del municipio de Madrid. Debido a que existen
dos cuencas de drenaje diferentes, la CAR requirió del diseño y construcción de
dos plantas de tratamiento de aguas residuales, una para la mayor parte del
caudal generado en el Municipio a la que denominaron Madrid I y una para el
sector del barrio El Sosiego conocida como Madrid II, las cuales fueron
construidas en los años de 1997 y 1998, respectivamente.
49
6.4.2. Madrid I. La Planta de tratamiento de aguas residuales Madrid I diseñada
para tratar hasta 70 l/s de aguas residuales de origen doméstico, se encuentra
sobre el costado izquierdo de la vía Bogotá-Madrid, 1 km antes del casco urbano.
La planta está compuesta de: un aliviadero que desvía los excesos de caudal
cuando este supera la capacidad de la planta; una cámara de control de excesos
que controla los caudales picos, evacuándolos mediante un rebosadero
rectangular; una rejilla de cribado con una separación entre barrotes de 1 cm e
inclinación de 45 grados (Véase la fotografía 3); canaleta parshall de 6 pulgadas;
una cámara de distribución que permite la repartición del caudal por medio de dos
tuberías para ingresar de manera simultanea y homogénea al sistema de lagunas.
El sistema lagunar está compuesto por una laguna anaeróbica, una lagunafacultativa y una laguna de maduración (Véase la fotografía 4); el efluente de laplanta es descargado al río Subachoque y un pequeño porcentaje es captado porla hacienda Casablanca para riego de pastizales y en menor proporción maíz19.
La red de alcantarillado que llega al sistema de tratamiento de Madrid I, recibeaportes de vertimientos procedentes de cambiaderos de aceites; estosvertimientos se realizan de forma clandestina en las horas de la noche, obligandoa los operadores de la planta a cerrar las compuertas de ingreso, enviándose todael agua residual directamente al aliviadero que descarga al río Subachoque.
Según los reportes de la Subdirección de Operaciones de la CAR el sistema de
lagunas de estabilización de Madrid I, durante los años 2000 y 2001, presentó una
eficiencia de remoción de DBO5 y sólidos suspendidos del 76 % y 55%
respectivamente y un caudal promedio de 35 l/s.
19 CAR, Manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de aguas residualesMadrid I, 1997.
50
Fotografía 3. Pretratamiento Lagunas de estabilización Madrid I
Fotografía 4. Lagunas de estabilización Madrid I
6.4.2.2 Madrid II. Fue construida para tratar un caudal de 30 l/s de aguas
residuales domésticas, provenientes del costado occidental de la cabecera
municipal a la cual pertenecen los barrios El Sosiego, San José y otros aledaños a
la Base aérea de la Fuerza Aérea Colombiana (FAC). La planta se localiza
aproximadamente a 2 km del casco urbano, sobre el costado izquierdo de la vía
que de Madrid conduce al municipio de Bojacá, a través de la vereda Barro
Blanco.
La planta está compuesta por un aliviadero de excesos que desvía los caudales
picos; una rejilla de cribado con una inclinación de 45 grados; un desarenador
51
provisto de una cortina para retención de grasas y flotantes; una estructura de
distribución que efectúa de manera uniforme la entrada a la laguna primaria por
medio de tres cajas (Véase Fotografía 5).
El sistema de lagunas esta compuesto por tres lagunas facultativas (Véase
fotografía 6), cada una de 230 m de longitud, 50 de ancho y 1,8 m de profundidad,
seguidas de una laguna de maduración de 180 m de longitud y 35 m de ancho
promedio con profundidad de 0.90 m; el agua tratada es descargada por bombeo
a un vallado paralelo a la vía Madrid- Barroblanco que descarga en el río Bojacá y
es empleado para riego de hortalizas.20
Según los reportes de la Subdirección de Operaciones de la CAR, el sistema de
lagunas de estabilización de Madrid II durante los años 2000 y 2001 presentó una
eficiencia de remoción de DBO5 y sólidos suspendidos del 77 % y 54%
respectivamente.
El efluente de la laguna y las lagunas secundaria, terciaria y cuarternaria
presentan una coloración rojiza producto posiblemente de una sobrecarga que
genera la aparición de bacterias sulforeductoras y algas púrpura. En la actualidad
la planta trata un caudal aproximado de 15 l/s de aguas residuales origen
doméstico.
20 CAR, Manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de aguas residualesMadrid II, 1998.
52
Fotografía 5. Pretratamiento Lagunas de estabilización Madrid II.
Fotografía 6. Lagunas de estabilización Madrid II
6.4.3 Lagunas de estabilización del municipio de Subachoque. El sistema de
lagunas de estabilización del municipio de Subachoque se construyó en 1995,
para tratar el 100% de las aguas residuales de la cabecera municipal, equivalentes
a una población de 4500 habitantes. El sistema de lagunas se encuentra
localizado al este de la cabecera municipal y dista del perímetro urbano 200
metros.
El sistema consta de una caja de concreto que trabaja como aliviadero que recibe
una tubería de 16 pulgadas proveniente del municipio; a través de esta estructura
se conducen los excesos directamente al río Subachoque; posteriormente el agua
53
llega a un canal de aducción en concreto provisto de una rejilla con una
separación entre barrotes de 1.5 cm (Véase Fotografía 7).
Desde el canal de aducción, una tubería de 16 pulgadas conduce el agua a una
laguna anaeróbica de 864 m2 y 3 metros de profundidad para un tiempo de
retención de 4.5 días; el agua pasa enseguida a una laguna facultativa dividida en
3 secciones mediante cortinas de geomembrana, con un área 1536 m2 y 2 metros
de profundidad y tiempo de retención de 5.4 días. Finalmente el agua es
conducida a una última laguna facultativa (Véase Fotografía 8), con las mismas
dimensiones de la laguna secundaria, donde después del tratamiento el agua es
conducida al río Subachoque21.
En la actualidad la planta trata un caudal promedio de 8 l/s de aguas residuales
domésticas y eventualmente recibe los aportes de aguas residuales procedentes
del matadero del municipio. En el casco urbano no se encuentra ninguna industria
que aporte vertimientos industriales. En las zonas aledañas a la laguna se cultiva
papa, arveja y pastos.
Según los reportes de la Subdirección de Operaciones de la CAR, el sistema de
lagunas de estabilización de Subachoque presenta una eficiencia de remoción de
DBO5 y sólidos suspendidos del 80 % y 56% respectivamente.
21 CAR, Manual de operación y mantenimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales delmunicipio de Subachoque, 1996.
54
Fotografía 5. Pretratamiento lagunas de estabilización de Subachoque
Fotografía 6. Vista general Lagunas de estabilización de Subachoque
55
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
7.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN DE MOSQUERA.
A partir de las caracterizaciones realizadas, se obtuvieron los siguientes
resultados para el sistema de lagunas de estabilización de Mosquera. En la Tabla
3 se observan los resultados de las caracterizaciones microbiológicas realizadas y
su comparación con la categoría de reuso establecida por la OMS para riego con
aguas residuales; asimismo, en la Tabla 4 se observan los resultados físico-
químicos y su comparación con las directrices recomendadas por la FAO para
riego.
Tabla 3. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema de lagunas deestabilización de Mosquera con las directrices de la OMS
PARÁMETRO PrimeraJornada demuestreo
SegundaJornada demuestreo
TerceraJornada demuestreo
CategoríaOMS
Coliformes Fecales(Afluente) UFC/100ml 3.4 x 10 6 1.5 x 107 5 x 106 —
Coliformes Fecales(Efluente) UFC/100ml 3 x 103 <10 1.2 x 103 A
Helmintos(Afluente)(Huevos/litro) 4 6 1.2 —
Helmintos(Efluente)(Huevos/litro) 0 0 0 A
56
EL sistema de lagunas de estabilización de Mosquera presenta una remoción
promedio de coliformes fecales de 99.982% y de huevos de helminto del 100%.
Después del tratamiento, se obtiene un efluente con una concentración promedio
de coliformes fecales de 1400 UFC/100 ml que, aunque no se encuentra por
debajo del valor de 1000 UFC/ 100 ml para ser considerado categoría A (riego sin
restricción), su efluente se encuentra en el mismo orden de magnitud para ser
considerado de esta categoría; asimismo, presenta ausencia de huevos de
helminto.
Las concentraciones afluentes de coliformes fecales son las típicas para aguas
residuales domésticas. El sistema de lagunas presenta un funcionamiento óptimo
como permite inferirlo la presencia de pulga de agua Daphnia sp en la laguna
terciaria, indicador de un efluente con una concentración alta de oxígeno disuelto y
baja presencia de tóxicos.Tabla 4. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema de lagunas de
estabilización de Mosquera con las directrices de la FAO
PARÁMETROPrimera
Jornada demuestreo
SegundaJornada demuestreo
TerceraJornada demuestreo
Directrices FAO(Restricción)
CE (dS/m) 0.813 0.994 0.997 Ligera a moderadaRAS 5.8 6.78 5.7 Ligera a moderada
Sodio (RAS)Riego por superficie
5.8 6.78 5.7 Ligera a moderada
Sodio(meq/l)Riego por aspersión
6.1 6.5 6.5 Ligera a moderada
Cloruros(meq/l)Riego por superficie
2.5 2.9 5.4 Ninguna
Cloruros(meq/l)Riego por aspersión
2.5 2.9 5.4 Ninguna
Boro(mg/l) 0.3 0.21 0.29 NingunaBicarbonatos(meq/l) 5.1 5.7 2.7 Ligera a moderada
pH 8.1 7.83 7.9 NingunaNitrato 2.5 3 5.63 Ninguna
57
Como se observa en la tabla 4. las concentraciones de los parámetros evaluados
por la FAO como criterios limitantes para riego, presentan poca variación en las
tres muestras tomadas en el sistema de lagunas de Mosquera.
Las valores de conductividad eléctrica (CE), Relación de adsorción de sodio
(RAS), Sodio y Bicarbonatos; presentan una restricción para su uso de ligera a
moderada.
Las concentraciones en el afluente de cloruros, boro, pH y nitratos, no presentan
ninguna restricción para su aprovechamiento, encontrándose concentraciones
óptimas.
Observando entonces en conjunto los análisis fisicoquímicos y micribiológicos del
agua efluente de este sistema de lagunas, no se evidencia ninguna restricción
para su uso en actividades de riego agrícola.
7.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN DE SUBACHOQUE
A partir de las caracterizaciones realizadas se obtuvieron los siguientes resultados
para el sistema de lagunas de estabilización de Subachoque. En la Tabla 5 se
observan los resultados de las caracterizaciones microbiológicas realizadas al
agua de este sistema y su comparación con la categoría de reuso establecida por
la OMS para riego con aguas residuales; así mismo, en la Tabla 6 se observan los
resultados físico-químicos y su comparación con las directrices recomendadas por
la FAO para riego.
58
Tabla 5. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema de lagunas deestabilización de Subachoque con las directrices de la OMS
PARÁMETROPrimera
Jornada demuestreo
SegundaJornada demuestreo
TerceraJornada demuestreo
CategoríaOMS
Coliformes Fecales(Afluente) UFC/100ml
5.5 x 106 3.4 x 106 3.3 x 106 —
Coliformes Fecales(Efluente) UFC/100ml
4.6 x 104 1 x 103 2 x 103 B
Helmintos(Afluente)(Huevos/litro)
8 24 15 —
Helmintos(Efluente)(Huevos/litro)
0 0 0 B
El efluente del sistema de lagunas de estabilización de Subachoque tiene una
eficiencia de remoción promedio de coliformes fecales del 99.69% y de 100% de
huevos de helminto.
Según la clasificación de la OMS para riego con aguas residuales, el efluente es
categoría B (riego con restricción), ya que sólo una de las muestras de coliformes
fecales cumple los valores para riego sin restricción establecidos por la OMS y en
promedio el efluente presenta una concentración de 1.6 x 104 UFC/100 ml. Por el
contrario, en las 3 muestras, el efluente tiene una concentración de cero huevos
de helminto. Las concentraciones de coliformes fecales en el afluente son típicas
para aguas residuales domésticas.
59
Tabla 6. Comparación de los resultados físico-químicos del sistema de lagunas deestabilización de Subachoque con las directrices de la FAO
PARÁMETROPrimera
Jornada demuestreo
SegundaJornada demuestreo
TerceraJornada demuestreo
Directrices FAO(Restricción)
CE (dS/m) 0.509 0.567 0.525 NingunaRAS 3.9 3.2 3.52 Ligera a moderada
Sodio(RAS)Riego por superficie
3.9 3.2 3.52 Ligera a moderada
Sodio(meq/l) Riegopor aspersión
2.2 2.0 2.2 Ninguna
Cloruros(meq/l)Riego por superficie
1.3 1.5 1.3 Ninguna
Cloruros(meq/l)Riego por aspersión
1.3 1.5 1.3 Ninguna
Boro(mg/l) 0.09 0.128 0.07 NingunaBicarbonatos(meq/l) 3.3 3.3 3.4 Ligera a moderada
Ph 7.1 7.4 7.1 NingunaNitratos(mg/l) 4 3.2 5.63 Ninguna
Como se observa en la Tabla 6 las concentraciones de los parámetros
establecidos para riego por la FAO presentan poca variación en las tres muestras.
Las valores de Relación de adsorción de sodio (RAS), Sodio para riego en
superficie y Bicarbonatos, presentan una restricción para su uso de ligera a
moderada, en todos los demás parámetros evaluados, el resultado obtenido a la
luz de la FAO corresponde a ausencia de restricción de uso en actividades
agrícolas.
Las concentraciones en el efluente de conductividad eléctrica (CE), cloruros, sodio
para riego por aspersión, boro, pH y nitratos, no presentan ninguna restricción
para su aprovechamiento, encontrándose concentraciones óptimas.
60
7.3.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SISTEMA DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN MADRID I
A partir de las caracterizaciones realizadas se obtienen los siguientes resultados
para el sistema de lagunas de estabilización Madrid I. En la Tabla 7 se observan
los resultados de las caracterizaciones microbiológicas realizadas y su
comparación frente a la categoría de reuso establecida por la OMS para riego con
aguas residuales; así mismo, en la Tabla 8 se observan los resultados físico-
químicos y su comparación con las directrices recomendadas por la FAO para
riego.
Tabla 7. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema de lagunas deestabilización Madrid I con las directrices de la OMS
PARÁMETROPrimera
Jornada demuestreo
SegundaJornada demuestreo
TerceraJornada demuestreo
CategoríaOMS
Coliformes Fecales(Afluente) UFC/100ml
8 x 106 6.8 x 106 1.5 x 107 —
Coliformes Fecales(Efluente) UFC/100ml
1.6 x 103 5 x 102 7 x 102 A
Helmintos(Afluente)(Huevos/litro)
4 11.5 4 —
Helmintos(Efluente)(Huevos/litro)
0 0 0 A
El efluente del sistema de lagunas de estabilización Madrid I tiene una remoción
promedio de coliformes fecales del 99.990% y de 100% para huevos de helminto.
Según la clasificación de la OMS para reuso con aguas residuales, el efluente de
este sistema, se puede clasificar como categoría A, debido a que en promedio la
61
concentración de coliformes fecales se encuentra por debajo de 1000 UFC/ 100
ml, a excepción de la primera muestra que presentó una concentración por encima
de la directriz, diferencia que en orden de magnitud es mínima; así mismo el
efluente presenta concentraciones de cero huevos de helmintos por litro. Las
concentraciones de coliformes fecales en el afluente son típicas para aguas
residuales domésticas.
Tabla 8. Comparación de los resultados físico-químicos de los muestreos realizados alsistema de lagunas de estabilización Madrid I con las directrices de la FAO
PARÁMETROPrimera
Jornada demuestreo
SegundaJornada demuestreo
TerceraJornada demuestreo
Directrices FAO(Restricción)
CE (dS/m) 0.827 0.907 0.905 Ligera a moderadaRAS 6.3 5.5 5.3 Ligera a moderada
Sodio(RAS)Riego superficial
6.3 5.5 5.3Ligera a moderada
Sodio(meq/l)Riego por aspersión
6.0 5.6 5.4 Ligera a moderada
Cloruros(meq/l)Riego superficial
2.9 3.1 3 Ninguna
Cloruros(meq/l)Riego por aspersión
2.9 3.1 3 Ninguna
Boro(mg/l) 0.14 0.17 0.23 NingunaBicarbonatos(meq/l) 0.6 4.1 5.5 Ligera a moderada
Ph 9.2 7.4 8 NingunaNitratos (mg/l) 3.56 1.5 2.56 Ninguna
Las concentraciones de los parámetros establecidos para riego por la FAO
presentan poca variación en las tres muestras como se observa en la tabla
anterior.
En ella se puede evaluar que los valores de conductividad eléctrica (CE), Relación
de adsorción de sodio (RAS), Sodio y Bicarbonatos, presentan una restricción
para su uso en agricultura de ligera a moderada.
62
Las concentraciones en el afluente de cloruros, boro, pH y nitratos, no presentan
ninguna restricción para su aprovechamiento, encontrándose concentraciones
óptimas.
7.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE SISTEMA DE LAGUNAS DE
ESTABILIZACIÓN MADRID II
A partir de las caracterizaciones realizadas al agua de este sistema de lagunas,
se obtienen los siguientes resultados: en la tabla 9 se observan los resultados de
las caracterizaciones microbiológicas realizadas y su comparación con la
categoría de reuso establecida por la OMS para riego con aguas residuales;
asimismo, en la tabla 10 se observan los resultados físico-químicos y su
comparación con las directrices recomendadas por la FAO para riego.
Tabla 9. Comparación de los resultados microbiológicos del sistema de lagunas deestabilización Madrid II con las directrices de la OMS
PARÁMETROPrimera
Jornada demuestreo
SegundaJornada demuestreo
TerceraJornada demuestreo
CategoríaOMS
Coliformes Fecales(Afluente) UFC/100ml
2.7 x 107 1.1 x 107 2.4 x 106 —
Coliformes Fecales(Efluente) UFC/100ml
3.7 x 104 5 x 103 4 x 102 B
Helmintos(Afluente)(Huevos/litro)
7 37 7.5 —
Helmintos(Efluente)(Huevos/litro)
0 0 0 B
El sistema de lagunas de estabilización Madrid II tiene una eficiencia de remoción
promedio de coliformes fecales de 99.895%, bastante inferior a los otros sistemas
evaluados y de 100% de huevos de helminto.
63
El efluente del sistema de lagunas de estabilización Madrid II aunque tiene
concentraciones de cero huevos de helmintos por litro, presenta en promedio una
concentración de coliformes fecales de 1.4 x 104; este valor se encuentra muy por
encima de lo recomendado por la OMS para riego sin restricción (1000 UFC/
100ml), se considera entonces un efluente categoría B.
Tabla 10. Comparación de los resultados físico-químicos de los muestreos realizadosal sistema de lagunas de estabilización Madrid II con las directrices de la FAO
PARÁMETROPrimera
Jornada demuestreo
SegundaJornada demuestreo
TerceraJornada demuestreo
DirectricesFAO
(Restricción)
CE (dS/m) 1,62 1.89 1.63 Ligera a Moderada
RAS 5.5 6.1 5.5 Ninguna
Sodio (RAS)
Riego superficial5.5 6.1 5.5 Ligera a Moderada
Sodio (meq/l)
Riego por aspersión8.6 11 8.5 Ligera a Moderada
Cloruros(meq/l)
Riego superficial5.2 6.3 4.9 Ligera a Moderada
Cloruros (meq/l)
Riego por aspersión5.2 6.3 4.9 Ligera a Moderada
Boro(mg/l) 0.16 0.15 0.25 Ninguna
Bicarbonatos(meq/l) 0.6 11.1 9.6 Severo
pH 8.5 8.1 7.5 Ninguna
Nitratos 1 1.5 0.12 Ninguna
Las concentraciones de los parámetros establecidos para riego por la FAO
presentan poca variación en las tres muestras.
Las valores de conductividad eléctrica (CE), sodio y cloruros, presentan una
restricción para su uso de ligera a moderada.
64
Las concentraciones en el afluente de Relación de adsorción de sodio (RAS), pH
y nitratos, no presentan ninguna restricción para su aprovechamiento,
encontrándose concentraciones óptimas.
La concentración efluente de bicarbonatos presenta una restricción para su uso
clasificada como severa, según las directrices de la FAO. Esta restricción se
genera no por afectación a la producción, sino por la pérdida de calidad estética
de algunos productos agrícolas, lo cual baja el valor comercial de los mismos par
la aparición de manchas blancas sobre las hojas.
65
8. CONCLUSIONES
! Los efluentes de los sistemas de lagunas de estabilización de la cuenca del
río Subachoque presentan un alto potencial de reuso agrícola, pueden
emplearse en actividades de riego, con algunas restricciones.
! Los efluentes de los sistemas de lagunas de estabilización de Mosquera y
Madrid I cumplen con la categoría A, establecida por la Organización
Mundial de la Salud para riego con aguas residuales; puden emplearse
para riego de cultivos que se consuman crudos, debido a la ausencia de
huevos de helmintos y a la baja concentración de coliformes fecales.
! Los efluentes de los sistemas de lagunas de estabilización de Subachoque
y Madrid II cumplen con la categoría B, establecida por la Organización
Mundial de la Salud para actividades de riego con aguas residuales; sólo
pueden emplearse para riego de cultivos de cereales, cultivos industriales,
cultivos forrajeros, pastizales y árboles; debido a la a la presencia de
coliformes fecales en concentraciones superiores a las establecidas por las
directrices de dicha organización.
! Los sistemas de lagunas de estabilización de la cuenca del río
Subachoque, muestran una eliminación de huevos de helminto del 100%,
debido a los altos tiempos de retención que se tienen al interior de los
mismos.
! El uso actual del efluente del sistema de lagunas de estabilización Madrid I,
es el adecuado y no implica mayor riesgo para las actividades de riego
realizadas.
66
! El uso para riego de cultivos de hortalizas que se realiza desde el vallado
que alimenta el efluente del sistema de lagunas de estabilización Madrid II,
no es adecuado, debido a su baja calidad microbiológica, la cual no permite
el riego de cultivos que se consuman crudos. Así mismo este vallado recibe
eventualmente el vertimiento del aliviadero de la planta sin haber recibido
ningún tratamiento, por lo que su calidad puede ser inferior.
! El uso de los efluentes de las lagunas de estabilización de la cuenca del río
Subachoque, permitirían irrigar una superficie de 236 hectáreas,
considerando una tasa de consumo de agua para cultivos agrícolas de 0.5
l/s Ha (Valor recomendado por el Ministerio del Medio Ambiente, para
concesiones de aguas residuales).
! Si bien en los efluentes de los sistemas de lagunas evaluados, se
presentan restricciones de ligera a moderada para algunos de los
parámetros salinos contemplados por la FAO en sus directrices para riego
agrícola, es importante tener en cuenta los siguientes aspectos:
" Estas directrices fueron establecidas para zonas áridas y semiáridas
que no presenten lavado natural de sus suelos por periodos lluviosos
intensos, situación que sí sucede en los suelos de la cuenca del río
Subachoque, cuyo comportamiento pluviométrico es bimodal y de
alta intensidad. Por lo anterior no se espera salinización de los
suelos de esta cuenca como consecuencia del riego con los
efluentes de estos sistemas de lagunas.
" Por otro lado, el lavado de las posibles sales acumuladas se ve
favorecido en aquellas áreas de cultivo que correspondan a suelos
con comportamiento de mediano a bien drenados, como es el caso
67
de las áreas aledañas a las lagunas de Madrid I, Madrid II y
Subachoque.
" Adicionalmente, es importante tener en cuenta que algunos cultivos
presentan mayor tolerancia que otros a la presencia de aniones y
cationes que puedan afectar negativamente su producción, lo que
permite concluir que frente a una posible acumulación de ciertas
sales en el tiempo, se pueden seleccionar cultivos que demanden
preferencialmente dichas acumulaciones para regenerar el suelo.
! En caso de implementarse un proyecto de reuso, los municipios estarían
exentos del pago de tasas retributivas, puesto que no generarían ningún
vertimiento.
! Aunque según los datos de remoción de DBO y Sólidos Suspendidos de los
sistemas de lagunas de estabilización de la cuenca del río Subachoque
suministrados por la CAR no cumplen con el 80% de remoción en carga
que estipula el Decreto 1594 de 1984, su eficiencia en remoción de
patógenos es superior al 99%; esto hace replantear la medición de la
eficiencia de estos sistemas, teniendo en cuenta que la DBO y Sólidos
Suspendidos efluentes son producto principalmente de las algas generadas
en el proceso de tratamiento.
! Las aguas residuales de los municipios estudiados contienen huevos de
helmintos, sin embargo, su concentración es difícil de comparar con lo
reportado en la literatura internacional, ya que en ésta varia de
concentraciones de cero huevos por litro de helmintos encontrados en
algunos países desarrollados a 800 huevos por litro encontrados en zonas
endémicas. Esto debido a situaciones locales como la calidad del agua de
suministro, los hábitos higiénicos de los habitantes, los métodos de cocción
de los alimentos, entre otros.
68
! Los sistemas de lagunas de estabilización demuestran ser una tecnología
adecuada para los municipios de escasos recursos, debido a su simplicidad
en operación y mantenimiento; así mismo garantizan efluentes de buena
calidad microbiológica que pueden ser empleados en actividades agrícolas.
69
9. RECOMENDACIONES
! Los efluentes de las plantas de tratamiento pueden darse mediante
concesiones de agua a los agricultores, con lo cual se podría financiar la
construcción, operación y mantenimiento de los sistemas de tratamiento.
! Establecer la técnica de detección de huevos de helminto más apropiada
para las condiciones nacionales para futuras evaluaciones microbiológicas
y futura normatividad.
! Realizar un estudio con el fin de determinar las causas de la coloración
rojiza del efluente del sistema de lagunas Madrid II, con fin de evaluar la
posible afectación sobre el funcionamiento y eficiencia de la misma.
! Deben realizarse análisis de sales en los suelos irrigados o que se irrigarán
con aguas residuales, con el fin de evaluar los posibles procesos de
salinización.
! Debe procederse a la realización de una batimetría en todas las lagunas
primarias de los sistemas de tratamiento estudiados, con el fin de evaluar el
volumen de lodo almacenado en el fondo de las misma para proceder a su
extracción y así mejorar su eficiencia de remoción tanto a nivel físico-
químico como microbiológico.
! Debe procederse a efectuar un control de vertimientos industriales
provenientes de cambiaderos de aceite en la red de alcantarillado que llega
a Madrid I, con el fin de evitar el procedimiento de cierre de compuertas
para “By – Pass” del afluente que en la actualidad se presenta para evitar el
70
ingreso de las sustancias oleosas a la laguna primaria. Esta desviación del
afluente incrementa la contaminación del río Subachoque.
! Interactuar con el Ministerio del Medio Ambiente, con el fin de buscar que la
normatividad específica de reuso de aguas residuales que se genere para
nuestro país, sea coherente con las necesidades y realidad del mismo.
! En el caso de existir recursos económicos adicionales para el mejoramiento
de los sistemas de tratamiento o en caso de construir nuevas lagunas de
estabilización, debe procederse a la optimización de las unidades de
Pretratamiento, incorporando desarenadores y trampas de grasas que
garanticen una mayor vida útil y mejor operación de las lagunas primarias.
! Realizar más investigaciones con el fin de evaluar la eficiencia de remoción
de microorganismos patógenos en otros sistemas de tratamiento como
lodos activados, UASB, filtros percoladores, etc.
! Realizar un estudio con el fin de determinar el impacto causado sobre el río
Subachoque, por el vertimiento de los aliviaderos de las plantas en eventos
de lluvias.
! Determinar la calidad microbiológica del agua de los vallados que reciben
las descargas de los sistemas de Mosquera y Madrid II, con el fin de
determinar la verdadera calidad antes de ser empleadas en riego. Estos
sistemas reciben los vertimientos sin tratar de los aliviaderos de las plantas
y agua de otras fuentes de dudosa calidad; por el contrario, la calidad
microbiológica de los vertimientos de los efluentes de las plantas pueden
mejorar en los vallados debido a un mayor tiempo de retención del agua.
71
BIBLIOGRAFÍA
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72
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ROMERO Humberto, Water Pollution Control, Estudio de caso, El Valle deMezquital, México D.F., PNUMA, CCAIS, OMS, 1997.
VAN DER STEEN Peter, “Waste stabilization pounds”. En: Memorias Cursosistemas integrados sostenibles para el tratamiento de aguas residuales, Cali, IHEDelft-Universidad del Valle, 2001.
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ANEXOS
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ANEXO A. Esquema de la cuantificación de huevos de helminto por la técnica deDuncan Mara
INICIO
1 litro aguaresidual cruda,10 litros agua
residual tratada
Sedimentar 2 horas
Remover 90% de
Sobrenandante
Transferir el sedimentoa tubos de centrífuga
Centrifugar a 4500 rpm por 15minutos. Remover el
sobrenadante
A
Resuspender el sedimento en un volumen igualde buffer acetoacetico pH 4.5(por ejemplo si elvolumen del sedimento es de 2 ml se adicionan
2 ml de buffer)
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A
Centrifugar la muestra a 1000g por 15 minutos
Registrar el volumen de sedimento quecontiene los huevos de helminto y vaciar el
resto del sobrenadante.
Resuspender el sedimento en 5volúmenes de solución de sulfato de
Zinc
Adicionar dos volúmenes de Etilacetato
(4 ml para el ejemplo anterior) y mezclar
completamente la solución en agitador.
Reposar las muestras por 5 minutos.
Registrar el volumen final del producto y mezclar lasolución. Transferirlo a la cámara de Neuabeur.
Calcular el número de huevos por litro utilizando la siguienteecuación:N= AX/PVEn donde:N= número de huevos por litro de muestraA= número de huevos contados en cámaraX= volumen final del productoP= volumen de la cámara (0.3 ml)V= volumen original de la muestra ( en litros)
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ANEXO B. Esquema de la cuantificación de huevos de helminto por la técnica deGaspard
INICIO
5 litros aguaresidual cruda5 litros agua
residual tratada
Dejar sedimentar por 24 horas
Desechar las 2/3 partes del sobrenadante. El sedimento se recupera y
se centrifuga a 4000 rpm durante 10 minutos.
Descartar el sobrenadante: los sedimentos acuosos sereúnen y se dejan en reposo durante 24 horas.
El sedimento se ajusta a un volumen de 40 ml y secentrifuga a 2800 rpm por 15 minutos.
A
El sobrenadante se elimina y se agrega bufferAcetoacético pH 5 en un volumen igual al del
sedimento.
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A
Agregar éter a un volumenequivalente al doble del buffer(agregado antes) Agitando la
mezcla vigorosamente durante 5 o10 minutos
Centrifugar a 2800 rpm por 15minutos. Obteniendo un
sobrenadante difásico el cualse elimina.
Al sedimento de la muestra afluente se le adiciona Sulfato de Zinc(33%) en un volumen 5 veces superior al del sedimento.Observar los sedimentos de las muestras en el microscopio.
Calcular el número de huevos por litro utilizandola siguiente ecuación:N= AX/PVEn donde:N= número de huevos por litro de muestraA= número de huevos contados en cámaraX= volumen final del productoP= volumen de la cámara (0.3 ml)V= volumen original de la muestra ( en litros)
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ANEXO C. Resultados de la cuantificación de huevos de helminto por las técnicasde Duncan Mara y Gaspard
PRIMERMUESTREO
SEGUNDOMUESTRO
TERCERMUESTREO
SISTEMASDE
LAGUNAS GASPARD MARA GASPARD MARA GASPARD MARASubachoque
Entrada 8 0 21 24 15.1 7.1Salida 0 0 0 0 0 0
MosqueraEntrada 4 3 1 6 1.2 0Salida 0 0 0 0 0 0
Madrid IEntrada 3 4 1.4 11.5 3 4Salida 0 0 0 0 0 0
Madrid IIEntrada 7 3 13 37 2.4 7.5Salida 0 0 0 0 0 0