La reutilización de las aguas en el medio natural y usos recreativos

Lluís Sala Consorci de la Costa Brava

lsala@ccbgi.org

Conferencia Nacional sobre la Reutilización del Agua Madrid, 12 de mayo de 2009

Foto: Ranúnculos acuáticos (Ranunculus aquatilis L.) en floración en un prado húmedo mantenido con agua regenerada en el Parc Natural dels Aiguamolls de l’Empordà, Abril 2007

¿Qué es el agua regenerada?

• Agua residual urbana: residuo líquido que circula por una red de alcantarillado y que tiene que ser tratado en una EDAR antes de ser vertido al medio

• Tratamiento de depuración (=tratamiento secundario): tratamiento, habitualmente de tipo biológico, que se aplica al agua residual para poder ser vertida al medio. Parámetros de referencia: DBO y MES (y N y P, en determinados casos)

• Tratamiento de regeneración (= tratamiento terciario): tratamiento adicional que se aplica al agua ya depurada para hacerla segura para la reutilización proyectada

• Reutilización: proceso por el cual se produce una segunda utilización de un agua. Habitualmente el segundo uso es diferente del primero (reutilización en EDAR urbanas)

• Reciclaje: ídem, pero cuando el agua es regenerada para ser incorporada al mismo primer uso (reutilización en industrias)

Reutilización en el medio natural vs. reutilización en usos recreativos

• Usos antagónicos en cuanto a calidad– Reutilización en el medio natural: necesidad de reducción al

máximo de las concentraciones de nutrientes, para evitar indeseados (e indeseables) fenómenos de eutrofización.

– Reutilización en usos recreativos• Riego de campos de golf: a ser posible, conservación de nutrientes,

para su reciclaje y ahorro de fertilizantes• Estanques, masas de agua ornamentales, etc: los criterios deberían

ser similares a la reutilización en el medio natural• Diferentes requisitos según RD 1620/2007

– Reutilización para riego de campos de golf (Calidad 4.1): se prioriza el tratamiento de regeneración que proteja la salud pública.

– Reutilización en estanques, ornamentales (Calidad 4.2): calidad de efluente secundario con ligera desinfección (< 10.000 ufc/100 mL) y fósforo total < 2 mg P/L ⇒ puede ser insuficiente!

– Reutilización en el medio natural (Calidad 5.4): A determinar en cada caso

Deberían tener criterios similares

La reutilización en el medio natural

Problemática de los ecosistemas acuáticos mediterráneos

• En muchos casos, situación de estrés debida a:– Disminución de los caudales naturales

• Aumento de la demanda (urbana, agrícola)• Sequías periódicas

– Vertidos de aguas residuales urbanas (efluentes secundarios, aguas sin tratar, aliviaderos de pluviales) e industriales

– Contaminación difusa (nutrientes, pesticidas) de origen agrícola y ganadero

• Directiva Marco del Agua de la UE: demanda de un buen estado ecológico de las aguas naturales (¿la cuadratura del círculo en la España mediterránea?)

• Ejemplo: río Ter. Abastecimiento BCN: 8 m3/s; caudal mínimo deseable en desembocadura 4,4 m3/s; caudal real en desembocadura verano 2005 y en la sequía de 2007-2008 ≈ 0,3 m3/s

Río Ter en Torroella de Montgrí, enero de 2008, en período de sequía

Potencial del agua regenerada en la restauración y/o recreación de ecosistemas

• Uso no consuntivo: volumenes limitados (son finitos), pero predecibles y relativamente constantes

• Si no presenta vertidos tóxicos, la calidad original puede ser restituída, al menos en gran parte

• Apta para ser utilizada en la restauración y recreación de ecosistemas afectados por sequía y/o contaminación

Agua producida por la planta de regeneración de agua de Blanes y empleada en la recarga

superficial del acuífero del tramo inferior del río Tordera, 7 de julio de 2005

Resumen de la calidad de 2007

(Percentil 90 del conjunto de muestras):

MES = 2,4 mg/L (319 muestras)Turbidez = 2,2 UNT (324 muestras)Nitrógeno total = 9,2 mg N/l (140 muestras)Fósforo total = 1,8 mg P/l (141 muestras)E. coli < 1 ufc/100 ml (116 muestras)

Idea fuerzaDesarrollo de redes tróficas a partir

de los nutrientes disueltos en el aigua tratada, para generar biomasa

de elevado valor ambiental

Trabajos presentados en el 1st Annual Meeting of the Society of Wetland Scientists – Europe, “Integrating our approaches to Wetland Science”, Bangor, Wales, UK. January 5th-7th 2006.

Disponibles en http://www.waterharmonica.nl/posters/bangor.htmL. Sala, T. Claassen, R. Kampf, J. Sala, D. Boix, H. van der Geest: Trophic webs from discharges: Nature enhancement through the Waterharmonica concept.

R. Kampf, H. van der Geest, T. Claassen and L. Sala: Sludge particles as food source for Daphnia.

Redes tróficas

Cortesía de Ruud Kampf - http://www.waterharmonica.nl

Efluente secundario de la EDAR de Empuriabrava después de la filtración biológica en planta piloto de

cultivos de Daphnia, 10 Julio 2007

La vida como tratamientoAportar tiempo y espacio para la disipación de la energía

química mediante la biomasa = desarrollo de VIDA

El desarrollo de la vida en los humedales de Empuriabrava

¿Qué biomasa se puede generar?

Humedales artificiales, Empuriabrava, mayo 2005

Agua regenerada en riera de Tossa, de Mar, junio 2005

OCésped de campo de golf, Sta. Cristina d’Aro, junio 2005

Cultivos de maíz, Sta. Cristina d’Aro, junio 2005

La calidad del agua regenerada

Tipo de instalación(entre paréntesis, año de construcción)

Planta de regeneración

Empuriabrava Pals (c) Castell-Platja d’Aro Blanes

Tratamiento depuración Aireación prolongada (1995) Aireación prolongada (1995) Fangos activados (1983) Aireación prolongada (1998)

Tratamiento regeneración Humedales artificiales(1998)

Cloración(2000)

Filtración, desinfección(1998)

“Title-22” (d)(2002)

Volumen tratado 2008, m3 1.027.000 440.000 786.000 2.127.000

Parámetros estadísticos (a) Media P90 Media P90 Media P90 Media P90

Sólidos en suspensión, mg/L 8,5 18,9 3,5 5,0 5,4 7,8 1,7 2,4

Turbidez, NTU 2,5 3,6 1,3 1,9 2,7 4,2 1,7 2,2

Escherichia coli, ufc/100 mL 35 180 < 1 < 1 2 19 3 6

Nitrógeno total, mg N/L (b) 1,5 2,4 5,9 11,4 35,9 52,0 10,4 13,2

Fósforo total, mg P/L 5,0 6,9 4,3 6,0 4,1 5,7 1,3 1,8

• Medias aritméticas anuales para todos los parámetros, excepto para las concentraciones de Escherichia coli, que son medias geométricas. P90 indica el percentil 90 del conjunto anual de datos.• En el caso de Empuriabrava, nitrógeno inorgánico (amonio + nitrito + nitrato)• Datos del agua de entrada en el Golf Serres de Pals.• El tratamiento conocido como “Title-22” se compone de coagulación, floculación, decantación, filtración y desinfección. En el caso de Blanes, se dispone, además, de un sistema para la eliminación química del fósforo.

• Influencia tanto del tipo de tratamiento secundario como del tratamiento de regeneración

Principales criterios para la regeneración mediante sistemas naturales y la reutilización en usos ambientales

• Cambio de paradigma en la depuración: los límites clásicos de 25 mg/l de DBO y 35 mg/l de MES son insuficientes

• Necesidad de nitrificación (+ desnitrificación, si es posible), para producir un agua que no genere una demanda de oxígeno en el medio

Beneficios de la nitrificación• El agua se mantiene transparente• Permite el desarrollo de poblaciones de

cladóceros, que siguen “limpiando” el agua• Permite el desarrollo de algas filamentosas y de

poblaciones de hidrófitos, que favorecen la oxigenación del sistema

• La desnitrificación es un proceso casi espontáneo -excepto en invierno, por bajas temperaturas-

• Aparecen redes tróficas que se construyen a partir de los nutrientes que estaban presentes en el agua

Eliminación de fósforo

• Deseable, por lo que implica de menor riesgo de eutrofización

• A diferencia del nitrógeno:– Menor eliminación, a causa de la no

existencia de una parte aérea en el ciclo del fósforo y de la intensa actividad fosfatasa en el biofilm del sedimento – retorno del P al agua. Trabajo final Màster UdG de Gemma Vidal - http://www.ccbgi.org/docs/recerca_aplicada/projecte_sac-_master_gv-08.pdf

– No se observa incidencia directa sobre el ecosistema (p.e., crecen algas filamentosas, pero no poblaciones masivas de cianobacterias). Necesidad de seguimiento atento de la evolución de este parámetro.

Desinfección

• Desinfección natural aportada por las condiciones naturales y por las poblaciones de organismos filtradores (p.e., cladóceros)

• Posibilidad de recontaminación del agua por las defecaciones de la fauna salvaje (en especial, aves)

1

10

100

1.000

10.000

100.000

Con

cent

raci

ón, u

fc/1

00 m

L

Decantador secundario Lagunas de afino (salida EDAR) Salida sistema de humedalesconstruidos

Tipo de agua

CONCENTRACIONES DE COLIFORMES FECALES (2005, 2006 Y 2007) Y E. COLI (2008) EN LAS INSTALACIONES DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE EMPURIABRAVA. MEDIAS GEOMÉTRICAS.

2005 2006 2007 2008

Fotos cortesía de Georgina MilaIzquierda: http://www.flickr.com/photos/georginamv/3404488594 Derecha:http://www.flickr.com/photos/georginamv/3357368497

Posibilidades adicionales que ofrecen los sistemas artificiales

• Potenciación de la biodiversidad:– Generar diversidad de ambientes

(lagunas de distinta profundidad, setos, prados húmedos)

– Regulación de los niveles de agua en el sistema

– Diseño de zonas específicas para la protección / cría de especies amenazadas por la pérdida de hábitat -fartet (Lebias ibera), galápago europeo (Emys orbicularis), anfibios en general, etc.-

Object 12

El sistema de humedales construidos de Empuriabrava

• Construido en 1998 en zona adyacente a la EDAR de Empuriabrava. Proyecto financiado por UE (80%) y CCB (20%):– Humedales construidos: 3 celdas de

tratamiento de 0,8 ha cada una + laguna de poca profundidad de 4,5 ha

– Estación de bombeo y tubería hasta Parc Natural dels Aiguamolls de l’Empordà (PNAE)

– Puente peatonal sobre el río Muga: conexión urbanización de Empuriabrava con zona (PNAE)

Esquema de las instalaciones

Funcionamiento del sistema• 2000-2008: Aprovechamiento medio del 78 % del

agua residual depurada (737.000 m3/año respecto a los 940.000 m3/año tratados por la EDAR ⇒ no vertidos al medio). Desde 2007, los porcentajes superan el 90%

• Rendimientos:– Evaluados según la eliminación del nitrógeno

inorgánico total (TIN)– Cargas de nutrientes (concentración x caudal)

calculadas tanto por la entrada como para la salida del sistema

– Eliminación del 85 % de los kg de nitrógeno entrados en el sistema en 2008 (aprox. 6.300 kg N); eficiencias elevadas y consistentes.

– Estimaciones sobre la eliminación del P indican mayor variabilidad en los diferentes años; en 2008, 47% del fósforo total (aprox. 2.700 kg P).

El sistema de Empuriabrava como recreación de un humedal

El Parc de Sa Riera, Tossa de Mar

• Reconversión de antiguo vertedero en parque urbano gracias al uso de agua regenerada

• Aporte indirecto a la riera, por percolación a través de una laguna artificial, evitando su desecación estival en el tramo final – reserva de macroinvertebrados y anguilas

• Nuevas actuaciones de mejora ecológica de la riera de Tossa (vegetación) basadas en el uso de agua regenerada

El Parc de Sa Riera, Tossa de Mar (II)

Punto Riu1, aguas arriba Parc de Sa

Riera

Punto Riu2, aguas abajo Parc de Sa

Riera

Depuradora

Pozo de infiltración

El Parc de Sa Riera, Tossa de Mar (III)

MicroorganismesMitjanes 2003-2005

Efluent secundari

Aigua regenerada Inactivació

Bacteris

Coliformes fecals, ulog/100 mL 5,51 ≤ 0,45 ≥ 5,06

Estreptococs fecals, ulog/100 mL 4,36 ≤ 0,21 ≥ 4,15

Clostridis sulfit-reductors, ulog/100 mL 3,79 ≤ 0,39 ≥ 3,40

Virus

Bacteriòfags somàtics, ulog/100 mL 4,50 ≤ 1,72 ≥ 2,78

Bacteriòfags F-RNA, ulog/100 mL 3,67 ≤ 1,38 ≥ 2,29

Bacteriòfags RYC de B. fragilis , ulog/100 mL 1,91 ≤ 0,20 ≥ 1,71

Bacteriòfags GA17 de B. fragilis, ulog/100 mL ≤ 2,19 ≤ 0,11 ≥ 2,08

Enterovirus, ulog/L ≤ 1,12 ≤ 0,00 ≥ 1,12

Resumen de las concentraciones medias, en unidades logarítmicas, de los diferentes microorganismos en el efluente secundario y en el agua regenerada, e inactivaciones medias de cada uno de ellos conseguidas durante el período de estudio (2003-2005).

Datos generados por equipo Dr. Jofre y Dr. Lucena (UB)

El Parc de Sa Riera, Tossa de Mar (IV)

Resumen de las concentraciones medias, en unidades logarítmicas, de los diferentes microorganismos en el agua regenerada y en el pozo del Parc de Sa Riera durante el período de estudio (2003-2005).

Datos generados por equipo Dr. Jofre y Dr. Lucena (UB)

Paràmetre Efluent terciari de l’EDAR

Pou del Parc de Sa Riera

Coliformes fecals, ulog/100 mL ≤ 0,45 ≤ 1,82

Estreptococs fecals, ulog/100 mL ≤ 0,21 ≤ 0,85

Clostridis sulfit-reductors, ulog/100 mL ≤ 0,39 ≤ 1,21

Bacteriòfags somàtics, ulog/100 mL ≤ 1,72 ≤ 0,63

Bacteriòfags F-RNA, ulog/100 mL ≤ 1,38 ≤ 0,22

Bacteriòfags RYC de B. fragilis , ulog/100 mL ≤ 0,18 ≤ 0,00

Bacteriòfags GA17 de B. fragilis, ulog/100 mL ≤ 0,11 ≤ 0,00

Enterovirus, ulog/litre ≤ 0,00 ≤ 0,00

El Parc de Sa Riera, Tossa de Mar (V)La reutilización ambiental en Tossa de Mar

La reutilización para riego de campos de golf

Calidad del agua regenerada (I)

• La calidad del agua regenerada depende de factores tales como:– Hábitos culturales de la población: consumo

de agua per cápita, recogida selectiva de aceites, etc.

– Vertidos industriales a las redes de saneamiento o entradas incontroladas de aguas (pluviales, agua de mar en colectores antiguos)

– Tipo de EDAR y proceso de explotación aplicado

• Sin eliminación de nutrientes• Con eliminación de nutrientes

(habitualmente, N)

Calidad del agua regenerada (II)

Parámetro Valores / Comentarios MES, mg/l < 20 Turbidez, NTU < 10 Nitrógeno total, mg N/l

10 – 60 en función tipo EDAR

Fósforo total,mg P/l

2 – 10 ídem y del propio metabolismo de los microorganismos del

fango activado; ligera reducción adicional si se usan coagulantes

Conductividad eléctrica

Variable en función de la salinidad del agua potable y de los vertidos o entradas incontroladas a la red de

saneamiento Escherichia coli < 200 ufc/100 ml en percentil 90 del conjunto anual de

valores Huevos de nemátodos

< 1/ 10 litros

Valores esperables de los parámetros de calidad

en un agua regenerada convencional

Factores que afectan al aporte de nitrógeno (I)

• Tipo de EDAR Datos reales año 2001

DIFERENCIAS EN EL APORTE DE NITROGEN DEBIDAS AL TIPO DE EDAR

0

10

20

30

40

50

E F M A M J J A S O N D

Meses

Nit

róge

no, k

g N

/ha.

mes

Golf Costa Brava Golf L'Àngel

EDAR de fangos activados (sin

eliminación de N)

EDAR de aireación prolongada (con eliminación de N)

Factores que afectan al aporte de nitrógeno (II)

• Almacenaje del agua regenerada

Factores de reducción: Lago 1 = 1.9; Lago 2 = 1.7 Factor de reducción : 3.0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

N, k

g N

/ha.

mes

E F M A M J J A S O N D

Meses

APORTES DE NITRÓGENO AL GOLF D'ARO POR EL AGUA DE RIEGO Y APORTES TEÓRICOS SI EL AGUA

NO SE ALMACENARA EN LAGUNAS ANTES DEL RIEGO

Golf d'Aro (teórico si no hubiera lagunas)Golf d'Aro lago 1Golf d'Aro lago 2

Lago 1TRH mínimo = 17 díasTRH promedio = 42 días

Lago 2TRH mínimo = 13 díasTRH promedio = 34 días

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

N, k

g N/

ha.m

es

E F M A M J J A S O N D

Meses

APORTES DE NITRÓGENO AL GOLF LES SERRES DE PALS POR EL AGUA DE RIEGO Y APORTES TEÓRICOS

SI EL AGUA NO SE ALMACENARA EN LAGUNAS ANTES DEL RIEGO

Nitrógeno agua almacenada en lagunaNitrógeno efluente 2ario (teórico)

TRH mínimo = 3 díasTRH promedio = 7 días

Datos reales año 2001

Factores que afectan al aporte de nitrógeno (III)

• Dirección del flujo

0,0

40,0

80,0

120,0

160,0

200,0

Apo

rte

por

el a

gua

rege

nera

da

Lago 1 - 1997 Lago 1 - 2001 Lago 2 - 1997 Lago 2 - 2001

Tipo de agua

VARIACIONES EN LOS APORTES DE NUTRIENTES EN EL GOLF D'ARO SEGÚN LA DIRECCIÓN DEL

FLUJO DE AGUA

Nitrógeno, kg N/ha.año Fósforo, kg P2O5/ha.año

Datos reales año 2001

Factores que afectan al aporte de fósforo (I)

• Almacenaje del agua regenerada

Factores de reducción: Lago 1 = 1.1; Lago 2 = 1.1 Factor de reducción : 1.6

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

Fósf

oro,

kg

P2O

5/ha

.mes

E F M A M J J A S O N D

Meses

APORTES DE FÓSFORO AL GOLF D'ARO POR EL AGUA DE RIEGO Y APORTES TEÓRICOS SI EL AGUA

NO SE ALMACENARA EN LAGUNAS ANTES DEL RIEGO

Golf d'Aro (teórico si no hubiera lagunas)Golf d'Aro lago 1Golf d'Aro lago 2

Lago 1TRH mínimo = 17 díasTRH promedio = 42 días

Lago 2TRH mínimo = 13 díasTRH promedio = 34 días

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

Fósf

oro,

kg

P2O

5/ha

.mes

E F M A M J J A S O N DMeses

APORTES DE FÓSFORO AL GOLF LES SERRES DE PALS POR EL AGUA DE RIEGO Y APORTES TEÓRICOS SI EL AGUA NO SE ALMACENARA EN LAGUNAS ANTES

DEL RIEGO

P2O5 agua almacenada en laguna P2O5 efluente 2ario (teórico)

TRH mínimo = 3 díasTRH promedio = 7 días

Datos reales año 2001

Factores que afectan al aporte de fósforo (II)

• Grado de tratamiento y/o almacenaje del agua regenerada - relación N/P

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Rel

ació

n N

/P2

O5

Golf Costa Brava Lago 1Golf d'Aro

Lago 2Golf d'Aro

Golf L'Àngel Golf Les Serres

Tipo de agua

RELACIÓN NITROGEN/FOSFORO EN LOS APORTES DE NUTRIENTES DEL AGUA REGENERADA

Agua regenerada EDAR Castell-Platja d'Aro

Agua regenerada EDAR Lloret

Agua regenerada EDAR Pals

Datos reales año

2001

Factores que afectan al potasio

• La concentración depende del ya presente en el agua potable y de los vertidos

APORTE DE POTASIO POR EL AGUA REGENERADA EN DISTINTOS CAMPOS DE GOLF

0

10

20

30

40

50

60

E F M A M J J A S O N D

Meses

Pot

asio

, kg

K2O

/ha.

mes

Golf Costa Brava Golf d'Aro Lago 2 Golf d'Aro Lago 1 Golf L'Àngel Golf Les Serres

Datos reales año 2001

Factores que afectan a la salinidad

0

200

400

600

800

1.000

1.200

Sodi

o, k

g N

a2O

/ha.

mes

J A S O N D

Meses

REDUCCIÓN DE LOS APORTES DE SODIO REALIZADOS POR EL AGUA REGENERADA

DE LA EDAR DE PALS DEBIDOS AL CAMBIO DE AGUA POTABLE SUMINISTRADA

Golf Les Serres 2000 Golf Les Serres 2001

Conclusiones

• El agua regenerada es un recurso que puede ser utilizado para cubrir algunas de las demandas hídricas, incluyendo el riego de campos de golf y algunos usos de tipo ambiental.

• Los criterios a seguir son opuestos:– Riego de campos de golf – no suele ser necesario reducir las

concentraciones de nutrientes– Usos ambientales – es imprescindible reducir sus concentraciones

• En España existe amplia experiencia de reutilización de este tipo de aguas para estos usos, especialmente el riego de campos de golf.

• El seguimiento continuado de este tipo de actuaciones aporta información esencial para la solución de problemas y el progreso de la actividad.

Cruce entre las calles Agua y Vida, barrio de Santa Cruz, Sevilla