Tratamiento descentralizado de aguas servidas domésticas y estudio de caso

Transcripción

1 Tratamiento descentralizado de aguas servidas domésticas y estudio de caso Serie: Tecnologías para servicios de agua en zonas de expansión urbana Captación/ Bombeo Potabilización Almacenamiento Conducción/ distribución Recolección de aguas servidas Tratamiento de aguas servidas Por qué debemos tratar las aguas servidas? El ciclo natural del agua es relativamente simple 1 : el agua de los mares, ríos y lagos se evapora por acción del sol y se convierte en estado gaseoso (nubes). Por efecto de cambios de temperatura en la atmósfera, el agua se condensa y cae en forma de lluvia, nieve o granizo. El agua se precipita a la tierra alimentando nuevamente los ríos, lagos y mares. El agua que se insume en la tierra alimenta los acuíferos subterráneos. El volumen de agua que existe en la tierra es aproximadamente 1400 millones de Km 3. Esta cantidad de ya existía durante la formación del planeta y se mantiene constante desde entonces. La mayor parte del agua se encuentra en los mares (agua salada) y en los casquetes polares (en forma de hielo); quedando menos del 1% del agua disponible para el ser humano. En otras palabras, existe una cantidad fija de agua que se transporta constantemente de un lado a otro gracias al ciclo natural del agua. No podría existir la vida como la conocemos si el ciclo del agua se detuviera. Por otro lado, existe el ciclo de los nutrientes ; un ciclo más complejo y menos visible que el ciclo del agua. El ciclo de los nutrientes se puede explicar de manera sencilla con un ejemplo: Para crecer y desarrollarse una requiere entre otras cosas nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K). La toma estos nutrientes del suelo y los combina con agua para poder aprovecharlos. Luego el agua se devuelve a la atmósfera y los nutrientes se convierten en parte física de la. La luego es ingerida por un animal (o por un humano). El animal aprovecha la como alimento; es decir que los nutrientes se transfieren como parte de otros elementos más complejos. Finalmente el animal defeca (tanto heces como orina) y de esta manera los nutrientes (N,P,K) son devueltos a la tierra donde pueden ser aprovechados nuevamente por una. Sin estos nutrientes presentes en el suelo y en los mares no puede haber vida. 1

2 1000 km3 1 gramo de heces contiene: 10, 000,000 de virus 1, 000,000 de bacterias 1,000 parásitos 100 huevos de gusano La contaminación del agua ocurre cuando combinamos ambos ciclos (ver figura a la izquierda). Cuando utilizamos baños con agua (baños con arrastre hidráulico) estamos usando el agua como medio de transporte para sacar las excretas de las viviendas. Por un lado, las excretas contienen N, P y K que pueden y deben ser devueltos a la tierra, pero por otro lado contienen otros agentes dañinos para la salud como ser virus, bacterias, parásitos y huevos de gusanos. Al combinar las heces fecales y otros contaminantes domésticos como ser jabones, grasas químicos, etc. estamos contaminando el agua. Como vimos anteriormente, menos del 1% del agua del planeta es aprovechable, por lo tanto debemos cuidar el agua al máximo y una vez contaminada nuestra responsabilidad es descontaminarla para devolverla a la tierra en su estado natural. De esta manera reducimos el impacto ambiental y aseguramos que haya agua disponible para futuras generaciones. Es decir el disponible que existe en el planeta está cada vez más contaminada y deja de ser adecuada para consumo humano Disminución de la disponibilidad promedio anual del agua per cápita de 6.800m3 actualmente a 4.800m3 en 2025 Más de la mitad de la población mundial tendrá menos de m 3 anuales de agua per cápita y sufrirá de estrés de agua para el año Fuente: Shiklomanow, Comprehensive Assessment of the Freshwater Resources of the World, UNESCO- Kurier 10/2001 citado por Margot Franken en Gestión de aguas, Conceptos para el nuevo milenio; Universidad de San Andrés, Instituto de Ecología, Plural Editores; 2007

3 Sistemas centralizados de tratamiento vs. sistemas descentralizados Los sistemas centralizados de distribución de agua y eliminación de aguas servidas (alcantarillado sanitario) se desarrollaron en el siglo XIX, primero en la ciudad de Londres, luego se distribuyeron en todo el continente europeo y finalmente en todo el mundo. Esta fue la solución preferida no sólo en los países industrializados, sino también en los países en vías de desarrollo 2. Paradigma del siglo XX: Tratamiento centralizado Fuente de agua cada vez más distante Planta de trataemiento cada vez mas grande y cada vez más distante Lamentablemente, los resultados del uso de este paradigma por más de dos siglos en las ciudades dejan mucho que desear: Actualmente, aproximadamente el 95% de las aguas servidas mundiales entran a los cuerpos receptores sin tratamiento adecuado. Uno de los principales problemas de los grandes sistemas de recolección y tratamiento de aguas servidas centralizados es que a medida que el sistema crece en número de usuarios, los tubos de la red de recolección se hacen más grandes y por lo tanto más costoso más costosos. Los costos de las redes de alcantarillado crecen de manera exponencial a medida que se incrementan los diámetros. Por otro lado, a media que la longitud de los emisores de alcantarillado se incrementa, estos deben ser enterrados a mayores profundidades para mantener la pendiente necesaria para que el sistema funcione por gravedad. Esto genera costos adicionales tanto en inversión como en operación de los sistemas. Cuando los tubos se entierran a mayor profundidad se incrementan los costos de excavación y de instalación. Cuando el emisario principal llega a la de tratamiento varios metros por debajo del terreno natural, el agua debe ser bombeada hacia la. Esto genera altos costos de energía. 2 Franken, Margot, Gestión de Aguas Conceptos para el nuevo milenio, 2007

4 Nuevo paradigma: Tratamiento desccentralizado Varias redes de recolección con sus respectivas s para cada cuenca o nueva zona de expansión la ciudad Alternativamente, los sistemas descentralizados requieren de redes de recolección más cortas. Al reducir la longitud total de las redes de recolección no requerimos de grandes diámetros y simplificamos la construcción de los sistemas. Desde el punto de vista ecológico es muy deseable evitar el transporte del agua a grandes distancias (tanto para su captación como para su tratamiento). Es decir, mientras más descentralizado (y por tanto más localizado) sea el tratamiento y devolución del agua a la naturaleza, menor será el impacto ambiental. La siguiente tabla realiza una comparación de varios parámetros en los sistemas centralizados, vs. descentralizados: Parámetro Sistema centralizado Sistema descentralizado Sistema de recolección Tecnologías de tratamiento Recorre grandes distancias por lo requiere grandes diámetros. A medida que la rede se hace más larga las profundidades de instalación se incrementan Para tratar grandes caudales se requieren s sofisticadas o espacios muy grandes (varias hectáreas) para s tecnologías básicas como las laguas de oxidación Grandes extensiones en un solo lugar Redes más cortas requieren menores diámetros. Esto reduce el costo total de las redes de recolección tanto en materiales, como excavación de zanjas. A menor caudal más y mejores opciones tecnológicas de bajo costo Espacio Pequeñas áreas en muchos lugares requerido Parámetro Sistema centralizado Sistema descentralizado Operación y Equipo técnico a tiempo completo. mantenimiento Uniformidad de la calidad de las aguas En las grandes redes se mezclan muchos tipos de agua de distintas calidades (ej. aguas de hospitales, talleres y viviendas) Menos exigencias (al tratarse de s más pequeñas) un equipo puede monitorear varias s. Mayor uniformidad en la calidad de las aguas regidas (ej. las aguas provenientes de un vecindario o de un distrito donde predominan

5 Grado de dilución Control social Riesgo ambiental Mitigación del Cambio Climático Facilidad de expansión Potencial reutilización del agua tratada Efectividad para zonas de expansión urbana haciendo que el tratamiento sea más complejo. A mayor dilución, mayor dificultad en el tratamiento. A medida que las redes de recolección crecen, es más difícil controlar el ingreso de aguas pluviales y esto genera mayor dilución. Dado que el problema de contaminación se traslada a un sitio muy distante del lugar donde se genera, los usuarios no perciben los efectos ambientales y por lo tanto se pierde el control social. Son sistemas altamente vulnerables a catástrofes (terremotos, inundaciones, etc.). El daño ambiental que genera una de tratamiento que deja de funcionar es proporcional al tamaño de la. Capturar el metano generado por las lagunas de oxidación de los sistemas tradicionales resulta costoso. La ampliación de s de tratamiento requiere de grandes inversiones en un momento dado. Se imposibilita la reutilización segura de de las aguas tratadas por la mezcla de aguas servidas domésticas e industriales. Toda el agua tratada se encuentra en un punto. Las zonas de expansión de las ciudades, tienen pocas posibilidades de conectarse en el corto plazo a los sistemas centralizados. los condominios serán básicamente aguas residuales domésticas). En las redes pequeñas se puede ejercer mayor control y lograr menor dilución, facilitando el tratamiento posterior. La responsabilidad sobre el agua y su precio es responsabilidad local. Los efectos ambientales son más evidentes esto activa una reacción y control por parte de la sociedad. El riesgo se halla distribuido. A mayor descentralización, mayor distribución del riesgo. En las s de tratamiento descentralizadas, especialmente con el uso de bioreactores anaeróbicos, hay más posibilidades de capturar el metano y usar la energía producida localmente. Se construyen nuevas unidades a medida que la ciudad crece (inversión incremental). El agua tratada se puede reutilizar localmente, resultando en un mejor balance hídrico a nivel local y la consiguiente conservación del recurso hídrico. Brinda mayores posibilidades a los barrios de las zonas de expansión de contar con un sistema de tratamiento de aguas residuales. Cuál es el costo de los sistemas descentralizados respecto a los sistemas centralizados? El ahorro principal de los sistemas descentralizados en comparación a los centralizados está en las redes de recolección de aguas servidas que al ser más cortas requieren menores diámetros. En cuanto a los costos de operación, los sistemas descentralizados requieren menos energía para bombeo. A continuación presentamos un ejemplo didáctico que compara dos escenarios para una misma población que genera un caudal de aguas residuales domésticas de 12 l/s. En el prime escenario presentamos un sistema centralizado en compuesto por una red de recolección de 3,000 metros de longitud. La línea comienza con un diámetro de 6 para los

6 primeros 1,000 metros, luego continúa con 8 para los siguientes 1,000 metros y finalmente con 10 para los últimos 1,000 metros. Dado que el proyecto se encuentra en un lugar totalmente plano, a tiempo de llegara a la de tratamiento, la tubería termina a una profundidad de 14 metros por debajo del nivel del suelo. Para bombear todo el caudal hacia la de tratamiento se requieren aproximadamente 1,200 Kw-h. Escenario I D=6 L=1,000 [m] Q=3 [l/s] D=8 L=1,000 [m] Q=7 [l/s] D=10 L=1,000m Q=12 [l/s] Alternativamente, podemos brindar el mismo servicio descentralizando el sistema en tres redes más cortas y sus correspondientes s de tratamiento (más pequeñas). En este caso, tenemos que cada una de las redes tiene solo 1,000 metros de longitud y solamente se requieren tubos de 6 de diámetro. Cada una de las redes termina a una profundidad de solo 5 metros de profundidad antes de llegar a la de tratamiento, por lo que solo se requieren para bombeo solo 600 Kw-h en entre las tres s pese a que el caudal total del agua a tratar se mantiene (12 l/s). Escenario II D=6 L=1,000 [m] Q=4 [l/s] D=6 L=1,000 [m] Q=4 [l/s] D=6 L=1,000 [m] Q=4 [l/s] La siguiente tabla resume las ventajas del escenario II sobre el escenario I: Item Escenario I Escenario II Caudal total [l/s] Longitud total de la red de recolección [m] 3,000 3,000 Costo tubería [USD] 114,000 63,000 Volumen de excavación para tubería de recolección [m3] 15,000 7,500 Energía requerida cada mes [Kw-h] 1,

7 Existen experiencias locales de descentralización de aguas servidas? En Bolivia existen algunas experiencias exitosas de pequeñas s de tratamiento. A continuación presentamos el resumen de la experiencia en la OTB Lomas del Pagador en la ciudad de Cochabamba. Planta descentralizada de tratamiento de aguas servidas Lomas del Pagador (Cochabamba Bolivia) (Última actualización 24/4/2011) Ubicación: OTB Lomas del Pagador UTM WGS S Este Sur Altura 2732 msnm Ciudad: Cochabamba País: Bolivia Antecedentes: La comunidad de Lomas del Pagador se encuentra situada en una zona de expansión urbana de la ciudad de Cochabamba Bolivia. Actualmente viven en dicha comunidad aproximadamente 1,000 habitantes. La comunidad cuenta con un sistema de agua potable que se encuentra en funcionamiento hace 5 años. Las viviendas tienen servicios de agua potable las 24 horas del día. El año 2010, se construye el Sistema de Alcantarillado Sanitario y Planta de Tratamiento de Aguas Servidas Domésticas. Proyecto contratado por la Honorable Alcaldía Municipal de Cochabamba. Objetivo del sistema: Tratamiento de aguas servidas domésticas de 1,000 habitantes para re-uso del agua tratada en riego de áreas verdes urbanas y reforestación. Descripción de los procesos: 1 Cámara de rejas Reja fija para remoción de sólidos > 1 pulgada, se encuentra al inicio del sistema de tratamiento. Es de limpieza manual. 2 Desgrasadora Remueve material graso en suspensión en la fase acuosa del agua residual por medio de flotación natural. 3 Bioreactor anaeróbico Reactor anaeróbico de flujo ascendente con modificaciones internas. Remueve la carga orgánica del agua residual en un ambiente anaeróbico. 4 Biofiltro (A y B) Humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial. Remueven carga orgánica y nutrientes como nitrógeno y potasio. El humedal principal (A) utiliza grava, el humedal secundario (B) utiliza arena gruesa. 5 Laguna de pulimento Remueve material traza orgánica e inorgánico de los biofiltros 6 Lecho de secado de lodos Remoción mecánica del lodo orgánico decantado en el reactor anaeróbico

8 Diagrama de funcionamiento: Biofiltro 1-A Biofiltro 1-B Efluente Final CI-57 Cámara de distribución 1 Cam Desgrasadora 2 Bioreactor TMS-01 Bioreactor TMS-02 Secado de lodos Laguna final Biofiltro 2-A Biofiltro 2-B Flujo gravitacional Flujo c/ bomba Operación y mantenimiento: La operación y mantenimiento de la la realiza el comité de agua de la zona con el asesoramiento técnico y acompañamiento de AGUATUYA. Impacto directo: Número de habitantes beneficiados 1,000 Cantidad de excreta tratada [TM/año] 500 Cantidad de nutrientes recuperables (N,P,K) [TM/año] 5 Agua recuperable [millones de litros/año] 10 El agua tratada es reutilizada en riego de áreas verdes (cancha de futbol y reforestación).

9 mg/l mg/l mg/l Resultados de monitoreo: Basado en valores promedio de 6 muestras de cada parámetro tomadas en el lapso de 6 meses (Enero Junio 2011) Monitoreo DBO Monitoreo DQO Norma Norma 0 Entrada a la Salida del bioreactor Salida de la 0 Entrada a la Salida del bioreactor Salida de la DBO (eficiencia de remoción 97%) DQO (eficiencia de remoción 85%) Monitoreo de Sólidos Suspendidos 0 Entrada a la Salida del bioreactor Salida de la Sólidos suspendidos (eficiencia de remoción 81%)

10 Imágenes del proyecto: Más información: Fundación AGUATUYA Av. Los Ceibos #2152 Casilla: 6264 Cochabamba - Bolivia Telf.: (591) La implementación de este proyecto fue posible gracias a la cooperación de la Honorable Alcaldía Municipal de Cochabamba, la comunidad de Lomas del Pagador, UN-Habitat y la Agencia de Cooperación Sueca para el Desarrollo (ASDI). Toda la información contenida en este documento es de sola responsabilidad de AGUATUYA.