USO EL DE AGUAS RESIDUALES TRATADAS POTENCIALIDADES Y LIMITACIONES

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1 -1 - USO EL DE AGUAS RESIDUALES TRATADAS POTENCIALIDADES Y LIMITACIONES 1. La disposición de las aguas residuales Por Guillermo León y Julio Moscoso En la Región de América Latina y El Caribe, 49% de la población tiene servicio de alcantarillado, colectándose diariamente 40 millones de metros cúbicos de aguas residuales que se vierten a los ríos, lagos y mares. Si en el año 2000 se lograra ampliar este servicio básico al 90% de la población, se estaría arrojando más de 100 millones de metros cúbicos de desagües que agravarían aún más la contaminación. Del volumen colectado por los sistemas de alcantarillado, menos del 10% recibe tratamiento previo antes de ser descargado a un cuerpo de agua superficial o antes de su uso para el riego directo de productos agrícolas. Se estima que en esta Región existen 215 ciudades costeras con más de habitantes; 76 de éstas conforman una población de 58 millones de habitantes, localizada a lo largo de la costa marina o de estuarios. La descarga de estas aguas residuales sin ningún tratamiento contaminan las playas de uso recreacional y los productos hidrobiológicos que crecen en las áreas cercanas. Esta situación también ocasiona un grave impacto económico sobre las exportaciones de productos hidrobiológicos y el turismo. La disposición de aguas residuales sin tratamiento previo en aguas superficiales afecta su posterior uso. Muchos de los ríos y lagos utilizados como fuentes de abastecimiento de agua tienen altos niveles de contaminación microbiológica; 16 ríos de América superan los coliformes fecales/100 ml y el nivel de riesgo al que está expuesto la población es alto si se considera que menos del 50% de los servicios de agua potable produce agua desinfectada. Estas mismas aguas superficiales se usan para el riego de cultivos agrícolas de consumo humano, lo que incrementa los factores de riesgo para la salud de la población. Las situaciones endémicas de diarrea, parasitismo, fiebre tifoidea y salmonellosis que imperan desde el Río Grande hasta el Cono Sur no son más que el reflejo de esta crítica situación, a la que vino a sumarse el cólera. Dentro de las patologías desencadenantes de la mortalidad infantil, las enfermedades diarreicas son altamente preocupantes en la región latinoamericana; la mortalidad en menores de un año de vida presenta tasas entre 0,5 y 967,3 por nacidos vivos y varía de acuerdo a la salud sanitaria de los países. Respecto a la morbilidad, no se dispone de datos para determinar con exactitud la magnitud del problema. Sin embargo, la información de las últimas encuestas realizadas por los países de la Región registra un promedio de cuatro episodios de diarrea anuales por niño. La contaminación del agua y de los alimentos constituyen importantes factores de riesgo de enfermedades diarreicas; se ha calculado que 70% de los millones de episodios de diarrea que afectan a los niños de 5 años en todo el mundo se debe a patógenos transmitidos por el agua y los alimentos. Las cepas patógenas de Escherichia coli causan 25% de las diarreas en el mundo.

2 -2 - La capacidad de renovación de los cuerpos de agua es finita, no obstante, muchos asumen que la naturaleza puede asimilar en forma ilimitada todo tipo de contaminante. Es por ello que en los niveles de decisión política de nuestros países no se le ha otorgado la prioridad necesaria a la descontaminación de los cursos superficiales de agua. Tampoco existe en los diversos sectores de nuestra sociedad una percepción cabal de los efectos que podría ocasionar en la salud la disposición de aguas residuales sin tratamiento previo. Un ejemplo del impacto económico derivado de la contaminación lo experimentan las plantas de agua potable que incrementan sus costos debido a la pobre calidad del agua cruda que procesan, ya que requieren mayor cantidad de compuestos químicos en el proceso de desinfección para garantizar la calidad del agua de consumo humano. En sistemas sofisticados de potabilización o de alta tecnología, cualquier error humano o falla de los equipos puede provocar episodios lamentables de brotes epidémicos ocasionados por el suministro de agua sin tratamiento adecuado. El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) reclama la necesidad de mejorar y mantener la calidad del agua a través de la protección y recuperación de cuencas hidrográficas y acuíferos. 2. El uso indiscriminado de las aguas residuales crudas El desbalance entre el recurso hídrico y el crecimiento explosivo de las grandes ciudades, ha obligado a priorizar el uso de aguas superficiales para abastecimiento público y generación de energía eléctrica. Como lógica consecuencia, la actividad agrícola ubicada en la periferia de las ciudades se ha visto seriamente afectada y ha optado por el uso las aguas residuales como única alternativa de supervivencia. Esto se refleja en la existencia de más de ha agrícolas irrigadas con estas aguas en forma directa, la mayoría sin tratamiento previo. En 1992 México reportó hectáreas agrícolas regadas directamente con aguas residuales; en Perú existen más ha en ciudades localizadas en su costa desértica. Esta situación es solo la punta del iceberg, ya que una cantidad superior de tierra agrícola se riega con aguas superficiales que superan ampliamente el nivel máximo de coliformes fecales por 100 ml recomendado por la OMS para el riego de vegetales de consumo crudo. Con estos niveles de contaminación, el riesgo de consumir alimentos contaminados es alto.

3 -3 - Un estudio realizado por el CEPIS en Lima, Perú, permitió comparar la calidad sanitaria de los productos alimenticios regados con aguas de río no contaminado y con aguas residuales crudas y tratadas. También se evaluó la calidad de productos alimenticios que normalmente se expenden en los mercados de Lima. Los resultados de la evaluación sanitaria de los productos agrícolas se resumen en la figura 1. El 91% de los productos regados con Figura 1 aguas crudas mostraron presencia de enteroparásitos, el riesgo disminuyó en las verduras regadas con aguas residuales tratadas y aguas superficiales no contaminadas. En lo que respecta a la presencia de Salmonella y a concentraciones de Escherichia coli por encima de los niveles permitidos internacionalmente, el riesgo es alto cuando se usan aguas residuales crudas. Se encontró niveles de riesgo menores con el uso de aguas residuales tratadas. Sin embargo, se debe indicar que el exceso de coliformes fecales se debió a la sobrecarga del sistema de lagunas de estabilización evaluado. Esta situación permite señalar que tan importante como implementar una planta de tratamiento es que ésta opere adecuadamente, evitándose las sobrecargas que frecuentemente ocurren por falta de programas de ampliación y mejoramiento de los sistemas de tratamiento. Como era de esperarse, los productos irrigados con aguas superficiales no contaminadas presentaron un riesgo bajo. En el mismo gráfico se muestra que los niveles de contaminación de los productos que se expenden en los mercados, independientemente de la calidad del agua de riego, son similares a los irrigados con aguas residuales sin tratar. Estos niveles de contaminación se deben al uso de aguas residuales contaminadas, al refrescamiento de los productos con aguas superficiales contaminadas antes de que lleguen a los grandes centros de abastecimiento, y a la falta de higiene en el manipuleo de los alimentos a lo largo de la ruta de comercialización, desde que el producto sale de los terrenos de cultivo hasta llegar a los hogares. 3. TRATAMIENTO Y USO SANITARIO DE LAS AGUAS RESIDUALES

4 -4 - En los países en desarrollo, el objetivo prioritario del tratamiento de las aguas residuales debe ser la remoción de parásitos, bacterias y virus patógenos pues son males endémicos en nuestros países y no la remoción de materia orgánica y nutrientes, que sí es el principal objetivo del tratamiento en los países desarrollados, en donde una tifoidea o un caso de parasitismo son excepcionales. La opción tecnológica mediante la cual se alcanza plenamente el objetivo de "no patógenos" corresponde a las lagunas de estabilización. Las investigaciones realizadas por el CEPIS demostraron la gran eficiencia de remoción de parásitos (huevos de helmintos y quistes de protozoos), virus y bacterias patógenas, incluido el Vibrio cholerae. Ningún sistema convencional puede competir con la eficiencia de remoción de patógenos que se logra en las lagunas a menos que se adicione un pulimento al proceso de desinfección del efluente, el cual encarece y hace más compleja la operación y el mantenimiento. Figura 2 Sin embargo, al considerar esta alternativa tecnológica se debe tomar en cuenta la disponibilidad y costo del terreno, variable que puede limitar la elección de lagunas de estabilización. La decisión final deberá obedecer a un análisis económico-financiero que involucre los costos de inversión inicial, operación y mantenimiento. Los efluentes de las lagunas de estabilización, por su calidad bacteriológica, pueden usarse en cualquier actividad agropecuaria, desde la horticultura, los cultivos agroindustriales y acuicultura hasta la forestación. El dimensionamiento de estos sistemas estará ligado a la calidad de los efluentes requerida para cada tipo de uso. Si el único objetivo fuese descontaminar el recurso hídrico, los proyectos no tendrían viabilidad financiera. Sin embargo, si se aprovecha la excelente calidad bacteriológica y la riqueza de nutrientes que ofrecen las aguas tratadas mediante lagunas de estabilización, es posible obtener el beneficio de una producción agropecuaria próxima a los centros de consumo. El uso de las aguas residuales también permite obtener otros beneficios, como el uso eficiente del agua, provisión de abonos naturales y generación de alimentos, empleo e ingresos económicos, y la ampliación de la frontera agrícola en zonas desérticas. Debe hacerse especial mención a la presencia de tóxicos en la red de alcantarillado municipal provenientes de las descargas industriales; esto representa una limitación para la estrategia de uso de

5 -5 - aguas residuales. Las sustancias tóxicas no solo inhiben o reducen la eficiencia de los procesos biológicos que se dan en una laguna, sino que además se acumulan a lo largo de la cadena alimenticia en los productos de consumo humano que se pretende producir con el uso de aguas residuales tratadas o no, exponiendo a graves riesgos la salud de los consumidores. Por ello, es necesario que los programas de ampliación de la cobertura de tratamiento de aguas residuales bajo esquemas integrados de tratamiento y uso, vayan acompañados de un programa de control de tóxicos de la industria. Esto requiere la implantación de una estrategia de minimización, reciclaje y tratamiento de residuos industriales en la fuente, es decir, dentro de la industria donde se generan. 4. El modelo de acuicultura de Lima Considerando el rápido crecimiento de las actividades acuícolas en el mundo, el CEPIS llevó a cabo el proyecto de acuicultura utilizando efluentes tratados de lagunas de estabilización ubicadas en San Juan, Lima, Perú. En los países con gran tradición piscícola se están incorporando las aguas residuales a los estanques de cultivo sin ningún tratamiento previo. Es el caso de Calcuta en la India, en donde existen más de ha de estanques alimentados con aguas crudas, lo que ocasiona un alto riesgo sanitario que aún no ha sido evaluado. En cambio, los países desarrollados están usando la crianza de peces como una forma de mejorar la remoción de materia orgánica, sin que importe la calidad del producto ya que no se destina al consumo humano directo. El proyecto de San Juan adoptó una situación intermedia; las aguas residuales son tratadas en las lagunas de estabilización hasta alcanzar la calidad apropiada para obtener una elevada producción de peces apta para el consumo humano directo. Con el auspicio del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) y la Agencia Alemana de Cooperación Técnica (GTZ), se realizaron cuatro cultivos experimentales en forma continua durante dos años en las épocas de calor y frío propias del clima de Lima. Más de 60 parámetros físicos, químicos y biológicos fueron evaluados diaria o semanalmente. Entre los parámetros sanitarios se incluyeron: bacterias totales, coliformes totales y fecales, Salmonella, Clostridium sulfito reductor, bacteriófagos de E. coli, enteroparásitos, poliovirus, virus de la hepatitis B, metales pesados, pesticidas y bifenilos policlorados. También se evaluó la concentración bacteriana en el agua de los estanques de cultivo con relación a la resistencia de los peces para impedir el ingreso de bacterias al músculo.

6 -6 - El sistema de tratamiento permitió reducir los niveles de DBO total hasta rangos de 112 a 68 mg/l. La alta producción de algas se situó entre los a 718 mg/l de clorofila A, de acuerdo al clima. El amonio total fluctuó entre 2,62 a 0,45 mg/l, valores tolerables para la tilapia del Nilo. La remoción de coliformes fecales en el proceso de tratamiento confirmó que el sistema es capaz de reducirlos hasta 5 logaritmos y permite un efluente con niveles de Debido a que los estanques piscícolas trabajan en serie, se logra reducir la concentración de coliformes en un logaritmo y obtener el nivel de 10 3 recomendado por la OMS. Figura 3 La calidad de los peces fue evaluada de acuerdo con una calificación estricta propuesta por Buras (1987), la que establece como "muy buenos" a los peces con menos de 10 bacterias por gramo de músculo; son "aceptables" aquellos con 10 a 50 bacterias; y son "rechazados" los peces con más de 50 bacterias. Es importante aclarar que el pescado comercializado en los mercados normalmente presenta mayor carga bacteriana en el músculo que los mencionados en la calificación. En tres experimentos se logró una calificación de "muy buenos" para 100% de los peces. Solo en el tercer experimento se rechazó 6% de los peces, situación motivada por un Figura 4 incremento deliberado del nivel de coliformes fecales que sobrepasó 10 5 en el efluente. Ello permitió establecer el límite de calidad del efluente que debe utilizarse en el cultivo de tilapia; rebasado el límite, el sistema inmunológico de la tilapia se debilita y las bacterias ingresan al músculo. También se pudo observar la capacidad de autodepuración de estos peces, siempre que se reduzca el nivel de coliformes por un período mínimo de 30 días. Esto significa que en el caso eventual de una sobrecarga en el sistema de tratamiento, la

7 -7 - calidad sanitaria de los peces afectados puede recuperarse. En las condiciones de Lima, se puede obtener kg/ha de tilapia con un peso promedio de 250 g al final del verano, sin adicionar alimentos artificiales. El crecimiento es muy reducido durante el período invernal porque la temperatura desciende hasta 17? C. En las granjas convencionales de la Amazonia, solo es posible obtener este nivel de producción si se abona los estanques y se proporciona alimentos concentrados. La abundante biomasa de algas, favorecidas por las aguas residuales tratadas, permite sustituir el alimento artificial y por tanto reducir los costos de producción. Los resultados obtenidos han permitido elaborar un modelo computarizado para dimensionar granjas comerciales en zonas tropicales y subtropicales. La temperatura elevada de las zonas tropicales permite reducir el período de crianza a siete meses, obteniéndose hasta tres campañas al año. Con el programa resulta fácil calcular, por ejemplo, que para lograr una producción de 60 toneladas anuales se requiere 19 ha en lugares con climas subtropicales, mientras que en los climas tropicales solo se necesita 9 ha, situación que también reduce el costo de producción. Este modelo también permite efectuar una evaluación económica. Se puede tomar el caso de una granja tropical que produce 60 toneladas y requiere una inversión de US$ con costos operativos anuales de US$ , lo que determina un costo de US$ 0,31/kg frente a un precio de US$ 1,00 a 3,00/kg. Este bajo costo permite competir con la pesca y obtener una tasa interna de retorno de 45%, lo que indica la alta rentabilidad del proyecto. Este caso no ha considerado el costo del terreno, ya que supone aprovechar zonas eriazas. Sin embargo, el modelo permite realizar un análisis de sensibilidad para estudiar la variación de dicha rentabilidad cuando existen diferentes costos de terreno o del tratamiento del agua. 5. Uso de aguas residuales en agricultura En 1991 el Ministerio de Agricultura del Perú inició el Proyecto Nacional de Riego con Aguas Servidas Tratadas, el cual pretende ampliar la frontera agrícola de la costa con ha regadas con 20 m 3 de desagües producidos en las principales ciudades de la costa peruana. El CEPIS brindó asistencia técnica para evaluar el grado de sustitución de los fertilizantes por el aporte de nutrientes de las aguas tratadas. Se evaluaron diferentes dosis de abonamiento desde un testigo con aguas residuales solamente (sin abono) hasta niveles de abonamiento que normalmente se aplican en los cultivos. Se ensayaron diferentes cultivos comerciales como frijol, habichuelas, bróculi, col, maíz, etc.

8 -8 - Tal como se aprecia en los resultados obtenidos con el frijol "panamito" (figura 5), los cultivos evaluados mostraron rendimientos de producción muy similares en todos los tratamientos, incluido el testigo sin fertilización. Se demostró que las aguas residuales aportan los nutrientes requeridos por los cultivos, lo que permite ahorrar los costos de fertilización, que muchas veces representan más del 50% del costo de producción. Las investigaciones realizadas en Israel mencionan que ciertos cultivos de frutos y granos pueden verse afectados por los altos niveles de Figura 5 nitrógeno existentes en las aguas residuales tratadas, ya que solo favorece el desarrollo vegetativo de la planta. Por lo tanto, sus sistemas de tratamientos están orientados a mejorar la remoción de este nutriente. Sin embargo, esta alta concentración de nitrógeno es favorable en los cultivos de forrajes, en donde sí es conveniente propiciar el crecimiento vegetativo de la planta. 6. Modelos integrados de tratamiento y uso El CEPIS está desarrollando unidades integradas de tratamiento y uso que combinan componentes agrícolas, acuícolas y forestales a fin de diversificar la producción para mejorar la eficiencia y reducir los riesgos de inversión.

9 -9 - Como ejemplo se puede citar un modelo dimensionado a partir de una ciudad tropical de habitantes que genera 100 l/s de desagües y requiere una planta de lagunas de 9 ha para irrigar 11 ha de hortalizas, 30 ha de espárragos, 39 ha de algodón y alimentar 9 ha de estanques piscícolas. Teniendo en cuenta el rendimiento de los cultivos, también se ha calculado las variantes propias de los climas tropicales y subtropicales, los costos de inversión y operación, los ingresos anuales, el valor actual neto y la tasa interna de retorno. Estos módulos agropecuarios pueden alcanzar una tasa interna de Figura 6 retorno de 71 a 42% en zonas tropicales y subtropicales respectivamente, tasas que pueden considerarse bastante rentables. Por último, se ha propuesto que el Programa Nacional de Riego con Aguas Servidas Tratadas pueda ser financiado mediante un crédito rotativo. Un financiamiento externo de 13 millones de dólares bajo condiciones blandas, permitiría desarrollar 180 empresas agropecuarias de 100 ha cada una durante un período de 20 años hasta abarcar las ha. Hasta ahora, los esfuerzos realizados por el CEPIS en el campo del uso sanitario de aguas residuales han tenido como meta mejorar el tratamiento de desagües mediante la generación de actividades productivas que absorban el costo del tratamiento. El CEPIS tiene el compromiso de continuar realizando programas de capacitación y asistencia técnica para contribuir al desarrollo de tecnologías de tratamiento de aguas servidas y de uso que sean adecuadas a la realidad de América Latina y el Caribe. 7. Referencias bibliográficas - Arámburu, P Las diarreas y la protección de alimentos. Revista INPPAZ 1(2): Bartone, C.; Castro de Esparza, M.L.; Mayo, C. de; Rojas, O.; Vitko, T Monitoring and maintenance of treated water quality in the San Juan lagoons supporting aquaculture; final report of phases I-II. Lima: CEPIS. - Buras, N.; Duek, L.; Niv, S.; Hepher, B.; Sandbank, E Microbiological aspects of fish grown in treated wastewater. Water research 21(1):1-10.

10 Castro de Esparza, M.L.; León Suemastu, G Estudio preliminar de la remoción de Vibrio cholerae en lagunas de estabilización - San Juan de Miraflores, Lima -Perú. Lima: CEPIS. (Informe técnico 387). - Castro de Esparza, M.L.; Sáenz Forero, R Evaluación de los riesgos para la salud por el uso de las aguas residuales en agricultura. Lima: CEPIS. - Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Memoria del Taller Regional para las Américas sobre Aspectos de Salud, Agricultura y Ambiente Vinculados al Uso de Aguas Residuales, Jiutepec, Morelos, México, 8 al 12 de noviembre de Jitepec: IMTA. - OMS Directrices sanitarias sobre el uso de aguas residuales en agricultura y acuicultura. Ginebra: OMS. (Serie de informes técnicos 778). - Moscoso, J.; Flórez Muñoz, A Reuso en acuicultura de las aguas residuales tratadas en las lagunas de estabilización de San Juan, Sección I: Resumen ejecutivo. Lima: CEPIS. - Moscoso, J.; León Suemastu, G.; Gil, E Reuso en acuicultura de las aguas residuales tratadas en las lagunas de estabilización de San Juan, Sección II: Tratamiento de las aguas residuales y aspectos sanitarios. Lima: CEPIS. - Moscoso, J.; Nava, H Reuso en acuicultura de las aguas residuales tratadas en las lagunas de estabilización de San Juan, Sección III: Acuicultura. Lima: CEPIS. - Moscoso, J.; Egocheaga, L Reuso en acuicultura de las aguas residuales tratadas en las lagunas de estabilización de San Juan, Sección IV: Factibilidad técnica, económica y social. Lima: CEPIS. - Roos, W. R The urban pollution problem in Latin America. Presentado en: Nagoya Seminar on Financing for the Environment, Nagoya, Japan. - Yánez, F Indicator and pathogen organism die-off in ponds and design under tropical conditions. Presentado en: 56th Annual Conference of the Water Pollution Control Federation, Atlanta, Georgia, 2-6 October.

11 ÍNDICE 1. La disposición de las aguas residuales El uso indiscriminado de las aguas residuales crudas Tratamiento y uso sanitario de las aguas residuales El modelo de acuicultura de Lima Uso de aguas residuales en agricultura Modelos integrados de tratamiento y uso Referencias bibliográficas...10