El 2º Encuentro de Investigación y Transferencia de Tecnología Agropecuaria y Agroindustrial en el Estado de Puebla, auspiciado por el Consejo

Transcripción

1 El 2º Encuentro de Investigación y Transferencia de Tecnología Agropecuaria y Agroindustrial en el Estado de Puebla, auspiciado por el Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología y la Fundación Produce de Puebla A.C., se desarrolló en varias sedes, desarrollandose la de la Región Mixteca en la Universidad Tecnológica de Izúcar de Matamoros. Las Memorias de este 2º Encuentro fueron publicadas en un CD- ROM. Se muestra la portada y los miembros del Comité Editorial por la UTIM.

2 Tecnología para la agricultura sustentable: Humedales artificiales para el tratamiento de descargas domésticas. Navarro Frómeta A. E.*, Vázquez García A.** Introducción El concepto de sustentabilidad, también conocido como sostenibilidad, es un término que comenzó a considerarse desde fines de la década de los sesenta pero no es hasta 1987 cuando el Informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo maneja el término "desarrollo sustentable" tal como lo conocemos hoy. Fué la Cumbre de la Tierra, celebrada en Río de Janeiro en el año de 1992, la que le dio mayor fuerza y amplitud a este concepto integral de desarrollo, que se puede definir como el modelo de desarrollo socio -económico que, satisfaciendo nuestras necesidades del presente, no compromete la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades. Llevado a la práctica agroindustrial, el desarrollo sustentable en lo ecológico significa minimizar la generación de desechos en los procesos productivos, el reciclaje de materiales, el máximo empleo de fuentes de energía y otros recursos renovables, el aumento del ciclo de vida de productos y servicios, el tratamiento de residuales y su transformación en productos inocuos al medio ambiente o en materias primas para otros procesos. En lo concerniente al Estado de Puebla, el Plan Estatal de Desarrollo contempla combinar la satisfacción de necesidades y aspiraciones sociales con el mantenimiento del equilibrio ecológico, indispensable para el desarrollo actual y futuro. Dentro de los objetivos prioritarios del Programa de Protección Ambiental Estatal se contempla la creación de sistemas de tratamiento de aguas residuales municipales e intermunicipales. Igualmente el Programa Hidraúlico Regional de la Cuenca del Río Balsas contempla obras de saneamiento en las ciudades de Atlixco e Izúcar de Matamoros (CNA, 2003). Estas acciones tienen que ser complementadas con los esfuerzos comunitarios para resolver los problemas de la generación de aguas residuales en comunidades rurales para las cuales en un corto o mediano plazo no está previsto que puedan ser beneficiadas por sistemas de tratamiento a nivel municipal. Partiendo de lo anterior un desarrollo sustentable en la agricultura poblana debe contemplar todos los aspectos que inciden en la producción agrícola incluyendo los ecológicos y los concernientes a la calidad de vida de los productores y sus familias. Dentro de esto, la gestión del agua en su conjunto y en lo particular la disposición de las aguas residuales domésticas tienen un peso importante. Las plantas de tratamiento convencionales tienen costos significativos en energía y personal calificado, por ello en poblaciones pequeñas se recurre a las llamadas tecnologías blandas de depuración. Son sistemas más simples y menos costosos. Una de estas tecnologías es la depuración por humedales artificiales o wetlands. El objetivo de este trabajo es presentar las características generales del tratamiento de aguas residuales domésticas mediante humedales artificiales. Tecnologías para el tratamiento de aguas residuales. Son muchas y variadas las tecnologías para el tratamiento de aguas residuales y en general se encuentran bien descritas en la literatura clásica del tema (Eddy&Metcalf, 1996; UNEP, 2002). Dependiendo de donde se aplican se pueden clasificar de tecnologías que se aplicanb en el lugar de generación de las aguas residuales y las que se aplican en sitios adonde son conducidas las aguas residuales mediante un sistema de drenaje. De acuerdo a la naturaleza del sitio en que se aplican se pueden clasificar en tecnologías mecánicas, que se aplican en un ambiente construido, las acuáticas que se aplican en lagunas y las terrestres que se aplican en tierra y donde los nutrientes en las aguas residuales son transformados mediante el crecimiento de plantas y la adsorción en el suelo. Una comparación (UNEP, 1998) de diferentes sistemas para el tratamiento de agus residuales se expone en la tabla 1. A lo allí señalado respecto a los humedales artificiales se puede añadir que no requieren de mano de obra especializada para su operación y mantenimiento, excepto tal vez el mantenimiento del equipo de bombeo, cuestión constatada por los autores en el análisis del funcionamiento de humedales en operación en México Es conveniente señalar que el desarrollo de tecnologías de tratamiento ha tenido su centro en los países desarrollados. No siempre su importación ha dado buenos resultados, al no tomarse en cuenta las particularidades sociales, económicas y políticas de México, que condicionan en muchos casos el éxito de tales tecnologías. Esto ha sucedido en ciertos casos con las plantas de tratamiento de diferentes tipos, que siendo una alternativa muy estudiada y que se encuentra en constante desarrollo (Eddy&Metcalf, 1996), * Universidad Tecnológica de Izúcar de Matamoros, Profesor, navarro48_99@yahoo.com; **Instituto Tecnológico de Tehuacán, Profesor, fritehsa@yahoo.com.

3 presentan algunos problemas como son su susceptibilidad a los cambios en la naturaleza del influente, la necesidad de una inversión inicial y costos de operación considerables y la generación de residuos sólidos potencialmente tóxicos (Debellefontaine, 2000; Uemura, 2000; Wlodarczyk-Makula, 2001). Esto ha llevado a la evaluación de alternativas más amigables con el entorno, como el empleo de biomasa viva y no viva para el tratamiento de residuales (Nigam, 2000; Annadurai, 2002; Tam, 2000; García, 2001; Jalali, 2002). Tabla 1. Comparación de algunos sistemas de tratamiento. Tipo de tratamiento Ventajas Desventajas Sistemas acuáticos Lagunas de estabilización Laguna aereadas Sistemas terrestres Fosas sépticas Humedales artificiales Bajo costo de inversión; bajos costos de mantenimiento y operación; baja demanda de mano de obra especializada Requiere poco terreno: produce pocos olores desagradables. Puede ser utilizada en residencias individuales; Fáciles de operar y mantener; Pueden ser construidas en áreas rurales. Remueven hasta un 70 % de sólidos y bacterias; Costo mínimo de inversión; Bajos costos de operación y mantenimiento Sistemas mecánicos Reactores biológicos verticales Sistema altamente eficiente; Requiere poco terreno; Aplicable tanto a comunidades pequeñas como a grandes centros urbanos Lodos activados Sistema altamente eficiente; Requiere poco terreno; Aplicable tanto a comunidades pequeñas como a grandes centros urbanos Sistemas de filtración Requerimientos mínimos de área; Utilizables a nivel de residencia indivi dual; Costo relativamente bajo; Fácil de operar Requiere de mucho terreno; Puede producir olores desagradables Requiere infraestructura mecánica para la aereación; Produce efluentes con alta concentración de sólidos. Poca eficiencia en el tratamiento; Debe ser limpiada periódicamente; Requiere de un relleno sanitario para la disposición de los lodos. Aún resulta altamente experimental; Requiere de la remoción periódica del material vegetal excedente (poda); Tiene mejores resultados donde hay plantas nativas adecuadas para el tratamiento. Alto costo; Tecnología compleja; Requiere mano de obra especializada; Necesita disponibilidad de piezas de repuesto; Alto requerimiento de energía. Alto costo; Requiere mano de obra especializada; Requiere de área para disponer los lodos Requiere dispositivos mecánicos. Los humedales artificiales. Una de las opciones amigables al entorno son los humedales artificiales. Los humedales son medios semiterrestres con un elevado grado de humedad y una profusa vegetación, que reúnen ciertas características biológicas, físicas y químicas, que les confieren un elevado potencial autodepurador. El sistema incluye un tratamiento primario formado por una criba o tamiz autolimpiable (y una vez tipificado el vertido puede incluir un desarenador). El agua pasaría entonces al humedal propiamente dicho que consistiría en un lecho granulado de diferentes gravas depositadas sobre una lámina plástica o geomembrana que impida las pérdidas hidráulicas. Sobre estas se plantan normalmente carrizo o junquillo que favorecen la aireación y aumentan la efectividad del sistema con la flora microbiana de sus raíces. En la figura 1 se muestra el esquema de un humedal de flujo subsuperficial.

4 En los humedales artificiales se han ensayado estas posibilidades: lagunas con microalgas (lagunaje natural o aireado), macrófitos flotantes (jacinto de agua), micrófitos flotantes (lenteja de agua), macrofitos sumergidos o macrófitos emergentes (helófitos). Otro elemento fundamental en el proceso de depuración por humedales es el sedimento orgánico, que además de ser sustrato para el crecimiento microbiano, presenta una elevada capacidad de cambio que asegura la retención y posterior transformación del material orgánico e inorgánico. Así mismo, juega un papel fundamental en la dinámica del fósforo, cuyo principal mecanismo de eliminación es, junto con la asimilación biótica, su adsorción a las arcillas y la precipitación y formación de complejos con Al, Fe y Ca presentes en los sedimentos. La depuración de aguas residuales mediante humedales artificiales también consigue espectaculares reducciones de microorganismos patógenos. Por otra parte el efluente es totalmente transparente, alcanzando calidad cristalina, a diferencia del procedente del lagunaje que presenta coloraciones verdosas debidas a las microalgas que transporta (ver figura 1). Además, los humedales presentan otras ventajas: - No generan lodos, que se mineralizan totalmente. - Bajos costos de construcción, energía y explotación. - Sencillez de mantenimiento, aunque precisan un adecuado seguimiento. - Son sistemas flexibles y poco susceptibles a cambios en caudales y carga del influente. - La biomasa vegetal actúa como aislante del sedimento, lo que asegura una intensa actividad microbiana en todas las estaciones del año. - No generan olores, integrándose extremadamente bien con el paisaje. - No suelen aparecer problemas de moscas y mosquitos si no se deja emerger la capa de agua. - Incrementan la diversidad ambiental de la zona con la creación de un hábitat para la fauna. Los humedales presentan también algunos inconvenientes: - Criterios de diseño y funcionamiento no suficientemente conocidos. - Desconocimiento de procesos biológicos e hidrológicos que intervienen. - Necesidad de dos o tres estaciones de crecimiento de las plantas para llegar al máximo rendimiento. - Pérdidas de caudal por evapotranspiración con aumento de la salinidad del efluente. El humedal puede considerarse como un reactor biológico tipo "proceso biopelícul a sumergida", con aireación natural, en el que las plantas emergentes toman oxígeno de su parte aérea para introducirlo en la sumergida a través de los rizomas. Se crea un mosaico de zonas aerobias y anaerobias próximas entre si, que favorecen los procesos de descomposición de la materia orgánica, nitrificación, desnitrificación, precipitación de fosfatos y muerte de patógenos (Eddy&Metcalf, Lahora, 1999; García, 1999; Sarmiento, 2001). Experiencias en México de los autores, han confirmado la remoción eficiente de DBO, DQO, sólidos totales, grasas y aceites así como de olores y colores indeseados (Vázquez, 2002). Conclusiones y propuesta. El empleo de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas en comunidades rurales resulta altamente atractivo desde el punto de vista de su relativo bajo costo cosntrucción, su eficiencia y su sencillas operación y mantenimiento. Su punto débil, la exigencia de terreno para su cosntrucción puede ser compensada con la generación de agua disponible para su uso en riego agrícola. Para la implementación de esta tecnología se desarrollan trabajos de formulación de Proyectos para la construcción de humedales en coordinación con las autoridades municipales de Atlixco e Izúcar de Matamoros. Como propuesta de la presente ponencia se plantea la difusión de los resultados de la experiencia del empleo de humedales artificiales en México como parte de una campaña de educación ambiental a fin de que la ciudadanía y las autoridades la consideren dentro de las opciones para el tratamiento de las aguas residuales domésticas. Reconocimientos. Este trabajo se realizó en el marco del Proyecto "Estudio y solución de problemas ambientales relacionados con las aguas superficiales y el aire en la Subcuenca del río Nexapa" apoyado por el Sistema de Investigación Regional Ignacio Zaragoza del CONACyT, el H. Ayuntamiento de Izúcar de Matamoros y los Sistemas Operradores de Agua Potable y Alcantarillado de los Municipios de Atlixco e Izúcar de Matamoros.

5 Bibliografía 1. Eddy&Metcalf, 1996, Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. McGraw and Hill, México. 2. Debellefontaine H., Foussard E. I., 2000, Wet air oxidation for the treatment of industrial wastes. Chemical aspects, reactor design and industrial applications in Europe, Waste Management 20, Uemura S., Harada H., 2000, Treatment of sewage by a UASB reactor under moderate to low temperature conditions, Bioresource Technology 72, Wlodarczyk-Makula M., Sulkowski W., Popenda A., 2001, The influence of sewage and sludge treatment processes on polycyclic aromatic hydrocarbons content changes, 5. Nigam P., Armour G., Banat I.M., Singh D., MarchantR., 2000, Physical removal of textile dyes from efluents and solid-state fermentation of dye-adsorbed agricultural residues, Bioresource Technology 72, Annadurai G., Juang R., Lee D., 2002, Use of cellulose-based wastes for adsorption of dyes from aqueous solutions, Journal of Hazardous Materials B92, Tam N., Wong Y., 2000, Effect of immobilized microalgal bead concentrations on wastewater nutrient removal, Environmental Pollution 107, García J., Montes M., 2001, Depuración de las aguas residuales de la industria azucarera por medio de carrizos (Phragmites auatralis), Memorias del VI Congreso Nacional de Ciencias Ambientales, Revista Internacional de Contaminación Ambiental, Vol. 17, Suplemento 1, p Jalali R., Ghafourian H., Asef Y., Davarpanah S., S., 2002, Removal and recovery of lead using nonliving biomass of marine algae, Journal of Hazardous Materials B92, Lahora A., 1999, Los humedales artificiales como tratamiento terciario de bajo coste en la depuración de aguas residuales urbanas, Documentos del encuentro medioambiental Almeriense, Universidad de Almería, Almería, España. 11. García, J. Ruiz, A. & Junquertas, X., 1997, Depuración de aguas residuales urbanas mediante humedales construidos. Tecnología del Agua. 165: Sarmiento M., Rosado F., Martínez G., 2001, Tratamiento de aguas residuales domésticas por medio de humedales artificiales en Mahahual, Quintana Roo, Memorias del VI Congreso Nacional de Ciencias Ambientales, Revista Internacional de Contaminación Ambiental, Vol. 17, Suplemento 1, p Vázquez, 2002, Informe final Proyecto "Caracterización y saneamiento del Dren Tehuacán, clave CONACyT-SIZA UNEP, 2002, International Source Book On Environmentally Sound Technologies for Wastewater and Stormwater Management, [TP 15], UNEP, 1998, Sourcebook of Alternative Technologies for Freshwater Augmentation [TP 8c] Latin America and the Caribbean, CNA, 2003, Program a Hidráulico de la Región IV Balsas.

6 Figura 1. Esquema de un humedal artificial. Fotos ilustrativas tomadas del humedal del Carmen Tequexquitla, Tlaxcala. a) Aguas a la entrada, después de los filtros de rejilla; b) Aguas a la salida del tratamiento; c) Se puede apreciar el drástico cambio en el color del agua; d) detalle de la geomembrana y de los carrizos; e) Detalle del filtro final donde el agua es asperjada.