La reutilización de las aguas en el medio natural y usos recreativos
Lluís Sala Consorci de la Costa Brava
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
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)
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 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
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.
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