MANEJO SUSTENTABLE Y DISEÑO HIDRÁULICO Y BIOLÓGICO DE HUMEDALES PARA CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN EN LAGO DE PÁTZCUARO, MÉXICO.

Armando Rivas Hernandez* Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Biólogo con especialidad en control biológico de aguas contaminadas y maestría en Ingeniería Ambiental. 17años en proyectos ambientales. 26 proyectos en 14 años sobre tratamiento de aguas residuales. Organización e impartición de tres cursos internacionales de lagunas de estabilización. Asesorías sobre sistemas naturales de tratamiento. 28 publicaciones, 21 conferencias en congresos. 2 capítulos en libros. Gabriela Mantilla Morales Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Fernando Pozo Roman Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Luis Fernando Sánchez Castañeda Participante independiente Norma Dolores Sotelo Romero Participante independiente Karina Muñoz Peñaloza Participante independiente Autor principal (*) Paseo Cuauhnáhuac Nº 8532 Col. Progreso, Jiutepec, Morelos. México CP 62550 Tel - Fax 52(777)329-3622 e-mail: [email protected] RESUMEN Los diversos tipos de descargas de aguas residuales han contribuido para generar una condición eutrófica en el lago de Pátzcuaro, de tal manera que es necesario agilizar las acciones que disminuyan el deterioro de su calidad del agua. La enorme carga másica que anualmente recibe este lago lo mantienen en estado eutrófico. Los sistemas mecanizados de tratamiento de aguas residuales contribuyen en gran medida con la eliminación de materiales carbonáceos, no así con la remoción de nitrógeno y fósforo, principales causantes de la eutrofización, ya que no cuentan con tratamiento avanzado para lograr este objetivo. La infraestructura de tratamiento tiene una capacidad instalada de 221 L/s y una capacidad en operación de 50 L/s. En los últimos años se han utilizado con éxito los humedales construidos a nivel internacional. Estos sistemas remueven nutrientes, a un bajo costo y con altas eficiencias de remoción. El objetivo de este estudio consiste en elaborar cinco proyectos ejecutivos para el tratamiento de las descargas de cuatro localidades ribereñas y del efluente de una planta de tratamiento mediante sistemas de humedales. Cada proyecto incluye aspectos socioeconómicos y ambientales, estudios de topografía, caracterización de las descargas y diseño de los humedales. Mediante un estudio de factibilidad social y mediante encuestas en cada uno de los municipios se determina que el 83% de la población está de acuerdo en el uso de humedales. Se desarrolla una metodología para la realización de

este tipo de estudios. Con base en un estudio y análisis de ortofotografía se cuantificaron 2,335 ha (aproximadamente el 25% de la superficie del lago) de vegetación hidrófita emergente (Typha sp) y 244 ha con vegetación flotante (Eichornia crassipes). El principal problema identificado para el uso de humedales fue la disponibilidad de terreno, sin embargo es factible su instalación, parte en los terrenos aledaños a las descargas y parte dentro del área inundada por el lago. Palabras clave: humedales, eutrofización, diseño, lago, Pátzcuaro._ INTRODUCCIÓN Debido al alarmante estado de deterioro ambiental del lago de Pátzcuaro, es indispensable agilizar las actividades encaminadas a su recuperación. Los nutrientes presentes en el agua, particularmente fósforo y nitrógeno, son aportados en una buena parte por las descargas municipales de aguas negras crudas, aguas de retorno agrícola (con residuos de pesticidas y fertilizantes), fuentes no puntuales y por los efluentes de las plantas de tratamiento (sistemas mecanizados que no incluyen tratamiento avanzado). En un estudio preliminar realizado por el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA, 2001), se determinó que actualmente el lago se encuentra en una condición eutrófica. La población de los cuatro municipios ribereños al lago en el año 2002 es de 127,340 habitantes. Su producción de aguas residuales es de 19,094 m3/d (221 L/s). La carga másica de DBO es de 1,603 ton/año, de nitrógeno total de 347.4 ton /año y de fósforo total de 79.24 ton/año. Para revertir el proceso de eutroficación y mover al lago a una condición mesotrófica (buena calidad de sus aguas), se requiere remover los materiales carbonáceos y los nutrientes (nitrógeno y fósforo) de los diversos tipos de descargas de aguas contaminadas. Se cuenta en la ribera del lago con cuatro sistemas de tratamiento de aguas residuales, dos de las cuales están fuera de operación, una funciona al 30% de su capacidad y la otra ya fue rebasada en su capacidad de tratamiento. Estos sistemas no cuentan con tratamiento avanzado para la eliminación de nutrientes, lo que puede remediarse incluyendo unidades adicionales para este fin, lo cual evidentemente repercutirá en un incremento de costos. Por otro lado los sistemas mecanizados generan lodos residuales, los que deben de estabilizarse para poder ser reutilizados y reducir riesgos ambientales y a la salud. Su tratamiento incrementa aún más los costos del tratamiento. Los humedales construidos son una alternativa tecnológica eficiente, que remueve materiales carbonáceos, nutrientes y patógenos, de bajo costo, económica y socialmente factible de utilizarse en la zona de Pátzcuaro. Comparados con sistemas convencionales, tienen consumos de energía muy bajos, requieren menor labor de operación y mantenimiento y demandan menor grado de capacitación para sus operadores. Proporcionan efluentes bajos en DBO, nutrientes (nitrógeno y fósforo) y de patógenos, cuando son diseñados para este fin. Sus subproductos pueden ser utilizados para producir, entre otros, materia prima para artesanías, flores de ornato y forraje para ganado. El agua tratada puede reutilizarse en actividades acuícolas, en riego de cultivos o en el de áreas verdes. Este estudio se realiza en el marco de un megaproyecto en el que se ejecutan diversas actividades para propiciar la recuperación de la calidad del agua del lago de Pátzcuaro, México. OBJETIVO Realizar el diseño conceptual de 5 humedales con el fin de remover materia carbonácea, fósforo, nitrógeno y organismos patógenos de las descargas de aguas residuales de las

localidades de Tzintzuntzan, Erongarícuaro, Santa Fe de la Laguna, Buenavista (municipio de Pátzcuaro) y del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales de Quiroga. METODOLOGÍA Y ACTIVIDADES Los aspectos principales abordados para realizar el estudio fueron: - Para seleccionar las descargas se realizaron recorridos de campo en cada localidad ribereña a lago. Como criterio de selección se consideraron las provenientes de las cabeceras municipales, que son las de mayor caudal. - Caracterización de la calidad del agua de cuatro descargas de aguas residuales y una del efluente de la planta de tratamiento de Quiroga. La toma de muestras se llevó a cabo de manera continua durante cinco días, con una frecuencia de cada tres horas, se obtuvieron muestras simples y muestras com puestas (para la determinación de parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos) y se realizaron mediciones de campo. Los análisis fueron realizados en un laboratorio certificado. La caracterización se realizó durante la época de estiaje. - Realización de estudios de topografía en los sitios seleccionados. Para la selección de los sitios se tomó apoyo en los trabajos de factibilidad social para el uso de humedales. - Diseño funcional y de detalle de los humedales. Se tomó como base el criterio de diseño de Kadlec (1996) de acuerdo con las necesidades específicas de cada caso, tomando como punto común el cumplimiento de las norma NOM- 001 ECOL-1996 para protección de la vida acuática. - Análisis de información geográfica obtenida de sobrevuelos, mediante ortofotografía de alta resolución, con escala 1:15,000 con resolución de 4 m. - Elaboración de cinco estudios de factibilidad mediante una serie de visitas a las localidades y a los sitios identificados para la construcción de los humedales. Se realizaron también entrevistas y encuestas para evaluar la viabilidad social de diseñar y construir los humedales y se elaboró una propuesta metodológica para la obtención, organización y análisis de la información obtenida en torno al manejo de humedales. RESULTADOS OBTENIDOS Se visitaron las localidades ribereñas al lago y se identificaron 22 descargas: Se seleccionó el efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales (reactor anaerobio de flujo ascendente) de Quiroga, y las descargas de las localidades de Erongarícuaro, zintzuntzan, Santa Fe de la Laguna y Buenavista, esta última forma parte del municipio de Pátzcuaro y no se ubica en la ribera del lago. Cada localidad presenta sus descargas de manera dispersa, normalmente en número mayor de dos. Se identificaron tres sistemas de tratamiento de lodos activados en el municipio de Pátzcuaro, dos en la localidad de Pátzcuaro y una en Janitzio, con gastos de diseño de 150 L/s, y 20 L/s, respectivamente, además del reactor anaerobio antes citado, para una capacidad de 20 L/s, capacidad que desde hace algunos años fue rebasada y es necesario ampliar. También se identificaron 6 “biodigestores” todos ellos fuera de operación en 4 localidades ribereñas (Cucuchucho, Erongarícuaro, dos en Tzintzuntzan, Santa Fe de la Laguna y en San Jerónimo). Los resultados obtenidos de los parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos para las cinco descargas se muestran en la Tabla 1. TABLA 1: Resultados de parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos de las descargas

DESCARGA QL/sDBOTmg/LNTmg/LPTmg/LSSTmg/LCF-1NMP/100 mlCF-2NMP/100 mlGyAmg/L1 Quiroga 20 38.14 37.05 7.79 33 9.94E+07 6.20E+07 15.62 Erongarícuaro .0 31.68 60.76 13.2 188 3.41E+08 6.92E+08 63.663 Santa Fe de laLaguna1.8 414.24 71.08 3.4 289 8.19E+08 4.20E+08 103.844 Tzintzuntzan 0.1 250.0 25.0 9.0 200 6.80E+07 .58E+08 12.255 Buena Vista 0.4 220.0 55.36 13.5 200 1.26E+08 1.29E+07 21.04El valor romedio en México de DBOT varía entre 250 y 270 mg/L, de 38 a 42 mg/L de NT, de 6a 0 g/L de PT y entre 107 a 108 para coniformes fecales, Rivas (1997). Metcalf & Hedí (1972)presenta valores similares. Las descargas 2, 4 y 5 presentan valores de DBOT ercanos a estepromedio, sin embargo la descarga 1 presentó un valor bastante menor, onsiderando que setrata del efluente de una planta de tratamiento y la descarga 4 resentó n valor considerablemente mayor que el resto de las descargas. Los resultados de NT para las descargas 2, 3 y 5 fueron sensiblemente mayores a los valores promedios citados en la bibliografía. Los valores de PT de estas mismas descargas igualmente son un poco mayores que los valores promedio esperados, aunque se encuentran dentro del rango indicado por el segundo autor (entre 4 y 15 mg/L, para una descarga débil y una fuerte, respectivamente). Los resultados de microorganismos coliformes se presentaron dentro del rango esperado. El criterio de diseño de remoción de NT, PT y CF usualmente demandan mayores áreas que las requeridas para la remoción de DBOT por lo que los resultados aquí obtenidos, particularmente de NT y PT requirieron de mayores áreas de tratamiento. Se recopiló y documentó la información censal (población, salud, servicios, etc.) de los municipios seleccionados. Se realizaron algunas entrevistas en campo para obtener información del tipo de propiedad de los terrenos donde se ubican las descargas. Se realizaron entrevistas con las autoridades comunales de Santa Fe de la Laguna y se platicó con los responsables del agua y saneamiento de Erongarícuaro, Tzintzuntzan, Quiroga y Pátzcuaro, quienes mostraron una actitud participativa para agilizar las acciones tendientes a la protección y recuperación de la calidad del agua en el lago. Se realizaron los estudios sociales de las localidades de Erongarícuaro, Tzintzuntzan, Quiroga, Buenavista y Santa Fe de la Laguna y la encuesta de percepción del uso de humedales para el tratamiento de las aguas residuales en las cinco localidades. El diagnóstico indica un 83 % de disponibilidad de las comunidades para utilizar los humedales como alternativa de tratamiento de aguas residuales. Con base en análisis de ortofotografía se cuantificaron 2,335 ha (aproximadamente el 25% de la superficie del lago) de vegetación hidrófita emergente (Typha sp) y 244 ha con vegetación flotante (Eichornia cras sipes ). Aproximadamente dos tercios de la vegetación hidrófila emergente se localiza en la parte sur del lago, que es en donde se encuentra el mayor porcentaje de población y consecuentemente la mayor descarga de aguas residuales. La ortofotografía se realizó para una escala 1:5,000 con una resolución de 0.5 m, aunque para poder manejar el tamaño de la imagen se determinó una escala 1:15,000. Los humedales naturales que se han desarrollado se encuentran en la descarga del dren Zurumútaro, en Erongarícuaro y en Pátzcuaro, todas ellas en la parte sur. Se realizó un diseño específico para cada uno de los humedales, en función de sus características de terreno, calidad y cantidad del agua. Las áreas requeridas de tratamiento(proyectadas al año 2018) fueron: Erongarícuaro 1.00 ha, Tzintzuntzan 0.50 ha, Santa Fe de la Laguna 0.80 ha, Buenavista 0.20 ha y para el efluente de la planta de tratamiento de Quiroga 5.00 ha. El área incluye la remoción de carga orgánica, nutrientes

(N y P) y coliformes fecales. El tren de tratamiento determinado para las cinco localidades consiste de: pretratamiento (rejillas y desarenador) + tanque de sedimentación + humedal de lodos + humedal para el agua clarificada. El proyecto incluye caseta de vigilancia. En las descargas de Erongarícuaro, Tzintzuntzan y Santa Fe de la Laguna actualmente se encuentran construidos los biodigestores antes mencionados, estructuras que pueden aprovecharse como los sedimentadotes, parte del tratamiento. Para elaborar los diseños se realizaron estudios de topografía para cada uno de los sitios seleccionados. Algunos de los humedales deben ubicarse justo en la ribera del lago, debido básicamente a problemas de la propiedad de los terrenos, por lo que parte de su área quedaría ubicada dentro del área inundada de lago. Fosa séptica Descarga Dren Tzurumútaro Pátzcuaro Erongarícuaro Los planos que se elaboraron incluyen (vista en planta y cortes): planos de conjunto, tanque sedimentador, humedal de lodos, humedal para el agua clarificada, detalles y tuberías, estructuras de distribución de caudal, y caseta de vigilancia. Se elaboraron los catálogos de conceptos para determinar los costos de los humedales. CONCLUSIONES Para realizar el diseño funcional de las cinco localidades se requiere la participación ciudadana y fue necesario definir con precisión las áreas disponibles para la ubicación de los humedales. Este aspecto facilita la gestión para realizar los diseños y posteriormente la construcción de los humedales. Queda manifiesto que su principal desventaja lo constituye la disponibilidad de terreno, por demandar grandes superficies de terreno. Existe el riesgo de inundación por aumento del nivel del agua de lago, lo que se puede controlar mediante bordos perimetrales a los humedales, o bien aprovecharse el área inundada y hacerla funcionar como humedales de flujo superficial. Con base en el estudio de comparación de costos realizado se concluye que los humedales son una alternativa viable para el tratamiento de las aguas residuales en comparación con sistemas mecanizados, considerando sus menores costos de operación y mantenimiento, por requerir mano de obra menos especializada para su operación, y por permitir obtener subproductos para su comercialización como la extracción de Typha sp y otras especies de ornato. Agradecimientos.- Se agradece profundamente la valiosa participación de la Fundación Gonzalo Río Arronte, así como el apoyo otorgado por los cuatro municipios que conforman la cuenca del lago de Pátzcuaro, para la realización de este trabajo. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Crites, Ronald W. (1994). Design Criteria and Practice for Constructed Wetlands. Water Science and Technology. Vol. 29, No. 4, pp. 1-6. Kadlec, R. H., & Knight, R. L. (1996). Treatment Wetlands. Lewis Publishers. Boca Ratón. 896 pp. Metcalf & Eddy (1979). Wastewater engineering. Treatment, disposal, and reuse. Mc Graw. Hill, Inc. Third Edit. Rivas H. A. (1997). Lechos de plantas acuáticas (LPA) para el tratamiento de aguas residuales. Ingeniería Hidráulica en México. Vol. XII N° 3, II Época. Septiembre - diciembre.