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Manual para el manejo de zonas de riego con aguas residuales
Manual para el manejo de zonas de riego con aguas residuales Comisión Nacional del Agua
Marzo de 2010 www.conagua.gob.mx
Se autoriza la reproducción sin alteraciones del material contenido en esta obra, sin fines de lucro y citando la fuente. Esta publicación forma parte de los productos generados por la Subdirección General Técnica cuyo cuidado editorial estuvo a cargo de la Coordinación General de Atención Institucional, Comunicación y Cultura del Agua de la Comisión Nacional del Agua. Título: Manual para el manejo de zonas de riego con aguas residuales Edición 2010 Autor: Comisión Nacional del Agua Insurgentes Sur No. 2416 Col. Copilco El Bajo C.P. 04340, Coyoacán, México, D.F. Tel. (55) 5174-4000 www.conagua.gob.mx Editor: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales Boulevard Adolfo Ruiz Cortines No. 4209 Col. Jardines de la Montaña, C.P 14210, Tlalpan, México, D.F. Impreso en México Distribución gratuita. Prohibida su venta. Queda prohibido el uso para fines distintos al desarrollo social.
Contenido Prólogo.............................................................................................................................................................. 1 1. Evaluacion de riesgos y alternativas de manejo........................................................................................... 3 1.1 Riesgos generados por el uso de las aguas residuales en la agricultura............................................................3 1.2 Alternativas para el manejo seguro de las aguas residuales en la agricultura...................................................5 2. Metodos de manejo y control de aguas residuales...................................................................................... 9 2.1 Sistemas de riego.................................................................................................................................................9 2.1.1 Calidad del agua para riego.......................................................................................................................9 2.1.2 Selección de métodos de aplicación del agua.........................................................................................10 2.1.3 Prácticas apropiadas para el manejo del agua..........................................................................................11 2.1.4 Planeación del riego...................................................................................................................................14 2.2 Suelos....................................................................................................................................................................16 2.2.1 Determinación de la compatibilidad del suelo, para ser regado con aguas residuales..........................17 2.2.2 Protección del acuífero..............................................................................................................................18 2.2.3. Aprovechamiento de la capacidad de amortiguamiento y remoción de contaminantes en el suelo..20 2.3 Cultivos..................................................................................................................................................................25 2.3.1 Selección de cultivos.................................................................................................................................25 2.4 Infraestructura hidroagrícola................................................................................................................................27 2.4.1 Observación de la mejora de calidad del agua residual en la infraestructura hidroagrícola..................27 2.4.2 Manejo de la infraestructura hidroagrícola para mejorar calidad del agua............................................29 2.5 Tratamiento de las aguas residuales....................................................................................................................32 3. Administracion del uso de aguas residuales................................................................................................. 38 3.1 Esquema organizacional.......................................................................................................................................38 3.2 Normatividad y control........................................................................................................................................40 3.3 Supervisión y monitoreo......................................................................................................................................42 3.4 Monitoreo de aguas..............................................................................................................................................43 3.4.1 Monitoreo de suelos..................................................................................................................................44 3.4.2 Monitoreo de cultivos...............................................................................................................................44 Anexos............................................................................................................................................................... 47 Apéndices.......................................................................................................................................................... 73 Apéndice a...................................................................................................................................................................75 Abreviaturas.................................................................................................................................................................75 Apéndice b ..................................................................................................................................................................76 Glosario de términos...................................................................................................................................................76 Bibliografía........................................................................................................................................................ 78
Contenido de tablas 1. 1.1 Ciudades donde se utilizan sus efluentes de agua residual para riego agrícola en, forma directa e indirecta......................................................................................................................................49 2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
Tiempo de supervivencia de patógenos en suelos, cultivos y agua..................................................................50 Riesgo relativo de afectar a la salud pública, por el uso de aguas residuales en la agricultura......................50 Principales efectos a la salud de contaminantes potencialmente tóxicos.........................................................50 Concentraciones máximas permisibles de metales traza en aguas para riego..................................................51 Eficiencias de remoción de patógenos entéricos por procesos de tratamiento del agua residual...................51 Alternativas para el manejo seguro de aguas residuales.....................................................................................52
3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18
Directrices para la interpretación de la calidad del agua para riego...................................................................53 Contaminantes contenidos en aguas residuales que pueden provocar problemas, en contenidos excesivos.......................................................................................................................................54 Límites permisibles de plaguicidas.......................................................................................................................55 Cultivos permisibles, condicionados y restringidos con riego de agua residual................................................56 Porcentaje requerido de lámina de sobre riego para lavado de suelos salinos..................................................58 Clasificación de suelos según la prueba del tacto...............................................................................................58 Clasificación de suelos según tamaño de partículas...........................................................................................59 Relación del tipo de suelo y su compatibilidad para ser regado con aguas residuales......................................59 Tipos generales de suelos y sus características.................................................................................................59 Efecto probable de varios proceso sobre la movilidad de los constituyentes de las aguas subterráneas, por la disposición de desechos sólidos y líquidos........................................................................60 Concentraciones máximas recomendadas y/o límites estimados para aguas de riego....................................61 Grado de toxicidad de elementos traza...............................................................................................................62 Factores ambientales que afectan la mortalidad de patógenos.........................................................................63 Tolerancia relativa de los cultivos a las sales.......................................................................................................64 Tolerancia relativa de cultivos y plantas ornamentales al Boro.........................................................................65 Tolerancia al cloruro en el extracto de saturación del suelo para cultivos frutales de distinta variedad o procedencia.........................................................................................................................................66 Tolerancia de varios cultivos al porcentaje de sodio intercambiable (psi), bajo condiciones no salinas.........66 Factores para la selección del sitio de aplicación y criterios para el riego con efluentes.................................67
4. 4.1 Procedimiento de muestreo para cultivos...........................................................................................................68
Contenido de figuras 1. 1.1 Método del cilindro o infiltrómetro de doble cilindro.......................................................................................69 1.2 Tanque séptico y tratamiento para descarga a un cuerpo receptor ................................................................70 2. 2.1 Organigrama del comité directivo del distrito de desarrollo rural....................................................................71 2.2 Organigrama del comité técnico del distrito de desarrollo...............................................................................72
Prólogo El uso del agua residual en el país, plantea dos expectativas muy interesantes: PRIMERA, a pesar que el uso de las aguas residuales en la agricultura se viene haciendo desde hace tiempo en una forma desordenada e incontrolada, no se han observado efectos graves por su realización, sin que tampoco pueda determinarse o se halla determinado que no existan. SEGUNDA, el aprovechamiento del agua residual para riego, se halla forzado ante una situación de escasez y conflicto por el uso del agua, en regiones bien localizadas del país, donde se tiene un creciente desarrollo urbano, industrial y agrícola, y una mala distribución del recurso hidráulico. Parece inevitable, dado que se espera se agraven los problemas por el crecimiento sostenido y la poca desconcentración que se ha logrado a zonas con disponibilidad del agua, que grandes zonas agrícolas que consumen gran cantidad de agua, entren en conflictos por su uso, con centros de población que tienen prioridad por la misma; con el peligro de cerrar al riego grandes extensiones, a menos que se abastezca con una fuente alternativa, como son las aguas residuales, ver tabla 1.1. Ante estas expectativas, para realizar un ordenamiento realista del actual uso y planear un aprovechamiento seguro de las explotaciones futuras de aguas residuales para riego, es necesario considerar tres puntos básicos: 1º No se puede pasar por alto el grave riesgo que existe de afectar a la salud humana, por el uso de aguas residuales en riego y de provocar serios problemas en el ámbito regional en cuanto a epidemias o situaciones de emergencia. Requiriéndose de estudios que puedan determinar el nivel de riesgo relacionando la incidencia de efectos nocivos en la salud, con el uso del agua residual. 2º No se puede seguir considerando el manejo del agua residual, similar al manejo del agua de primer uso en zonas de riego, por los riesgos que están latentes en este uso y por el acondicionamiento del agua y suelo que se realiza. Requiriéndose de la implantación de zonas controladas para riego con aguas residuales, tales como
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Distritos de Riego con Aguas Residuales (DIRAR) que podrían ser dependientes de los actuales distritos de desarrollo rural o la implantación de tratamiento parcelario en la misma zona de riego con sistemas de tratamiento por lagunas de estabilización u otro sistema de tratamiento económico y con mínimos requerimientos de operación y mantenimiento, y 3º dadas las condiciones que presenta el país, de estar en vías de desarrollo y de tener actualmente problemas económicos, el aprovechamiento del agua residual debe verse desde una perspectiva más redituable. Es decir, en lugar de enfocar proyectos cuyo objetivo único sea controlar la contaminación, se considere la creación de Proyectos Integrales de Productividad (PIT), que aparte de reducir los riesgos que genera este uso, principalmente en la salud pública, se puedan aprovechar las ventajas que presenta el mismo, en cuanto a: •
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Tener una oferta de agua en zonas de escasez, que permita el intercambio por agua de primer uso requerida por la población y disminuir el balance hidráulico negativo regional. Ampliar la frontera agrícola que promueva el desarrollo regional. Incrementar o mantener la productividad agrícola en zonas de riego y reducir o eliminar los requerimientos de fertilizantes comerciales. Acondicionar o restituir suelos, en zonas estériles, de gran erosión o de baja productividad agrícola.
Esta misma perspectiva involucra, evitar tratamientos demasiado costosos y sofisticados, haciendo un manejo integral de los factores que coadyuven a mejorar la calidad del agua, en suelos, cultivos e infraestructura hidroagrícola, junto con la implantación de Tratamientos Parcelarios sólo en los casos donde se presenten restricciones para el uso seguro de estas aguas, como en el caso de cultivos que se van a consumir crudos y, en el que se contamina la fuente de abastecimiento de agua potable. Otros factores que justifican el tratamiento, son cultivos
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altamente rentables o la realización de un último riego con agua de buena calidad en cultivos restringidos, para disminuir riesgos. El propósito de este manual, es que el usuario cuente con una serie de criterios que permitan concertar la mejor operación de zonas de riego que utilizan actualmente aguas residuales, y tener las bases para establecer nuevos aprovechamientos con estas aguas, principalmente en zonas de gran escasez o conflicto por el uso del agua; tendiendo a minimizar los riesgos de afectar a la salud pública y al sistema agronómico y haciendo especial énfasis, en incrementar o sostener la productividad agrícola de la zona de riego, para lograr la meta de un desarrollo sustentable. A lo largo del documento se hace un planteamiento de la situación actual del reúso de aguas residuales en la agricultura, haciendo algunas consideraciones sobre las ventajas y desventajas, que implican el ordenamiento y control de las aguas residuales. Se hace una descripción de las diferentes alternativas de manera muy accesible para minimizar los riegos, y lograr una mayor eficiencia a menor costo. Así mismo se presentan los métodos de manejo y control para superar o adaptar los problemas originados por la calidad del agua residual. Finalmente se presenta un esquema administrativo para el reúso de aguas residuales.
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1. Evaluacion de riesgos y alternativas de manejo El propósito de este capítulo es discutir brevemente los riesgos potenciales que se tienen por la utilización de las aguas residuales en la agricultura; así como, describir las diferentes alternativas accesibles para minimizar los riesgos, considerando lograr mayor eficiencia a menor costo.
1.1 Riesgos generados por el uso de las aguas residuales en la agricultura Con la aplicación al riego agrícola de grandes volúmenes de aguas residuales, realizada sin ningún control, es evidente que existe un enorme potencial de efectos adversos a la salud, véase tabla 1.1. Los problemas pueden ocurrir debido a la contaminación de las cosechas, suelos y aguas subterráneas y superficiales, por contenidos nocivos en las aguas residuales, principalmente de contaminantes patógenos y parasitarios, y sustancias tóxicas. Atribuibles en el primer caso a descargas domésticas, de hospitales, rastros, fábricas de procesamiento animal y laboratorios, y en el segundo a descargas de actividades industriales. La población de más alto riesgo es aquella que está expuesta al contacto con las aguas residuales, como el campesino y su familia, la población aledaña a la zona de riego y aquella que es consumidora de los productos alimenticios derivados directamente o indirectamente del riego, principalmente aquellos que se consumen crudos. De esta población, el riesgo es más acentuado en la población infantil y en la de edad avanzada. La enfermedad se produce cuando dosis infectivas de microorganismos patógenos y parasitarios se introducen en el huésped humano y se rompe la resistencia del individuo, denominada inmunidad. Sin embargo, puede haber transmisión y producirse una infección asintomática, siendo el huésped humano portador y transmisor de la enfermedad, sin darse cuenta. Cuando una enfermedad es habitual y se repite constantemente en una región, se dice que es endémica y
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cuando una enfermedad ataca a gran número de personas transitoriamente en una región, se dice que es una epidemia. Aparte del uso de las aguas residuales, el mayor o menor riesgo de contraer una enfermedad, se ve afectado por las condiciones de vida del individuo, destacando factores como: el tipo y manejo de los alimentos, la higiene personal, la estación del año, clima, la edad y sexo del individuo. Las formas como pueden introducirse dosis infectivas por el uso de aguas residuales son: a través del agua, por contaminación de las fuentes de abastecimiento; a través del suelo, transmitiendo enfermedades al campesino y su familia por contacto directo del mismo o por la contaminación del acuífero; y a través de los cultivos, por su consumo directo o indirecto. Desde el tiempo de excreción, normalmente la concentración de todos los patógenos decrece hasta su extinción o pérdida de infectividad de algunos de los organismos. Los periodos de supervivencia van desde días hasta varios meses, dependiendo del tipo de patógeno y si las condiciones de desarrollo en el medio donde se encuentren, son favorables o no. Tiempos típicos de supervivencia de microorganismos patógenos en agua, suelo y cultivos, son dados en la tabla 2.1. Existiendo mayor riesgo, entre mayor tiempo de supervivencia tengan, por ejemplo en los huevos de lombrices intestinales (helmintos) que sobreviven desde varios meses hasta por encima de un año, en suelos, agua y cultivos. La Organización Mundial de la Salud (OMS), a través de una reunión de un grupo de ingenieros, epidemiólogos y científicos sociales en Engelberg, Suiza en 1985, (Grupo Engelberg), ha propuesto un modelo epidemiológico de riesgos para la salud relacionados con el uso de excretas y aguas residuales en la agricultura y la acuicultura; que estipula, que el excesivo número o grado de infecciones y enfermedades originadas por varias clases de patógenos, se atiene esencialmente al siguiente orden decreciente: infecciones intestinales originadas por
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Nemátodos (tipo de helmintos, como Ascaris, Trichuris y Uncinaria), infecciones virales excretadas (que incluyen diarreas ocasionadas por rotavirus y la hepatitis A). En ciertas situaciones, puede haber, igualmente exceso de infecciones provocadas por trematodos y cestodos (particularmente esquistomiasis, clonorquiasis y taeniasis). En la tabla 2.2 se compara la intensidad o frecuencia de la infección o enfermedad con respecto al tipo de patógeno, según pronostica este modelo. Conforme lo indicado en este modelo, de estudios epidemiológicos disponibles, y de otros estudios que van de acuerdo con la experiencia mexicana, se pueden señalar, las siguientes afectaciones: El riego de cultivos con aguas residuales crudas es causa significante de infecciones producidas por helmintos patógenos, tanto en los consumidores de los cultivos como en los trabajadores agrícolas. Infecciones y enfermedades producidas por bacterias patógenas, en especial tifoidea y cólera (en zonas endémicas), pueden ser transmitidas efectivamente por el riego de vegetales con aguas residuales crudas. El ganado alimentado con forrajes regados con aguas residuales crudas puede llegar a ser infectado por helmintos; existen riesgos de infección en humanos a través del consumo de la carne de ganado, principalmente por taeniasis. La salud de la población cercana a las áreas de riego con aguas residuales, puede ser afectada negativamente, ya sea por el contacto directo con el suelo, o indirectamente a través de las labores agrícolas. Existe posibilidad de contaminación biológica del acuífero principalmente de virus, cuando existen suelos con gran permeabilidad o fracturados y donde el nivel freático del acuífero esta a menos de 2 metros. El riego por aspersión con agua residual no desinfectada, puede promover una transmisión aerolizada de virus excretados. La persistencia de amibiasis y otras infecciones causadas por protozoarios, en zonas de riego con agua residual y en zonas urbanas donde se consumen crudos estos productos agrícolas, pueden deberse al riego con aguas residuales. Lo anterior indica que hay que tener especial cuidado en el control y remoción de huevos de helminto, quistes de protozoarios, bacterias patógenas y posiblemente virus, en el caso de usar aguas residuales crudas en la agricultura.
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Valores recomendados por Engelberg, se refieren a reducir los niveles de huevos de helmintos en el agua a uno viable o menos por cada litro, reducir la concentración de bacterias fecales hasta una concentración promedio geométrico de 1000 organismos por cada 100 ml, con el fin de proteger la salud de los consumidores de los productos agrícolas regados con agua residual, en especial los que se vayan a consumir crudos; y el mismo nivel de nemátodos y 1 X 105 Coliformes fecales/100 ml, para cultivos no restringidos, a fin de proteger la salud de los trabajadores agrícolas y de sus familias. Aparte de la afectación que puede haber por organismos patógenos, otro de los problemas serios producidos por el uso de aguas residuales en la agricultura, se debe al contenido de sustancias tóxicas en las aguas residuales, cuando de alguna manera se tiene influencia de descargas industriales, como en el caso de las zonas regadas con aguas residuales provenientes de la ciudad de México, destacando entre los principales contaminantes tóxicos, los elementos traza y los compuestos orgánicos, que se caracterizan porque muchos de ellos, aun en cantidades muy pequeñas, son persistentes y bioacumulativos con efectos adversos a la salud, que son manifestados después de largos periodos de exposición. Por otro lado su acumulación puede no representar daños al cultivo, pero sí al consumidor, como por ejemplo las plantas de hojas anchas como la espinaca y la lechuga, las cuales pueden acumular metales pesados (elementos traza) en concentraciones que son tóxicas al consumidor pero no a ellas mismas. La relación entre efectos adversos a la salud por sustancias tóxicas y el uso de aguas residuales en la agricultura, es difícil establecer debido a que existe una gran diversidad de compuestos orgánicos e inorgánicos contenidos en el agua residual que pueden ser transformados, degradados o incorporados al suelo y de éste a los cultivos o al acuífero, pudiendo presentar toxicidad o no, efecto acumulativo crónico y posible magnificación a través de la cadena trófica. La observancia de efectos mutagénicos, cancerígenos y otros efectos que pueden ser crónicos, atribuibles a concentraciones de estos tóxicos en cultivos y agua subterránea, hace suponer que existen graves riesgos a la salud pública. Los efectos potenciales a la salud de los compuestos tóxicos son una miríada. Los sistemas afectados oscilan
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desde el dermatológico, nervioso, hasta el celular, y las afecciones producidas oscilan desde comezón (salpullido), disfunción motora, hasta cáncer. El grado de toxicidad de estos compuestos varía ampliamente, desde esencialmente no dañino (i.e. la mayoría de carbohidratos) o incluso servir como nutrientes del suelo (i.e. Boro, Cobre, Fierro, Manganeso, Molibdeno y Zinc), moderadamente tóxico (i.e. la mayoría de los alcoholes), hasta los extremadamente tóxicos (i.e. las dioxinas), véase tabla 2.3. La manera de afectar a la salud, principalmente, es a través del consumo de productos agrícolas directamente, o indirectamente por el consumo de carne de ganado alimentado con forrajes regados con aguas residuales. No se descarta, también, algunas afectaciones por el contacto prolongado de las aguas residuales y por la contaminación de aguas subterráneas en acuíferos vulnerables (de acuerdo al tipo de suelo, nivel freático y tipo de descarga). El mayor riesgo se tiene en aquellos sitios donde se utilizan o se han utilizado los lodos residuales procedentes de plantas de tratamiento biológico. Es bien conocido el hecho que los lodos concentran sustancias presentes en las aguas residuales; por lo tanto, el empleo de estos lodos aumenta enormemente los riesgos a la salud. En el uso de las aguas residuales crudas, estas sustancias tóxicas se diluyen y su aplicación puede ser hecha en una gran extensión de terreno. Esto impide, por lo menos su acumulación puntual y tiende a favorecer su aprovechamiento hasta un límite posible, por los cultivos sembrados o su descomposición microbiana. Concentraciones recomendadas para metales traza a ser contenidas en agua residual a fin de reducir riesgos, para el caso de riego con agua residual que se hace en forma continua (sobre suelo con textura gruesa), son para Plomo (Pb), Cadmio (Cd) y Cromo (Cr) de 5.0, 0.010 y 0.10 mg/l, respectivamente; para suelos de textura fina o para uso esporádico del agua, se pueden tolerar valores mayores . Estos valores y de otros metales traza, sobre concentraciones máximas recomendadas en aguas residuales, se pueden observar en la tabla 2.4 La discusión sobre concentraciones permisibles de metales traza, será ampliada en el capítulo de manejo y control de aguas residuales.
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1.2 Alternativas para el manejo seguro de las aguas residuales en la agricultura Los principales factores a considerar en el manejo seguro de las aguas residuales, se establecen en la relación que guarda el sistema de acondicionamiento de la calidad del agua residual utilizada, con respecto al costo del sistema, para mayor seguridad se requiere de mayor desembolso. Las alternativas de acuerdo con lo anterior, se tienen desde la disposición de aguas residuales en suelos, aprovechando el acondicionamiento de calidad dada en el manejo del agua en: suelos, cultivos e infraestructura hidroagrícola, hasta sistemas de tratamiento que pueden lograr remociones del l00% en contaminantes indeseables a costos muy altos. El manejo adecuado de los factores que coadyuvan a mejorar la calidad del agua, junto con sistemas de tratamiento eficientes y económicos, deberá dar la clave para la reducción de los riesgos, el abatimiento de costos y el sostenimiento o incremento de la productividad en sistemas agrícolas, que utilicen o vayan a utilizar aguas residuales. Este manejo incluye las siguientes tres alternativas, que pueden ser empleadas juntas o separadas: • • •
Medidas de prevención y protección Manejo de agua, suelos y cultivos Uso de sistemas de tratamiento
Las medidas de prevención y protección, deben evitar o prevenir el contacto, en lo más posible con la fuente de contaminación o contaminante. Ya sea por la protección o alejamiento de la persona o animal expuesto a las aguas residuales, o por evitar que lleguen o sean contenidas en el agua residual, sustancias contaminantes. Estas medidas deberán abarcar a los trabajadores agrícolas y sus familias, a los consumidores de los productos agrícolas y de la carne del ganado que se alimenta de forrajes regados con estas aguas, y a los mismos animales expuestos al agua residual. Las medidas para proteger a la población rural, pueden incluir el uso de ropa protectora (guantes, botas y tapabocas) que prevengan contactos directos; la aplicación rigurosa de prácticas de higiene, y la posible inmuniza-
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ción por aplicación de vacunas o medicación preventiva contra endemias. Medidas para proteger a los consumidores, pueden incluir la desinfección de los alimentos que se vayan a consumir crudos; el procesamiento de los alimentos, por hervor o freimiento y su procesamiento industrial. Las medidas para evitar infecciones en los animales, transmisibles al hombre, pueden incluir el evitar abreven en aguas residuales, el permitir el secado completo del forraje antes de su consumo (achicalado o heniado) y evitar pastoreo en las zonas con riego de estas aguas. Las medidas para restringir los contaminantes altamente perniciosos en las descargas, involucran su detección y control directamente en su fuente de origen. Principalmente para concentraciones altas de patógenos en descargas de hospitales, rastros y fábricas de procesamiento animal, y para concentraciones tóxicas de metales traza en descargas de industrias específicas, como las de cromado y petroquímica. Otras medidas deben incluir la protección de acuíferos y la desinfección del agua de abastecimiento en estas zonas El manejo de agua, suelo y cultivos, deberá aprovechar la remoción, retención y degradación de algunos contaminantes presentes en las aguas residuales, que se realiza en el suelo, la infraestructura hidráulica y en los propios cultivos. Se debe de tratar de manejar adecuadamente las principales variables que intervienen en estos procesos de depuración, para reducir los riesgos de afectar a la salud pública por el uso de las aguas residuales y tratar de mantener o incrementar los niveles de productividad agrícola. Este manejo del agua, suelo y cultivos, incluye principalmente: • • • •
Métodos de aplicación del agua (sistemas de riego) Manejo de suelos Restricción y selección de cultivos Operación de la infraestructura hidráulica
La selección adecuada del método de riego, lámina de riego y de los periodos de aplicación, puede reducir significativamente riesgos de afectar la salud y la productividad. Por ejemplo, riego por goteo aplicado subsuperficialmente a la raíz en la cantidad estrictamente requerida por el cultivo, evita contaminación del acuífero y reduce el riesgo de afectación a la salud de los trabajadores del campo y de los consumidores de los productos
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agrícolas; así mismo, láminas de sobreriego atenúan salinidad y acondicionan suelos agrícolas, ya que propicia la lixiviación de contaminantes solubles. El dejar de regar períodos hasta de un mes antes de la cosecha, permite la reducción de gran número de microorganismos patógenos, y dar el último riego antes de la cosecha con aguas tratadas o de buena calidad en cultivos restringidos, permite reducir también estos riesgos. La selección de tipos de suelos adecuados, que permitan la biodegradación, transformación y asimilación de contaminantes al suelo, reducen significativamente el riesgo de contaminación de los acuíferos en la zona de riego y afecta la supervivencia de los microorganismos productores de enfermedades. La restricción del riego con aguas residuales a cultivos que tengan mayor riesgo de infectar al hombre directamente por su consumo, o indirectamente por consumo de carne infectada, es una buena medida primaria de protección a la salud. Algunos cultivos pueden ser más tolerables a ciertos contaminantes que otros, sin afectar la productividad. Además algunos otros son más susceptibles de contaminación, por ejemplo las fresas y lechugas, que pueden contener en el exterior gran cantidad de patógenos. Esta medida de restricción de cultivos no es tan significativa para proteger al trabajador agrícola, que sigue expuesto al riesgo de afectar su salud por el contacto que tiene con las aguas residuales. Se debe procurar que las áreas de habitación estén por lo menos alejadas l00 m de las áreas de riego. Cultivos que se vayan a cocinar o tengan procesamiento industrial, o que son consumidos achicalados (henificados) por el ganado, tendrán mucho menor riesgo de afectar la salud del consumidor; asimismo cultivos que no estén al ras del suelo, disminuirán sus riesgos, y sólo estarán condicionados a su afectación de productividad. Por ejemplo a los cítricos les afecta concentraciones anormales de cloruros (mayores a 3 miliequivalentes por litro). La observancia de remoción de contaminantes en presas y canales, es significativa para poder considerar este tipo de infraestructura como medio para acondicionar la calidad del agua. La mayor o menor eficiencia que se logre estará principalmente sujeta a condiciones de operación, así se pueden aumentar tiempos de retención en presas o incrementar el recorrido y los saltos de agua en
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canales para reducir ciertos contaminantes y sus riesgos inherentes. Otra consideración, se refiere al aprovechamiento de las condiciones naturales para el acondicionamiento de esta calidad, por ejemplo el aprovechamiento de la carga hidráulica en dispositivos fluídicos que transforman un escurrimiento rectilíneo en uno rotatorio, permite la entrada de aireación y la formación de una película biológica, que los hace equiparables a un sistema biológico de tratamiento. Además, como las condiciones de operación de la infraestructura hidráulica en una zona de riego estarán sujetas a las políticas del riego, siembra y cosecha, es importante que se ajusten las consideraciones de operación para mejorar la calidad del agua residual a estas políticas. Cuando se realiza el uso de aguas residuales sin ningún ordenamiento, a pesar de todo, existe de alguna manera acondicionamiento de su calidad. Resultados de monitoreos, muestran en general una mejor calidad del agua en la zona de riego que en la fuente de generación y recolección de las descargas, y entre mayor sea el tiempo de recorrido entre estos dos puntos, mayor es la remoción de contaminantes. Indicando la presencia de procesos naturales que intervienen para la mejora de esta calidad. Un tratamiento del agua residual, pretende acelerar precisamente los procesos naturales de remoción, por lo que el lapso de tiempo es el factor común entre los diferentes tipos de tratamiento y los sistemas de disposición y tecnologías de aprovechamiento de aguas residuales. Remociones aceptables de patógenos pueden ser alcanzadas en vasos de almacenamiento, canales y en el suelo, si se permiten tiempos de retención hidráulicos adecuados para la acción natural de purificación y la reducción de estos patógenos de acuerdo a sus tiempos de sobrevivencia. Estas remociones pueden llegar a ser equiparables a las logradas por sistemas convencionales de tratamiento primario y secundario. Otros factores como la aireación y la temperatura pueden acelerar estos procesos naturales. Por lo tanto, la necesidad del uso de sistemas de tratamiento para acondicionar la calidad de las aguas residuales, dependerá de cuando las medidas de protección y manejo del agua, suelo y cultivo que sean usadas o planeadas, se estime no disminuyan significativamente
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los riesgos de afectar a la salud y productividad al corto, mediano y largo plazo, o se prevea un rendimiento económico tal que justifique la planta de tratamiento, principalmente en el caso de riego de cultivos restringidos. Las desventajas de utilizar tratamiento, en general, se manifiestan en la incorporación de un costo adicional al costo de producción agrícola y la disminución de la capacidad acondicionadora y amortiguadora de contaminantes en el suelo, principalmente por la reducción de materia orgánica. Además de que, concentraciones de tóxicos de descargas industriales inhiben tratamientos biológicos, disminuyendo su eficiencia. Las desventajas de no utilizar tratamiento, estriban como se ha mencionado, en que se mantienen altos los riesgos de afectar a la salud y la productividad agrícola. Dado que la importancia para disminuir riesgos a la salud pública radica, principalmente en la remoción de microorganismos patógenos, y que las sustancias tóxicas de alguna manera pueden ser amortiguadas o atenuadas con Pretratamiento, o sea un manejo adecuado en el agua, suelos y cultivos, con un control puntual en la fuente de descarga; la mejor alternativa de tratamiento será aquella que conjugue un menor costo o un mayor rendimiento por una mayor remoción de patógenos. La concentración de dosis infectivas de patógenos junto con sus periodos de supervivencia, son factores importantes a considerar para evaluar los requerimientos de tratamiento. Protozoarios y bacterias deben presentar concentraciones altas de dosis infectivas para producir enfermedad (1 X l06); helmintos y virus requieren menor concentración (1 X102). Los quistes de Taenia sagninata pueden permanecer activos bajo condiciones naturales por meses, huevos de helmintos pueden sobrevivir por encima de un año dentro de la hierba casi seca. Periodos típicos de supervivencia de patógenos son señalados en la tabla 2.2. Por el uso de sistemas convencionales de tratamiento se puede reducir la concentración de patógenos en el agua residual. El tratamiento primario a partir de sedimentación gravimétrica puede alcanzar remociones hasta del 40% de bacterias Coliformes, (ver tabla 2.5). El tratamiento secundario, que además de la sedimentación física de la materia en suspensión, implica acelerar los procesos de descomposición de la materia orgánica soluble por microorganismos presentes en el agua resi-
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dual, puede lograr también remociones altas de microorganismos patógenos, sobre todo si va seguido por desinfección. Esta desinfección, que también significa un costo adicional, generalmente no puede ser aplicado directamente al agua residual cruda, porque en la cloración el contenido de materia orgánica tiende a formar halometanos, que pueden tener efectos cancerígenos o teratogénicos. Es requerido un mínimo de tratamiento primario antes de la desinfección. Las eficiencias que se logran con tratamiento secundario generalmente pueden cumplir con los requerimientos establecidos en Engelberg, para los tipos de tratamiento secundario más comunes que son: procesos de filtración (filtros percoladores), lodos activados y sus modificaciones y lagunas de estabilización, teniendo remociones más aceptables en éstas últimas principalmente para más de tres lagunas en serie, con periodos de retención hidráulica superior a 20 días sin aplicar desinfección, ver tabla 2.5. Estos tipos de tratamiento a excepción de las lagunas de estabilización, requieren de un sedimentador final en el cual se producen lodos residuales, que a su vez requieren de un tratamiento adicional, cuyo costo en muchos casos puede ser igual o ligeramente menor al tratamiento del agua. El tratamiento terciario y avanzado, se justificará sólo en los casos donde se requiera la remoción de contaminantes específicos que se tenga evidencia estén contaminando las fuentes de agua potable. El empleo de este tratamiento implica una erogación muy superior a los anteriores. El resumen de las tres formas mencionadas para el manejo seguro de las aguas residuales, que incluyen: las medidas de protección y prevención, el manejo de agua, suelo y cultivos y el uso de sistemas de tratamiento, se dan en la tabla 2.6. De acuerdo a lo anterior, podemos definir cuatro alternativas en los cuales se puede manejar las aguas residuales: Alternativa 1 Nivel nulo - uso sin ningún control, ni ordenamiento, (representa graves riesgos de afectación a la salud pública). Alternativa 2 Nivel preventivo - aplicación de medidas de protección y prevención y/o de manejo de aguas, suelo y cultivos, (se previenen y controlan algunas afectaciones por el uso de aguas residuales).
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Alternativa 3 Nivel de control establecido - Aplicación de tratamiento al total del volumen de aguas residuales generado antes de su uso para riego, (menor riesgo a mayor tratamiento específico; a mayor tratamiento, mayor costo). Alternativa 4 Nivel de control optimizado - aplicación de medidas de protección y prevención, manejo de agua, suelo y cultivos y tratamiento parcelario al volumen de agua dentro de la parcela donde se rieguen cultivos restringidos, (se minimiza el riesgo, por menor costo).
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2. Metodos de manejo y control de aguas residuales Los métodos de manejo y control para superar o adaptar los problemas imputables a la calidad del agua residual, de acuerdo a lo mencionado en el capítulo 1, se pueden agrupar como sigue: • • • • •
I. En sistemas de riego Calidad del agua de riego; Métodos de aplicación del agua; Prácticas apropiadas para el manejo del agua y suelo; Planeación del riego. II. En suelos Determinación de la compatibilidad del suelo para ser regados con aguas residuales; Protección del acuífero; Aprovechamiento de la capacidad de amortiguamiento y remoción de contaminantes en el suelo. III. En cultivos Selección y restricción de cultivos susceptibles de ser regados con aguas residuales. IV. En infraestructura hidroagrícola Operación de la infraestructura hidroagrícola de acuerdo a su capacidad de mejorar calidad del agua. V. En sistemas de tratamiento Aplicación del sistema de tratamiento, con la mayor eficiencia y menor costo.
2.1 Sistemas de riego La diferencia entre el riego con aguas residuales y con aguas de mejor calidad, radica principalmente en: La adecuación o acondicionamiento de los suelos, dado principalmente por sustancias nutrientes contenidas en las aguas residuales, que mejoran notablemente las condiciones de productividad. El contenido de sustancias nocivas, principalmente patógenos y tóxicos, provoca que el uso de las aguas residuales pueda afectar grandemente la salud pública. Existe amortiguamiento de condiciones nocivas principalmente salinidad, por el contenido de materia orgánica en las aguas residuales.
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Existe restauración y restitución de suelos perdidos por erosión o suelos improductivos, por la aportación de sólidos suspendidos y materia orgánica. Se requiere de prácticas apropiadas para usar el agua residual, por ejemplo láminas de sobreriego, para lavado de suelos salino-sódicos: Bajo este enfoque, las prácticas del manejo de agua residual para su aplicación y distribución (sistema de riego), abarcan principalmente. • • • •
La adecuación de la calidad del agua para riego La selección de métodos y prácticas de riego La adopción de prácticas apropiadas para el manejo de aguas residuales y, La planeación del riego con aguas residuales A continuación se detallan cada una de estas prácticas
2.1.1 Calidad del agua para riego La calidad de un agua para riego está determinada principalmente por la cantidad y tipo de sustancias disueltas en ella. En aguas normales no contaminadas, el material disuelto es esencialmente inorgánico. Estas sales inorgánicas son lixiviadas de las rocas y los suelos a través de los cuales pasa el agua. Por otro lado, la calidad de un agua residual no tratada de una determinada población depende de tres aspectos: 1) De la calidad de las aguas de primer uso (principalmente sales inorgánicas), sean estas de fuentes superficiales o subterráneas; 2) De la calidad y cantidad de los desechos domésticos (principalmente sustancias orgánicas y microorganismos patógenos), los cuales variarán según el tamaño y grado de urbanización de la población; y 3) De la cantidad y tipo de industrias que descargan sus efluentes al drenaje de la población, y a la calidad de estos efluentes.
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Para fuentes convencionales de aguas, los problemas de calidad se agrupan en cuatro rubros: • • • •
Salinidad Infiltración de agua o permeabilidad del suelo Toxicidad por iones específicos (Na, Cl y B) y Problemas diversos ocasionados por NO3, HCO3 y pH
Basados en estos problemas, la FAO, 1985 ha desarrollado directrices para evaluar la calidad del agua para riego, ver tabla 3.1. En cambio, para aguas residuales para riego, los problemas de calidad del agua comprenden además de los relacionados para fuentes convencionales, los mencionados en el punto 2.1, que pueden ser resumidos como: • • • • •
Problemas de salud por contaminación fecal de productos agrícolas Problemas a la salud por acumulación de metales en productos agrícolas Problemas a la productividad agrícola por toxicidad de elementos traza, principalmente metales pesados Contaminación de acuíferos por infiltración de contaminantes Otros, tales como: taponamiento del suelo por sólidos suspendidos, disminución del oxígeno del suelo, etcétera
La adecuación de la calidad sanitaria, debe basarse principalmente en el control de patógenos y tóxicos, guías recomendadas se dieron en el punto 1.1. Además de estos, otros contaminantes presentes en las aguas residuales que pueden provocar problemas en contenidos excesivos son: la materia orgánica, los sólidos en suspensión, las grasas y aceites, pH, ácidos, nitratos, fenoles, sulfatos y contenidos de cloro residual, al usar cloro como desinfectante. En la tabla 3.2 se mencionan estos contaminantes, su problemática y el rango y prácticas recomendadas para no causarla. La calidad del agua puede afectar a la agricultura, pero la agricultura influye también sobre la calidad del agua. La agricultura produce ciertos desechos que en el agua o cuerpo receptor pueden considerarse como contaminantes, y que por ello deben estar sujetos al máximo control posible. Desechos tales como residuos animales (estiércol), plagui-
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cidas, elementos nutritivos fertilizantes, sales y sedimentos procedentes de agua de escorrentía o de filtración de terrenos agrícolas, pueden cada uno de ellos resultar contaminantes, si de algún modo, entran y degradan la calidad de una corriente de agua superficial, de un lago, depósito o estuario, o de algún abastecimiento de agua subterránea. Este tipo de contaminación no es exclusivo del uso de aguas residuales y se genera también cuando se usan aguas blancas o de primer uso. El principal problema está influido por el contenido de residuos de plaguicidas en descargas agrícolas. Los plaguicidas o pesticidas incluyen un gran número de compuestos orgánicos e inorgánicos, los cuales son utilizados para combatir poblaciones altas o indeseadas de insectos, ácaros, nemátodos, hongos, malezas, etcétera. Muchos de estos compuestos no producen riesgos serios de contaminación, porque no son persistentes. Otros, tales como los organoclorados, son muy persistentes en el medio ambiente y son los pesticidas más frecuentemente encontrados en el agua. La cantidad de pesticida presente en solución, esta condicionada por diversos factores, de los cuales los más importantes probablemente sean el grado de solubilidad y la presión de vapor de la molécula. Los insecticidas organoclorados, por ejemplo tienen baja solubilidad en agua, los pesticidas catiónicos (i.e. paraquat, diquat) son rápidos y estrechamente ligados a los coloides del suelo, quedando inactivados. Guías sobre los limites permisibles de plaguicidas en agua y cuerpos receptores, forrajes y leche están dados en la tabla 3.3.
2.1.2 Selección de métodos de aplicación del agua Los métodos más usuales para aplicar el agua a los cultivos son: • • •
Por gravedad, ya sea por inundación o por surcos Por aspersión Por goteo
La conveniencia de cada método a determinadas condiciones de campo, está dada por factores físicos tales como cultivo, suelo, calidad del agua y demanda de agua
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por el cultivo, además de las condiciones socioeconómicas de los agricultores de la zona. El riego por gravedad se puede utilizar para manejar aguas salinas con riesgos mínimos. Los requisitos son los siguientes. El suelo deberá ser nivelado para asegurar una distribución uniforme del agua. La cantidad aplicada de agua deberá satisfacer los requerimientos de evapotranspiración y de lavado. Cuando el drenaje natural del suelo no es adecuado, se deberán construir drenes artificiales para remover el agua de lavado del suelo. En el riego por surcos, las sales tienden a acumularse entre cada riego, para minimizar estos efectos, la siembra debe efectuarse en el lomo del surco y no en la falda o el centro del mismo y las camas de siembra se deben construir con pendiente. El riego por goteo ha sido utilizado exitosamente con aguas salinas con conductividades eléctricas mayores a los 3 mmhos/cm. Sin embargo, con el riego por goteo, altas concentraciones de sales se acumulan en la frontera de mojado, por lo que estas sales deberán ser lavadas antes de que otros cultivos se siembren. Tanto en el riego por aspersión como en el riego por goteo, se tienen problemas de obstrucciones en la tubería y válvulas, a causa de los sólidos suspendidos, de la precipitación de Fe y Mn, así como por la formación de colonias bacterianas. El riego por inundación involucra un contacto directo entre el cultivo y el agua residual usada para riego, esto causa un alto riesgo de contaminación por microorganismos fecales, que se acentúa en el riego por aspersión. La siembra de hortalizas de fruto que son rastreras (i.e. melón, sandia, calabaza, pepino), en camas meloneras disminuye el riesgo de contaminación fecal, siempre y cuando se tenga cuidado de que el agua no rebase el borde de las camas, para evitar el contacto con el fruto. Un bien controlado riego por surcos, puede involucrar menos contacto directo y contaminación fecal, mientras que el riego por goteo disminuye aún más la contaminación de los cultivos que crecen arriba de la superficie. Dentro del mismo grupo de hortalizas de frutos, hay algunas que pueden ser protegidas del contacto con las aguas residuales, utilizando espalderas, tal como se realiza en el caso del tomate, pepino y berenjena.
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El riego por aspersión con aguas residuales sedimentadas en cultivos forrajeros (i.e. alfalfa, trébol, avena y sorgo) es factible siempre y cuando estos forrajes sean henificados o ensilados. Estas prácticas permiten disminuir la supervivencia de microorganismos patógenos sobre todo en el ensilado, donde las fermentaciones anaeróbicas pueden alcanzar temperaturas de hasta 50°C. Otra medida de control aunado al método de riego elegido, es suspender el riego con agua residual en un periodo específico antes de la cosecha del cultivo. Para ello debe tomarse en consideración lo siguiente: a) la supervivencia de los microorganismos patógenos en suelos y cultivos, b) el ciclo de cultivos, y c) la disponibilidad de lluvia o aguas blancas para satisfacer los requerimientos del cultivo, en el periodo de suspensión del riego con aguas residuales. En el caso de cultivos de granos como: maíz, trigo y cebada, los cuales se les aplica por lo general tres riegos de auxilio, siendo el último proporcionado un mes antes de la cosecha, lo adecuado sería dar los dos primeros riegos con aguas residuales y el último con aguas mezcladas o aguas blancas. Para frutales, lo más conveniente es suspender el riego con aguas residuales dos meses antes de la cosecha. En el caso de hortalizas de frutas, donde el periodo de cosecha es continuo y el intervalo entre riegos es en promedio de l0 días, lo más adecuado sería suspender los riegos de cosecha, por lo que se deberá contar con volúmenes adecuados de agua de primer uso, para satisfacer la alta demanda de agua en ese periodo. Periodos recomendados de suspensión de riego, de acuerdo al contenido de Coliformes fecales y tipo de cultivo se dan en la tabla 3.4.
2.1.3 Prácticas apropiadas para el manejo del agua Existen diferentes prácticas de manejo de agua, suelo y cultivo que pueden ser adoptadas para minimizar los efectos adversos debido al uso de las aguas residuales en la agricultura. Tales prácticas son las siguientes: a) lavado de suelos b) nivelación de tierras
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c) d) e) f) g) h) i)
riego suplementario colocación de la semilla mejoramiento del drenaje superficial profundidad de cultivo incorporación de mejoradores al suelo y al agua mezcla de aguas tratamiento de aguas
Los efectos adversos más importantes ocasionados por la calidad del agua en el suelo y el cultivo son: la salinidad, la permeabilidad, la toxicidad por iones específicos, la toxicidad y/o bioacumlación por metales pesados y la presencia de patógenos dañinos al hombre y al ganado. •
Salinidad
Las prácticas utilizadas para reducir los problemas de salinidad, tienen como objetivo mejorar la disponibilidad del agua del suelo para el cultivo. Estas prácticas son: Regar con más frecuencia para mantener un suministro más adecuado de agua del suelo al cultivo; Plantar cultivos que sean tolerantes respecto a un existente o posible problema de salinidad, ver tabla 3.14; Utilizar sistemáticamente, agua adicional para satisfacer las necesidades de lixiviación (disolución de materia soluble); Cambiar el procedimiento de riego, adoptando uno que proporcione mejor control de las sales, (i.e. riego por gravedad con las condiciones señaladas en el punto 2.1.2); Cambiar prácticas de cultivo. Prácticas para mejorar o restablecer la productividad de un suelo afectado por salinidad pueden incluir: Lixiviar según sea necesario a fin de reducir la concentración de sales acumuladas; Mejorar la uniformidad de pendiente o nivel del terreno para que la aplicación del agua resulte más uniforme; Modificar el perfil del suelo para mejorar la infiltración del agua; Establecer un drenaje artificial, si la capa freática constituye un problema; Cambiar de fuente de agua; Utilizar agua para dilución. Lavado de suelos. Dentro de estas prácticas, la más importante (recomendable) es la de lavado de suelos sa-
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linos, expresado como un porcentaje adicional a la lámina de riego normal. El término "salino" es aplicable a suelos cuya conductividad en el extracto de saturación sobrepasa el valor de 4,000 µmhos/cm a una temperatura de 25°C además de un porcentaje de sodio intercambiable menor al l5%. En este tipo de suelos, el establecimiento de un drenaje adecuado permite eliminar parte de la salinidad por lavado, que facilita la lixiviación de sales y previene su acumulación en la zona radicular. Las láminas de sobreriego para lavado, se calculan como la fracción porcentual entre las conductividades eléctricas (CEW) del agua de riego y la del agua de drenaje agrícola, expresadas en µmhos/cm. CEW agua de riego Porcentaje de lámina = CEW (drenage agrícola) de sobreriego %
X 100
De acuerdo con esto, porcentajes de lámina de sobreriego que se pueden manejar para el lavado de suelos salinos, conforme la salinidad del agua de riego y la del drenaje agrícola, se presentan en la tabla 3.5. Donde se puede observar, que a medida que el agua de riego es más salina, es necesario aplicar una lámina de sobreriego mayor, hasta en un 63%. Los volúmenes de agua en exceso o sobreriegos pueden ocasionar a su vez efectos perjudiciales en el suelo y las plantas, si no existe un drenaje adecuado, destacando: La saturación del suelo, que propicia la eliminación del aire necesario para la vida de las plantas; La elevación de mantos freáticos, que reduce el espesor del suelo útil para el desarrollo radicular de las plantas; Afloramientos salinos en la superficie del suelo causados con la elevación por capilaridad del agua con sales; Lixiviación de los nutrientes solubles del espesor útil, decreciendo la fertilidad del suelo; Formación de un medio húmedo favorable para la transmisión de enfermedades; El empantanamiento del suelo que dificulta la preparación del mismo para labores agrícolas, y Los excedentes aplicados, reducen los volúmenes de agua que pueden ser aprovechados en una mayor área de riego.
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Esta situación bivalente, de afectación y mejora por exceso de agua, es una muestra clara de que el manejo del agua en una zona de riego con aguas residuales, debe considerarse en una forma específica y diferente a una que sólo usa aguas blancas. Así, el cálculo de láminas de riego para aguas residuales aparte de considerar uso consuntivo, debe considerar: prácticas apropiadas para el uso del agua residual, tales como el lavado de suelos y el contar con un drenaje adecuado, y las modificaciones en la operación de la infraestructura hidroagrícola, que puede requerir de mayores tiempos de retención hidráulica, ver punto 2.4. •
Permeabilidad
El problema de permeabilidad reduce el volumen de agua almacenada disponible para el cultivo, otros problemas ya mencionados son: saturación hídrica, costra o compactación del terreno, mala aireación, mala germinación, exceso de malas hierbas y enfermedades. Las prácticas para conseguir un cambio beneficioso de las propiedades químicas del suelo o del agua alteradas por el sodio son: Empleo de mejoradores químicos en agua o suelo (yeso, azufre, ácido sulfúrico, calcita o cal, etcétera); Mezclado o cambio de las fuentes de agua de riego. Las prácticas para aumentar la infiltración o reducir la escorrentía incluyen: Regar con más frecuencia; Cultivar y arar la tierra con profundidad; Aumentar la duración para cada riego; Cambiar la dirección del riego hacia una pendiente menor; Recoger y volver a utilizar el agua de escorrentía; Al regar con aspersores, acomodar la velocidad de aplicación del agua a la velocidad de infiltración del agua; Utilizar residuos orgánicos. •
Toxicidad por iones específicos
El objetivo de las prácticas utilizadas en problemas de toxicidad por iones específicos Na, Cl, B, es reducir la concentración efectiva de las sustancias tóxicas o realizar ajustes que mejoren la producción bajo las concentraciones existentes. Las prácticas utilizadas para reducir la concentración
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efectiva de iones son: Regar con más frecuencia; Utilizar agua adicional para lixiviación; En el caso de toxicidad debida al sodio, emplear mejoradores; Cambiar o mezclar las fuentes de agua Las prácticas para acomodarse a las condiciones existentes son: Plantar cultivos más tolerables; Servirse de nitrógeno adicional para conseguir el máximo de fertilidad del suelo para cultivos tales como los cítricos; Mejorar el manejo del agua, hacia condiciones de menor toxicidad •
Toxicidad y/o acumulación por metales pesados
Davies, 1980, señala que el lavado de elementos traza, especialmente metales pesados, es un proceso insignificante, por lo que su permanencia hace de la contaminación del suelo un problema más serio e insidioso que en el agua o el aire. Estos contaminantes parecen ser comúnmente removidos sólo por erosión del manto del suelo y este es un proceso que tarda milenios en áreas geomorfológicamente estables. Sin embargo, Stevenson y Ardakani, 1983, señalan que el movimiento de los metales en los suelos, hacia horizontes inferiores o fuera de los perfiles es, en general, debido a los constituyentes orgánicos que muestran características quelantes. Este proceso ha sido llamado queluviación por Swindale y Jackson, 1956. Debido a que movimientos diferenciales de los iones ocurren en base a su susceptibilidad a la quelación, el Fe, Al y otros elementos que pueden ser quelados fuertemente, son removidos más rápidamente que el Si, Cu y otros elementos susceptibles a una quelación débil. Los compuestos quelantes tales como los polifenoles, ácidos orgánicos y otros compuestos de bajo peso molecular, son los responsables de este fenómeno. Cuando los metales no puedan ser aparentemente removidos por lavado, una alternativa es reducir o eliminar su descarga en su fuente de origen; es requerido fomentar Programas de Pretratamiento, entre los Organismos Operadores de Agua Potable y Saneamiento de los Mu-
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nicipios, para evitar descargas de estos contaminantes principalmente atribuibles a industrias, a los sistemas de alcantarillado urbano. Debido a que la absorción de metales por los cultivos es dependiente del pH, la cal puede ser útil para reducir la toxicidad de los metales pesados. A pH alcalino se inmovilizan los metales, a pH ácido se solubilizan. Kobayaski, et.al. , 1974, han propuesto combinar la calcita (cal hidratada) y el agente quelante EDTA para la remoción directa de cadmio. Por otra parte, en el proyecto del Valle del Bajo Swansea, Gales (Hilton, l967) la recuperación de tierras cubiertas con desechos de fundidoras de minerales de Cu, Zn, Pb, Ag, Fe, Ni, Co y As, involucró el uso de calcita (cal hidratada, 100g/m) y materiales orgánicos (lodos de desecho o desechos domésticos) para inactivar los metales pesados y mejorar la estructura del suelo. Remoción de microorganismos patógenos. Dentro de las prácticas más importantes para atenuar, disminuir o eliminar los riesgos a la salud por presencia de patógenos en aguas residuales, se encuentra: Adopción de las prácticas de prevención y protección sanitaria, punto 1.2; Dilución y mezclado de las aguas, punto 2.4.1, Disposición en suelo por infiltración o escurrimiento de aguas residuales, punto 2.2.1, Decrecimiento de organismos patógenos en el paso del agua residual por infraestructura hidráulica, punto 2.4.1; Adopción de sistemas de tratamiento antes de la aplicación del agua residual, puntos 1.2 y 2.5, Control de nutrientes. El control de la carga de nutrientes tales como nitrógeno, fósforo y potasio, así como de micronutrientes que pueden ser fácilmente lixiviados, debe ser también de un interés primordial cuando se utilizan aguas residuales en el riego agrícola. Los nutrientes aplicados al suelo deben ser balanceados contra la capacidad de remoción de nutrientes del sistema suelo-planta para minimizar la contaminación de las aguas subterráneas y otros cuerpos receptores.
2.1.4 Planeación del riego La producción de cosechas en los cultivos agrícolas depende del abastecimiento de agua al suelo durante el ciclo vegetativo de las plantas, la que en muchos casos
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proviene en su totalidad de las lluvias. Cuando el régimen de éstas no cubre las necesidades de los cultivos, se recurre al riego para proveer los faltantes, siendo necesario programar adecuadamente los riegos para garantizar el buen desarrollo de las plantas, al mismo tiempo que se logre el óptimo aprovechamiento de los volúmenes de agua disponibles. Por ello, la planeación es indispensable en cualquier distrito de riego, y más aún cuando se utilizan o se pretendan utilizar aguas residuales crudas y/o tratadas, por las peculiaridades que implica su manejo. Por tanto, el objetivo de formular el plan de riegos, es definir con anticipación los cultivos y superficies que de ellos se sembrarán en cada año agrícola, para precisar las extracciones y/o derivaciones de agua que deben realizarse, verificando su factibilidad y determinando las condiciones bajo las cuales deben realizarse. •
Los estudios que deben elaborarse para formular el plan de riegos son:
a) Estudio agrológico del distrito; b) Estudio agrícola; c) Registros hidrométricos de las corrientes, utilizadas o a utilizar; d) Registros hidrométricos de los volúmenes de agua derivados a los canales. Estos deben incluir los gastos disponibles de los efluentes de los sistemas de tratamiento, y los de aguas residuales crudas, junto con sus ofertas futuras de acuerdo al crecimiento de la población y el nivel de alcantarillado; e) Registros meteorológicos; f) Coeficientes de riego o láminas brutas utilizadas g) Diseño de la red de almacenamiento, tratamiento y distribución; h) Distribución de la propiedad; i) geohidrología de la zona Una vez realizados estos estudios, se formula el plan de riegos de acuerdo con los siguiente pasos: Relación de tipos de agua a utilizar, según la fuente de abastecimiento, determinando su calidad y cantidad. Determinar las diferentes calidades de agua a utilizar, indicando los problemas específicos en cada una de ellas; Determinar los volúmenes mensuales y anuales disponibles por calidad de agua y fuente de abastecimiento. Aquí se tendrán en cuenta las necesidades de sobreriego
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determinadas en función de las calidades de agua y suelo a irrigar y los tiempos de suspensión del riego con aguas residuales. Se delimitará el área a regar por calidad de agua y fuente de abastecimiento, considerando la aptitud de los suelos para amortiguar y minimizar los efectos nocivos de las aguas a utilizar. Se seleccionaran los cultivos a sembrar (relación de cultivo por emprender), según el orden siguiente: Primera selección: Seleccionar los cultivos que se adapten a las condiciones ambientales locales (clima y suelo). Segunda selección: De la lista anterior, se seleccionarán los cultivos, que mejor toleren los problemas presentes en las diferentes calidades de agua a utilizar. Tercera selección: De los cultivos que integran la segunda selección, restringir y/o condicionar la siembra de aquellos que son considerados de alto y mediano riesgo a la salud, ver tabla 3.4. Ultima selección: De los cultivos que integran la tercera lista, se escogerán aquellos que según información bibliográfica o del monitoreo que se realice de éstos cultivos, ver punto 2.3, no presenten acumulación de metales en el cultivo o partes útiles de éste a cosechar, que sean dañinas a los animales y/o al hombre. Si se requiere sembrar cultivos restringidos o condicionados, punto 2.3, se determinará el mínimo tratamiento requerido y la inversión necesaria para adecuar la calidad del agua, ver punto 2.5. Se determinará la superficie a sembrar por cultivos, teniendo en cuenta la superficie delimitada, definida en el anterior punto. Determinación de las necesidades de riego a los cultivos. A cada uno de los cultivos que hayan pasado el último filtro de selección, se les determinará: la fecha óptima de siembra, su uso consuntivo, el número de riegos requeridos y las láminas netas a cubrir en cada riego. En el caso de existir microclimas dentro del distrito se harán los ajustes necesarios para aumentar o disminuir las láminas de riego. En la determinación de la lámina neta por riego, se tendrá en cuenta: Las necesidades propias de evapotranspiración (uso consuntivo) de los cultivos; Las necesidades de sobreriego por uso de aguas con problemas de salinidad o de iones tóxicos;
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Se deberán especificar, la o las calidades de agua que cubrirán cada uno de esos riegos, tomando en consideración la necesidad de suspender el riego con aguas de mala calidad microbiológica para cultivos de alto y mediano riesgo y continuar los riegos con aguas de mejor calidad microbiológica, ver tabla 3.4. •
La carga de nutrientes y contaminantes
En el caso de aguas con alta carga de nutrientes, se determinará la lámina y el volumen neto a aplicar según el balance realizado, ver punto 2.1.3, cubriendo el resto de las necesidades de riego del cultivo con otro tipo de aguas, de tal manera que el balance no sea afectado, evitando así problemas para el acuífero. Se determinarán los volúmenes totales, brutos y netos demandados por los cultivos seleccionados en cada una de las zonas delimitadas previamente. Para ello, se agruparán a los cultivos en el siguiente orden: Cultivos del año agrícola anterior: Este rubro solo se considera a partir del segundo año de funcionamiento del DIRAR; Cultivos de otoño-invierno: Aquellos que se siembren entre el 1o. de octubre de un año y el 31 de enero del siguiente; Cultivos de primavera-verano: Aquellos que se siembren entre el 1o. de febrero y el 30 de septiembre; Cultivos perennes: Aquellos cuyo ciclo vegetativo sea mayor de un año; El año agrícola se considera del 1o. de octubre de un año al 30 de septiembre del siguiente. Segundos cultivos: Cultivos de primavera-verano, sembrados en terreno en los cuales se establecieron los primeros cultivos de otoño-invierno o de primavera. Se determinarán las superficies físicas netas a regar por cada cultivo, en cada una de las zonas que se delimiten, inciso III del punto 2. Se determinará el volumen neto por cultivo y por zona. Las láminas netas obtenidas por cada cultivo en el punto 2, se multiplicaran por la superficie a cubrir en cada cultivo y en cada una de las zonas delimitadas, obteniéndose así el volumen neto por cultivo en cada zona. La suma de los volúmenes netos de todos los cultivos en cada zona, dará el volumen neto por zona.
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Se determinará el volumen bruto por cultivo y por zona. Para lo anterior, se siguen los siguientes pasos: La obtención de la lámina bruta por cultivo, de acuerdo con la siguiente expresión: Lámina neta (LN)
de las zonas delimitadas, darán los volúmenes brutos y netos totales demandados en el distrito. •
Determinación del balance hidráulico
Si el balance entre las demandas y las disponibilidades es:
Lámina Bruta (LB) = % de eficiencia del método de riego utilizado
•
La lámina bruta obtenida por cultivo, se multiplica por la superficie programada por cultivo, inciso f del punto 2.1.4, obteniéndose así el volumen bruto por cultivo:
Volumen bruto por cultivo (VBc) = LBc x superficie programada del cultivo en la zona x.
•
La suma de los volúmenes brutos de cada uno de los cultivos programados en la zona delimitada, dará el volumen bruto total demandado por zona:
VBt zona x = VB cultivo 1 + VB cultivo 2 +......VB cultivo n
•
Se determinan las eficiencias de conducción del agua por zona: % de eficiencia en la conducción = en la zona x
•
volumen entregado en las tomas directas volumen derivado de la fuente de abastecimiento
Los volúmenes brutos derivados de la fuente de abastecimiento, a la zona x deberán ser igual a:
VB derivado de fuente de Abastecimiento = para zona x
volumen bruto demandado en la zona x % de eficiencia de la conducción del agua en zona x.
o lo que es igual, VB derivado de fuente de = (volumen perdido por conducción agua en zona x del abastecimiento para zona x) + (volumen bruto demandado por zona x)
Determinación de los volúmenes brutos y netos totales en el dirar. La suma de los volúmenes brutos y netos de cada una
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0: El plan de riegos se acepta. +: Se disminuye la superficie cultivada. -: Se aumenta la superficie cultivada. Si el exceso del volumen disponible no es muy grande, se acepta el plan dejando como seguridad el exceso indicado.
2.2 Suelos El riego con aguas residuales ha permitido en cuanto a suelos, principalmente: Proporcionar nutrientes que son aprovechados por la planta, contribuyendo así a incrementar la producción agrícola y reducir los requerimientos de fertilizantes comerciales. En zonas áridas o semiáridas, como en el caso del Valle de Mezquital donde existe fuerte erosión, prácticamente se ha restituido o formado suelos con productividad semejante a zonas fértiles. El riego con aguas residuales actúa como en un sumidero, usualmente un sumidero seguro, por la degradación, transformación e incorporación en el suelo, de sustancias, elementos y microorganismos patógenos, que en otro lado podrían ser altamente nocivos. Sin embargo, los límites de asimilación o degradación de las sustancias, elementos y patógenos llevados por las aguas residuales a los suelos, pueden ser rebasados o bien existir acumulación a través de la cadena trófica (cultivo-hombre o cultivo ganado-hombre), pudiendo afectar la salud humana. Mediante un manejo adecuado se pueden reducir grandemente estos riesgos, seleccionando los suelos apropiados, no permitiendo que elementos tóxicos se solubilicen o precipiten, permitiendo tiempos de extinción de patógenos en los suelos, protegiendo acuíferos vulnerables y aprovechando en general las ventajas del suelo como un sumidero de contaminantes. A continuación se detallan los métodos de manejo de suelos que se consideran más importantes para reducir riesgos por el uso de aguas residuales en riego:
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2.2.1 Determinación de la compatibilidad del suelo, para ser regado con aguas residuales La determinación de la compatibilidad del suelo, para la disposición de excretas, de aguas de lavado o de aguas residuales, es importante, debido a que los suelos presentan diversas características y limitaciones para la disposición de desechos. Los sistemas de disposición ubicados en suelos no aceptables para estos fines pueden causar serios peligros a la salud, ensalitrar los suelos e incluso contaminar las fuentes subterráneas de abastecimiento de aguas, entre otros. La determinación de la compatibilidad del suelo comprende: 1) Evaluación de los tipos de suelos, 2) localización del nivel de las aguas subterráneas y del lecho de piedras o capas impermeables, 3) determinación de la permeabilidad del suelo y, 4) determinación de la tasa de desecho permisible para aplicarse en suelos. 1. Evaluación de los tipos de suelos. La determinación de la velocidad de percolación, infiltración o penetración del agua en el suelo es importante. Si el agua residual percola demasiado rápido, el suelo no tendrá oportunidad de purificarla mediante la remoción de elementos o sustancias tóxicas, o agentes causantes de enfermedades, pudiendo el líquido residual percolarse y contaminar las aguas subterráneas. Si el líquido no se percola lo suficientemente rápido, este puede escurrir sobre la superficie del terreno, causando ciertos daños a la salud del medio ambiente y del ser humano. Tipos de suelos diferentes permiten que las aguas residuales percolen a velocidades diferentes. Algunos tipos de suelos son aceptables para utilizarse en sistemas de disposición, otros no lo son. Los seis tipos básicos de suelos son: arenoso, franco-arenoso, francos, franco-limosos, franco-arcillosos y arcillosos. Estos pueden ser identificados mediante la vista y el tacto o por medio del análisis de los suelos en un laboratorio, con el fin de de-
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terminar el diámetro de las partículas que integran el suelo, véase tablas 3.6 y 3.7. Generalmente los suelos arenosos permiten mayor percolación, hasta los arcillosos que pueden no infiltrar y causar encharcamientos. Una vez que el suelo, en el sitio propuesto, ha sido identificado mediante la vista y el tacto, o cualquier otro método adecuado, se deberá usar la tabla 3.8 para determinar si es adecuado para utilizarlo como sitio de disposición de aguas.
2. Localización del manto freático y del lecho rocoso. El método más directo de localizar mantos freáticos, lechos rocosos o capas impermeables es excavar un hoyo o pozo de prueba. La mayoría de los suelos donde se disponen aguas residuales requieren de un mínimo de un metro de suelo permeable por debajo de la superficie de disposición; además, de un metro de suelo adicional arriba del manto freático, del lecho rocoso o de las capas impermeables más altas encontradas. Los lechos rocosos o las capas impermeables son fácilmente identificadas en un hoyo de prueba, ya que al topar con estas capas llega a ser tremendamente difícil excavar y el suelo consiste principalmente de rocas, tepetate, o material fuertemente empacado o consolidado. Si el lecho rocoso o las capas impermeables se alcanzan antes que el hoyo de prueba tenga la profundidad adecuada, el sistema de disposición propuesto no puede ser construido. El mismo hoyo utilizado para determinar la profundidad del lecho rocoso puede utilizarse para determinar la profundidad del manto freático. La profundidad del agua subterránea se identifica fácilmente en un hoyo de prueba. Después de algunas horas de haber empezado a excavar, posiblemente, el hoyo se llenará con agua hasta el nivel del manto freático o se encontrará suelo húmedo al nivel del manto freático. Debido a que el nivel del manto freático fluctúa durante el año, deberá obtenerse el nivel máximo durante la época de lluvias. Si el nivel máximo del manto freático se encontrara antes que el hoyo de prueba alcance la profundidad deseada, 2 m mínimo, debe buscarse otro sitio para construir el sistema de disposición de aguas residuales.
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Se recomienda realizar una prueba de percolación en el sitio seleccionado para disposición de aguas residuales, con el fin de determinar, tan precisa como sea posible, la permeabilidad del suelo. La permeabilidad servirá para evaluar la cantidad de agua que será posible aplicar. La tabla 3.9 presenta los tipos generales de suelos y sus características, con el fin de auxiliar en la selección de tipos de suelo adecuados para la disposición de aguas residuales.
3. Determinación de la permeabilidad del suelo. La permeabilidad del suelo se refiere a la velocidad a la cual el líquido percola dentro del suelo. La percolación de agua en el suelo puede medirse mediante la excavación de un hoyo, vertiendo aguas dentro de él, y cronometrando la velocidad a la cual el agua se percola en el hoyo. Esto es lo que se llama una prueba de percolación. La prueba es muy sencilla de realizar, pero debe ser ejecutada cuidadosamente con el fin de obtener resultados confiables. Por lo cual, las velocidades de infiltración en suelos irrigados son medidas comúnmente por el método del cilindro o infiltrómetro de doble cilindro, ver figura. 1.1. Debido a que una determinación única de la velocidad de infiltración puede conducir a resultados erróneos, por las variaciones locales en las características del suelo, se recomienda realizar varias mediciones, para establecer características promedio. 4. Determinación de la tasa de desechos permisibles para disposición en suelos. La superficie requerida para un campo de disposición se establece generalmente sobre la base de una o varias pruebas de percolación en el suelo a utilizar. Esta prueba comprende la determinación de la velocidad a la cual el agua penetra por el o los hoyos de prueba excavados en el campo de disposición. La relación entre la velocidad de penetración o abatimiento, como se presenta en la prueba de percolación en tierra, y la velocidad máxima de aplicación de agua residual al campo de disposición es: q=
0.195 t1/2
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Donde: q= velocidad máxima de aplicación m3/m2 x d t= velocidad de penetración o abatimiento, min/25 mm Si la velocidad de percolación es menor de 10 minutos (65 lpd/m2) o mayor de 60 minutos (24 lpd/m2) por 25 mm, se recomienda seleccionar otro campo de disposición o diseñar y construir un sistema de disposición con drenaje adecuado. En general, cualquier tipo de suelo, incluyendo los arenosos y los arcillosos, pueden utilizarse para la disposición de aguas residuales. Sin embargo, se tendrían que efectuar arreglos en el sistema de disposición y consideraciones especiales en el sistema de drenaje, que implica mayores costos en estos casos.
2.2.2 Protección del acuífero El paso inicial en la fase de la prevención de la contaminación de acuíferos es evaluar la vulnerabilidad de estos, para ser contaminados por las aguas residuales transportadas o a través de las actividades agrícolas. Debido a que los procesos contaminantes son fuertemente influenciados por las características hidrogeológicas de los suelos y rocas en el área de recarga del sistema de aguas subterráneas, las primeras acciones empiezan por identificar estas áreas. Los métodos hidrogeológicos convencionales, como el mapeo hidrogeológico, medición de las características del agua y suelo entre otros, se utilizan para llevar a cabo esta identificación. Dentro de la prevención y control de la contaminación de acuíferos, desempeñan papeles importantes los sistemas agrobiológicos e hidrogeológicos. El papel de los sistemas agrobiológicos es identificar: fuentes potenciales de contaminantes agrícolas; características físicas, químicas y biológicas de contaminantes potenciales; zonas de contacto potencial entre los sistemas agrícolas y de aguas subterráneas; mecanismos probables de eliminación de contaminantes agrícolas potenciales dentro del sistema de aguas subterráneas; y métodos factibles para reducir efectos adversos de contaminantes en la salud humana. Los objetivos de la parte hidrogeológica de estas actividades son: encontrar el nivel presente de calidad del sistema de aguas subterráneas y separar los pro-
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cesos naturales de los antropomórficos que afectan al sistema; identificar las fuentes no agrícolas de contaminantes idénticos a contaminantes agrícolas potenciales; evaluar parámetros climáticos e hidrofísicos de suelos y rocas en la zona de recarga; y determinar y caracterizar zonas con riesgo a ser contaminadas y la vulnerabilidad del acuífero. En principio, las investigaciones del sistema agrohidrológico se basan en programas de monitoreo. Los resultados de las investigaciones se presentan en mapas que indican las zonas de protección de aguas subterráneas u otros mapas hidrogeológicos especializados. Los sistemas preventivos comprenden, ante todo, lo siguiente: delimitación de las zonas de protección del recurso aguas subterráneas; especificaciones de las medidas de protección y especificaciones del programa de monitoreo de calidad del agua bajo diferentes condiciones agrícolas (tipos de cultivos, calidad del agua de riego, tipos de suelos, uso de agroquímicos, entre otros), ver punto 2.3. Un acuífero presenta vulnerabilidad de contaminarse principalmente cuando: Se tienen acuíferos no confinados y suelos con alta permeabilidad; se tienen acuíferos no confinados y mantos freáticos superficiales o someros; se tienen estructuras cársticas; se tienen estructuras fracturadas o con fisuras; se tienen suelos de reacción ácida (propios de zonas intertropicales), que permiten la solubilización de metales. El control de la contaminación de acuíferos, como resultado de las actividades agrícolas, es una tarea que requiere la integración de muchos aspectos, en dos áreas principales: la producción agrícola y el desarrollo de los recursos de aguas subterráneas. Cualquier programa de control de la contaminación agrícola debe por lo tanto, ligar las investigaciones de los sistemas agrobiológicos e hidrogeológicos. Debido a diferencias en el clima, suelo, composición de las rocas, estructuras geológicas, propiedades hidrogeológicas y prácticas agrícolas, sobre una escala regional, ninguna medida de control estándar puede aplicarse. Para la metodología de investigación del sistema hidrogeológico y de la actividad agrícola, deben considerarse cuatro criterios principales:
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• • • •
Extensión área del proceso contaminante (contaminación puntual o no puntual); Capacidad de la contaminación (contaminación real versus potencial); Duración de la contaminación (temporal, a largo plazo, reciente o antigua); Vulnerabilidad del acuífero (superficial, profundo, aislado, por capas impermeables).
De acuerdo a lo anterior, medidas de protección de aguas subterráneas pueden ser recomendadas, cuando se utilizan aguas residuales: Proporcionar protección, aislamiento y acabado sanitario adecuado a los pozos y norias que se construyen en zonas agrícolas, especialmente en aquellas donde se utilizan aguas residuales en el riego. Evitar instalar nuevas industrias que usen, almacenen y descarguen sustancias químicas tóxicas peligrosas, especialmente si los acuíferos existentes en la zona son vulnerables y no se cuentan con los recursos e infraestructura necesaria para combatir cualquier contingencia. Ejercer control estricto sobre la operación de las industrias existentes que involucren compuestos tóxicos, especialmente aquellas que descarguen grandes volúmenes de efluentes líquidos al suelo o a ríos; en caso de descargas al sistema de alcantarillado, considerar lo anterior en los Programas de Pretratamiento. Restringir la instalación y controlar la operación de rellenos sanitarios para desechos sólidos y de tiraderos de basura. Prohibir la disposición de aguas residuales al suelo, si ésta constituye un riesgo inaceptable para la salud humana. Donde exista actividad minera, establecer medidas especiales para proteger la calidad del agua subterránea, cuyo diseño normalmente requerirá de una investigación específica del sitio. Ejercer control sobre: la cantidad de agua utilizada en el riego agrícola, el tiempo de aplicación de fertilizantes y plaguicidas, y las cantidades máximas aplicadas de éstos compuestos. Evitar aprovechamientos de las aguas residuales en el riego agrícola en terrenos donde afloren mantos de aguas subterráneas o donde existan extractos rocosos con fisuras o estructura cárstica. Prohibir la utilización de aguas residuales crudas en el riego agrícola en suelos donde no se tenga, cuando me-
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nos, una capa de 2 m de suelo arriba del manto freático, del lecho rocoso o de las capas impermeables más altas encontradas. Permitir el uso de aguas residuales en riego agrícola de acuerdo al tipo de suelo y su compatibilidad, como se indica en las tablas 3.8 y 3.9. Con el fin de garantizar la no contaminación de las aguas subterráneas, para una zona determinada de disposición de aguas residuales en el suelo, se deberán considerar las alternativas geoquímicas posibles que se puedan tener en dicho sitio. La oportunidad de que se presenten uno o varios procesos geoquímicos en el sitio seleccionado, amortiguará y evitará, en un momento dado, la contaminación de las aguas subterráneas. En la tabla 3.10, se presenta el efecto probable de varios procesos, sobre la movilidad de constituyentes de aguas subterráneas contaminadas por la disposición de desechos sólidos y líquidos.
2.2.3. Aprovechamiento de la capacidad de amortiguamiento y remoción de contaminantes en el suelo En específico para el aprovechamiento de aguas residuales, podemos distinguir cuatro principales procesos que ayudan en la remoción y retención de contaminantes en el suelo: • • • • •
Efecto acondicionador y amortiguador de la contaminación, por la materia orgánica presente en las aguas residuales, inmovilización de elementos traza potencialmente tóxicos, afectación de la supervivencia de microorganismos patógenos, restitución y formación de suelos, por el uso de agua residual. Acondicionamiento del suelo por la materia orgánica.
La fracción orgánica completa del suelo esta compuesta de organismos vivos y las partes descompuestas, parcialmente descompuestas y completamente transformadas.
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La materia orgánica del suelo es el término usado para referirse más específicamente a los componentes no vivos del suelo, los cuales son una mezcla heterogénea, compuesta principalmente de productos resultantes de las transformaciones químicas y microbianas de los desechos orgánicos. Estas transformaciones, conocidas colectivamente como procesos de humificación, dan forma al humus, una mezcla de sustancias que tienen un cierto grado de resistencia para posteriores ataques microbianos. Se sabe que la materia orgánica tiene efectos benéficos sobre las condiciones y fertilidad del suelo. Entre las más importantes funciones que han sido atribuidas a ello están: La formación y mantenimiento de una buena estructura del suelo. El mejoramiento de la entrada y retención de agua por el suelo. La retención de nutrientes para las plantas, como resultado de las propiedades de intercambio catiónico de las plantas. La eliminación de nitrógeno, azufre, fósforo y posiblemente algunos elementos traza como resultado de la degradación y mineralización. El incremento de la temperatura del suelo, mejorando la absorción de la radiación solar debido a su color oscuro. Es probable que la mayoría de estos efectos benéficos pueden ser atribuidos a la fracción del humus de la materia orgánica del suelo. La síntesis y degradación de humus es un proceso dinámico que obtiene el equilibrio en un medio ambiente particular del suelo. Este equilibrio puede alterarse mediante cambios en el medio ambiente, tales como: variaciones en los niveles de agua en el suelo, alteraciones en las prácticas de cultivo, etc. La disminución sustancial del contenido de materia orgánica de un suelo fértil, puede conducir al deterioro de la estructura del suelo y a la pérdida de fertilidad. Las sustancias húmicas están ampliamente distribuidas en aguas y suelos, y son probablemente los polímeros orgánicos que ocurren más abundantemente en la naturaleza. Las reservas de ácidos húmicos del suelo (la más abundante de las sustancias húmicas), por ejemplo, se estima que es del orden de dos a tres billones de toneladas. Empero, sus estructuras y propiedades no están suficientemente entendidas.
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Es conveniente describir polímeros en términos de sus estructuras primarias, secundarias y terciarias. Las estructuras primarias puede considerarse que sean las unidades monoméricas o bloques constructores del polímero, lo cual se eliminan en la digestión durante las reacciones de degradación. Las estructuras secundarias definen los arreglos secuenciales de estas unidades en el polímero. Las estructuras terciarias describen los tamaños y forma tridimensionales de los polímeros. Cuando las estructuras primarias son conocidas, es posible distinguir las unidades químicas que gobiernan las reactividades de las estructuras. El conocimiento detallado de las estructuras secundarias y terciarias permitirá hacer predicciones del comportamiento del polímero en diferentes medios, y será especialmente valioso para un más completo entendimiento de las interacciones con coloides orgánicos del suelo, con moléculas orgánicas absorbidas y con iones orgánicos. Por lo tanto, avances en estudios estructurales pueden proporcionar información esencial para ayudar a resolver preguntas tales como la estabilización de la estructura del suelo, y la ligadura de metales pesados con plaguicidas en el medio ambiente del suelo. La presencia de varios tipos de grupos reactivos en la materia orgánica del suelo es muy importante, ya que le proporcionan capacidad para atraer y almacenar nutrientes en forma tal que puede ser disponible para las plantas. Además, esos grupos tienden a enlazar la materia orgánica con partículas de arcilla, estabilizando así la estructura del suelo y proporcionando al material orgánico, una mayor resistencia a la descomposición. El 10 ó 15% de la materia orgánica del suelo que puede identificarse de manera específica, contiene una amplia gama de compuestos. Una clasificación simple de tales productos podría ser la siguiente: polisacáridos, incluyendo la celulosa y sus productos de descomposición; polipéptidos, incluyendo las proteínas y sus productos de descomposición; polifenoles, incluyendo ligninas y taninos; y compuestos orgánicos simples, ácidos orgánicos, ésteres, alcoholes, aldehídos e hidrocarburos, entre otros. En un agua residual de características promedio, por otro lado, alrededor del 75% de los sólidos suspendidos y 40% de los disueltos son orgánicos en naturaleza. Estos provienen de los reinos animal y vegetal y de las actividades del hombre relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos.
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Los compuestos orgánicos son compuestos, normalmente, de carbón, hidrógeno, oxígeno, junto con nitrógeno en algunos casos. Otros importantes elementos, tales como azufre, fósforo y fierro pueden estar presentes. Los grupos principales de sustancia orgánicas encontradas en las aguas residuales son proteínas (40 a 60%), carbohidratos (25 a 50%) y grasas y aceites (10%). La urea, el principal constituyente de la orina, es otro compuesto orgánico aportado por dichas aguas. Además de estos compuestos, las aguas residuales contienen pequeñas cantidades de un gran número de diferentes moléculas orgánicas sintéticas que van de simples a muy complejas estructuras. Una de las más importantes propiedades de las sustancias húmicas del suelo es su habilidad para actuar como intercambiadores iónicos. Esta capacidad de retener e intercambiar cationes, juega un importante papel en el suministro de nutrientes a las plantas y para el mantenimiento general de la fertilidad del suelo. La capacidad intercambiadora de los materiales húmicos es muy alta comparada con muchos compuestos minerales del suelo; más aún, estas sustancias son generalmente menos abundantes que los coloides orgánicos, frecuentemente, tienen una mayor participación en la capacidad de intercambio catiónico total del suelo que aquellos. Los materiales húmicos son, además, altamente eficientes para combinarse fuertemente con un gran número de metales pesados, algunos de los cuales son micronutrientes esenciales para las plantas. Por lo tanto, el comportamiento de los materiales húmicos como intercambiador de iones y agente formador de complejos es de primordial importancia en la retención, movilización y reciclado de nutrientes. •
Proceso de inmovilización-movilización de elementos traza potencialmente tóxicos.
El suelo es una mezcla de sólidos orgánicos e inorgánicos, aire, agua y microorganismos que tienen la capacidad de reaccionar física y químicamente con los constituyentes presentes en el agua de irrigación. El grado en el cual estos constituyentes añadidos se lixivian, y permanecen aprovechables en el suelo para las plantas o llegan ser fijados e inaprovechables para las mismas, depende generalmente de las características del suelo.
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Dentro de las características de los suelos que afectan la concentración de elementos traza añadidos por el agua, tenemos los siguientes: a) b) c) d) e)
El pH, la presencia de minerales arcillosos, la materia orgánica, los óxidos de Fe y Al, la capacidad de intercambio catiónico, el tipo de aniones presentes y la concentración de CO2 y O2.
Cuando un elemento es añadido al suelo, este lo puede combinar con una disminución en su concentración y un incremento en el almacenamiento de aquel elemento en el suelo. Al respecto Lindsay menciona que cuando la solubilidad de un ión en las soluciones del suelo excede la concentración de equilibrio de algún mineral, dicho mineral empieza a precipitarse y viceversa: siempre que un ión en las soluciones del suelo disminuye su concentración por debajo de la solubilidad de equilibrio de la fase sólida, dicha fase empezará a disolverse. De esta forma las fases sólidas tienden a amortiguar la concentración de iones solubles en los suelos. Factores del suelo tales como los mencionados: pH, arcilla, materia orgánica, óxidos de Fe y Al, aniones presentes y otros intervienen en los procesos de inmovilización y solubilización de los materiales añadidos y/o contenidos en el suelo. Dentro del proceso de inmovilización se presentan principalmente dos fenómenos: adsorción y precipitación. La adsorción se define como la adhesión en una capa extremadamente delgada, de moléculas de gas, sustancias disueltas o líquidas a la superficie de sólidos con los que están en contacto. La adhesión de los elementos traza se considera, se da con minerales de arcilla, materia orgánica y óxidos de Fe y Al. En este fenómeno los iones son mantenidos en la superficie de la fase sólida con diferentes fuerzas de enlace, las cuales dependen del tamaño y carga de ión, así como, de la capacidad de intercambio del suelo. En general, suelos con una alta capacidad de intercambio, dejan libre y móvil en solución una fracción muy pequeña del catión. Por otro lado, los iones hidratados de radios muy pequeños y cargas altas son más fuertemente adsorbidos que los de radios iónicos hidratados grandes y cargas bajas. Por lo
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tanto, las especies altamente cargadas están presentes muy rara vez en concentraciones elevadas en las soluciones del suelo y generalmente no son muy móviles. La precipitación o solubilización de los cationes presentes en el suelo es fuertemente dependiente de los aniones presentes, del pH, la concentración de CO2 y O2, así como de las reacciones de óxido-reducción. Por ejemplo, el Cu y Zn son susceptibles de precipitar a valores de pH elevados debido a la concentración de los aniones CO3- y OH- presentes. El Mn es precipitado en condiciones de pH alcalinos y atmósferas oxidantes. En la tabla 3.10 se presentan los mecanismos más usuales de inmovilización, observándose que a excepción de B, Li y Se los elementos traza son de muy difícil remoción, ya que son inmovilizados por los procesos de adsorción, precipitación, intercambio iónico y reacciones redox ya mencionados. Por otro lado en la tabla 3.12 se presentan los elementos que causan toxicidad a los cultivos, pudiéndose observar que todos a excepción del molibdeno, precipitan a pH alcalinos, siendo por tanto solubles a pH ácidos. Así mismo se presentan los límites permisibles de estos elementos en agua, ver tabla 3.11, con láminas anuales de 91 cm/ha/año, así como límites permisibles más altos en zonas donde se utilice este tipo de aguas por un periodo de hasta 20 años, en suelos de textura fina (arcillosos, arcillo-limosos, franco-arcillo-limosos o francoarcillosos) y con pH de 6.0 a 8.5. Para llegar a estos límites máximos recomendados, la EPA, 1976, tomo en cuenta la concentración del elemento en la solución del suelo, asumiendo que un estado estable puede ser alcanzado, y la cantidad total del elemento añadido en relación a las cantidades que han demostrado producir toxicidades. La tasa de riego considerada para calcular la tasa anual de elementos traza añadidos en el agua de riego fue de 91 cm/ha/año, (3 acre-pies/acre/año). •
Factores que afectan la supervivencia de patógenos
Una de las cuestiones más importantes en la transmisión de enfermedades a animales y humanos, causados por el uso de las aguas residuales en riego, es determinar el tiempo de supervivencia y la mortandad de los organismos patógenos. Al respecto Strauss, 1985, menciona que todos los patógenos eventualmente mueren o
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pierden infectividad después de la excreción y liberación dentro del medio ambiente huésped. En general, la reducción de patógenos viables es exponencial. Excepciones a este patrón de mortalidad se encuentran en pocas bacterias (por ejemplo Salmonella spp.) y helmintos los cuales tienen uno o más estados intermedios de desarrollo no infeccioso con típicos patrones de mortalidad. Una variación adicional es encontrada con trematodos (por ejemplo Schistosoma, Chlonorchis sinensis) los cuales tienen una fase de reproducción en huéspedes intermediarios. Este patrón de mortalidad exponencial, es independiente de la clase del medio ambiente, sea este agua, suelo, cultivo, lodos o excretas almacenadas en letrinas, y sólo es afectado por factores ambientales. Entre los factores ambientales que afectan la supervivencia de patógenos están: la temperatura, el pH, la luz solar, los nutrientes, etcétera, En la tabla 3.13; se presentan estos factores junto con observaciones sobre el efecto en la supervivencia de patógenos. •
Supervivencia en suelos y cultivos
Una vez que el agua de riego es suministrada al suelo, los procesos de mortalidad continúan a diferentes tasas para cada tipo de patógenos. Algunos autores, (Tamer 1944, Rudolfs 1950, Dunlop 1968 citados por EPA 1972, han indicado la posibilidad de contaminación de frutales y cultivos que crecen en suelos infestados. Sin embargo, Geldreich y Bordner, 1971, señalan que los patógenos rara vez son detectados en cultivos a menos que las plantas estén fuertemente contaminadas con aguas de alcantarillado o se observen que tengan partículas fecales adheridas a ellas. Por otro lado, Collí, 1986, encontró fuerte contaminación fecal en aguas residuales crudas provenientes de la Cd. de México, y utilizadas para riego agrícola. Este tipo de aguas presentaron valores promedios de 9.6 x 1013 (NMP/100ml) de coliformes fecales, mientras que los suelos presentaron valores de 1.1 x 104 (NMP/10g). En suelos y cultivos de climas cálidos (Strauss, 1985), la supervivencia de patógenos se da en el sentido decreciente siguiente: helmintos principalmente huevos de (Ascaris lumbricoides), virus, bacterias excepto Salmonella spp., cuyo rango de supervivencia es mayor que la
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de los virus, aunque se han encontrado virus con supervivencia de hasta 170 días, (OMS 1979, y protozoarios. La supervivencia de patógenos en suelos es mucho mayor que en cultivos, ya que los patógenos que se hallan en la superficie de las plantas están directamente expuestos a factores ambientales nocivos para ellos. Sin embargo, puede esperarse una sobrevivencia más prolongada en las partes húmedas o más protegidos de las plantas, como es entre los pliegues de las hortalizas de hoja, en las partes profundas del tallo o en las superficies intensamente arrugadas de las raíces comestibles, ver tabla 3.13 e inciso I del punto 2. Entre los factores que afectan el movimiento de virus, se encuentran en primer lugar la intensidad de aplicación de agua para riego agrícola, la estructura del suelo, el pH y el contenido orgánico y iónico del efluente utilizado. Las aguas residuales utilizadas en el riego agrícola, pueden ser también un vehículo importante para la diseminación de microorganismos patógenos a las plantas (fitopatógenos) tales como bacterias, hongos, virus y nemátodos, los cuales pueden ser introducidos al sistema de riego por dos medios principales: uno el desagüe natural de campos infestados durante el periodo de lluvias abundantes, y la otra es la recolección de agua de drenaje agrícola de los campos de riego, que son retornados a los canales de riego. De esta manera, el peligro consiste en que indicios de enfermedades pueden ser esparcidos por el agua a áreas no afectadas donde puede ser propagada por otros medios y llegar a convertirse en un problema económico (EPA, 1972). •
Restitución y formación de suelos por el uso del agua residual
El uso de aguas residuales en el riego agrícola enriquece o diversifica la composición química y microbiológica de los suelos. En el caso de suelos con pobre contenido de sustancias húmicas o erosionados, el uso de aguas residuales en el riego sirve para vestirlos; esto es, regenerar los suelos a tal grado que estos vuelvan a ser altamente productivos. Únicamente, se recomienda que la aplicación de aguas residuales en suelos sea racional, de tal forma de evitar posibles problemas por contaminación de suelos por mal manejo.
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Uno de los principales factores de pérdida de suelos es la erosión efectuada por viento y agua, este problema causa estragos en los sistemas agrícolas, ya que los suelos erosionados se pueden convertir en estériles, esto es se puede provocar pérdida total del suelo productivo. En este caso, el uso del agua residual se puede considerar para restitutir el suelo perdido y su reacondicionamiento en materia orgánica. Del estudio efectuado en 1983 por la SARH, se menciona que en la región del Valle del Mezquital, zona árida donde desde hace 100 años se vienen utilizando las aguas residuales de la ciudad de México, la pérdida de suelo es entre 2 y 5 toneladas por hectárea por año. Cantidad que rebasa ampliamente el límite considerado de 1.8 ton/ha/año para decir que existe erosión. Esto muestra que una pérdida gradual y acentuada de suelo se presentaría en el área agrícola del Valle del Mezquital, de no ser por el riego con aguas residuales; es decir, gran parte de los sólidos y materia orgánica aportados por las aguas residuales son retenidos por el suelo agrícola y la cobertura vegetal, de manera que una buena cantidad del suelo perdido por erosión es restituido por la aportación de sólidos orgánicos e inorgánicos presentes en el agua residual. Esta zona de riego dominada por el Distrito de Desarrollo Rural 063 (Distritos de Riego 03 y 100) , se puede considerar como una región de alta productividad. De tal manera, una región infértil, al existir el riego con esta agua, muy probablemente se convierta en una región de productividad agrícola aceptable. •
Criterios de manejo de suelos para utilizar aguas residuales
De acuerdo con los conceptos vertidos en los anteriores puntos, a continuación se presentan los principales criterios recomendados para el manejo de suelos: El uso del suelo como un sistema de tratamiento, se recomienda cuando se sigan las recomendaciones sugeridas en el inciso II del punto 2 de protección del acuífero. Además, se debe evitar que el pH del suelo por el uso de aguas residuales, caiga por debajo de 7.5, ya que esto pondría a disposición de las plantas o cultivos a los metales pesados. Estos, en condiciones de suelo ácido (con pH menor de 7.0), son altamente tóxicos al ser humano y, en general, a los seres vivos; ver tabla 3.2.
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Las zonas donde se recomienda usar aguas residuales deben ser zonas áridas o semiáridas, y cálidas o semicálidas, que tengan suelos básicos. En el caso de suelos tepetatosos, cuando se quiera incorporar a la agricultura terrenos poco productivos se sugiere preparar el suelo antes de aplicarse aguas residuales. Primeramente, se deberá efectuar una trituración y roturación del tepetate. A continuación, los suelos estarán listos para sembrarse, recomendándose sembrar gramíneas los primeros tres años. Dependiendo de como venga la cosecha, será conveniente incorporar al suelo el cultivo, con el fin de acelerar la formación de suelo. El uso de fertilizantes durante los primeros años podría ser adecuado para fortalecer el proceso de formación de suelos. Después, el uso de fertilizantes será aconsejable o dependerá del estado de contaminación general de la zona y, en particular, del grado y tipo de afectación que presentan las aguas subterráneas. Por otro lado, los plaguicidas deberán utilizarse sólo en los casos estrictamente necesarios; se recomienda utilizar los que sean más fácilmente biodegradables o aquellos que tengan estructura molecular más sencilla; esto es, menor grado de ramificación molecular. Las trazas de metales pesados introducidos a los suelos a través de riego agrícola con aguas residuales, pueden ser retenidos en la matriz del suelo por tamizado y filtración (en caso de sólidos suspendidos y coloidales) o por intercambio catiónico y mecanismos de absorción específica (en el caso de sólidos disueltos) ver tabla 2.4. Los metales traza en forma disuelta, pueden también precipitar de la solución y subsecuentemente ser removidos como sólidos suspendidos. Estos procesos son los principales que ocurren en el suelo en cualquier momento. Además de buscarse suelos de reacción básica o alcalinidad; estos suelos deberán conjugar una o más de las siguientes características: elevados contenidos de materia orgánica, presencia de arcilla y óxidos de Fe y Al. Así como elevada capacidad de intercambio catiónico y de cationes básicos Ca y/o Mg; esto con la finalidad de inmovilizar los metales, evitando así produzcan toxicidades a las plantas o que estas puedan acumularlos en grandes cantidades que resulten tóxicos para los animales y el ser humano. Las diferencias climáticas entre zonas tropicales húmedas y zonas áridas y semiáridas, influyen en el criterio
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para el uso de agua de riego. La cantidad de lluvia y evapotranspiración determinan en parte, el grado en el cual un determinado constituyente se puede acumular en el suelo. En este sentido, los criterios en relación a la salinidad para el riego suplementario en zonas húmedas tropicales, pueden ser más flexibles que para zonas áridas, ya que en estas la más baja precipitación y mas alta evapotranspiración determinan la concentración de sales en la zona radicular, mientras que en las zonas húmedas la abundante precipitación hace el efecto de lavado de sales, ver tabla 3.5. Las aguas residuales con altos contenidos de sólidos suspendidos, pueden producir costras en los suelos que impidan la infiltración del agua, el lixiviado de sales y la emergencia de las plantas. Los suelos son afectados por deposición de estos sólidos suspendidos, especialmente cuando estos consisten de materiales arcillosos o coloidales, ver tabla 3.2. La necesidad de una adecuada oxigenación en el suelo para el óptimo crecimiento de la planta es bien reconocida. Para ello la estructura del suelo (porosidad) y el contenido del agua y suelo deben ser adecuados para permitir una buena aireación. La aireación del suelo y el aprovechamiento del oxígeno, normalmente no presentan problemas en suelos bien estructurados con buena calidad del agua. Cuando el drenaje es pobre, el oxígeno puede llegar a ser una limitante, por ello la utilización de agua que tenga valores altos de DBO o DQO, puede agravar la condición del oxígeno por agotamiento del oxígeno aprovechable. Junto con estos efectos adversos de diferencia de oxígeno para el crecimiento de la planta, la reducción de elementos tales como Fe y Mn a formas divalentes más solubles, puede crear condiciones tóxicas para el cultivo. Ver resumen de criterios en la tabla 3.18, en el que se recopilan los factores para la selección del sitio de aplicación, junto con su mejor criterio para aprovechar el agua residual en riego.
2.3 Cultivos 2.3.1 Selección de cultivos La selección de cultivos deberá estar basada en tres clases de criterios:
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1. Adaptabilidad del cultivo a las condiciones generales agronómicas del sitio, considerando clima, suelo, mercado y otros factores; 2. Disminución o constreñimiento de la productividad agrícola, debido a cambios de la calidad del agua, esto es, salinidad, efectos tóxicos de iones específicos y metales pesados, impermeabilidad debido al sodio, etcétera; 3. Constreñimiento sobre la utilización o comercialización de cultivos, impuestos por consideraciones o regulaciones de salud pública, considerando patógenos y compuestos químicos tóxicos. Entre los factores agronómicos a considerar en la selección de cultivos se encuentra principalmente el clima y el suelo, •
Condiciones climáticas
La temperatura, la humedad y el fotoperiodo como factores climáticos de difícil control, establecen en una región los cultivos por desarrollar en un determinado periodo del año, o durante un periodo largo en caso de plantaciones, pastos y otros cultivos perennes. También deben considerarse los factores adversos como el granizo, las heladas y el calor excesivo. •
Propiedades del suelo
Dentro de las propiedades del suelo merecen atención especial: La susceptibilidad a la erosión que se relaciona con el grado de pendiente del terreno, permeabilidad del suelo y su estratificación. En terrenos erosionables deben preferirse los cultivos de cobertura y en los casos más críticos se dedicaran a praderas o aún, a bosques; el pH, la estructura, el espesor del suelo y el drenaje son las propiedades del suelo más difíciles de modificar artificialmente y determinan la preferencia de algunos cultivos. Cuando existan o se presenten problemas de toxicidad por iones, una práctica adecuada (además de las de manejo de agua y suelo) es seleccionar cultivos que presenten tolerancia a las condiciones adversas impuestas por el empeoramiento de la calidad del agua y del suelo. En este sentido, existen ya muchos estudios sobre los rangos de tolerancia o susceptibilidad de los cultivos a
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las sales, al boro, a los cloruros y al sodio intercambiable.; esta información se presenta en las tablas: 3.14, 3.15, 3.16 y 3.17. En relación a la captación de elementos traza por las plantas, ésta es controlada en primer lugar por las condiciones del suelo, especialmente el pH y las interacciones sinergísticas y antagónicas con otros elementos, ver inciso II del punto 2. La captación también varía considerablemente de especie a especie y aún dentro de las variedades de una misma especie. También hay grandes diferencias en la distribución de metales traza entre las diferentes partes de la planta. Considerando lo anterior, debe tomarse en cuenta, que cuando se seleccionen especies o variedades tolerantes a la presencia de determinados metales en agua y suelos, detectar y evitar presenten acumulación de metales pesados, en las partes que van a ser utilizadas para el consumo humano o animal, sobre todo los no esenciales a la planta y tóxicos a la salud como Pb, Hg, Cd, As, etcétera. La presencia de herbicidas en el agua de riego, utilizados para controlar malezas acuáticas en canales y vasos de almacenamiento o para controlar las malezas en las márgenes de los canales, pueden causar efectos tóxicos a los cultivos. Los niveles de residuos de herbicidas tolerados por la mayoría de los cultivos, son generalmente mucho más altos que las concentraciones encontradas en el agua. Donde los niveles de metales sean demasiados altos y el costo de recuperar los suelos contaminados es excesivo, un recurso es sembrar plantas tolerantes a metales. Bradshaw, 1972, ha mencionado el uso de pastos tolerantes para recolonizar y estabilizar desechos de minas. Entre pastos que presentan una tolerancia natural a metales pesados, están: Agrotis tenvis y A. stolonífera, Festuca ovina y Festuca rubra, Rumex acetosa, Plantago lanceolata, Antohoxanthum adoratum y Minuartia veina. Hay evidencia de que los cultivos que se consumen crudos son el vehículo primario para la transmisión de enfermedades asociadas con el riego con aguas residuales. Por ello la restricción de cultivos que se consumen crudos o la prohibición del uso de efluentes que no cumplan con los directrices indicadas en la tabla 3.4, deben ser las medidas apropiadas. Una guía útil en este sentido, es la clasificación realizada por Shuval en la que se definen tres categorías
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de plantas, según el riesgo a la salud asociado con su cultivo. Estas categorías son las siguientes: En la categoría A de bajo riesgo se encuentran: 1. Cultivos que no sean destinados para la alimentación humana (p.e. algodón, henequén, sisal). 2. Cultivos procesados por calor o secado, antes de su consumo humano (p.e granos, oleaginosas, remolacha azucarera, caña de azúcar). 3. Vegetales y frutas para enlatado u otro proceso que destruya eficazmente patógenos. 4. Forrajes y otros cultivos para consumo animal, que sean secados al sol (henificados) y cosechados antes de su consumo por animales. 5. Irrigación de paisajes en áreas cercadas sin acceso al público (viveros, bosques). En la categoría B de mediano riesgo, tenemos los siguientes: 1. Tierras de pastoreo, cultivos forrajeros verdes. 2. Cultivos para consumo humano que no entren en contacto con el agua residual, con la condición de que las frutas caídas no sean comercializadas. Para lo anterior, hortalizas tales como tomate y pepino deberán ser cultivadas en empalizadas, y los viñedos ser irrigados por riego superficial o por goteo. 3. Cultivos para consumo humano normalmente ingeridos después de su cocimiento (papas, remolacha, berenjena). 4. Cultivos para consumo humano, no cocidos, y cuya cáscara no es ingerida (melón, cítricos, plátano y sandía). 5. Se realiza riego por aspersión, sin importar el tipo de cultivo, estableciendo una distancia mínima de 1 km entre las zonas de riego y las zonas residenciales y otras áreas de acceso público. Finalmente en la categoría C de alto riesgo se contemplan los siguientes: 1. Algún cultivo para consumo humano normalmente ingerido crudo y que crece en contacto directo con el efluente (vegetales frescos tales como lechuga, tomate, zanahoria, rábano, etc.). 2. Irrigación de paisajes en áreas con acceso libre al público inmediatamente después del riego, con la
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condicionante de que durante el riego, las áreas son cerradas, evitando el acceso al público a una distancia de 15 metros de las zonas regadas (campos de golf, prados y parques). 3. Se realiza riego por aspersión, sin importar el tipo de cultivo, a una distancia de 100 m de las zonas residenciales o lugares de acceso público, tales como caminos y parques, con la condicionante de que no hay acceso al público a una distancia de 15 m de las zonas regadas. Cuando se utilizan aguas residuales crudas, los cultivos a seleccionar serán aquellos que se encuentren dentro de la categoría de bajo riesgo o no restringidos. ver. tabla 3.4. Si este tipo de aguas recibe algún tratamiento que logre bajar las cuentas bacterianas a niveles tales como mil Coliformes fecales, así como el uso de prácticas de manejo de aguas que permitan una mayor exposición de factores ambientales que aceleran su mortalidad, podría incluirse a los cultivos contemplados dentro del grupo de mediano riesgo. Finalmente, el riego con aguas residuales para los cultivos de alto riesgo, o restringidos, sólo deberá autorizarse cuando el tratamiento dado a estas aguas, permita obtener un efluente que cumpla con las normas marcadas por Englberg. Para tipos de tratamiento ver incisos II y V del punto 2.
2.4 Infraestructura hidroagrícola El uso del agua en la agricultura incluye la conducción, distribución y drenaje del agua. Considerando, para tener una manejo eficiente del agua: realizar un uso pleno de la infraestructura hidroagrícola construida y mejorar o utilizar adecuadamente los sistemas de captación y distribución de agua, tendiendo a tener una menor demanda de agua por una mayor o igual productividad agrícola. En el caso de utilizar aguas residuales para riego, aparte de lo anterior, es muy importante que se considere: el empleo específico o la adaptación de la infraestructura hidroagrícola para mejorar la calidad del agua residual que pasa o se almacena en ella. Principalmente, para disminuir los riesgos de afectar la salud pública, inherentes a los contaminantes presentes en las aguas residuales.
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2.4.1 Observación de la mejora de calidad del agua residual en la infraestructura hidroagrícola Por lo general se ha observado una reducción y retención de algunos contaminantes en el paso del agua residual por presas y canales. Debido principalmente a: Sedimentación, por separación física de sólidos sedimentables. En canales la sedimentación se propicia en velocidades lentas de la masa de agua, y en presas con tiempos grandes de retención del agua; Dilución por mezcla con agua de mejor calidad o con agua de precipitación pluvial; Descomposición aerobia y anaerobia, ejercida por microorganismos presentes en las aguas residuales, para estabilizar la materia orgánica; Aireación ejercida en caídas, saltos y flujos lineales y rotatorios, turbulentos, en canales, y la ejercida en la superficie de los vasos de almacenamiento por el efecto directo del viento; Asimilación de metales y sustancias nutrientes por malezas acuáticas en vasos de almacenamiento; Decrecimiento y mortandad de microorganismos patógenos en el recorrido por una corriente o en el almacenamiento del agua, de acuerdo a sus tiempos de sobrevivencia. Las principales conclusiones y recomendaciones, en los estudios mencionados y otros, se pueden resumir, en cuanto a la remoción y retención de contaminantes observada: Se logran remociones aceptables de contaminantes, en su paso por presas y canales del Distrito de Riego 063 de Mixquiahuala, Hgo., en promedio: Presas: DBOsol
43% Demanda bioquímica de oxígeno, soluble
DQOsol
35% Demanda química de oxígeno, soluble
SST
50% Sólidos suspendidos totales
SDT
40% Sólidos disueltos totales
CF
50% Coliformes fecales
Canales: DBOsol
60%
SST
45%
CF
50%
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•
Observación de la reducción de la contaminación en presas y canales
Con respecto a canales, las remociones por km, de acuerdo al gran canal, estarían del orden 0.15 a 1.0% de remoción de SST por km recorrido. Con respecto a patógenos, en condiciones experimentales, se han observado reducciones importantes de enterobacterias y virus en tiempos de recorrido del agua residual sobre 40 días. Aunque otros estudios han mostrado la presencia de enterovirus a 13 km de la fuente de contaminación en canales navegables de Houston, E.U.A. En un ejemplo, más dramático, se han encontrado virus entéricos a 300 km y a más de 7 días de transporte río abajo de su origen en una investigación en Alaska. Se observan cambios importantes, entre la salida de las presas y la entrada, para estiaje y lluvia. En lluvias, por lo general se logran mejores eficiencias de remoción en DBO y SST, por el efecto de dilución. Por lo general el azolvamiento de presas es mayor cuando se utilizan aguas residuales, por su mayor contenido de sólidos. Se propicia también la eutroficación y proliferación de malezas acuáticas, por el uso de aguas residuales, debido al alto contenido de nutrientes y a la adaptabilidad de las malezas. Cambios de temperatura, pueden provocar volcamientos en presas, mezclando contaminantes y creando turbiedad, que deterioran la calidad del agua. La remoción de metales pesados, puede ser alta por el efecto de su asimilación en malezas acuáticas, como en el caso del plomo, mercurio y arsénico (mayor de 90%) observada en la presa Manuel Avila Camacho en Valsequillo, Puebla, 1980. Sin embargo, se esperan grandes concentraciones de estos metales en lodos bentales, al depositarse organismos muertos de las malezas acuáticas en el fondo, esto puede ocasionar una recirculación de los contaminantes al agua, si se propicia el mezclado por volcamientos. En lluvias, se tienen concentraciones mayores de grasas y aceites en la salida de las presas que en la entrada, debido a los arrastres del aceite extendido en la superficie del agua de escurrimiento en los vertedores. La dominancia entre el proceso de consumo de oxígeno disuelto (OD) por microorganismos (demanda bioquímica de oxígeno , DBO) y producción de OD, determina el estado sanitario del embalse o corriente. Mientras en los ríos y corrientes, la compensación del
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consumo de OD causado por la DBO se realiza principalmente por mecanismos físicos (difusión de oxígeno de la atmósfera al agua), en los embalses tal compensación se realiza principalmente por mecanismos bioquímicos; Una carga orgánica (DBO) que rebasa el OD producido, provoca condiciones anóxicas e inicia procesos de reducción, con la consecuente producción de gases y malos olores. En cuanto a la operación de la infraestructura hidráulica para mejorar calidad del agua: La diferencia y selectividad de remoción de contaminantes entre presas se debe a sus características hidráulicas y de operación, destacando: Poca profundidad permite la formación de corrientes superficiales y subsuperficiales (principalmente por viento), contribuye al mezclado de los sólidos y otros contaminantes y genera mayor concentración de éstos en la salida de la presa. Las extracciones en la obra de toma alta, y en el vertedor de demasías se deberán efectuar por debajo del nivel de la superficie libre del agua. Para evitar arrastre de grasas y aceites flotantes y también evitar arrastre de algas y microorganismos purificadores, que pueden aumentar la eficiencia de reducción de contaminantes; El control sanitario de una presa, involucra la carga orgánica máxima que puede ser admitida sin que se produzcan condiciones anóxicas y la carga de oxígeno aplicada por algas o medios artificiales. Se puede realizar la aereación del hipolimnio en presas o lagos eutroficados, como medida de restauración. Como en los que se puede aplicar esta, al haber mortandad de peces, debido al volcamiento de la masa de agua. Los embalses, por la lentitud con la que transita el agua, presentan la característica de tener valores de rapidez de dilución (relación del flujo entre el volumen) comparables con la rapidez de crecimiento de microorganismos capaces de introducir oxígeno al embalse (algas). El tiempo de retención del agua es importante para que se produzcan estos procesos naturales de remoción. Tiempos de retención mayores a 20 días, al igual que para una serie de lagunas de estabilización, pueden ser recomendados. Las aguas del efluente que resultan de las infiltraciones a través de la cortina, surgen en forma de manantiales, aguas abajo en cauce original, estas aguas presentan una calidad que los hace apropiadas para el riego de cul-
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tivos restringidos o para dar el último riego con agua de mejor calidad que la residual. En comparación con lagunas de estabilización, las presas pueden lograr mayor tiempo de retención hidráulica y tener grandes áreas superficiales. Sin embargo, a mayor superficie las presas serán más inestables en su comportamiento hidráulico, como sistemas de tratamiento. La variabilidad en las eficiencias de remoción de contaminantes, estará supeditada a la variabilidad de extracciones en la presa, estas a su vez estarán de acuerdo con la planeación del riego de la zona agrícola. Un problema común en las presas construidas en nuestro país, es la aparición de vegetación acuática (malezas acuáticas, especialmente lirio) y fauna patógena como el mosquito Anopheles; para combatir este problema, muchas veces se intenta una variación de los niveles del embalse. En embalses con proliferación de malezas acuáticas, se reduce o se elimina el contenido de OD. El control puede ser hecho por la eliminación de las malezas y la restitución de condiciones de aireación, por proliferación de algas o adición de mecanismos de aireación. O bien, con un control de nutrientes a la entrada del embalse, que pueden ser removidos o asimilados en la disposición de las aguas residuales en suelos.
2.4.2 Manejo de la infraestructura hidroagrícola para mejorar calidad del agua El manejo de la infraestructura hidroagrícola, aparte de su función intrínseca para llevar agua a los cultivos, se puede ajustar para mejorar calidad del agua. Considerando cuatro formas específicas: Regulando la operación de la infraestructura hidroagrícola, para aumentar la eficiencia de remoción de algunos contaminantes. Haciendo adaptaciones a la infraestructura hidroagrícola, para mejorar la calidad del agua que manejan, i.e. la aireación por aireadores mecánicos o de vórtice para el agua de una presa o de un canal. Determinando el grado de remoción esperado antes de requerir tratamiento. Utilizando infraestructura hidroagrícola como parte de un sistema de tratamiento, i.e. una presa como laguna de pulimento en una serie de lagunas de estabilización.
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Una de las principales variables para ajustar las condiciones de calidad del agua residual, es la operación de la infraestructura hidroagrícola, la cual esta sujeta a su vez a los requerimientos de agua para riego. •
Operación de la infraestructura hidroagrícola. Considerando una división, principalmente en presas y canales, los criterios se darán por separado:
Presas: Generalmente la distribución de agua para riego se puede realizar a través de derivaciones directas de corrientes superficiales; vasos de almacenamiento y acuíferos. Las decisiones para la distribución de agua en una zona de riego, generalmente se toman una o dos veces por año y una vez tomada la decisión sobre el Programa de cultivos y volúmenes a utilizar, hay pocas probabilidades de cambiar sus efectos sobre la demanda mensual de riego. Por tanto las reglas de operación del embalse, presa o vaso de almacenamiento deben tomar en cuenta este hecho. Las políticas más esenciales de operación de la presa tienden a que el vaso deba servir de reservorio o almacenamiento en tiempos de lluvias (generalmente de mediados de mayo a mediados de septiembre), y que las extracciones que se realicen no sequen el vaso en tiempos secos. Las variaciones en la operación se deberán principalmente al tipo de clima y precipitación media anual regional, y al ciclo agrícola por cultivos sembrados y cosechados, ver sistemas de riego, inciso I punto 2. Entonces las condiciones de control más importantes serán evitar el riesgo de llegar a secar el vaso o el riesgo de que la presa llegue a derramar. Mediante la obtención de un volumen de extracción constante que garantice el agua a los usuarios y este sujeto a la restricción de una capacidad fija del vaso, y la estimación de los volúmenes de entrada anual de agua a la presa considerando periodos extraordinarios de estiaje y de avenidas. De estas consideraciones de operación, dependerán principalmente los tiempos de retención hidráulica, que pueden ser considerados para permitir a la presa regenerar o mejorar la calidad del agua. La duración del período de lluvias, salvo condiciones específicas regionales, equiva-
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le a un tiempo de almacenamiento de aproximadamente 120 días. Las políticas de manejo de aguas residuales en las presas, se basan fundamentalmente en la demanda que esta tiene para uso en riego agrícola. De acuerdo a esto y considerando el periodo de lluvias, la mayor demanda de agua por lo general se presentará en los meses de abril, mayo y junio hasta la recuperación del volumen por lluvia. De ahí, la demanda puede disminuir considerablemente hasta hacerse constante aproximadamente en los meses de octubre, noviembre, diciembre y parte de enero. A partir de enero, la extracción de agua en la presa aumenta por los riegos de remojo o presiembra. Estas consideraciones permiten visualizar que los principales factores de control en presas, que pueden incidir a una mejora de calidad del agua, son: profundidad, tiempo de retención hidráulica, volumen de dilución, cambios de temperatura, carga contaminante, área, cubierta superficial de malezas acuáticas, aireación y la región donde esta instalada. A continuación se describen rangos recomendados de operación de presas, para estos factores de control y de acuerdo a lo considerado en el inciso IV del punto 2:
Una condición importante para elevar la eficiencia de remoción, es hacer uniforme el tiempo de retención. Una vez hecho esto, el único factor de disturbio será la acción de los vientos que favorecen los cortos circuitos que pueden disminuir o incrementar la eficiencia. Estos mismos vientos pueden favorecer la acción de aireación en la superficie. Para aprovechar mejor esta propiedad y evitar al máximo la formación de cortos circuitos desfavorables, se puede hacer más profunda la presa y posiblemente instalar mamparas que rijan la circulación del agua. De acuerdo con el grado de cobertura de las malezas acuáticas en la presa, la concentración de oxígeno disuelto (OD) en el agua de la presa disminuye a cero o prácticamente cero, especialmente en los lodos bentales. Esta cobertura, impide la posible aireación del agua mediante la acción de los vientos. A medida que la concentración de oxígeno se aproxima a cero, aparecen condiciones anóxicas y el potencial redox decrece aceleradamente. Dentro de los sedimentos, las condiciones reductoras prevalecen y el potencial redox se hará cero o negativo a pocos mm de la interfase.
Puntos de control
Rango recomendado
Profundidad
Mayor de 3m
Tiempo de retención
Entre 30-70 días (minimizando la presencia de cortos circuitos)
Relación OD/DBO
Mayor a 1
Área
Suficiente para aireación por viento
Porcentaje del área cubierta por malezas acuáticas Menos del 10% Carga orgánica
15 a 80 kg DBO5/ha.d
Volumen de dilución
Del 35-65% con aguas blancas mezcla con agua de lluvias
Variación estacional (temperatura)
Probables volcamientos, inicio de primavera e inicio de invierno.
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Lo anterior puede propiciar condiciones anaerobias para tener un comportamiento como un sistema de tratamiento lagunar anaerobio de baja eficiencia. Para que se tenga este comportamiento similar a una laguna anaerobia en la presa (en comparación con los de la presa Endhó, 1987), la presa deberá presentar valores de: Parámetros
Recomendados
Presa Endhó
Tiempo de retención (días)
7-30
50-230
pH
6.8-7.2
8.0
Carga orgánica (promedio mensual kg/ 200-500 ha-día Eficiencia de remoción 50-85% DBOsol
23-40 30%
Si se quiere restablecer condiciones aerobias y fomentar la remoción por mecanismos aerobios, se deberá eliminar mínimo el 90% de la cobertura de las malezas acuáticas y evitar de nuevo su proliferación. •
Canales
y al suministro de aireación para mejorar la calidad del agua, por saltos, caídas y flujos turbulentos. Las consideraciones de operación para mejorar calidad del agua, generalmente se refieren a: Aumentar tramos recorridos por el agua en canales (mayor tiempo de retención hidráulica). Propiciar flujos turbulentos y aireación por saltos caídas y pendientes. Propiciar escurrimientos rotatorios turbulentos, por la unión de dos corrientes o aprovechando carga hidráulica; Derivar corrientes de agua con diferentes calidades (agua residual cruda, agua residual acondicionada o tratada, aguas mezcladas, aguas blancas) de acuerdo al requerimiento de cultivos (cultivos restringidos, condicionados y no restringidos), ver punto 2.3.1. Bajo estas consideraciones, los principales factores de control en canales, que pueden incidir en una mejora de calidad del agua, son: longitud de recorrido (longitud del canal), tiempo de retención hidráulica, tiempo de sobrevivencia de patógenos en canales, régimen de flujo, gasto, tirante y carga contaminante. Algunos rangos recomendados para la operación de canales de acuerdo a estos factores de control son dados a continuación:
Las principales remociones en canales, se deben a la sedimentación de sólidos, a la extinción de patógenos Factores de control
Rango recomendado
Longitud de recorrido
Desde 20 km, de la zona de descarga a la de riego (canal revestido).
Tiempo de permanencia
15-60 días
Régimen de flujo (canales abiertos)
Lento- velocidades admisibles 0.4 a 1.5 m/seg. Favorece sedimentación, provoca azolvamiento. Rápido- flujos turbulentos. Favorece aireación, provoca erosión en canales no revestidos.
Profundidad
Un canal muy profundo conducirá el agua, sin erosión, a una velocidad media mayor que un canal poco profundo. La extinción de bacterias es más rápida en corrientes poco profundas y turbulentas que en profundas y lentas.
Pendiente
Mayor pendiente incrementa velocidad y erosión.
Carga contaminante Clima
Mayor extinción en corrientes fuertemente contaminadas que en las menos contaminadas, de aguas residuales de origen doméstico. Mayor extinción en climas fríos que calientes.
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2.5 Tratamiento de las aguas residuales La adopción de sistemas de tratamiento para acondicionar la calidad del agua para riego en México, está presentando tres principales limitantes: •
El uso del agua residual sin ningún tratamiento
La primera, se refiere a que el uso del agua residual cruda sin ningún control, se está haciendo en México y se puede seguir haciendo, dependiendo de que exista escasez o conflicto por el uso del agua y exista oferta de las aguas residuales. Este uso aparentemente no ha mostrado un problema generalizado de salud, y ha servido como polo para el desarrollo regional. En estas condiciones un desembolso no se justificaría plenamente, mientras no se recalque el alto riesgo que existe realmente de afectar la salud pública por utilizar aguas residuales crudas y sin ningún control, en riego agrícola. Es muy probable que el estado de salud en las poblaciones aledañas al uso de agua residual, se halle mermado gravemente y repercuta también en la población consumidora de productos agrícolas y de carne del ganado alimentado con forrajes regados con aguas residuales, encontrándose encubierto debido a que no se han detectado grandes variaciones o afectaciones por este uso. De aquí la importancia de señalar la necesidad de estudios endémicos y epidemiológicos a nivel nacional ejecutados por las dependencias del sector salud y apoyados por el organismo administrador del agua. Además, de estudios sobre los efectos crónicos de sustancias tóxicas, que definan con precisión las medidas sanitarias, normativas y de tratamiento que serán requeridas en cada región donde se utiliza o se vaya a utilizar agua residual. •
Existe poca motivación para el uso del agua tratada
La segunda limitante, que esta relacionada intrínsecamente con la anterior, se refiere a que las medidas tomadas hasta hoy, no han sido lo suficientemente eficaces para motivar y obligar a los responsables de las descargas o usuarios del agua residual para tratar éstas aguas o pagar su equivalente.
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De aquí la importancia de mantener una zona de control específica para el uso de aguas residuales y con administración propia para adaptar medidas de normatividad y control, donde se pueda aplicar una Reglamentación y que estén sancionadas o aplicadas principalmente a través de: Cambios de uso de agua (liberación de volúmenes de agua de primer uso requeridos por la población). Restricción en asignaciones y concesiones de agua. Aplicación tarifas de descontaminación o de drenaje a los responsables de las descargas. •
La utilización poco eficiente de la infraestructura de tratamiento instalada
Y la tercera limitante, se refiere a que tratar grandes volúmenes de agua residual, representa altos costos, aún con tratamientos no convencionales. Además, se tiene la duda sobre si en los sistemas de tratamiento que se implanten, no reducirá algunas condiciones benéficas de las aguas residuales crudas, por ejemplo al reducir contenido de materia orgánica. De aquí la importancia, de utilizar tratamiento para las aguas residuales, en los casos donde el riego esté restringido o condicionado por agua, cultivo o suelos no aptos, con gran riesgo de afectar la salud pública. Señalando, se traten sólo los volúmenes requeridos y no el total del agua residual y se seleccionen sistemas de tratamiento económicos, que se adecuen a los requerimientos de calidad para riego y aprovechen las condiciones naturales de purificación. Ante estas limitantes, se detecta que el tratamiento del agua, puede ser adoptado cuando: Exista una normatividad que lo exija, y/o Se restrinja la dotación de agua, si no se cumplen requisitos para el uso de agua residual, y/o Exista una emergencia o prioridad de tipo ecológico o de salud pública Las condiciones específicas, cuando se requiere de tratamiento antes de usar las aguas residuales en el riego, serán: Cuando se van a regar cultivos que se consumen crudos, con alto riesgo de contaminarse, como los que se mencionan en el punto 2.3.1: lechuga, fresas, rábano, betabel, nabo, col, zanahoria, cebolla, cilantro, perejil, apio, espinaca, acelgas, berros, soya germinada, calabacita, pepino, jitomate, poro, brócoli y quelite.
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Cuando se requieren regar cultivos restringidos o condicionados por ciertos contaminantes (punto 2.3.1), cuya rentabilidad permita el pago del tratamiento (relación beneficio-costo > 1), Donde las aguas residuales sean la única fuente disponible o económicamente accesible. Cuando se tiene el riesgo de contaminar acuíferos susceptibles o vulnerables (punto 2.2.2), cuya agua se utiliza o se va utilizar en abastecimiento de agua potable. Cuando exista riesgo de afectar salud pública de consumidores o productores, o se afecte directa o indirectamente un cuerpo receptor, invariablemente el tipo de tratamiento debe ser ajustado a la normatividad aplicable. Sin embargo las experiencias en este tipo de uso y los estudios que se hayan realizado en la zona donde se aprovechen aguas residuales, deberán ser tomadas en cuenta para fijar las Condiciones Particulares de las descargas que vayan a riego. Es recomendable que el tratamiento de las aguas residuales, no se efectúe; sin antes haber aplicado prácticas que coadyuven al mejoramiento de la calidad del agua, que reduzcan u optimicen el requerimiento de tratamiento, prácticas recomendables, serán: Aplicar medidas de prevención y protección para el uso de aguas residuales, tales como las mencionadas en el punto 2.2.1. Aprovechar la capacidad natural de remoción y retención de contaminantes en suelo e infraestructura hidroagrícola en la zona de riego. Aplicando criterios tales como los recomendados en los puntos 2.2.3 y 2.4. Aplicar prácticas de manejo de agua y sistemas de riego, que permitan reducir riesgos; incrementar productividad y racionalizar el uso del agua, como algunos que se mencionan en el punto 2.1.2. Aprovechar la infraestructura de tratamiento de aguas residuales existente en la zona, que puede ser utilizada, adaptada y rehabilitada para el propósito específico del reúso agrícola. Se deberán aplicar volúmenes parciales susceptibles a tratarse, en vez de contemplar el tratamiento total de las aguas residuales antes de usarse en riego, principalmente cuando: Se requiera de un último riego o de riegos parciales con agua de mejor calidad, (ver punto 2.1.2); Se planeé el uso de sistemas específicos de riego, como el de goteo y aspersión, que requieran de alguna
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adecuación de la calidad del agua antes de implantarse, (ver punto 2.1.2). De acuerdo con el panorama señalado en los puntos anteriores, la estrategia principal que se realiza esta dada por la aplicación de la normatividad y el incremento de la infraestructura de tratamiento de aguas residuales, que implica la necesidad urgente de reforzar y acelerar las acciones de construcción, puesta en marcha y operación eficiente de las plantas de tratamiento. Sin embargo este incremento en infraestructura representa costos altísimos de inversión y operación, en especial en ciudades medias o grandes, por los caudales significativos a tratar. En esta situación y sobretodo cuando los caudales de estas ciudades son destinados o se destinarán al riego de superficies agrícolas aledañas, es justificable realizar sólo un tratamiento parcial del efluente total, seleccionando sólo aquel que se destina o se puede destinar al riego de cultivos prohibidos o restringidos. El tratamiento parcial será ejecutado a nivel parcela dentro del mismo campo agrícola, considerando de la superficie total de riego para estos cultivos, un área destinada al tratamiento. Es este tipo de tratamiento al que denominaremos como tratamiento parcelario. Esto tendría la ventaja de aprovechar el sistema agrícola como un sistema de tratamiento, de tratar un menor volumen del agua residual descargada, de satisfacer requerimientos de calidad de productores y consumidores, de reducir riesgos y de no afectar productividad en las zonas donde actualmente se utilizan aguas residuales, sobretodo si se considera que se evita una gran reducción de materia orgánica por un tratamiento global, que según una infinidad de estudios, esta materia orgánica presente en las aguas residuales ha mostrado una gran capacidad formadora de suelos y amortiguadora de condiciones nocivas para el riego. Además se tendría una ventaja adicional, la de no generar conflictos sociales entre los campesinos, cuando tuvieran merma en su productividad por la reducción de esta materia orgánica. Del alto riesgo que implica el uso de aguas residuales crudas en el riego agrícola deriva la necesidad de darle un tratamiento seguro. La legislación vigente prohíbe regar cultivos con alto riesgo de contaminarse con aguas residuales sin ningún tratamiento. Sin embargo, su alto valor comercial, principalmente el de las hortalizas, provoca que esto se siga haciendo aún fuera de ley. Este procedimiento conlleva un
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riesgo permanente de deterioro de la salud pública, razón por la que detectan estos sembradíos y, en muchos casos, se procede a destruirlos. Además, los productos que logran ser introducidos al mercado pierden valor comercial y el campesino no logra una ganancia adecuada. El tratamiento parcelario no es otra cosa que la instalación de lagunas de estabilización u otros sistemas adecuados de tratamiento económico en la parcela. En lugar de fomentar al tratamiento del total de las aguas residuales destinadas a riego, se enfoca sólo en el volumen destinado a los cultivos restringidos, constituyendo así una opción que el campesino antes no tenia, y que le ofrece la posibilidad que el mismo trate sólo el agua que destinará a este propósito. Este procedimiento cumple dos condiciones: (a) Brinda la posibilidad de regar con aguas residuales los cultivos restringidos, sin rebasar el límite de mil Coliformes fecales por cada 100 mililitros, y un huevo viable de helminto o menos por cada litro. (b) Permite alcanzar estos parámetros con sistemas de tratamiento a base de lagunas de estabilización, que son sistemas eficientes, económicos y que no disminuyen el potencial productivo de las aguas residuales crudas. Por lo regular, las aguas residuales domésticas requieren de un área de tratamiento parcelario de no más de una hectárea por cada 10 litros por segundo tratados. Esto hace posible dedicar sólo una parte del terreno al sistema de tratamiento, que después permitirá regar el resto, o agrupar varias parcelas para que se rieguen en el mismo sistema. Los rangos dentro de la aplicación del Tratamiento Parcelario, van desde: • • • • •
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• • •
Efluente de la planta de tratamiento a una corriente y riego aguas abajo (uso río, riego agrícola); Infiltración del efluente de la planta de tratamiento al suelo y recuperación por bombeo o drenes perimetrales. Los tipos de tratamiento recomendados para el Tratamiento de aguas residuales, para el riego de superficies agrícolas, son en orden decreciente:
Sistemas de lagunas de estabilización (en combinación) Aeróbicas Anaeróbicas Facultativas De pulimento Con Lechos de Hidrófitas Reactor Anaerobio + Laguna Facultativa + Laguna De Pulimento Lagunas Aireadas Tratamiento Primario Avanzado + Desinfección Lodos Activados + Desinfección Discos Biológicos + Desinfección Zanjas De Oxidación + Desinfección Filtros Percoladores + Desinfección Los niveles o límites del tratamiento donde el principal parámetro de control son los patógenos, se clasifican en bajo, intermedio y avanzado:
Escurrimientos regulados en presas de almacenamiento y transporte del agua residual en canales; Escurrimiento o infiltración en suelos y recuperación por bombeo o mediante drenes perimetrales; Adaptaciones a la infraestructura hidroagrícola para aumentar eficiencia de remoción; Efluente de la planta de tratamiento directamente al riego (uso suelo, riego agrícola); Efluente de la planta de tratamiento a un vaso de almacenamiento y de este al riego (uso embalse, riego agrícola);
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NIVEL BAJO
RECOMENDACION
TRATAMIENTO
A.
Remoción de sólidos suspendidos Tratamiento Preliminar gruesos: significa remoción de huevos de parásitos Sedimentación primaria
B
Remoción carga orgánica Remoción carga orgánica Remoción carga orgánica
Tanque Séptico Tanque Imhoff Reactor Anaerobio
REMOCION Sólidos que pueden obstruir sistemas de riego huevos de helmintos sedimentables 30% 50% 80%
INTERMEDIO Lagunas de Estabilización Lagunas de Remoción de bacterias Estabilización Lagunas de Remoción de virus Estabilización Otros Tratamientos Remoción de bacterias Coliformes secundarios y desinfección
A.
Remoción de parásitos
B. C. D.
100% 85-100% 30-60% 80-100%
AVANZADO E.
Remoción efectiva de microorganismos
Tratamientos terciarios
100%
F
Remoción de elementos traza tóxicos y sales
Tratamientos terciarios
100%
•
Bajo nivel de tratamiento. Corresponde al tipo de tratamiento que provee algún grado de sedimentación (incluso en presas), a remover sólidos suspendidos gruesos que lleva asociado remoción de huevos de parásitos. La calidad deseable del efluente es de no más de un huevo de nemátodos viable (Ascaris, Trichuris, y lombrices de tierra) por litro. Como tratamiento se pueden considerar, lagunas anaeróbicas con tiempos de retención de dos días, o tanques sépticos con tiempos similares de retención, que son más efectivos en remoción de helmintos que los tanques convencionales de sedimentación primaria con tiempos de retención de dos horas o los tanques Imhoff.
Para el ámbito de temperaturas normalmente encontradas en zonas áridas o semiáridas, se recomienda utilizar uno o varios Tanques sépticos, seguido de uno o varios filtros de arena, ver figura 1.2. El agua residual entra por una tubería perforada y colocada en la parte externa
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superior de un filtro, por ejemplo rectangular de arena. En la parte inferior del filtro, se coloca una capa de grava. El agua se infiltra primero en la arena y después llega a la zona de grava. En esta zona, se coloca en el extremo opuesto a la tubería de entrada, la tubería de salida, ver figura 1.2. Si el efluente llega a presentar valores de coliformes más altos que los recomendados en la tabla 3.4, se podrá colocar un pequeño tanque para desinfección con cloro o por otro método económico. Los valores de huevos de nemátodos deben cumplir con lo recomendado. Este sistema es eficiente para la remoción de huevos de nemátodos, y remueve Coliformes fecales dependiendo de la forma de operación y mantenimiento del filtro, además que se pueden remover contaminantes orgánicos e inorgánicos, cuya eficiencia depende también de las condiciones de operación del filtro. Este tipo de tratamiento, es recomendable para aplicarse a cultivos no restringidos (categoría C. tabla 3.4, punto 2.3.1), cuando existen evidencias de grandes ries-
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gos de afectación al trabajador agrícola y su familia. También puede aplicarse para cultivos condicionados (categoría B, tabla 3.4, punto 2.3.1), asociado con prácticas de manejo de agua y suelo y de prevención y protección. Los Reactores Anaerobios principalmente de Flujo Ascendente (RAFA), tienen gran capacidad de remover carga orgánica, por lo que sus efluentes tratados pueden generalmente ser tratados mediante desinfección por cloración, es recomendable que se tenga menos 100 ppm en DBO, en el efluente tratado, para con la desinfección con cloro, tener la menor formación de organoclorados y asegurar contenido de cloro residual. •
Nivel intermedio de tratamiento. Corresponde al tratamiento que presenta remociones aceptables para bacterias y helmintos, y puede llegar a tener buenas remociones en virus. El tratamiento recomendado es a través de lagunas de estabilización o si existe en la zona, otro tipo de tratamiento secundario que pueda ser utilizado para riego, requiriendo este último, adicionalmente de un proceso de desinfección y un sistema de tratamiento o de disposición sanitaria de los lodos residuales generados.
Para este nivel, se recomienda lagunas de estabilización, que tengan una relación largo a ancho mínimo de 4 a 1(En las lagunas facultativas y de pulimento), profundidades de 1.5 a 4 m, con velocidades del agua en ellas menores a 0.3 m/seg, y tiempos de retención hidráulicos totales de 10 a 25 d, y orientadas de tal manera
que no se tenga el viento dominante a contraflujo. En caso de vientos fuertes o orientación en contraflujo se recomienda la construcción de barreras contra el viento. Se recomienda utilizar, para zonas áridas o semiáridas, una serie de tres lagunas, generalmente: Primaria (Constituida por 2 lagunas anaerobias en paralelo), Secundaria (1 o más lagunas facultativas en serie, con cinco días de tiempo de retención cada una, con una relación largo a ancho mínimo de 4 a 1), y una laguna Terciaria ( que puede ser de pulimento o de lecho de hidrofitas). Las eficiencias esperadas para una laguna anaerobia seguida por dos aerobias en serie, con 10 días de retención (o un sistema equivalente), son de casi el total de remoción de helmintos y cerca del 90% de remoción para bacterias y virus. Para el sistema de tres lagunas como el descrito, y 20 días de retención en total, éste último porcentaje aumenta a casi 99.999% (factor de remoción = 5). En caso de no contar con el área suficiente, o las cargas orgánicas de entrada sean muy altas, se puede sustituir con grandes ventajas, la laguna anaerobia primaria, por un Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (RAFA) o en caso de descargas muy pequeñas, por Tanques sépticos o Tanques Imhoff Las lagunas terciarias de pulimento o de lechos de hidrofitas, se utilizan con dos propósitos principales, 1) el lograr reducir el contenido de coliformes fecales al límite requerido y 2) el lograr reducir el contenido de nutrientes requeridos por la normativa, generalmente cuando se descarga a un cuerpo receptor distinto a suelo, riego agrícola, en ambos casos se pueden lograr eficiencias de remoción de hasta el 100%.
Parámetros de diseño típicos para estas lagunas Número de lagunas:
1-4 múltiples
Operación:
Serie o paralelo
Tiempo de retención, días:
Anaerobias (1-5 días) Facultativas (5-15 días) Terciarias (1-5 días)
pH
Anaerobias (Superior a 3 m) Facultativas (1 a 3 m) Terciarias (0.5 a 2 m) 6.5 a 9.0
Carga orgánica, kg DBO/ha.d
Generalmente mayores a 350, trabajan anaeróbicamente
Eficiencia de remoción DBO5, %
70 a 95
Eficiencia remoción de patógenos, %
90 a 100
Profundidad, m
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Lagunas intermedias con tiempos de retención cortos y altas cargas orgánicas, pueden no permanecer aeróbicas en los periodos más fríos, o en climas fríos. De tal manera que no se pueda asegurar una condición libre de olores. Aunque bien se pueda proveer de un buen grado de remoción de patógenos. •
Nivel de tratamiento avanzado. Un grado mayor de tratamiento que el intermedio, no es recomendable en aprovechamiento de las aguas residuales para riego, debido a los altos costos que implica. Sin embargo, si hubiera una condición económica o sanitaria que justificará un tratamiento de este tipo, implica en general la utilización de algunas o todas las etapas siguientes, a partir del tratamiento secundario:
Pretratamiento Tratamiento primario Tratamiento secundario Filtración secundaria o métodos equivalentes Nitrificación Desnitrificación Clarificación química Oxidación química Ajuste de pH Adsorción en carbón activado Intercambio iónico u otros medios de remoción de iones Desinfección
Incluye principalmente la remoción de patógenos, sales, nutrientes (N y P), y elementos traza (metales pesados, y tóxicos). Antes del tratamiento para remoción de elementos traza, se recomienda ejercer el control en la fuente de descarga, antes de que llegue a un cuerpo receptor, principalmente de industrias específicas como las de cromado, de procesamiento de minerales y petroquímica, se deberá promover la implantación de Programas de Pretratamiento de Descargas Industriales a los Sistemas de Alcantarillado Urbano, en los Municipios u Organismos Operadores de Agua Potable y Saneamiento, en cumplimiento a la normativa en la materia
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3. Administracion del uso de aguas residuales Ante la interrogante, sobre la manera de ejercer una acción correctiva o de ordenamiento, en un uso que no ha mostrado aparentemente condiciones negativas drásticas y que ha fomentado un desarrollo regional con grandes expectativas de crecimiento; y dado que los problemas de escasez de agua en cantidad y calidad, se están acentuando, se requiere que el esquema administrativo del uso de aguas residuales en riego sea planteado en bases realistas y de acuerdo a las condiciones económicas que vive el país. Planteamientos básicos fueron ya mencionados a lo largo de este trabajo, mismos que son necesarios considerar en la propuesta de este esquema: Es necesario determinar el nivel de riesgos que se tiene por utilizar aguas residuales en riego para las condiciones nacionales. Este nivel de riesgo dará peso a las acciones que se deberán implantar, para minimizar efectos negativos en la salud pública y el sistema agrícola. Se requiere establecer zonas particulares de riego con aguas residuales, donde principalmente: Se ejerzan los controles para minimizar el riesgo de afectar la salud del trabajador rural y su familia, así como de los consumidores directos o indirectos de los productos agrícolas regados con estas aguas. Se establezcan las condiciones para restitución y acondicionamiento de suelos, adaptabilidad de la infraestructura hidroagrícola y mejora o sostenimiento de la productividad agrícola. Se establezcan las condiciones de requerimiento de aguas residuales y de liberación de agua de primer uso. Condiciones que son difíciles de ser ejecutadas e implantadas, si no se toman específicamente de zonas de riego con aguas residuales. Se deberá apoyar el desarrollo de proyectos productivos que lleven asociados el control de la contaminación, que puedan pagar el acondicionamiento o tratamiento mínimo, si este es requerido. Se requiere de utilizar e implantar mecanismos ágiles, dinámicos y adaptables para hacer cumplir y supervisar la normatividad y medios de control, establecidos
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o que se establezcan en las zonas de riego con aguas residuales. Se deberán aplicar formas de recuperación de los costos de inversiones y gastos de operación y mantenimiento de las plantas de tratamiento y de las adaptaciones que se realicen a sistemas de conducción y almacenamiento de aguas residuales, directamente a los responsables de las descargas, considerando que en la utilización del agua residual se realiza un acondicionamiento de calidad a estas descargas, sobre todo si se aplica tratamiento.
3.1 Esquema organizacional Considerando que los distritos de desarrollo rural (ddr) comprenden "...Zonas con características ecológicas y socieconómicas homogéneas para la actividad agropecuaria, forestal, de las agroindustrias y de acuacultura bajo condiciones de riego, drenaje y temporal..." (Art. 7O. De la ley de distritos de desarrollo rural, y que los ddr asumen, según esta misma ley en su artículo 14, las atribuciones y funciones de los distritos y unidades de riego, de los distritos de drenaje, de temporal y de los distritos de acuacultura; los distritos de riego con aguas residuales (dirar's) que se propone establecer, deberán quedar también instaurados dentro de la organización de los ddr, ver figura 2.1, Fungiendo al igual que los subcomités de distritos de riego de drenaje, de temporal y de acuacultura, como instancias específicas de diagnóstico y programación de su área o región de influencia. Los subcomités directivos de los dirar's, al igual que los comités correspondientes a los distritos de riego, temporal, drenaje y acuacultura, serán órganos coordinados globalmente por los comités directivos y operativamente por los comités técnicos de los ddr, ver figura 2.1 Y 2.2. El subcomité directivo de un dirar, se propone esté presidido por el jefe del dirar, el cual será designado por el vocal ejecutivo del ddr, y por representantes de las siguientes secretarías de estado: salud, semarnat, sagarpa,
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reforma agraria y otras que tengan competencia dentro del dirar, mismas que actuarán como vocales secretarios.
• •
El subcomité directivo de un dirar, tendrá las siguientes funciones: Proponer al comité directivo de distrito de desarrollo rural, los trabajos de investigación y extensión de técnicas agropecuarias necesarias para un manejo seguro y productivo de las aguas residuales (ver funciones del subcomité técnico del dirar). Elaborar y proponer programas de crédito. Promover la comercialización de productos agropecuarios. Promover la realización de las obras de infraestructura necesarias. Promover la creación de centros regionales de capacitación agropecuaria e industrial. Revisar y proponer periódicamente al comité directivo de desarrollo rural, la cuotas por servicios y los presupuestos de administración, operación y conservación de las obras del dirar (infraestructura hidroagrícola, sistemas de tratamiento, caminos, etc.). Servir como órgano de consulta en todo lo relacionado con el dirar. Fomentar el asesoramiento a usuarios.
• • • • •
• • • •
Implantar dentro del dirar, un reglamento general para el aprovechamiento de las aguas residuales en riego agrícola, que conjugue los conceptos de manejo seguro y productivo de las aguas residuales propuestos por este manual, con las experiencias en reglamentación que se han dado. Además se deberá emitir un reglamento interno para cada dirar, que norme las condiciones de operación conforme las características regionales, ver punto 3.2. Atender y promover la resolución de los demás asuntos relacionados con la explotación agrícola y pecuaria, con el propósito de lograr una mejor productividad, con riesgos mínimos a la salud pública. Como apoyo para el manejo y operación del subcomité directivo del dirar, se contará con un subcomité técnico de manejo de aguas residuales (comar), el cual tendrá como funciones, además de las señaladas en el artículo 22 referido a las funciones del comité técnico, las siguientes:
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• • • •
Proponer la infraestructura hidroagrícola y de tratamiento para mejorar la calidad del agua; Proponer las acciones y mecanismos necesarios para la implantación del tratamiento de aguas residuales, ver punto 2.5; Establecer los mecanismos de control y supervisión sanitaria dentro del área de influencia del dirar; Proponer el sistema de monitoreo de calidad del agua (superficial y subterránea), suelo y cultivo; Establecer los mecanismos de liberación de agua de primer uso y sustitución por aguas residuales, en zonas de escasez o conflicto por el uso del agua; Proponer el programa de cultivos con base en los criterios de selección y restricción mencionados en la punto 2.3 De este manual; Formular los planes de riego considerando la lámina bruta y de sobreriego necesaria, de acuerdo al tipo de cultivos seleccionados, a los tipos de suelos, y a la carga de nutrientes, sales y metales en el agua residual a utilizar; Establecer mecanismos de protección de acuíferos; Establecer las condiciones de seguridad sanitaria en las comunidades establecidas dentro del dirar; Proponer medidas de protección sanitarias para el trabajador agrícola y su familia; Desarrollar programas de capacitación y difusión para el manejo seguro y productivo de las aguas residuales; Proponer sistemas de recuperación de costos; Proponer medidas sanitarias adecuadas para la cosecha, manejo y comercialización de los productos agrícolas regados con aguas residuales; Establecer zonas de abrevadero con agua de buena calidad para el ganado y tomas de agua potable, en lugares estratégicos del distrito; Establecer los mecanismos de promoción y financiamiento del alcantarillado, con los municipios y gobiernos estatales para asegurar una oferta creciente de estas aguas en la zona de riego.
El comar tendrá participación en los consejos de cuenca, actuará conforme lo establecido en reglamento de operación de los consejos de cuenca. Las actividades de coordinación con otras instancias dl sector público de acuerdo al organigrama del comité técnico del distrito de desarrollo rural se proponen en la figura 2.2.
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El objetivo, primordial del comar, es integrar un manejo seguro y productivo de las aguas residuales, tratando de conciliar los intereses de los usuarios del agua, con las acciones para minimizar los riesgos de afectación a la salud pública y al sistema productivo y con las acciones para incrementar o sostener la productividad agrícola regional.
•
3.2 Normatividad y control
Este control debe ser definido y ejercido a través de una reglamentación que se aplique en la zona de riego, respetando la normativa expedida en la materia. Se propone la creación del: REGLAMENTO GENERAL DE APROVECHAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN RIEGO AGRÍCOLA, que defina la estructura de control y coordinación entre las diferentes instancias normativas y ejecutivas con injerencia en el uso de las aguas residuales en la agricultura. Con la siguiente estructura propuesta:
Para ejercer un control realista y práctico en zonas de riego que utilizan o pretenden utilizar aguas residuales, se contemplan 4 formas principales para llevarlo a cabo: • •
Imponer restricciones en la selección de cultivos a sembrar. Imponer restricciones en asignación y concesión del agua.
•
Propiciar la adecuación de la calidad del agua cuando se tenga una relación costo-beneficio mayor que uno, en cuanto a productividad. Imponer multas o tarifas por desalojo de aguas residuales y descontaminación, a los responsables de las descargas.
Capitulo I De aplicación y responsabilidades Establecer el objetivo del reglamento, su alcance y la coordinación necesaria entre los sectores de salud pública, agricultura, recursos hidráulicos, desarrollo urbano y medio ambiente. Definir la estructura administrativa del dirar, y la participación de las diferentes instancias. Definir la aplicación de la normatividad vigente. Capitulo II De prevención y control sanitario Establecer medidas de seguridad y de protección al trabajador agrícola y su familia, y al consumidor de productos agrícolas o del ganado alimentado con forrajes regados con aguas residuales. Establecer lineamientos generales de uso, para protección de acuíferos y otros cuerpos receptores de aguas residuales. Capitulo III Del manejo de agua, suelo y cultivos Establecer los lineamientos generales para la aplicación del agua, principalmente: métodos y láminas de riego, periodos de aplicación y calidad del agua. Establecer lineamientos y restricciones de uso, para diferentes tipos de suelo. Establecer la restricción y selección de cultivos a sembrar, de acuerdo a las calidades de agua disponibles.
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Establecer condiciones de operación de la infraestructura hidroagrícola para mejorar calidad del agua, en concordancia con los requerimientos de los usuarios. Capitulo IV De la adecuación de la calidad del agua Establecer en que situaciones es requerido el tratamiento del agua residual. Establecer el aprovechamiento y adecuación de la infraestructura de tratamiento existente. Capitulo V De la asignación del agua Establecer las condiciones en las que se asigne concesiones o se permita utilizar aguas residuales. Establecer las condiciones en las que se permita el cambio de uso de agua (sustitución de agua de primer uso). Capitulo VI De la implantación y vigilancia del cumplimiento Definir el sistema de supervisión y monitoreo de calidad del agua, suelo y cultivos. Valorar el riesgo sanitario por el uso de aguas residuales. Aparte del reglamento general, cada dirar deberá elaborar tres documentos secuenciales que serán la base para la emisión de un reglamento interno del dirar, para su operación en la región que esté instalado, dicha documentación debe contener lo siguiente: I. Caracterizacion para el uso de Aguas residuales 1) Tipo de agua: disponibilidad en cantidad y calidad 2)
Manejo del agua Infraestructura hidroagrícola Métodos de riego Láminas de riego
3) Tipos de suelos 4) Agricultura y ganadería.-Datos generales 5) Drenaje 6) Acuíferos 7) Almacenamientos
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8) Sistemas de tratamiento 9) Prácticas agrícolas 10) Aspectos socioeconómicos 11) Aspectos geográficos y climatológicos II. Guias de operacion para el uso de aguas residuales en el dirar 1) Normatividad específica o aplicable 2) Operación de infraestructura hidroagrícola 3) Aplicación de láminas y métodos de riego 4) Tratamiento parcelario 5) Cultivos permisibles III. Evaluacion y seguimiento del dirar 1) Monitoreo (puntos, frecuencia y análisis) 2) Registro de datos de calidad 3) Evaluación de la calidad
3.3 Supervisión y monitoreo El monitoreo de un distrito de riego con aguas residuales (dirar) involucra la observación de cambios significativos resultantes de la aplicación de aguas residuales. Los datos de monitoreo pueden ser usados para confirmar las predicciones ambientales y para determinar si alguna acción correctiva es necesaria para proteger el ambiente y la salud pública o para mantener la capacidad renovadora del sistema (autopurificación). Los componentes del medio ambiente que necesitan ser observados incluyen aguas residuales, aguas superficiales no residuales, aguas subterráneas, suelos donde el agua residual es aplicada y los cultivos que crecen en estos suelos. Principalmente para:
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• • • •
Protección de la vida acuática Protección del acuífero Protección de la población rural Protección de la población consumidora de productos agrícolas y de carne del ganado alimentado con forrajes regados con aguas residuales.
El monitoreo de la calidad del agua en un dirar debe hacerse en los diferentes cuerpos receptores que se encuentran o tienen influencia de este. Principalmente: • • • •
Transporte y almacenamiento de agua Acondicionamiento de calidad del agua (sistemas de tratamiento) Agua aplicada al riego Drenaje y retornos agrícolas
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• • • •
Cuerpos receptores Agua subterránea Suelos Cultivos
OBJETIVO
Los tipos de monitoreo involucrados, son principalmente: Tipo 1. Monitoreo exploratorio
2. Monitoreo de ajuste
3. Monitoreo de alerta 4. Monitoreo de control
importancia diagnóstico de la situación imperante. fijación de parámetros de control, frecuencia del monitoreo y determinación de puntos prioritarios de muestreo. detección dinámica de la problemática. supervisión de las acciones de control.
Los principales parámetros a medir en agua, suelo y cultivos con el objeto de detectar problemática y puntos de control, son: OBJETIVO
Detectar problemas en salud pública
Detectar problemas en riego
PARÁMETROS Coliformes totales Coliformes fecales Estreptococos fecales Bacterias específicas Amibas y otros protozoarios (quistes) Helmintos (huevos) Virus Salinidad Conductividad efectiva (CEW) Sólidos disueltos (SDT) Salinidad potencial y efectiva Sodicidad Carbonato de sodio residual (CSR) Radio de absorción de sodio (RAS) Por ciento de sodio posible (PSP)
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PARÁMETROS Toxicidad de iones específicos Detectar afectación al Na, Cl y B sistema productivo (agua, Toxicidad y bioacumulación suelo) y bioacumulación de elementos traza: Al, As, de tóxicos en cultivos, Be, Cd, Co, Cr, Cu, F, Fe, Hg, tipo y concentración de Li, Mn, Mo, Ni, Pb, Se, V y Zn, aniones y cationes (principalmente Ca, Mg, K y SO4) Nitrógeno (N-NO3, N-NH3, N orgánico) Detergentes (SAAM) Bicarbonatos (HCO3) y carbonatos (CO3=) pH Detectar efectos Fósforo (Ptot. y Ortofosfatos) misceláneos Grasas y Aceites (G y A) Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) Sólidos Suspendidos Totales (SST) Oxígeno Disuelto (OD).
3.4 Monitoreo de aguas Los parámetros de calidad del agua a analizar, deben incluir aquellos que puedan tener efectos adversos sobre la calidad del agua de consumo (como la carga de nitrógeno, por ejemplo) sea ésta de origen subterráneo o superficial, así como aquellos que afectan la calidad del agua para riego. Una lista de los parámetros sugeridos para un programa de monitoreo de la calidad del agua puede incluir los señalados anteriormente, principalmente los de tipo sanitario: salinidad, sodicidad, tóxicos, nutrientes, DBO y SST. Los sitios o estaciones de muestreo deberán localizarse en: Las zonas de entrada de las aguas residuales y de otras aguas superficiales a la zona de riego del Distrito. En los influentes y efluentes de presas y sistemas de tratamiento que almacenen y/o traten este tipo de aguas. En los sitios donde el mezclado de aguas sea homogéneo. La frecuencia de monitoreo dependerá de la naturaleza del agua residual, del periodo de descargas industria-
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les, de las reglamentaciones al respecto, y del equipo y materiales disponibles en el laboratorio del distrito o en el regional para el análisis de las muestras. •
•
Agua de drenaje agrícola. El agua que drena de la zona de riego donde se aplica el agua residual, debe ser muestreada en los puntos de descarga a otros cuerpos receptores o en los sitios donde se vuelve a utilizar en riego agrícola, conocida como agua de retorno agrícola. En el primer caso deberán satisfacerse las normas establecidas para la protección de la vida acuática y en el segundo caso se deberán incluir el análisis de rastros de herbicidas que pueden ocasionar toxicidad en los cultivos. Aguas subterráneas. En aguas subterráneas, el tiempo de avance de los constituyentes a través del subsuelo es bajo y el mezclado no es significativo comparado con el que ocurre en las aguas superficiales.
Las entradas superficiales cerca de un pozo de muestreo se moverán verticalmente y llegarán al pozo antes que las entradas alejadas cientos de metros del pozo. De esta manera, las muestras de aguas subterráneas representan contribuciones de todas las partes de un área superficial, mismas que llegan al pozo monitoreado, a diferentes tiempos. Por lo que una muestra puede reflejar las entradas superficiales de diferentes años antes del muestreo y no tener asociación con el agua residual aplicada en ese momento en la zona de riego. En consecuencia, lo importante es obtener datos adecuados de calidad anteriores al muestreo y localizar los pozos de monitoreo de tal forma que se minimice la respuesta del tiempo. Además de los muestreos, que deben ser realizados antes de la operación del DIRAR, el monitoreo de pozos debe continuar después de que el distrito entre en operación. Las muestras deben ser tomadas en puntos perimetrales del acuífero siguiendo la dirección del flujo subterráneo, resultante de la aplicación de las aguas residuales. Un modelo de flujo que puede predecir el movimiento del agua subterránea en el área de influencia de la zona de riego, será de utilidad en la localización de pozos de muestreo. Junto con la calidad, la profundidad a la que se encuentra el agua subterránea debe ser medida para determinar si la respuesta hidráulica del acuífero es consistente con lo que se anticipo.
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Para zonas de riego donde se diseñen altas tasas de aplicación, un ascenso en los niveles freáticos a la zona radicular, será necesario corregirla reduciendo la carga hidráulica (lámina bruta) o diseñando un sistema de drenaje adecuado, o estableciendo una batería de pozos de bombeo.
3.4.1 Monitoreo de suelos Durante la operación de zonas de riego con aguas residuales, cambios y específicamente tasas de cambio del estado químico del perfil del suelo deben ser medidos a través del monitoreo, cálculo y proyección, para evitar riesgos por la excesiva acumulación de metales. Esto requerirá de un conocimiento detallado del "nivel base" inicial de la composición del suelo antes de que las aplicaciones comiencen, o de la evolución de las características del suelo cuando ya se ha regado con aguas residuales, sobre todo si el "nivel base" fue de suelos pobres que evolucionaron a suelos fértiles, por el uso de estas aguas. Alguna discusión general de la distribución vertical y horizontal de los metales y la variación en los diferentes tipos de suelo, puede ser útil en el diseño de planes de muestreo y análisis antes, durante y después de la utilización del agua residual. La localización de los sitios de muestreo de suelos, deberá responder a la diferentes series o unidades de suelo descritas y a las diferentes calidades de agua que le son aplicadas. Las propiedades del suelo que son importantes manejar incluyen: (1) pH, (2) % de sodio intercambiable, (3) salinidad, (4) nivel de nutrientes mayores y menores, (5) metales, (6) remoción de patógenos versus probabilidad que lleguen al acuífero y (7) contenido de materia orgánica.
3.4.2 Monitoreo de cultivos El análisis foliar es probablemente más revelador que los análisis de suelos en cuanto a la deficiencia o toxicidad de uno o varios elementos. Todos los factores ambientales que puedan afectar la toma de un elemento son integrados por la planta, de esta manera se elimina mucha de la complejidad asociada con la interpretación de resultados de análisis de suelos.
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La estrategia de muestreos se divide en dos partes: El monitoreo para detectar deficiencia y/o toxicidades de macro y micronutrientes esenciales y, El monitoreo de metales pesados que pueden ser tóxicos al cultivo o acumularse en los tejidos del mismo. En el primer caso, específicamente en el análisis de micronutrientes (Zn, Fe, B, Cu, Mn y Mo) el procedimiento del muestreo debe realizarse de tal forma que cubra porciones del ciclo de crecimiento de la planta. No se recomienda el muestreo de plantas que se encuentren bajo tensión de humedad o temperatura, aquellas que estén cubiertas por polvo, que estén dañadas mecánicamente o por insectos y aquellas que se encuentran enfermas. Las recomendaciones para el muestreo de cultivos, considerando la etapa de crecimiento, la parte de la planta y número de plantas a muestrear, esta dado en la tabla 4.1. En el segundo caso, cuando se quiera monitorear metales pesados que puedan introducirse a la cadena alimenticia, se puede proceder de dos maneras: Muestrear la parte útil o cosechada del cultivo, y Muestrear todo el cultivo incluyendo la raíz, para conocer la remoción de metales realizado por el cultivo. Esto sobre todo cuando se introducen especies con el propósito de remover metales del suelo. Se deberá muestrear además contenido de patógenos en las superficies de los productos agrícolas, en muestra representativa.
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ANEXOS
Anexo 1 Tablas
Anexo 2 Figuras
Tabla No. 1.1 Ciudades donde se utilizan sus efluentes de aguas residuales para riego agrícola, en forma directa o indirecta No.
Ciudad
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Acambaro Aguascalientes Celaya Chihuahua Chilpancingo Colima Comarca Lagunera Durango Fresnillo Hermosillo La Paz La Piedad León Matamoros Monclova Monterrey Morelia Navojoa Oaxaca Cd. Obregón Reynosa Saltillo S.L. Río Colorado Tepic Toluca Zacatecas Cd. México Puebla Cd. Juárez Tulancingo Total
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Volumen anual (106 m3) 1.24 41.94 10.44 37.65 1.72 10.86 44.84 23.79 6.25 27.88 6.9 2.88 40.55 10.24 5.59 158.85 24.44 2.32 2.61 36.04 7.73 26.16 14.37 8.61 18.32 4.68 1,388 26.2 31.4 3.4 2 026
Superficie regada (HAS.) 112 3 813 949 3 414 156 987 4 076 2 157 568 700 627 262 3 686 931 504 14 440 2223 211 237 3 277 702 2 378 1 306 783 1 666 425 86 000 17 583 3 000 300 157 473
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Tabla No. 2.1 Tiempo de supervivencia de patógenos en suelos, cultivos y agua (días) Suelos Cultivos Agua Patógeno Máximo Común Máximo Común Máximo Común Bacterias 365 20-70 180 2-30 60 10-30 Virus 180 20-100 60 15-60 120 50 Protozoarios 1) 20 2-10 10 1-5 153 15-30 2500 Hasta730 Helmintos 2) 150 30 Varios meses Varios meses (7 años) (2 años) 1) Quistes 2) Huevos o cigotos Orta, 1985; Shuval, et.al, 1986 y Dítri, et.al., 1981.
Tabla No. 2.2 Riesgo relativo de afectar a la salud publica por el uso de aguas residuales en la agricultura Tipo de patógeno Frecuencia de la infección o enfermedad 1. Nemátodos intestinales: Ascaris Trichuris Alta Ancylostoma Necator 3. Infecciones virales: Diarreas virales Baja Hepatitis "A" De alta a ninguna, dependiendo de las prácticas de desalojo 4. Infecciones por trematodos y cestodos: de excretas y las circunstancias locales 5. Esquistosomiasis locales. Clonorquiasis Taeniasis WHO, 1985.
Tabla No. 2.3 Principales efectos a la salud de contaminantes potencialmente tóxicos Contaminantes Efectos a la salud Toxicidad aguda Mutagénicos y Compuestos Orgánicos Cancerogénesis Elementos Traza Teratogénesis Sustancias Tóxicas Otros efectos crónicos: (Cardiovascular, Nitratos Sodio Otros inmunológico, hematológico, neurológico, entre otros).
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Tabla No. 2.4 Concentraciones máximas permisibles de metales traza en aguas para riego Uso continuo en todo tipo Uso en suelo de textura fina Elemento Uso esporádico (mg/l) de suelo (mg/l) (mg/l) Aluminio (Al) 1.0 20.0 Arsénico (As) 1.0 10.0 10.0 Berilio (Be) 0.5 1.0 1.0 Cadmio (Cd) 0.05 0.05 0.05 Cromo (Cr) 5.0 20.0 20.0 Cobalto (Co) 0.2 l0.0 l0.0 Cobre (Cu) 0.2 5.0 5.0 Plomo (Pb) 5.0 20.0 20.0 Manganeso (Mn) 2.0 ---20.0 Molibdeno (Mb) 0.005 0.05 0.05 Níquel (Ni) 0.5 2.0 2.0 Selenio (Se) 0.05 ---0.05 Zinc (Zn) 5.0 10.0 10.0 Tejeda, et.al., 1983.
Tabla No. 2.5 Eficiencias de remoción de patógenos entéricos por procesos de tratamiento del agua residual Eficiencia de remoción Procesos de tratamiento Microorganismos removidos % Remoción 3/ (unidades log. 10) 1/, 2/ Sedimentación Virus --0-1 Bacterias 5 - 40 0-1 Primaria Protozoarios --0-1 Helmintos --0-1 Virus --0-1 Bacterias --1-2 Tanques sépticos Protozoarios --1-2 Helmintos --1–2 Virus 24 – 60 0-1 Bacterias 66 – 99 0-2 Proceso de filtración Protozoarios 88 – 99 0-1 Helmintos 18 – 70 0-1 Virus 1 - 98 1-2 Bacterias 25 – 99 2-3 Lodos activados Protozoarios --1-2 Helmintos --1-2 Virus --2-4 Bacterias 99 - 100 4-6 Lagunas de estabilización 0r = 20 Días, celdas Protozoarios --4-6 Helmintos 99 4-6 0r = 1/ 2/ 3/
tiempo de retención; - , no estimado unidad en log. 10, i.e. 4 = 10 = 1 - 0.9999, por ciento de remoción (99.99) Shuval, et. al, 1986. Cortés, 1987.
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Tabla No. 2.6 Alternativas para el manejo seguro de aguas residuales MEDIDAS DE PROTECCION Y PREVENCION Restricción de descargas altamente nocivas en su fuente de origen • Descargas tóxicas puntuales • Descargas puntuales con altas concentraciones de patógenos • Medidas de control de exposición Campesino y su familia Consumidor Animales expuestos
Manejo de agua, suelo y cultivos • Métodos de aplicación del agua • Manejo de suelos Restricción de cultivos Operación de infraestructura hidráulica
Uso de sistemas de tratamiento • Tratamiento parcial Tratamiento sanitario Tratamiento específico Tratamiento completo Tratamiento parcelario
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Tabla No. 3.1 Directrices para la interpretación de la calidad del agua para riego Grado de restricción Tipo de problema Unidades Ninguno Leve o moderado Salinidad (Afecta la dispo-nibilidad de mmho/cm mg/l < 0.7 0.7 - 3.0 agua para la planta) CEW SDT < 450 450 - 2000 Permeabilidad (Afecta la tasa de infiltración del agua en el suelo). Evaluado utilizando CEW y RAS juntos) RAS= 0 - 3 y CEW = > 0.7 0.7 - 0.2 RAS= 3 - 6 y CEW = > 1.2 1.2 - 0.3 RAS = 6 -12 y CEW= > 1.9 1.9 - 0.5 RAS =12-20 y CEW= > 2.9 2.9 - 1.3 RAS=20-40 y CEW = > 5.0 5.0 - 2.9 Toxicidad
Efectos diversos
Iónica específica (afecta a cultivos sensibles) Sodio (Na), RAS Riego superficial Riego por aspersión Cloruro (Cl) Riego superficial Riego por aspersión Boro (B)
Severo >3. >2000
< 0.2 < 0.3 < 0.5 < 1.3 < 2.9
mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l
9 >3
8.5
CEw: Conductividad eléctrica RAS: Relación de absorción de sodio SDT: Sólidos disueltos totales Kandiah, 1987.
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Tabla No. 3.2 Contaminantes contenidos en aguas residuales que pueden provocar problemas, en contenidos excesivos. Contaminante Materia orgánica (DBO)
Nitratos N-NO 3
Posible problemática
Rango recomendado
Puede afectar crecimiento de la planta
En riego actual con AR no se ha observa do efectos negativos
Ocasiona reducción de Fe y Mn Fomenta crecimiento de malezas acuáticas en cuerpos de agua Presencia en acuíferos subyacentes.
Fosfatos (PO4) y Fósforo (P)
Prácticas atenuantes
Remoción de malezas acuáticas. NO 3 - 5 mg/l hasta 30 Mezclado de aguas mg/l NH3 - 5 mg/l residuales con aguas de buena calidad.
Fomenta crecimientos de malezas acuáticas en cuerpos de agua, inmoviliza P - 60 mg/l Fe, Cu, Zn y Reduciendo su disponibilidad Al.
Idem que NO 3 Sedimentación física en A.R.
Sólidos suspendidos totales (SST)
Reduce tasa de infiltración y la velocidad de descomposición de materia orgánica, ocasiona deficit de O2 en suelo, SST - 100 mg/l afectando plantas pequeñas y recien germinadas
Grasas y aceites (G y A)
Recubrimiento en raíces de plantas y en suelo, que impide absorción de agua y reduce actividad micro bial. Puede afectar productividad
G y A - 30 mg/l
Control en la fuente de origen. Laboreo del terreno a diferentes profundidades.
pH Acidos
Solubilización de metales fitotóxicos
6.5 - 8.4
Adición de cal.
Cloro (como desinfectante)
Formación de compuestos organoclorados
Cloro residual < 0.5 mg/l
Arado del suelo para fracturación de costra formada.
Orta, 1985; WHO, 1987; Tejeda, et. al., 1985 y García y Castillo, 1981.
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Tabla No. 3.3 Límites permisibles de plaguicidas Plaguicidas Aguas Forrajes Alfalfa Heptacloro y 0.018 Cebollas Heptacloro epoxido Lechuga Cebollas Clordano 0.003 lechugas
ppm) cero cero 0.1 ppm 0.3 ppm --
Malatión
0.100
Alfalfa
135 ppm
Metoxicloro
0.035
Paratión
0.100
Alfalfa Lechuga Alfalfa Lechugas Cebollas
100 ppm 14 ppm 1 ppm 1 ppm 1 ppm
Lindano
0.056
Cebollas
1 ppm
Aldrín
0.017
Lechugas Alfalfa Cebollas
0.1 cero cero
Dieldrín
0.017
Cebollas
0.1 ppm
Toxafeno
0.005
--
--
BHC
0.056
Herbicidas totales
0.100
0.1 ppm 0.1 ppm --
DDT
--
Lechugas Cebollas -1 forraje de establo alimenticio - cero
DDT, (DDD, DDE)
0.042
Leches Leche
cero
--
--
Leche grasa Leche
0.5
Leche
cero
--
--
--
--
--de 0.02 mg/kg a 0.125 --
--
--
--
--
--
cero
--
0.05
SARH, 1976.
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Tabla No. 3.4 Cultivos permisibles, condicionados y restringidos con riego de agua residual Categoría de restricción y cultivos Norma microbiológica Momento de suspensión del Tipo de riego permisibles tentativa (NMP/100ml) riego con agua residual A. CULTIVOS RESTRINGIDOS Utilizar agua residual para Por gravedad A.1 Cultivos ingeridos crudos: < 1000 CF/100 ml proporcionar todos los riegos (A.1.1 a A.1.5) necesarios. A.1.1 Hortalizas de hoja: lechuga col y cilantro. Que si dispone de agua blanca A.1.2 Hortalizas de raíz: zanahoria, Por goteo: A.1.6 y < 1 H.N./litro adicional al agua residual betabel, rábano y jícama. A.1.7 suspender Por aspersión A.1.3 Hortalizas de bulbo: cebolla, ajo (A.1.6 y A.2). el último riego de auxilio en A.1.4 Hortaliza de fruto: tomate de piso. A.1.1, A.1.2, A.1.3, A.1.4, A.1.5 y A.1.7. A.1.5 Hortaliza de flor: brócoli, coliflor, flor de calabaza. A.1.6 Frutales de hoja caduca: manzano, pera y durazno. A.1.7 Otros: fresas, espárragos A.2 Áreas verdes y parques públicos B. CULTIVOS CONDICIONADOS En B.1 dar los riesgos necesarios para el establecimiento del cultivo forrajero y de la pradera, Por gravedad: después dar sólo un riego cada B.1, B.2.1, B.2.2, 30 días entre corte y B.2.4* B.2.5, corte o entre pastoreo y B.2.6, B.3.1 B.3.2, pastoreo. En praderas realizar B.3.3, B.3.4 y B.4 rotaciones, esto es: regar después del pastoreo y no permitir el pastoreo en esa pradera sino hasta los 30 días.
B.1 Forrajes verdes y praderas:
B.2 Cultivos cuyo consumo implica cocción. B.2.1 Cereales: maíz, sorgo, trigo, arroz, centeno, cebada.
3 6 10 a 10 C.F.
B.2.2 Legumbres: frijol, lenteja, haba, garbanzo y chícharo. B.2.3 Hortalizas de hoja: espinaca, acelga, < 1 H.N./litro alcachofa.
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Por goteo B.2.3, B.2.6, B.3.1, B.3.2, B.3.3, B.3.4 y B.4
Por aspersión: B.1, B.3.3 y B.3.4
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Categoría de restricción y cultivos permisibles B.2.4 Hortalizas de fruto: berenjena, chile, tomate, tomate de cáscara, calabacita
Norma microbiológica Tipo de riego tentativa (NMP/100ml)
Momento de suspensión del riego con agua residual
En B.2.1, B.2.2, B.2.5, B.3.3, B.3.4 y B.4: suspender el último o los dos últimos riegos de auxilio, de acuerdo con la disponibilidad de aguas blancas.
B.2.5 Hortalizas de raíz: papa, camote, nabo. B.2.6 Otros: vid B.3 Cultivos cuya cáscara no es ingerida.
En B.2.4 y B.3.1: suspender los riegos de auxilio en época de cosechas (cortes). Estos cultivos deberán estar envarados y/o empalizados. El agua residual no deberá invadir la melga para evitar el contacto con el fruto. Suspender todos los riegos de auxilio en época de cosecha. El agua residual no deberá invadir la melga para evitar el contacto con el cultivo. Suspender el último riego con aspersión antes de la cosecha y proporcionarlo por gravedad en los cajetes.
B.3.1 Hortalizas de fruto: pepino.
B.3.2 Hortalizas de fruta: melón, sandia.
B.3.3 Frutales de hoja decidua: mango, papaya, mamey, cítricos. B.3.4 Frutales de hoja caduca: nogal. B.4 Plantas ornamentales para producción de flor: rosa, clavel, crisantemo “cama melonera”. C. CULTIVOS NO RESTRINGIDOS C.1 límite
Textiles, algodón, henequén, Sin
Por gravedad : C.1, C.2, C.3, Pueden ser permitidos todos C.4, C.5 y C.6 riegos con aguas residuales.
C.2 Cultivos industrializados (procesados por calor o secado). C.2.1 Frutales : durazno (frutas en almíbar) C.2.2 Oleaginosas: cártamo, girasol, ajonjolí y olivo. C.2.3 Otros: soya, cacahuate, caña de azúcar.
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Categoría de restricción y cultivos permisibles C.3 Forrajes para heno o ensilaje. C.4 Silvicultura: viveros forestales y reforestación de áreas para explotación forestal. C.5 Plantas ornamentales. C.6 Cultivos para producción de semilla certificada.
Norma microbiológica Tipo de riego tentativa (NMP/100ml)
Momento de suspensión del riego con agua residual
C.F. = Coliformes fecales H.N. = Huevos de nemátodo
Tabla No. 3.5 Porcentaje requerido de lámina de sobreriego para Lavado de suelos salinos Porcentaje del agua de lámina de riego que debe ser aplicado para Valor máximo tolerado de conductividad en lavado. Conductividad del agua de riego en micromhos/cm agua de retorno agrícola. (µmohs/cm a 25°C) 100 250 750 2200 5000 0-2 Efectos despreciables 2-4 Afecta rendimientos de cultivos muy sensibles 2.5 6.2 18.8 56.2 4-8 Sólo es apta para cultivos semitolerados 1.2 3.1 9.4 28.1 62.5 8 - 16 Apta para cultivos tolerantes 0.8 2.1 6.2 18.8 41.7 16 Lista restringida de cultivos tolerantes 0.6 1.6 4.7 14.1 31.2 LAB. DE SALINIDAD EUA, 1976.
Tabla No. 3.6 Clasificación de suelos según la “prueba del tacto” Tipo de suelo
Indicios distinguibles al tacto
Porcentaje de partículas eliminables por lavado.
Arenoso
No es cohesivo
0a9
Arenoso fino Franco arenoso grueso
Poco cohesivo, no se pueden hacer filamentos entre los dedos. Poco cohesivo, no se pueden hacer filamentos. Se pueden hacer rollos gruesos. Es crujiente apretándolo entre los dedos. Es cohesivo. Pasando el pulgar y tocando la superficie, queda áspera. Pasando el pulgar por la superficie se logra un plano liso. Solo entre los dientes se notan gránulos. Es muy elástico. Pasando el dedo quedan líneas. Entre los dientes no se notan granos.
10 a 13 4 a l8
Franco arenoso fino Franco y franco limoso Franco arcilloso Arcilloso
58
9 a 29 30 a 44 45 a 60 Más de 60
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Tabla No. 3.7 Clasificación de suelos según el tamaño de partículas Clase de suelo
Subdivisiones
Arcilla Limo Arena Arena
Limo fino Limo mediano Limo grueso Arena finísima Arena fina Arena mediana Arena gruesa
Grava Cascajo Bloques
Diámetro de las partículas (mm) < 0.002 0.002 a 0.0063 0.0063 a 0.02 0.02 a 0.063 0.063 a 0.l 0.l a 0.2 0.2 a 0.63 0.63 a 2.00 2.0 a 20.0 20.0 a 200.0 > 200.0
Tabla No. 3.8 Relación del tipo de suelo y su compatibilidad para ser regado con aguas residuales Tipo de suelo Compatibilidad Arenoso No** Franco - arenoso Si Franco Si Franco - limoso Si Franco - arcilloso Si /No * Arcilloso No** Si No No**
si la velocidad de percolación es menor a 60 minutos por 25 mm. si la velocidad de percolación es mayor de 60 minutos por 25 mm. si no se cuenta con un sistema de disposición y drenaje adecuado
Tabla No. 3.9 Tipos generales de suelos y sus características Arena Pobre capacidad de almacenamiento de agua muy filtrable. Buena, aireación. Poca cohesión. Pobre en nutrientes. Malas propiedades químicas y buenas físicas. Se calienta con facilidad, es activo y fácil de labrar. Tiene un alto desgaste de humus y experimentan un alto grado de lavado.
Limo
Arcilla
Suelos de cultivo que responden muy bien a labranzas mejorantes. Se puede influir con facilidad en sus características químicas y físicas.
Alta capacidad de retención de aguas, ocasionando encharcamientos. Pobre aireación. Alta cohesión Buen nivel de nutrientes. Buenas características químicas y malas físicas. Suelo frío, poco activo. Las labores agrícolas son pesadas y difíciles
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Tabla No. 3.10 Efecto probable de varios procesos sobre la movilidad de los constituyentes de aguas subterráneas contaminadas por la disposición de desechos sólidos y líquidos
Procesos físicos
Procesos geoquímicos
Causa dilución de los desechos. La capacidad dispersiva de un medio poroso o fracturado es directamente dependiente de la velocidad del agua 1. Dispersión subterránea y de la heterogeneidad de los materiales del acuífero y es inversamente proporcional a la porosidad Favorece la reducción, en cantidad, de sustancias asociadas con partículas 2. Filtración coloidales o de tamaños mayores. Más efectivo en materiales ricos en arcillas. Menos efectivos en rocas cavernosas o fracturadas, o en grava. Cuando ocurre, favorece el rompimiento aeróbico de los compuestos orgánicos e incrementa las velocidades de descomposición. La restricción 3. Movimiento gaseoso del movimiento gaseoso por materiales no saturados, saturados o impermeables, puede inducir un estado anaeróbico y reducir las velocidades de descomposición. La fuerza iónica es una medida del total de especies iónicas disueltas 1. Formación de en las aguas subterráneas. La fuerza iónica y la formación de complejos, complejos y fuerza iónica incrementa la cantidad de especies que de otra forma estarían limitadas por procesos tales como la oxidación, la precipitación o la adsorción. Muchos constituyentes del agua incrementan en solubilidad y, por lo tanto, en movilidad cuando el pH disminuye. En aguas ricas en compuestos 2. Reacciones ácido-base orgánicos, los pH más bajos (de 4 a 6) se asocian con altos valores de ácido carbónico y también de ácidos orgánicos. Esto será más abundante en suelos y rocas saturadas de agua. Muchos elementos pueden existir en más de un estado de oxidación. Las condiciones serán frecuentemente de oxidación o, solamente, parcialmente reducida en suelos no saturados y áreas de recarga de aguas subterráneas, 3. Oxido-reducción pero llegarán a ser reducidas bajo condiciones saturadas cuando un exceso de materia orgánica esté presente. La movilidad depende del elemento en cuestión y el pH existente.
4. Precipitación solución Procesos geoquímicos 5. Adsorción - desorción
Procesos bioquímicos
1. Decaimiento y respiración 2. Síntesis celular
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La abundancia de aniones tales como carbonatos, fosfatos, silicatos, hidróxidos, o sulfuros puede conducir a la precipitación de cationes multivalentes, como compuestos insolubles. El intercambio iónico puede sostenerse, temporalmente, cationes y en menor grado aniones, sobre las Superficies de las arcillas u otros materiales de tamaño coloidal. Las cantidades de cationes metálicos absorbidos se incrementarán con un incremento del pH. Los microorganismos pueden descomponer las grasas, carbohidratos y proteínas insolubles, y al realizarlo eliminan sus constituyentes como solutos a las aguas subterráneas El N, C, S y P, y algunos elementos menores se requieren para el crecimiento de los microorganismos. Por lo tanto, su dispersión lejos del sitio de disposición puede verse retardada.
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Tabla No. 3.11 Concentraciones máximas recomendadas y/o límites estimados para aguas de riego (mg/l) (EPA, 1976) Para agua utilizada Para agua utilizada por una duración hasta de 20 años Mecanismo de continuamente con todo en suelos de textura fina solamente y pH 6.0 - 8.5 tipo de suelo Elemento remoción o Inmovilización Límites recomendados para Límites recomedados para Límites estimados para láminas de 91 cm/ha/año láminas de 91 cm/ha/ láminas de 24.4 cm/ha/año Aluminio PR, D 5.0 20.0 0.8 Arsénico AD, D 0.10 2.0 0.08 Berilio PR 0.10 0.50 0.02 Boro AD, F 0.75 2.0-10.0 2.0 Cadmio AD, IC, D 0.01 0.05 0.002 Cromo AD, IC, D 0.10 1.0 0.04 Cobalto AD, IC, D 0.05 5.0 0.2 Cobre AD, IC, D 0.20 5.0 0.2 Flúor AD, D 1.0 15.0 0.6 Hierro PR, IC, D 5.0 20.0 0.8 Litio IC, F 2.5* 2.5* 2.5 Manganeso PR, IC, D 0.20 10.0 0.4 Mercurio AD, IC, D ** ** ** Molibdeno AD, D 0.01 0.05*** 0.002*** Niquel AD, IC, D 0.20 2.0 0.08 Selenio IA, F 0.02 0.02 0.02 Plata AD, IC, D ** ** ** Plomo AD, IC, D 5.0 10.0 0.4 Vanadio AD, IC, D 0.1 1.0 ** Zinc AD, IC, D 2.0 10.0 0.4 AD = IC = • ** ***
Adsorción con hidróxidos de Fe y Al dependientes del pH; IA = intercambio de aniones; intercambio de cationes; PR = precipitación dependiente del pH, Fe y Mn están sujetos a cambio por reacciones de óxido-reducción; D= difícil remoción; F= fácil remoción. La concentración máxima recomendada para riego de cítricos es: 0.75 mg/l. No hay datos en aguas para riego. Sólo para suelos ácidos de textura fina o suelos ácidos relativamente altos en óxidos de Fe.
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Tabla No. 3.12. Grado de toxicidad de elementos traza Material Aluminio.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas ...................................... Arsénico.- Menos tóxico en soluciones alcalinas. Puede acumularse en el suelo a niveles tóxicos Berilio.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas ............................................... Boro y compuestos.................................................................. Cadmio.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas ............................................ Agentes químicos de guerra.................................................... Cloro.- Sin efectos tóxico a concentraciones por abajo de 50 ppm.................................................... Cromo.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas ............................................... Cobalto.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas ............................................ Cobre.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas .............................................. Estaño.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas ............................................... Estroncio................................................................................. Galio....................................................................................... Hidrocarburos halogenados.- Pueden impartir sabor u olores indeseables; herbicidas, DDT, Lindano BHC, Clordano, Benoclor, Gammexano........................................................... Hierro. Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas ................................................ Indio........................................................................................ Litio......................................................................................... Manganeso.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas ......................................... Molibdeno.- Menos tóxico en suelos ácidos o en soluciones ácidas. Se acumula en los tejidos de la planta ; en el forraje es tóxico a animales.............................................................. Níquel.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas .............................................. Nitritos................................................................................... Petróleo, aceite de.................................................................... Paladio...................................................................................... Plomo.- Menos tóxico en suelos alcalinos o en soluciones alcalinas .............................................. Rubidio...................................................................................... Selenio...................................................................................... Sodio, carbonato de.................................................................. Sodio, cloruro de....................................................................... Telurio....................................................................................... Titanio....................................................................................... Torio......................................................................................... Zinc..............................................................................
Grado de toxicidad Ex Ex M Ex S Ex S M Ex Ex M S Ex
Modo de acción Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox
MaS
Tox
S Ex Ex Ex
Tox Tox Tox Tox
M Ex M S -S SaN M M SaN -SaN S M
Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Tox Os a Tox Tox Tox Tox Tox
a) El rango aproximado de concentración de los contaminantes en el agua al cual la toxicidad indicada puede ocurrir: Ex, Toxicidad extrema, < 2 ppm; M, toxicidad moderada, 2 a 25 ppm; S, toxicidad leve, 25 a 250 ppm; N, ninguna toxicidad, > 250 ppm. b) Modo de acción: Os, Osmótica; Suelo, empeoramiento del suelo; Tox, fitotóxico; An, forraje tóxico a animales.
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Tabla No. 3.13 Factores ambientales que afectan la mortalidad de patógenos Factores Efecto sobre la mortalidad o supervivencia de patógenos El pH neutro o alcalino tiende a prolongar la sobrevivencia de bacterias, el pH ácido pH tiende a prolongar la supervivencia de virus. Factores Efecto sobre la mortalidad o supervivencia de patógenos Temperaturas altas aceleran la mortalidad, temperaturas bajas prolongan la supervivencia. Las bacterias del agua residual parecen sobrevivir más tiempo a bajas Temperatura temperaturas, al menos hasta que la temperatura descienda por debajo de 12°C. Los organismos predadores se multiplican con más rapidez a temperaturas más elevadas y, por tanto, reducen más rápidamente el número de bacterias. Contenido de humedad En medio ambiente húmedo y condiciones de fuertes precipitaciones alargan la (de alimentos o suelos o en sobrevivencia, una rápida mortalidad se da en condiciones de desecación. productos de desecho) Muchas bacterias fecales requieren fuentes orgánicas de carbono y nitrógeno. Según Nutrientes Zobell 1946, citado por Gloyna, (1973), las bacterias del agua residual necesitan al menos 10-100 mg/l de nutrientes, si no disponen de sólidos suspensión. Se alarga la sobrevivencia en un medio ambiente con pocos organismos que compitan Competencia con otros por nutrientes o que actúen como predadores. La exposición a la luz solar tiene un organismos Luz solar efecto microbicida ya que produce cambios fotoquímicos letales en enzimas y otros (luz ultravioleta) constituyentes de la célula, si la exposición es suficiente. Las concentraciones altas de materia orgánica soluble (DBO sol.), en las aguas de desecho pueden competir con los virus por los sitios de adsorción en las partículas del Materia orgánica suelo, resultando en una disminución en la adsorción de virus o incluso en la liberación de virus ya adsorbidos. Algunos metales (p.e. Hg²+, Ag+, Pb²+, y Zn²+), son tóxicos en muy bajas concentraciones (del orden del 0.0001%) porque se combinan con grupos funcionales en la célula, inactivándolos. Por ejemplo, Hg²+ se combina con los grupos -SH de la Presencia de sustancias tóxicas célula, inhibiendo su acción. De igual modo, los productos de descomposición biológica, los antibióticos y los productos metabólicos de desecho pueden ser tóxicos para ciertos organismos.
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Tabla No. 3.14 Tolerancia relativa de los cultivos a las sales Muy tolerantes Cee Medianamente tolerantes Agropiro Agropyron elongatum 19.4 Cártamo Carthamus tinctorius Cebada Hordeum vulgare 18.0 Remolacha 3 Beta bulgaris Palma datilera Phoenix dactylifera 17.9 Melón Cucumis melo Algodón Goosypium hirsutum 17.0 Alfalfa Medicago sativa Agropiro Agropyron desertorum 16.0 Espinaca Spinaca oleracea Agropiro Agropyron cristatum 15.0 Maíz forrajero Zea mays Remolacha azucarera Beta vulgaris 15.0 Higuera Ficus rarica Pasto bermuda Cynodon dactylon 14.7 Olivo Olea europaea Sorgo del Sudán Sorgum 14.4 Granada Puncia granatum sudanense Festuca alta Festuca elatior 13.3 Brócoli Brassica oleracea botrytis Cebada forrajera Hordeum 13.0 Tomate Lycopersicum esculentum Trigo 2,4 Triticum aestivum 13.0 Veza común Vicia sativa Ballico perenne Lilium perenne
12.2 Soya Glucine max
7.5
Falaris bulbosa Phalaris tuberosa Sorgo Shorgum bicolor Trébol pata de pájaro Holim corniculatum tenuifolium
11.1 Arroz Oryza sativa 11.0 Col Brassica oleracea
7.2 7.0
10.0 Haba Vicia faba
6.8
Vid Vitis spp Pepino Cucumis satiuus Camote Ipomaoea batatas Maíz Zea mays Papa Solanum tuberosum Trébol ladino y rojo Hibrido Trifolium spp Lechuga Lactuca sativa Pimiento Capsicum annuum Rábano Raphanus sativus 1/ 2/ 3/ 4/
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Cee 9.9 9.6 9.1 8.8 8.6 8.6 8.4 8.4
Poco tolerantes Cacahuate Arachis hypogaea Pomelo Trébol Latus uliginosus Naranjo Citrus sinensis Limonero Citrus limon Manzano Malus sylvestris Peral Pyrus conmmunis Nogal Juglans regia
Cee 4.9 4.9 4.9 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8
8.4
Zanahoria Daucus carota
4.6
8.2 7.6 7.6
Cebolla Allcum cepa Ciruelo Prunes domestica Almendro Prunus dulcus Melocotonero Prunus persrea Zarzamora Rubus spp Aguacate Persea americana Albaricoquero Pyrus armeniaca Frijol Phaseolus vulgaris Frambuesa Rubus idoeus Fresa Fragaria spp
4.3 4.3 4.1
6.3 6.3 6.0 5.9 5.9
4.1 3.8 3.7 3.7 3.6 3.2 2.5
5.7 5.2 5.1 5.0
Cee Significa la conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo indicada en milimhos por centímetro a 25°C, asociado a una disminución en los rendimiento de 50 por ciento. La cebada y el trigo son menos tolerantes durante las fases de germinación y plántula. Cee no debería exceder de 405 mmhos/cm. Sensible durante la germinación. Cee no debería exceder de 3 mmhos/cm. Los datos de tolerancia pueden no ser aplicables a nuevas variedades semienanas de trigo. Ayers, 1977.
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Tabla No. 3.15 Tolerancia relativa de cultivos y plantas ornamentales al boro (en cada columna, la tolerancia aparece en orden decreciente) Tolerante 4.0 mg/l de boro Semitolerante 2.0 mg/l de boro Sensible 1.0 mg/l de boro Pacana, pecana Tamarindo Tamarix aphylla Girasol Helianthus annus L. Carya illinoensis (Wang.) (K.Koch) Espárrago Asparagus officinalis L. Patata (papa) Solanum tuberosum L. Nogal, negro o común Junglans spp. Palma de las Canarias Phoenix Algodón, Alcala y pima Patata topinambur canariensis Gossypium sp. Helianthus tuberosus L. Palma datilera P, dactylifera L. Tomate Lycopersicon Lycopersicum Mill. Frijoles (judía) Phaseolus vulgaris L. Remolacha azucarera Beta vulgaris L. Guisante de olor Lathyrus odoratus L. Olmo americano Ulmus americana L. Betarraga Beta vulgaris L. Rábano Raphanus sativus L. Ciruelo Prunus domestica L. Remolacha de huerta Beta vulgaris L. Guisante (arveja) Pisum sativum L. Peral Pyrus communis L. Alfalfa (Medicago sativa L.) Rosa Rosa sp) Manzana Malus sylvestris Mill. Gladiolo Gladiolus sp. Olivo Olea europaea L. Vid Sultanina y Malaga Vitis sp. Haba Vicia faba L. Cebada Hordeum vulgare L. Higuera Ficus carica L. Cebolla Allium Cepa L. Trigo Triticum aestivum L. Caqui de Virginia Diospyros virginiana L. Nabo Brassica rapa L. Maíz Zea Mays L. Cerezo Prunus sp Repollo Sorgo Melocotonero (durazno) Brassica oleracea var. Capitata L. Sorghum bicolor (L.) Moench Prunus Persica (l.) Batsch Lechuga Albaricoquero (damasco) Lacatuca sativa L. Prunus Armeniaca L. Zanahoria Saucus carota L. Avena Avena sativa L. Zarzamora Rubus sp. Zinnia Rubus sp. Zinnia elegans Jacq. Naranjo Citrus sinensis (L.) Osbeck Calabaza Cucurbita ssp. Aguacate (palto) Persea americana Mill. Pimiento morrón Capsicum annuum L. Pomelo Citrus paradisi Macfad. Camote Ipomoea batatas (L.) Lam. Limón Citrus limon (L.) Burm. F. Frijol Lima Phaseolus lunatus L. 2.0 mg/l de boro 1.0 mg/l de boro 0.3 mg/l de boro La tolerancia relativa se funda en agua de riego a la cual se observaron síntomas de toxicidad de boro, cuando las plantas se cultivaron en arena. No indica necesariamente una reducción en el rendimiento de la cosecha. Wilcox, 1960.
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Tabla No. 3.16 Tolerancia al cloruro en el extracto de saturación del suelo para cultivos frutales de distinta variedad o procedencia (si ha de evitarse daño en las hojas) Cultivo Patrón o variedad CI máximo permisible en el extracto Rangpur lime, Cleopatra Mandarin 25 Cítricos Rough lemon, tangelo, sour orange 15 Citrus spp. Sweet orange, citrange 10 Marianna 25 Frutales de hueso Lovell, Shalil 10 Prunus spp. Yunnan 7 West Indian 8 Aguacate (palto) Persea americana Mill. Mexican Salt Creek, 1613-3 40 Vid Vitis spp. Dog Ridge 30 Thompson Seedless, Perlette 25 Vid Vitis spp. Cardinal, Black rose 10 Boysenberry 10 Zarzamoras* Olallie blackberry 10 Rubus spp. Indian Summer raspberry 5 Lassen 8 Fresa (frutilla) Fragaria spp. Shasta 5 * Datos disponibles únicamente para una sola variedad de cada cultivo. Bernstein, 1965.
Tabla No. 3.17 Tolerancia de varios cultivos al porcentaje de sodio cambiable (ESP). Bajo condiciones no salinas Tolerancia a ESP y gama en Reacción de desarrollo en condiciones de Cultivo la que resulta afectado campo Falta de crecimiento a valores bajos de ESP, Sensibles (ESP = 10 - 20) Frijoles Phaseolus vulg.L. aun cuando sean buenas las condiciones físicas del suelo. Trébol Trifolium spp. Avena Avena sativa L. Moderadamente tolerantes Falta de crecimiento debido a factores Festuca alta Festuca arudinácea Schreb. (ESP = 20 - 40) nutritivos y a condiciones de suelo adversas. Arroz Oryza sativa L. Pasto miel Paspalum dilatum Poir. Trigo Triticum aestivum L. Algodón Gossypium birsutum L. Falta de crecimiento debido Tolerantes Alfalfa Medicago sativa L. generalmente a condiciones físicas adversas del (ESP = 40 - 60) Cebada Hordeum vulg. L. suelo. Tomate Lycopersicon esc.M. Remolacha Beta vulgaris L. Agropiros, grama alta Sumamente tolerantes Falta de crecimiento debido generalmente a Agropyron spp. Agropyron elongatum condiciones físicas adversas del suelo. (ESP = más de 60) (Host) Beau.) Grama Rhodes Chloris gayana Kunth NOTA: Pueden hacerse estimaciones del ESP de equilibrio a partir del agua de riego o, preferiblemente, partiendo del RAS del extracto de saturación del suelo. Pearson, 1960.
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Tabla No. 3.18 Factores para la selección del sitio de aplicación y criterios para el riego con efluentes Factor Criterio Suelo Tipo
Se prefieren suelos francos, franco-arenoso o franco-limosos. Aunque cualquier tipo de suelo de arenoso a arcilloso es aceptable, si se cuenta con un sistema de disposición y drenaje adecuado.
Drenabilidad
Se prefieren suelos bien drenados
Profundidad
Dos metros o más de profundidad es lo adecuado Aguas subterráneas
Profundidad de las aguas subterráneas. Control de las aguas subterráneas. Movimiento de las aguas subterráneas Pendientes Formaciones subterráneas Aislamiento Distancia de la fuente de aguas residuales
Se acepta como mínimo 2.0 m. Para obtener este mínimo, puede ser necesario usar drenaje. Puede requerirse un control, para asegurar renovación de las aguas, si el manto freático esta a menos de 30 m de la superficie. Se debe determinar la dirección y velocidad del movimiento. Velocidad de percolación recomendada igual o menor a 2.5 cm/h . Hasta 20% se acepta con o sin tarraceo. Deben ser mapeadas y analizadas con respecto a interferencias con agua subterránea o agua percolada en movimiento. Se acepta un aislamiento moderado. Si se emplean aspersión, se utilizan barreras rompe doras de corrientes de aire La distancia apropiada depende de la fuente misma y del sitio de aplicación y es cuestión de economía, mínimo 100 m.
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Tabla No. 4.1 Procedimiento de muestreo para cultivos Cultivo
maíz
Soya u otros frijoles
Granos pequeños incluyendo arroz. Paja, pastula o pastos de forraje. Alfalfa trébol Remolacha Sorgo y mijo Caña de azúcar Papa y tomate Plantas con cabeza (col. etc). Raíces (zanahoria cebolla, rábano, etc) Apio Vegetales de hoja (lechuga, espinacas, acelga, etc)
Etapa de crecimiento
Parte de la planta
1. etapa de plántula (menos de 30 cm). ó Toda la porción aérea. 2. antes de floración. ó Hoja completa totalmente desarrollada por debajo del nudo. 3. de la floración y brote a la aparición de La hoja completa totalmente en el nulo cabellos de la mazorca. 1. Etapa de plántula (menos de 30 cm). Toda la porción aérea 2. Antes o durante la floración inicial. Dos o tres hojas totalmente desarrolladas en la punta de la planta. El muestreo después de la aparición de las vainas no se recomienda 1. Etapa de plántula (menos de 30 cm). Toda la porción aérea. 2. Antes de la formación de cabezas. Las 4 hojas más altas Antes de la emergencia de las cabezas o en Las 4 hojas más altas la etapa de calidad óptima. Hojas maduras tomadas 1/3 hacia abajo Antes ó 1/60 de la floración de la planta Hojas totalmente expandidas y maduras a la mitad o entre las hojas centrales más Media estación jóvenes y el penacho de las hojas más viejas en el exterior. Antes o durante la formación de la panoja Segunda hoja de la punta de la planta. Tercera o cuarta hoja totalmente Hasta 4 meses desarrollada de la punta. Tercera a sexta hoja de la punta en Antes o durante la floración temprana. crecimiento. Antes de la formación de la cabeza.
Hojas centrales maduras
Núm. de plantas a muestrear 20 – 30 15 – 25 15 - 25 20 – 30 20 - 30
50 – 100 50 - 100 40 - 50 40 - 50
30 - 40 15 - 25 15 - 25 20 - 30 10 - 20
Antes del acrecentamiento de la raíz o bulbo. A la mitad del crecimiento.
Peciolo de la hoja madura más joven
15 - 30
A mitad del crecimiento
Hoja joven más madura.
35 - 55
Melón, pepino sandía.
Etapas tempranas antes de la formación del fruto.
Fresa
Media estación
Naranja
Media estación
Uvas
Final de periodo de floración.
Hojas maduras cercanas a la base de la planta en el tallo principal. Hojas maduras más jóvenes totalmente extendidas. Hojas ciclo primavera, 4 a 7 meses de terminales sin fructificación. Peciolos de las hojas adyacentes a los racimos. Hojas totalmente desarrolladas
Arbustos ornamentales Crecimiento del año actual
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20 - 30
20 - 30 50 - 75 20 - 30 60 - 100 30 - 100
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expansión del agua debajo del cilindro
movimiento del agua
agua
Figura 1.1 Método del cilindro o infiltrómetro del doble cilindroa
movimiento del aire
menor expansión lateral
movimiento del agua
agua
superficie del suelo
movimiento del aire
cilindro regulador
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Filtro de arena
Figura 1.2 Tanque séptico y tratamiento para descarga a un cuerpo receptor
Tanque séptico
Río
Desinfección
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ASOCIACION AGRICOLAS
FIRA
SUBCOMITE DE DISTRITO DE TEMPORAL
ORGANIZACION DE CAMPESINOS
ANAGASA
SUBCOMITE DE UNIDAD DE RIEGO PARA EL DESARROLLO RURAL
ORGANIZACION DE COMUNEROS
BANRURAL
Figura 2.1 Organigrama del Comité Directivo de Distrito de Desarrollo Rural
SUBCOMITE DE DISTRITO DE RIEGO
VOCALES
ORGANIZACION DE LA PEQUEÑA PROPIEDAD
MUNICIPIOS
CONASUPO
FERTIMEX
COMITE TECNICO DE DISTRITO DE DESARROLLO RURAL
DELEGADO DE LA SAGARPA
VOCAL EJECUTIVO
GOBIERNO DEL ESTADO
PRESIDENTE
ASOCIACIONES FORESTALES
ASOCIACIONES GANADERAS
SUBCOMITE DE DISTRITO DE ACUACULTURA
SUBCOMITE DE DISTRITO CON AGUAS RESIDUALES
DEMAS INSTITUCIONES DEL GOBIERNO DEL ESTADO O PARTICULARES
COMISION NACIONAL DE ALIMENTACION
COOPERATIVAS ACUICOLAS
VOCALES SECRETARIOS SECRETARIAS DE: • REFORMA AGRARIA • ECON., COM. Y FOM. IND. • SEMARNAP • SALUD • SAGAR
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Fi ra
Anagsa
Conasupo
Figura 2.2 Organigrama del comité Técnico de Distrito de Desarrollo Rural
Vocales
Fertimex
Banrural
Subcomités técnicos por especialidad
Secretaria de Agricultura, Ganadería y Desarrollo Rural
Secretaria de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca
Secretaria de Salud
Jefe de distrito de Desarrollo Rural
Presidente
Secretario Secretaria de Reforma Agraria
Entidades coordinados por la CNA o gobierno federal
Municipios
APÉNDICES Apéndice A Abreviaturas Apéndice B Glosario de términos
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Apéndice a Abreviaturas Abreviatura DIRAR PIT DDR COMAR OMS FAO CEW EPA NMP SST SDT OD RAFA
Significado Distritos de Riego con Aguas Residuales Proyectos Integrales de Productividad Distritos de Desarrollo Rural Subcomité Técnico de manejo de aguas residuales Organización Mundial de la Salud Organización d las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación Conductividad eléctrica del agua Agencia de Protección Ambiental Número más probable por cada 100 ml de Coliformes fecales Sólidos Suspendidos Totales Sólidos Disueltos Totales Oxígeno Disuelto Sistema de tratamiento a base de Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente
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Apéndice b Glosario de términos Adsorción: Se define como la adhesión en una capa extremadamente delgada, de moléculas de gas, sustancias disueltas o líquidas a la superficie de sólidos con los que están en contacto. Aguas residuales crudas: Aguas residuales descargadas sin haber sido sometidas a tratamiento alguno. Aguas residuales: Aguas de composición variada, provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y en general de cualquier otro uso, así como la mezcla de ellas. Aprovechamiento: Derecho concedido por una ley o concesión para utilizar aguas de dominio público en usos comunes o privados.
DQO (Demanda Química de Oxígeno): Medida de la capacidad de consumo de oxígeno de la materia orgánica e inorgánica presente en el agua. Se expresa como la cantidad de oxígeno consumida de una oxidación química en una prueba específica. Lámina de riego: Cantidad de agua medida en unidades de longitud que se aplica a un cultivo para que este satisfaga sus necesidades fisiológicas durante todo el ciclo vegetativo, además de la evaporación del suelo (uso consuntivo = evotranspiración + agua en los tejidos de la planta). Lavado: Remoción del suelo, de los materiales en solución.
Contaminantes patógenos y parasitarios: Son los microorganismos, quistes y huevos de parásitos que pueden estar presentes en las aguas residuales y que representan un riesgo a la salud humana, flora o fauna.
Melga: Método de riego. Forma en la cual es aplicada el agua artificialmente a un área determinada. En el método de franja o melga, el agua es aplicada en la parte superior de la franja de tierra, la cual tiene bordes laterales de tierra para encerrar el agua y permite que fluya en forma suave.
Cuerpo Receptor: Son las corrientes, depósitos naturales de agua, presas, cauces, zonas marinas o bienes nacionales donde se descargan aguas residuales, así como los terrenos donde se infiltran o inyectan dichas aguas cuando puedan contaminar el suelo o los acuíferos
Quelación: La formación de enlaces fuertes entre metales y compuestos orgánicos. Reuso del agua: El uso de agua residual que ha sido sometida a un tratamiento apropiado para cumplir con la calidad de un uso subsecuente.
DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno): La cantidad de oxígeno requerida por bacterias para descomponer la materia orgánica, como una medida de la cantidad de contaminación.
Riego no restringido: La utilización del agua residual destinada a la actividad de siembra, cultivo y cosecha de productos agrícolas en forma ilimitada como forrajes, granos, frutas, legumbres y verduras.
Descarga: Acción de verter, infiltrar, depositar o inyectar aguas residuales a un cuerpo receptor en forma continua, intermitente o fortuita, cuando éste es un bien del dominio público de la Nación.
Riego restringido: La utilización del agua residual destinada a la actividad de siembra, cultivo y cosecha de productos agrícolas, excepto legumbres y verduras que se consumen crudas.
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Tratamiento convencional: Son los procesos de tratamiento mediante los cuales se remueven o estabilizan los contaminantes básicos presentes en las aguas residuales. Tratamiento de aguas residuales: Restitución parcial o total, a través de operaciones y/o procesos unitarios, de la calidad perdida del agua una vez que ha sido empleada en cualquier actividad de tipo municipal, industrial, comercial, de servicios, agrícola, pecuario o doméstico y sus combinaciones. Uso en riego agrícola: La utilización del agua destinada a la actividad de siembra, cultivo y cosecha de productos agrícolas.
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