PROTOTIPO PARA LA RECOLECCIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN LA SEDE DEL CLAUSTRO DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA.

LUIS ALBERTO VARGAS LEÓN

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2015

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PROTOTIPO PARA LA RECOLECCIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN LA SEDE DEL CLAUSTRO DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA.

LUIS ALBERTO VARGAS LEÓN

Trabajo de Grado para Optar al Título de Ingeniero Civil

Directora Paula Andrea Villegas González Ingeniera Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2015 2

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Nota de aceptación: ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________

_____________________________________ PAULA ANDREA VILLEGAS GONZÁLEZ Directora de Proyecto

_______________________________ Firma del presidente del Jurado

________________________________ Firma del Jurado

________________________________ Firma del Jurado

Bogotá, 18, Noviembre, 2015

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Gracias, de corazón, a mi tutora, Paula Andrea Villegas González por su paciencia, dedicación y motivación, ya que sin su gran apoyo no hubiera sido posible el desarrollo de este trabajo, fue un privilegio haber podido contar con usted, a quien considero como una gran persona y excelente profesional. Gracias al señor Javier Mendoza, laboratorista de la universidad, quien me guio y ayudo en el desarrollo del prototipo. Gracias a mis padres y hermanos, por su apoyo incondicional en el transcurso de mi carrera profesional. A quienes os quiero de todo corazón. Gracias a las personas que de una u otra manera, contribuyeron en el desarrollo de esta tesis.

Muchas Gracias a Todos. Luis Alberto Vargas León

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TABLA DE CONTENIDO RESUMEN.......................................................................................................................... 12 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 13 1.

ANTECEDENTES ......................................................................................................... 14

2.

OBJETIVOS ................................................................................................................ 15

3.

2.1.

OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 15

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................. 15

PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................................... 16

4. EL RECURSO HÍDRICO EN EL MUNDO Y ESTADO DEL ARTE SOBRE EL REUSO DE AGUA RESIDUAL .......................................................................................................................... 19 4.1.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN ÁFRICA ....................................................................... 21

4.2.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN AMÉRICA ................................................................... 21

4.3.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN ASIA ........................................................................... 23

4.4.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN EUROPA ..................................................................... 23

4.5.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN OCEANÍA .................................................................... 24

5. CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL Y LOS ESTANDARES DE CALIDAD PARA SU REÚSO ............................................................................................................................... 25

6.

7.

5.1.

REÚSO URBANO .......................................................................................................... 25

5.2.

REÚSO INDUSTRIAL..................................................................................................... 29

5.3.

REÚSO AGRÍCOLA ....................................................................................................... 32

CARACTERIZACIÓN SEDE DEL CLAUSTRO UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA.. 36 6.1.

CLIMA ......................................................................................................................... 39

6.2.

CONSUMO DE AGUA, AÑOS 2010, 2011, 2012, 2013 Y 2014 ....................................... 40

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE PROTOTIPO .......................................................... 63 7.1.

ANÁLISIS DE ENCUESTAS REALIZADAS A ESTUDIANTES DE LA SEDE. .......................... 63

7.2.

DISEÑO DEL PROTOTIPO ............................................................................................. 71

7.2.1. 7.2.2.

8.

ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL TRATAMIENTO DE AGUA .......................................................... 76 ANÁLISIS DE USO DEL AGUA TRATADA....................................................................................... 83

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................... 84

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 86

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LISTA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Usos del agua por grupos de países según sus niveles de ingresos17 Ilustración 2. Total de recursos hídricos renovables, 2011 (m 3 per cápita por año) .......................................................................................................................... 20 Ilustración 3. Ubicación localidad de Teusaquillo – Bogotá D.C. ........................... 36 Ilustración 4. Ubicación Barrio Palermo – Localidad Teusaquillo ........................... 37 Ilustración 5. Ubicación sede el Claustro – Barrio Palermo. ................................... 38 Ilustración 6. Ubicación sede del Claustro Universidad Católica de Colombia ...... 39 Ilustración 7. Cuenta No 10086228, consumo de agua potable. ............................ 42 Ilustración 8. Cuenta No 10086247, consumo de agua potable. ............................ 44 Ilustración 9. Cuenta No 10057768, consumo de agua potable. ............................ 46 Ilustración 10. Cuenta No 10057766, consumo de agua potable. .......................... 48 Ilustración 11. Cuenta No 10086248, consumo de agua potable. .......................... 50 Ilustración 12. Cuenta No 10075280, consumo de agua potable. .......................... 52 Ilustración 13. Cuenta No 10038662, consumo de agua potable. .......................... 54 Ilustración 14. Cuenta No 10086240, consumo de agua potable. .......................... 56 Ilustración 15. Cuenta No 10566179, consumo de agua potable. .......................... 58 Ilustración 16. Cuenta No 10086217, consumo de agua potable. .......................... 60 Ilustración 17. Concientización en la disminución del recurso hídrico (Pregunta 1) .......................................................................................................................... 64 Ilustración 18. Ahorro de agua en el Claustro (Pregunta 2) ................................... 65 Ilustración 19. Percepción de los estudiantes de desperdicios de agua a causa de las llaves de los lavamanos (Pregunta 4) ......................................................... 66 Ilustración 20. Consideración en cambio de llaves (Pregunta 5) ............................ 67 Ilustración 21. Baños en la Sede del Claustro (Pregunta 6) ................................... 67 Ilustración 22. Reutilización del agua (Pregunta 8) ................................................ 68 Ilustración 23. Formas de reutilizar el agua (pregunta 7) ....................................... 68 Ilustración 24. Reutilización en casas (Pregunta 9) ................................................ 69 Ilustración 25. Reutilización en la sede del Claustro (Pregunta 10) ....................... 69 Ilustración 26. Cantidad de uso de los baños al día (Pregunta 3) .......................... 70 Ilustración 27. Filtro natural antes de ser adaptado. ............................................... 72 Ilustración 28. Filtro de tratamiento. ........................................................................ 72 Ilustración 29. Primera capa del material del filtro (Grava) ..................................... 73 Ilustración 30. Segunda capa del material del filtro (Grava fina). ........................... 73 Ilustración 31. Recipiente colador filtro. .................................................................. 73 Ilustración 32. Tercera y cuarta capa del material del filtro. ................................... 73 Ilustración 33. Paso de agua por el filtro ................................................................. 74 Ilustración 34. Filtro acoplado en caneca de recolección. ...................................... 74 Ilustración 35. Prototipo para el tratamiento de agua residual. .............................. 74 Ilustración 36. Muestra de agua recolectada de los lavamanos. ............................ 76 Ilustración 37. Paso de agua recolectada por el filtro. ............................................ 77 Ilustración 38. Hierro, resultado Muestra 1 ............................................................. 80 Ilustración 39. Hierro, resultado Muestra 2 ............................................................. 80 Ilustración 40. Salinidad, resultado muestra 1 ........................................................ 81 7

Ilustración 41. Turbidez, resultado muestra 1 ......................................................... 81 Ilustración 42. Aluminio – Resultado muestra 1 ...................................................... 81 Ilustración 43. Color – Resultado Muestra 1 ........................................................... 81 Ilustración 44. Conductividad – Resultado muestra 1 ............................................. 82 Ilustración 45. Solidos suspendidos – Resultados muestra 1 ................................ 82

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LISTA DE TABLAS Tabla 1. Resumen de los requisitos del nivel del servicio de agua para promover la salud .................................................................................................................. 17 Tabla 2. Estimación de agua en Colombia hasta el año 2050 ............................... 18 Tabla 3. Calidad de agua requerida para reúso urbano, no restringido. ................ 26 Tabla 4. Calidad de agua requerida para reúso urbano, restringido. ..................... 27 Tabla 5. Calidad de agua requerida para reúso urbano. ........................................ 28 Tabla 6. Requisitos de calidad de agua para algunos procesos industriales ......... 29 Tabla 7. Parámetros para el reúso de agua residual en uso industrial - Colombia. .......................................................................................................................... 30 Tabla 8. Valores sugeridos para reúso de agua residual en agricultura según EPA. .......................................................................................................................... 32 Tabla 9. Parámetros para el reúso de agua en cultivos – Colombia. ..................... 34 Tabla 10. Parámetros para el reúso de agua en zonas verdes – Colombia. ......... 35 Tabla 11. Resumen consumo cuentas sede Claustro. ........................................... 40 Tabla 12. Registro de agua potable cuenta No 10086228 ..................................... 41 Tabla 13. Registro de agua potable cuenta No 10086247 ..................................... 43 Tabla 14. Registro de agua potable cuenta No 10057768 ..................................... 45 Tabla 15. Registro de agua potable cuenta No 10057766 ..................................... 47 Tabla 16. Registro de agua potable cuenta No 10086248 ..................................... 49 Tabla 17. Registro de agua potable cuenta No 10075280 ..................................... 51 Tabla 18. Registro de agua potable cuenta No 10038662 ..................................... 53 Tabla 19. Registro de agua potable cuenta No 10086240 ..................................... 55 Tabla 20. Registro de agua potable cuenta No 10566179 ..................................... 57 Tabla 21. Registro de agua potable cuenta No 10086217 ..................................... 59 Tabla 22. Registro de agua potable cuenta No 10604706 ..................................... 61 Tabla 23. Análisis de encuestas .............................................................................. 64 Tabla 24. Parámetros medidos – Resultados muestras. ........................................ 79

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LISTA DE ANEXOS ANEXO A. Consumos de agua potable Sede El Claustro. ..................................... 89 ANEXO B. Encuestas para los estudiantes Sede El Claustro. ............................... 90

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GLOSARIO AGUAS RESIDUALES: aguas usadas y sólidos que se introducen en las alcantarillas, transportados mediante el sistema de alcantarillado. En general, se consideran las siguientes:     

Aguas residuales domesticas: son los residuos líquidos provenientes de las actividades domésticas en las viviendas o residencias, edificios e instituciones. Aguas residuales municipales: son todos los residuos líquidos transportados por el alcantarillado de una ciudad, seguidos de un tratamiento previo realizado en las plantas de tratamiento de la ciudad. Aguas residuales industriales: son aquellos residuos líquidos provenientes de industrias de manufactura. Aguas negras: son las aguas residuales provenientes de inodoros que llevan excrementos y orina del hombre. Aguas grises: son las aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos, lavadoras; también denominadas aguas residuales domesticas excluyendo la de los inodoros.1

ACUÍFERO: es el conjunto de formaciones geológicas hidráulicamente conectadas entre sí, en las que circula agua o se almacena, la cual puede ser explotada por el hombre para su uso u aprovechamiento. REÚSO: es la explotación, uso o aprovechamiento de aguas residuales con o sin tratamiento previo.2 MODELACIÓN: la modelación en hidráulica es la imitación a escala reducida de fenómenos, estados o procesos relevantes del flujo del agua, que permita un análisis previo antes de la aplicación de los resultados para la solución de problemas de saneamiento.3 PROTOTIPO: el prototipo es un dispositivo desarrollado para la solución de un problema y que sirve como modelo para la fabricación de un ejemplar a gran escala.

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ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Teoría y principios de diseño. Santafé de Bogotá. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. 2000. p. 17-18, ISBN 958-8060-13-3. 2 CONAGUA, Comisión Nacional de Agua. [En línea]. SEMARNAT, 11 de noviembre 2014. [citado el 09 de febrero 2015] Disponible en internet: . 3 CASTRO, Marco; HIDALGO, Ximena y POVEDA, Rafael. Sobre la modelación hidráulica en obras de saneamiento. [en línea] Departamento de ciencias del agua, Escuela politécnica Nacional. Quito Ecuador. [citado el 28 de febrero de 2015] Disponible en:< http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/ecuador10/leo.pdf>.

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RESUMEN

Con el fin de reutilizar el agua residual de la sede del Claustro de la universidad Católica de Colombia, se elaboró un prototipo para el tratamiento del agua residual, siendo este un filtro de tratamiento de la misma. Previo a la elaboración del prototipo, se realizó un estado del arte en cuanto al reúso de agua residual, la normatividad requerida, y los tipos de uso más comunes que se vienen presentando en el mundo, esto con el fin de ser tenido en cuenta en la elaboración y evaluación del filtro, así como los parámetros exigidos para la reutilización de agua; igualmente se realizaron encuestas a cincuenta y tres estudiantes de la sede del Claustro de la universidad con el fin de conocer la percepción frente a la disminución del recurso hídrico y el reúso de agua residual. En cuanto al prototipo, se empleó un filtro natural, uno de los más comunes y antiguos, el cual permite una depuración físico-química del agua, elaborado con cuatro materiales: arena, grava, carbón activado, y material sintético (zabra), permitiendo una depuración físico-química. En este se analizaron muestras de agua producto de los lavamanos, teniendo en cuenta la percepción satisfactoria de los estudiantes para realizar un reúso dentro de la sede, encontrando resultados satisfactorios en términos de calidad de agua. Sin embargo se tuvo dificultad en la precipitación del jabón, por lo que se recomienda a la universidad hacer una investigación más detallada de todos los parámetros que exige la norma Colombiana, con el fin de poder dar un reúso al interior de la sede. Este tipo de iniciativas generarían una reducción en el consumo de agua potable, representando una disminución significativa en el precio que paga la universidad por la prestación del servicio de agua potable, y generando conciencia en los estudiantes para el reúso de agua residual.

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INTRODUCCIÓN

En este documento se presenta la investigación de trabajo de grado realizada por el alumno Luis Alberto Vargas León de la universidad Católica de Colombia, durante el segundo semestre de año 2015, para optar al título de Ingeniero Civil. El enfoque de este trabajo está basado en la implementación de un prototipo para el tratamiento del agua residual de la sede del Claustro de la Universidad Católica de Colombia, específicamente el agua de los lavamanos, siendo este una primera aproximación un filtro de tratamiento para lograr los estándares requeridos para disponer de las aguas residuales como una fuente de abastecimiento. El desarrollo de este trabajo se encamino en el desarrollo de cuatro grandes capítulos en los cuales se abarco de forma general todo lo necesario para el progreso y puesta en marcha de la implementación del prototipo. Inicialmente se realizó un estado del arte acerca del reúso de agua residual, con el fin de identificar las técnicas implementadas para ello, así como el uso específico que se le da al agua tratada. Posteriormente, se realizó un análisis de la normatividad existente a nivel nacional e internacional, para conocer los parámetros exigidos para el reúso de agua residual y los beneficios consiguientes que se podrían dar en la implementación de este tipo de proyectos, así como el uso que se le podría dar. Seguido a esto, se realizó la caracterización de la sede del Claustro de la universidad en el cual se pretende implementar inicialmente un sistema de tratamiento de agua residual, con el fin de tener un conocimiento más amplio de la población que se pueda beneficiar con este sistema. Finalmente, se describió en detalle el diseño del filtro de tratamiento de agua residual utilizado, con el fin de obtener un agua de mejor calidad para su aprovechamiento diario en la sede del Claustro.

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1. ANTECEDENTES

La idea surge del trabajo en el semillero de EcoCivil de la Universidad Católica de Colombia dirigido por la Ingeniera Paula Andrea Villegas González, en el que se vienen desarrollando actividades desde del segundo semestre del año 2012 aproximadamente, consultando diferentes artículos de investigación relacionados con problemáticas y soluciones ambientales, que son abarcados desde la rama de la Ingeniería Civil. Adicionalmente el desarrollo de un prototipo utilizado para el tratamiento de aguas lluvias del barrio el Consuelo de la localidad Rafael Uribe Uribe de la ciudad de Bogotá, el cual fue realizado en el desarrollo de uno de los trabajos de grado del semestre anterior. Dicho prototipo fue adaptado y utilizado para cumplir el objetivo del presente trabajo a razón de los problemas que se ven a diario en los medios de comunicación con relación al suministro de agua potable o escasez de la misma. Con la finalidad de ayudar a concientizar a la población de la Universidad, se desea implementar una herramienta que permita de manera esquemática conocer un proceso para el reúso del agua residual, con el fin de disminuir el consumo de agua potable y generando un ahorro tanto económico como ambiental. El acceso de agua potable para el ser humano es primordial, sin embargo alrededor de 1.000 millones de personas no tienen acceso a agua limpia y 2.600 millones de personas no tienen acceso a un saneamiento adecuado, lo que se refleja en impresionantes cifras, una de ellas es la muerte de niños por año, alrededor de 1.8 millones de niños mueren en consecuencia a enfermedades producidas por el agua sucia.4 De aquí viene la importancia de reusar el agua residual, ya que de una u otra manera se disminuye el consumo de agua potable, y se evita que el agua residual sea descargada en los afluentes con un grado de contaminación mayor, o de ser así se estaría contaminando mucho más las fuentes de abastecimiento.

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Informe sobre Desarrollo Humano 2006. Más allá de la escasez: Poder, pobreza y la crisis mundial del agua. [En línea]. PNUD, 2006 [citado el 28 de febrero 2015] Disponible en internet: . ISBN 84-8476-301-3.

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2. OBJETIVOS

2.1.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar un prototipo para la recolección y tratamiento de aguas residuales, permitiendo así generar un ahorro tanto económico como ambiental, enfocado hacia la sede del Claustro de la Universidad Católica de Colombia. 2.2.   

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar un estado del arte sobre el reúso de aguas residuales en diferentes lugares del mundo. Realizar una caracterización del agua residual en la Sede el Claustro de la Universidad. Diseñar un prototipo para la recolección y el tratamiento del agua residual.

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3. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

La base de datos de AQUASTAT, Sistema de información global sobre el agua, desarrollado por la División de Tierras y Aguas, de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, FAO (Food and Agriculture Organization por sus siglas en Inglés), cuenta con información sobre los recursos hídricos internos renovables per cápita año de cada país. Esta muestra el último valor con dato en cada periodo de 5 años, en la que se identifican 16 países con menos de 300 (m 3/hab/año) en el periodo 2013-2017.5 A fin de tener un valor estimado para suplir las necesidades básicas para consumo e higiene por persona, se muestra en la Tabla 1 la cantidad de agua de acuerdo al nivel de servicio, distancia de acceso al recurso, necesidades básicas atendidas y nivel de efecto en la salud de acuerdo a los lineamientos de la OMS; por lo que se puede evidenciar que para suplir las necesidades básicas se estima que entre 50 y 100 litros por persona al día, son las necesarias.6 Al realizar la conversión de 100 litros por persona al día, se tiene que en el año se necesitarían 36.5 (m3/hab/año) para suplir las necesidades básicas de una persona en cuanto a consumo e higiene. Ahora bien se hace necesario identificar un porcentaje estimado de uso doméstico del total de los recursos hídricos por país, por lo que se muestra en la Ilustración 1 los volúmenes porcentuales de agua utilizada de acuerdo al uso (industrial, agrícola y doméstico), en el que se identifican los porcentajes de los usos alternativos de agua según el nivel de ingresos de los países, concluyendo lo siguiente: Porcentaje de extracción de agua destinada a uso doméstico:   

A nivel mundial: 8% del uso total de agua. Países de ingresos medios y bajos: 8% del uso total de agua. Países de ingresos elevados: 11% del uso total de agua.7

Teniendo en cuenta lo anterior, el porcentaje destinado a nivel mundial para uso doméstico equivale a un 8% del uso total de agua por país, si se toma este 8% para los 16 países con menor cantidad de recurso hídrico a 300 (m3/hab/año), equivaldría a 24 (m3/hab/año), siendo esta cantidad menor para suplir las necesidades básicas 5

Base de datos principal de países de AQUASTAT. [En línea] Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) [citado el 07 de Enero 2015 14:51]. Disponible en Internet: 6 HOWARD, Guy y BARTRAM Jamie. Domestic Water Quantity, Service Level and Health. [En línea].Suiza, World Health Organization, 2003. [citado el 24 de abril 2015] ]. Disponible en internet: 3p. 7 Agua para todos, Agua para la vida - Informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo. [En línea]. UNESCO, Septiembre del 2003. [citado el 24 de abril 2015]. Disponible en internet: 19 p. ISBN 92-303881-5.

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por persona al año, por lo que se concluye que tienen problemas para tener un acceso óptimo al recurso hídrico.

Tabla 1. Resumen de los requisitos del nivel del servicio de agua para promover la salud Fuente: HOWARD, Guy y BARTRAM Jamie. Domestic Water Quantity, Service Level and Health. [En línea].Suiza, World Health Organization, 2003. [citado el 24 de abril 2015].Disponible en internet: 3p.

Ilustración 1. Usos del agua por grupos de países según sus niveles de ingresos

Fuente: Agua para todos, Agua para la vida - Informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo. [En línea]. UNESCO, Septiembre del 2003 [citado el 24 de abril 2015]. Disponible en internet: 19 p. ISBN 92-303881-5.

Ahora bien, haciendo un análisis en Colombia no se presentan problemas para suplir las necesidades básicas de las personas; dado a que el país cuenta con una buena capacidad hídrica. Sin embargo esta ha venido disminuyendo, en 1997 se tenía 62.267 (m3/hab/año) y para el periodo del 2014 solo se cuenta con 48.840 (m3/hab/año), evidenciando una disminución de un 22% del recurso hídrico.

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En la Tabla 2 se realiza una estimación lineal año a año hasta el periodo del 2050 de los recursos hídricos per cápita año en Colombia, tomando como referencia los datos de los años 1997, 2002, 2007, 2012 y 2014 de la base de datos de AQUASTAT. Año 1997 2002 2007 2012 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

m3/hab/año 62267 57259 53036 49472 48840 47326 46529 45732 44934 44137 43340 42543 41746 40949

Año 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037

m3/hab/año 40151 39354 38557 37760 36963 36166 35368 34571 33774 32977 32180 31383 30585 29788

Año 2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044 2045 2046 2047 2048 2049 2050

m3/hab/año 28991 28194 27397 26600 25803 25005 24208 23411 22614 21817 21020 20222 19425

Tabla 2. Estimación de agua en Colombia hasta el año 2050 Fuente: Autor

En vista a la estimación realizada en Colombia se tendría en el año 2050 unos 19.425 (m3/hab/año), lo que para el país sería una situación preocupante y podría generar problemas sociales, ambientales, económicos y otros factores que perjudicarían al país. Con el fin de mitigar la disminución del recurso se hace necesario concientizar a la comunidad educativa del problema que se prevé en los próximos años. Dada esta situación es de gran importancia desarrollar un modelo y prototipo para la reutilización del agua residual en la Universidad. No obstante, hay que tener en cuenta que el problema se presentará tanto en los centros educativos como en los diferentes lugares del país.

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4. EL RECURSO HÍDRICO EN EL MUNDO Y ESTADO DEL ARTE SOBRE EL REUSO DE AGUA RESIDUAL

A continuación se presenta una visión global del estado del recurso hídrico en el mundo, y la necesidad del reúso de agua residual, así como algunos casos en donde está implementado un sistema de reutilización de agua residual, con el objetivo de identificar diferentes formas y usos del reúso de agua residual. ‘’Los recursos hídricos mundiales deben responder a múltiples demandas: agua potable, higiene, producción de alimentos, energía y bienes industriales, y mantenimiento de los ecosistemas naturales. Sin embargo, los recursos hídricos globales, son limitados y están mal distribuidos. ’’8 El agua dulce es un recurso natural indispensable para el bienestar del ser humano, y el desarrollo socioeconómico sostenible. La escasez en algunos lugares en los que no se tiene acceso a servicios mejorados de saneamiento de este recurso, ha ido generando una crisis tanto regional como mundial en cuanto a condiciones climáticas, de pobreza, hambre, salud y finanzas. Alrededor de 768 millones de personas no tienen acceso a fuentes mejoradas de agua, unos 2.500 millones de personas no disponen de acceso a servicios mejorados de saneamiento y alrededor de 2.000 millones de personas no tienen acceso a agua potable, lo más impactante es que el número de personas que no tienen derecho a agua es mucho mayor, se estima 3.500 millones de personas.9

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El agua, Una responsabilidad Compartida 2° Informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo. [En línea]. 2 a ed. UNESCO, Marzo del 2006 [citado el 16 de diciembre 2014] Disponible en internet: . 12 p. ISBN 92-3-104007-3. 9 Agua y Energía. Datos y Estadísticas. Informe de las Naciones Unidas Sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo 2014. [En línea]. UNESCO, 2014. [citado el 08 de Enero 2015]. Disponible en Internet: .1 p.

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Ilustración 2. Total de recursos hídricos renovables, 2011 (m 3 per cápita por año)

Fuente: Agua y Energía resumen ejecutivo. Informe de las Naciones Unidas Sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo 2014. [En línea] UNESCO, 2014. [citado el 07 de Enero 2014]. Disponible en Internet: . 4 p.

Como se puede evidenciar en la Ilustración 2 ‘’Total de recursos hídricos renovables, 2011 (m3 per cápita por año) ’’, en diferentes lugares del planeta existe escasez de agua, lo que ha incentivado en la población la extracción de agua subterránea, que ha venido disminuyendo a través del tiempo. Investigaciones recientes estiman que un 20% de los acuíferos del planeta están siendo sobreexplotados y algunos de manera extrema; a nivel mundial es considerado que las extracciones de agua dulce tanto superficial como subterránea, han aumentado en 1% anualmente desde finales del año 1980. 10 Con base en lo anterior se hace necesario reutilizar el agua residual, ya sea para riego agrícola, o consumo humano, o de ser posible para cualquier otro fin que sea ecológicamente sostenible, disminuyendo así el agotamiento del recurso hídrico en el país y en el mundo; a continuación se presentan algunos casos específicos en cada continente, en donde el agua residual es utilizada para riego agrícola.

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IbÍd., p. 1.

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4.1.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN ÁFRICA

En Carnarvorn, un pequeño pueblo de la Provincia Septentrional en Sudáfrica, alrededor de 800 hogares recogen y almacenan el agua residual doméstica en contenedores, ya que no tienen una infraestructura para el descargue de la misma. Trabajadores del pueblo pasan dos veces a la semana recogiendo el agua residual para ser llevada a trabajos de tratamiento de aguas residuales. Aunque a pesar de esto el sistema preferido por la población es a través de un tambor de 50 litros. Este sistema está compuesto por una trampa de filtro y un contenedor la cual contiene una bomba sumergible en el fondo que se activa automáticamente, cuando está lleno el tambor bombea el agua a través de una manguera a un rociador en el jardín, por lo contrario cuando está casi vacío se apaga automáticamente la bomba. Una vez implementada la fase piloto se lleva a cabo una capacitación a los hogares con el fin de hacer un mantenimiento adecuado al sistema. 11

4.2.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN AMÉRICA

En Brasil, hay una gran cantidad de reutilización de aguas residuales aunque la mayor cantidad está destinada para proyectos industriales para minimizar las descargas en los efluentes, otra parte es en los municipios que reconocen que el recurso hídrico es limitado y han optado por planear la optimización y reutilización del agua residual. Adicionalmente en muchas partes del país se le da un uso al agua residual inconscientemente, sin un tratamiento previo para riego de cultivos forrajeros y hortalizas, lo que se espera se vuelva normatividad en el país para el uso del agua residual. En Argentina, en el año 2000 solo el 35% del país contaba con un sistema de alcantarillado y solo una parte del agua residual tenía un tratamiento adecuado, en el país el agua residual se viene utilizando sin tratamiento previo desde principios del siglo XX, debido a que la densidad de la población viene creciendo. Se impuso el reúso del agua residual como un requerimiento cumplir las normas de la OMS en el país El sistema de reutilización de agua más grande en Argentina se encuentra en la parte occidental del país, en Mendoza, cerca de los Andes. La cual recibe alrededor de 160.000 m3/d (42,3 l/s) de aguas residuales urbanas, la cual se trata por un 11

Adewumi, James; Ilemobade, A.A; and Van Zyl, J.E. Treated wastewater reuse in South Africa: Overview, potential and challenges [online]. Diciembre 2010, vol. 55, [citado 10 September 2015],.pp. 221-231. Disponible en Internet: < http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921344910002132>. ISSN 0921-3449.

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sistemas de lagunas que permite el riego de alrededor de 3.640 hectáreas de bosques, viñedos, aceitunas, alfalfa, frutales y otros cultivos. En Perú la distribución del recurso hídrico es desigual, ya que este es alto en su interior pero en sus costas es escaso. En cuanto a las aguas residuales sólo el 5% son tratadas antes de su descarga, en su mayoría por lagunas de estabilización; por ende en el país predomina el reúso de agua residual cruda para riego agrícola de hortalizas, forrajes, bosques, algodón y otros. En Lima se riegan alrededor de 5000 ha con agua residual cruda. Se proyecta en San Bartolo en el sur de Lima regar 4.000 ha con un sistema de tratamiento de lagunas de maduración, este sistema es usado en Tacna al sur de Perú para riego de 210 ha de tierra.12 En Colombia se suscribió el 25 de julio del 2014 la resolución 1207 del 2014, en donde se adoptan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas 13, sin embargo estas se utilizan crudas o parcialmente tratadas en la cría de animales de granja y para riego de cultivos. En la sabana de Bogotá en el distrito de riego y drenaje de La Ramada, se riegan 3.500 ha de cultivos de hortalizas, flores y pastos.14 En la planta de tratamiento de aguas residuales de Cañaveralejo PTAR – C, ubicada en el Valle del Cauca se evaluó la viabilidad de la reutilización del agua residual tratada en la PTAR-C para el riego de cultivo de caña de azúcar, siendo este uno de los principales productos del sector agropecuario en el departamento. Se adaptó un área de 500 m2, en la que se sembró un cultivo de caña de azúcar con unas características establecidas, y se emplearon tres modalidades de riego: agua residual tratada por TPA (Tratamiento primario avanzado), agua residual tratada por TPC (Tratamiento primario convencional) y agua de pozo, cuyos resultados no presentaron restricciones para la reutilización de acuerdo a las directrices establecidas por la EPA 2004. 15

12

2004 Guidelines For Water Reuse. [En línea]. EPA, Septiembre del 2004 [citado el 8 de febrero 2015] Disponible en internet: 13 Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible., DIARIO OFICIAL 49242., RESOLUCIÓN NÚMERO 1207 DE 2014. 14 Convenio Interinstitucional de Cooperación Técnica, Académica e investigativa No 300-GAA-CONVENIO 149-2005 entre EMCALI EICE ESP y la UNIVERSIDAD DEL VALLE. Resultados de Investigación en Agua Potable, Aguas Residuales y Biosólidos. [En línea]. Noviembre 2007 [citado el 13 de noviembre 2015]. Disponible en internet: pp. 38-40. 15 LASSO, Julián y RAMÍREZ, José Luis. Perspectivas generales del efecto del reúso de aguas residuales para riego en cultivos para la producción de biocombustibles en Colombia. El Hombre y la Máquina [en línea] 2011, (Enero-Junio): [citado el 15 de septiembre de 2015] Disponible en: ISSN 0121-0777

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4.3.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN ASIA

En Israel se utiliza alrededor de un 80% de las aguas residuales servidas para riego agrícola, ya que este país es muy pobre en agua, por dichas circunstancias Israel planificó y realizó diversas investigaciones para lograr usar las aguas residuales. Se destaca que dicho país viene utilizando las aguas residuales desde principios de los años 70, inicialmente para la producción de algodón. En el país hay dos tipos de tratamiento de agua residual para el abastecimiento de la agricultura, el primero de se trata de un sistema intensivo llamado ‘’tratamiento de suelo acuífero’’ el cual consiste en el paso del efluente previamente tratado por una zona saturada y una parte del acuífero dedicado a la filtración, desinfección y almacenamiento, permaneciendo allí alrededor de 400 días, después de este proceso el agua es canalizada para llevarla al sur de Israel para uso agrícola. El segundo método llamado ‘’tratamiento de reservorios profundos’’, el cual consiste en reservorios de estabilización con una profundidad que va alrededor “de 8 a 15 metros de profundidad” para el almacenamiento de efluentes parcialmente tratados, sistemas semi-intensivos lagunas aeróbicas y anaeróbicas, este método es usado en cultivos no comestibles. Las aguas residuales, se visualizan como un desecho en muchas situaciones, lo que para Israel es un recurso primordial, este prevé que para el 2020 la agricultura del país sea abastecida únicamente de agua residual tratada. 16

4.4.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN EUROPA

En Francia en los últimos años el consumo de agua potable viene aumentando tanto en uso agrícola 42%, como en uso diario del pueblo 21%. Adicionalmente los afluentes superficiales están siendo contaminados por el exceso de nutrientes y por el agua residual que no tiene un tratamiento adecuado, lo que hace necesario darle un uso adecuado. En la Isla de Noirmoutier en Francia se han implementado dos plantas de tratamiento de agua residual las cuales abastecen 500 ha de cultivo vegetal y esperan reutilizar el 100% del caudal total tratado. Otro caso en Francia es en la

16

QUIPUZCO USHÑAHAUA, Lawrence Enrique. Valoración de las aguas residuales en Israel como un recurso agrícola: consideraciones a tomar en cuenta para la gestión del agua en el Perú. [En línea]. Revista del instituto de investigación FIGMMG. San Marcos, Vol. 7 N. °13 p. 64-72. ISBN 1628-8097. [citado el 03 de Febrero 2015]. Disponible en Internet: .

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ciudad de Clermont-Ferrand, ubicada en el centro del país, donde existe un proyecto que genera un caudal de 0.115m3/s usado para el riego de 750 ha de maíz.

4.5.

REÚSO DE AGUA RESIDUAL EN OCEANÍA

En Australia en la granja de Werribee cerca de Melbourne, se reúsan las aguas residuales de uso doméstico desde 1940. Gracias a esta se irrigan alrededor de 10.000 ha, siendo su principal objetivo reducir la contaminación en los ríos 17. En un desarrollo de 650 hectáreas denominado Aurora, en los suburbios del norte de Melbourne, Australia; existe una propuesta que se encuentra enfocada al desarrollo sostenible, dentro de esta existe una propuesta para utilizar las aguas residuales tratadas, de acuerdo a lo estudiado se indica que con la reutilización del agua y la gestión de la demanda combinadas, se podría reducir la demanda de agua potable alrededor de un 70%. En el área estudiada existirán alrededor de 9.000 viviendas, que albergarían alrededor de 25.000 personas.18 En este capítulo se evidenció de manera global las problemáticas que existen en cuanto a la disminución del recurso hídrico en el mundo, donde se destaca la necesidad del buen manejo del agua y la necesidad de realizar un reúso del agua residual, puesto que se prevén problemas con el suministro de agua. Igualmente se mostraron algunos casos en donde se realiza un reúso de agua residual para riego, por lo que se concluye que en muchos lugares del mundo se han venido implementado técnicas de tratamiento y reúso del agua residual, en algunos casos regidos bajo alguna normatividad, lo que incentiva a realizar investigaciones para la reutilización del agua residual, como la presentada en este documento, prototipo para el tratamiento del agua residual.

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LASSO, Julián y RAMIREZ José Luis. Perspectivas generales del efecto del reúso de aguas residuales para riego en cultivos para la producción de biocombustibles en Colombia. Colombia. El Hombre y la Máquina. [en línea] 2011, (Enero-Junio): [citado el 8 de febrero de 2015]. Disponible en: ISSN 0121-0777 18 U.S. Environmental Protection Agency (2004). Manual: Guidelines for Water Reuse. EPA 625/R-04/108. Washington U.S.

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5. CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL Y LOS ESTANDARES DE CALIDAD PARA SU REÚSO

A nivel mundial, el tratamiento y reúso de agua juegan un papel muy importante, especialmente en países que presentan problemas de escasez de agua. El reúso planeado empezó a principios de los años 20 para riego agrícola, en los estados de Arizona y California de Estados Unidos, a su vez en California se iniciaron políticas para el reúso del agua residual. En Colorado y Florida se desarrollaron sistemas para el reúso en zonas urbano. De manera general el aprovechamiento del agua residual tratada se viene dando en actividades agrícolas, industriales, recreativas y recarga de acuíferos, en algunos países bajo una normatividad establecida y en otros de forma inapropiada. 19 Existen varias instituciones que han establecido guías de calidad de agua para reúso, tales como EPA (Environmental Protection Agency por sus siglas en Inglés), 2004; normatividad Mexicana NM-003 ECOL-1997 y NM-001 ECOL-1996, Resolución 1207 del 2014 para Colombia, entre otras. En este capítulo se presenta la comparación de estas, teniendo en cuenta el tipo de reúso del agua residual tratada y al final se hace un análisis de cómo influyen en el proyecto de trabajo de grado.

5.1.

REÚSO URBANO

Los sistemas de reúso urbano se proporcionan para varios propósitos, algunos de estos se presentan a continuación:      

Riego de parques públicos y centros de recreación, canchas deportivas, patios escolares, campos de juego, zonas verdes en edificios comerciales, industriales y públicos. Riego de campos golf. Usos comerciales como lavado de vehículos, ventanas, y el agua de mezcla de pesticidas, herbicidas y fertilizantes líquidos Usos paisajísticos de decoración y elementos decorativos acuáticos, como fuentes, espejos de agua y cascadas Producción de concreto para proyectos de construcción. Protección contra incendios.

19

ARREGUÍN CORTÉS, Felipe I, et al. EL REÚSO DEL AGUA EN MÉXICO. México. [en línea] [citado el 4 de noviembre de 2015]. Disponible en: < http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/acodal42/reuso.pdf>

25



Sanitarios de edificios comerciales e industriales. 20

En Colombia no existe normatividad para reúso de agua residual en espacios urbanos, sin embargo la resolución vigente adopta disposiciones para usos agrícolas e industriales. En la Tabla 3 se muestran algunos parámetros sugeridos en el manual de EPA en zonas no restringidas por las personas como irrigación de campos de golf, parques; lavado de vehículos entre otros; estas a su vez son comparadas con la normatividad mexicana para reúso de agua residual tratada en servicios al público, como los son el pH, DBO (demanda biológica de oxigeno), turbiedad, cloro residual y organismos parasitarios, de la cual se puede desatacar que la normatividad de México no es tan exigente como los lineamientos de EPA. Tabla 3. Calidad de agua requerida para reúso urbano, no restringido. Parámetro

Guías EPA

NOM -003 ECOL-1997

pH DBO5 (mg/L) Turbiedad (NTU) Coliformes Fecales (organismos/100ml)

6-9

--------

< 10

--------

<

--------

No detectable

240

1

--------

Cloro Residual (mg/L) Huevos de Helminto (organismos/L)

2

--------

Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible., DIARIO OFICIAL 49242., RESOLUCIÓN NÚMERO 1207 DE 2014. Oxígeno disuelto [En línea]. El agua en Navarra. [citado el 20 de noviembre 2015]. Disponible en internet: URL:http://www.navarra.es/home_es/Temas/Medio+Ambiente/Agua/Document acion/Parametros/OxigenoDisuelto.htm Parámetros de Calidad de las Aguas de Riego [En línea]. Escuela de Bonsai de Antoni Payeras. [citado el 20 de noviembre 2015]. Disponible en internet: Parámetros y características de las aguas naturales. [En línea]. Ingeniería de Tratamiento y Acondicionamiento de Aguas. [citado el 20 de noviembre 2015]. Disponible en internet: Propiedades químicas del Hierro - Efectos del Hierro sobre la salud - Efectos ambientales del Hierro. [En línea]. Lenntech: Tratamiento y purificación del agua. [citado el 25 de noviembre 2015]. Disponible en internet: QUIPUZCO USHÑAHAUA, Lawrence Enrique. Valoración de las aguas residuales en Israel como un recurso agrícola: consideraciones a tomar en cuenta para la gestión del agua en el Perú. [En línea]. Revista del instituto de investigación FIGMMG. San Marcos, Vol. 7 N. °13 p. 64-72. ISBN 1628-8097. [citado el 03 de Febrero 2015]. Disponible en Internet: ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Teoría y principios de diseño. Santafé de Bogotá. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. 2000. p. 17-18, ISBN 958-8060-13-3. SINUPOT. Sistema de información de Norma Urbana y P.O.T. [En línea] Secretaría Distrital de Planeación. 2015. [citado el 23 de Septiembre 2015]. Disponible en Internet: . U.S. Environmental Protection Agency (2004). Manual: Guidelines for Water Reuse. EPA 625/R-04/108. Washington U.S.

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ANEXO A. Consumos de agua potable Sede El Claustro.

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ANEXO B. Encuestas para los estudiantes Sede El Claustro.

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