Reutilización de aguas residuales

La reutilización de aguas residuales es el proceso de convertir las aguas residuales en agua que puede reutilizarse para otros fines [1] . Estos pueden incluir el riego de huertos y tierras de cultivo, o la reposición de aguas superficiales y subterráneas . El agua reciclada se puede utilizar para satisfacer necesidades específicas en los hogares (como la descarga de inodoros), las empresas y la industria, e incluso se puede tratar para alcanzar los estándares de agua potable .. La última opción se conoce como "reutilización directa de agua potable" o "reutilización indirecta de agua potable", según el enfoque utilizado [2] .

La recuperación de agua para su reutilización sirve para ahorrar dinero, ya que muchas localidades y regiones experimentan escasez de agua dulce . Cuando el agua usada finalmente se devuelve a las fuentes de agua naturales, aún puede brindar beneficios al aumentar el flujo del río , nutrir la vegetación y reponer los acuíferos a través del ciclo del agua [3] .

La reutilización de aguas residuales es una práctica establecida utilizada para el riego , especialmente en países secos. Esto reduce la escasez y reduce la presión ejercida por las actividades humanas sobre los cuerpos de agua naturales [4] . Un aspecto potencialmente positivo es el contenido de nutrientes de las aguas residuales en algunos casos, lo que puede reducir la necesidad de otros fertilizantes.

Un posible peligro es la presencia de componentes dañinos en el efluente, como bacterias, metales pesados ​​o contaminantes orgánicos (incluidos productos farmacéuticos, productos para el cuidado personal y pesticidas). El riego con aguas residuales puede tener efectos tanto positivos como negativos en el suelo y las plantas, según la composición de las aguas residuales y las características del suelo o las plantas [5] .

Goles

La gestión del saneamiento de aguas residuales requiere atención, pero vale la pena con los aspectos positivos asociados con la reducción del costo de eliminación de los desechos humanos. Los avances en la tecnología de tratamiento de aguas residuales permiten reutilizar el agua para diferentes propósitos. El agua se trata de manera diferente según la fuente y el uso del agua, y cómo se entrega.

Circulando repetidamente a través de la hidrosfera planetaria, toda el agua en la Tierra es agua reciclada, pero los términos "agua reciclada" o "agua recuperada" generalmente se refieren a las aguas residuales enviadas desde un hogar o negocio a través de un sistema de alcantarillado a una planta de tratamiento de aguas residuales , donde se tratados a un nivel apropiado para su propósito previsto.

La Organización Mundial de la Salud ha reconocido los siguientes impulsores principales de la reutilización de aguas residuales [6] [7] :

  1. la creciente escasez de agua y la presión sobre el ecosistema;
  2. el crecimiento de la población y cuestiones relacionadas con la seguridad alimentaria;
  3. aumento de la contaminación ambiental debido a la eliminación inadecuada de aguas residuales;
  4. Creciente reconocimiento del valor de los recursos de aguas residuales , excrementos y aguas grises .[ aclarar ] .

La reutilización del agua es cada vez más importante no solo en regiones secas, sino también en ciudades y entornos contaminados [8] .

Los acuíferos subterráneos, que son utilizados por más de la mitad de la población mundial, ya se encuentran en un estado de sobreexplotación [9] . La reutilización seguirá aumentando a medida que la población mundial se urbanice y se concentre más cerca de las costas, donde los suministros locales de agua dulce son limitados o solo están disponibles a un alto costo de capital [10] [11] . Se puede ahorrar mucha agua dulce reutilizando y reciclando las aguas residuales, reduciendo la contaminación . Los documentos de la ONU establecen el objetivo de “reducir a la mitad la proporción de aguas residuales sin tratar y aumentar significativamente el reciclaje y la reutilización segura en todo el mundo para 2030” [12] .

Beneficios

La reutilización de agua/aguas residuales como fuente alternativa de agua puede proporcionar importantes beneficios económicos, sociales y ambientales a tales programas. En la agricultura, el riego con aguas residuales puede mejorar el rendimiento de los cultivos, reducir la huella ecológica y aumentar los beneficios socioeconómicos [13] . Los beneficios incluyen [14] [11] :

Consideraciones de diseño

Distribución

El agua recuperada no potable a menudo se distribuye mediante una red de tuberías dobles que separa completamente las tuberías de agua recuperada de las tuberías de agua potable.

En muchas ciudades que usan agua recuperada, ahora tiene tal demanda que los consumidores solo pueden usarla en días designados. Algunas ciudades que anteriormente ofrecían agua regenerada ilimitada a una tarifa plana ahora comienzan a cobrar a los ciudadanos por la cantidad que usan.

Procesos de mecanizado

Para muchos tipos de reutilización, las aguas residuales deben pasar por numerosos pasos en el proceso de tratamiento de aguas residuales antes de que puedan utilizarse. Los pasos pueden incluir cribado, sedimentación primaria, tratamiento biológico, tratamiento terciario (por ejemplo, ósmosis inversa) y desinfección. Es posible obtener nitrógeno de las aguas residuales y producir nitrato de amonio [15] . Esto genera ingresos y produce fertilizantes útiles para los agricultores. Hay varias tecnologías utilizadas para tratar las aguas residuales para su reutilización. La combinación de estas tecnologías puede cumplir con estrictos estándares de purificación y garantizar que el agua tratada sea higiénicamente segura, es decir, libre de bacterias y virus. Las siguientes son algunas de las tecnologías típicas: ozonización , ultrafiltración , tratamiento aeróbico (biorreactor de membrana), ósmosis directa , ósmosis inversa , oxidación prolongada [2] .

Las aguas residuales generalmente se tratan solo en el nivel de tratamiento secundario cuando se usan para riego. La combinación de estas tecnologías puede cumplir con estrictos estándares de purificación y garantizar que el agua tratada sea higiénicamente segura, es decir, libre de bacterias y virus. Las siguientes son algunas de las tecnologías típicas: ozonización, ultrafiltración, tratamiento aeróbico (biorreactor de membrana), ósmosis directa, ósmosis inversa, oxidación avanzada.

Las aguas residuales generalmente se tratan solo en el nivel de tratamiento secundario cuando se usan para riego.

La estación de bombeo distribuye agua regenerada a los consumidores de toda la ciudad. Esto puede incluir campos de golf, uso agrícola, torres de enfriamiento o vertederos.

Alternativas

En lugar de tratar las aguas residuales para reutilizarlas, otras opciones pueden lograr un efecto similar de ahorro de agua dulce:

Gastos

El costo del agua recuperada supera el costo del agua potable en muchas regiones del mundo donde hay agua dulce disponible en abundancia. Sin embargo, el agua regenerada suele venderse a un precio más bajo a los ciudadanos para fomentar su uso. A medida que los suministros de agua dulce se vean limitados debido a los costos de distribución, el aumento de la demanda pública o la reducción de las fuentes del cambio climático, la relación de costos también cambiará. Al evaluar el agua recuperada, se debe considerar todo el sistema de suministro de agua, ya que esto puede aportar un valor importante de flexibilidad al sistema en general [16] .

Los sistemas de agua recuperada generalmente requieren una red de tuberías dobles, a menudo con tanques de almacenamiento adicionales, lo que aumenta el costo del sistema.

Barreras a la implementación

Aspectos de salud

El agua recuperada se considera segura cuando se usa adecuadamente. El agua regenerada prevista para su uso en la recarga de acuíferos o recarga de aguas superficiales recibe un tratamiento adecuado y fiable antes de mezclarse con agua natural y se somete a procesos de recuperación natural. Parte de esta agua eventualmente se convierte en parte del suministro de agua potable.

Un estudio sobre la calidad del agua publicado en 2009 comparó las diferencias de calidad entre agua regenerada/regenerada, agua superficial y agua subterránea [22] . Los resultados muestran que el agua regenerada, el agua superficial y el agua subterránea son más similares que diferentes en términos de constituyentes. Los investigadores probaron 244 componentes representativos que se encuentran comúnmente en el agua. Cuando se encontraron, la mayoría de los componentes estaban en el rango de partes por mil millones y partes por trillón. Se encontró DIT (repelente de insectos) y cafeína en todos los tipos de agua y en casi todas las muestras. El triclosán (en el jabón antibacteriano y la pasta dental) se ha encontrado en todo tipo de agua, pero se encuentra en concentraciones más altas (partes por billón) en el agua recuperada que en las aguas superficiales o subterráneas. Se encontraron muy pocas hormonas/esteroides en las muestras y cuando se encontraron los niveles eran muy bajos. Se han encontrado ácidos haloacéticos (un subproducto de la desinfección) en todo tipo de muestras, incluso en aguas subterráneas. La mayor diferencia entre el agua regenerada y otras aguas parece ser que el agua regenerada ha sido descontaminada y, por lo tanto, tiene subproductos de descontaminación (debido al uso de cloro).

Un estudio de 2005 titulado "Irrigation of Parks, Playgrounds and Schoolyards with Reclaimed Water" (Irrigación de parques, patios de recreo y patios escolares con agua recuperada) encontró que no hubo casos de enfermedades causadas por patógenos microbianos o químicos, y que los riesgos de usar agua recuperada para el riego no son muy diferentes de los del riego con agua potable. [23 ] .

Un estudio de 2012 realizado por el Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos de América encontró que el riesgo de exposición a ciertos contaminantes microbianos y químicos del agua potable recuperada no parece ser mayor que el riesgo experimentado en al menos algunos sistemas de tratamiento de agua potable existentes y pueden ser órdenes de magnitud inferiores [24] . Este informe recomienda ajustes al marco regulatorio federal que podrían mejorar la protección de la salud pública para la reutilización del agua planificada y no planificada (o real) y aumentar la confianza pública en la reutilización del agua.

Muchas personas asocian sentimientos de disgusto con el agua regenerada, y el 13% de los encuestados dijo que ni siquiera la bebería [25] . Sin embargo, el principal riesgo para la salud de beber agua regenerada es la posibilidad de que queden productos farmacéuticos y otros productos químicos domésticos o sus derivados (contaminantes ambientales farmacéuticos persistentes) en esta agua [26] . Esto sería un problema menor si las heces humanas no se introdujeran en las aguas residuales a través de inodoros secos o sistemas que traten las aguas negras por separado de las aguas grises.

Para abordar estos problemas de agua de origen, los proveedores de agua recuperada utilizan procesos de tratamiento de múltiples barreras y monitoreo continuo para garantizar que el agua recuperada sea segura y se trate adecuadamente para su uso final previsto.

Aspectos ambientales

Existe un debate sobre los posibles efectos sobre la salud y el medio ambiente. Para abordar estos problemas, la Fundación de Investigación WateReuse realizó un estudio para evaluar los riesgos potenciales para la salud del agua reciclada y la comparó con los productos farmacéuticos y de cuidado personal tradicionales. Para cada uno de los cuatro escenarios en los que las personas entran en contacto con el agua reciclada utilizada para el riego (niños en un parque infantil, golfistas, paisajistas y trabajadores agrícolas), los resultados del estudio indican que podría tomar desde unos pocos años hasta millones de años de exposición al agua reciclada no sustentable para lograr el mismo impacto que obtenemos en un día como resultado de actividades rutinarias.

El uso de agua regenerada para fines no potables ahorra agua potable porque se utilizará menos agua potable para fines no potables [27] .

A veces contiene niveles más altos de nutrientes como nitrógeno , fósforo y oxígeno , que pueden ayudar de alguna manera a fertilizar las plantas hortícolas y agrícolas cuando se utilizan para el riego.

El uso de la recuperación de agua reduce la contaminación dirigida a entornos sensibles. También puede mejorar los humedales , lo que beneficia a la vida silvestre que depende de ese ecosistema . También ayuda a detener la posibilidad de sequía, ya que el reciclaje de agua reduce el uso de agua dulce de fuentes subterráneas. Por ejemplo, la Planta de Control de la Contaminación del Agua de San José/Santa Clara ha establecido un programa de reciclaje de agua para proteger las marismas salinas naturales en el Área de la Bahía de San Francisco .

Los principales riesgos potenciales asociados a la reutilización de aguas residuales regeneradas con fines de riego cuando el tratamiento no es el adecuado son los siguientes [28] [14] :

  1. contaminación de la cadena alimentaria con microcontaminantes, patógenos ( bacterias , virus , protozoos , helmintos ), o determinantes de resistencia a antibióticos;
  2. la salinidad del suelo y la acumulación de varios componentes desconocidos que podrían afectar negativamente la producción agrícola;
  3. distribución de comunidades microbianas autóctonas del suelo;
  4. cambio en las propiedades físico-químicas y microbiológicas del suelo y contribuir a la acumulación de contaminantes químicos/biológicos en él (por ejemplo, metales pesados , productos químicos (por ejemplo, boro , nitrógeno , fósforo , cloruros , sodio , pesticidas / herbicidas ) , productos químicos naturales (por ejemplo, hormonas ), contaminantes de nueva generación (por ejemplo, productos farmacéuticos y sus metabolitos , productos para el cuidado personal, productos químicos domésticos y aditivos alimentarios y sus productos de transformación), etc.) y su posterior absorción por plantas y cultivos;
  5. crecimiento excesivo de algas y vegetación en canales que transportan aguas residuales (es decir, eutrofización );
  6. deterioro de la calidad del agua subterránea como resultado de la migración y acumulación de diversos contaminantes recuperados en el suelo y los acuíferos.

Ejemplos

Australia

Si bien actualmente no existen esquemas de reutilización directa de agua potable a gran escala en Australia , la División Antártica Australiana está explorando la posibilidad de instalar un esquema de reutilización de agua potable en su Base de Investigación Davis en la Antártida . Se han seleccionado una serie de diferentes tecnologías probadas para mejorar la calidad de las descargas marinas de la base de Davis y se utilizarán en el futuro, como la ozonización, la desinfección UV, la limpieza con cloro, así como la filtración UV, la filtración de carbón activado y la ósmosis inversa. [29] [ 20] .

israel

A partir de 2010, Israel lidera el mundo en términos de la proporción de agua que recicla [30] . Israel trata el 80% de sus aguas residuales (400 mil millones de litros al año) y el 100% de las aguas residuales del área metropolitana de Tel Aviv son tratadas y reutilizadas como agua de riego para agricultura y obras públicas. Hasta la fecha, todas las aguas residuales recuperadas en Israel se utilizan con fines agrícolas y de recuperación de tierras.

namibia

Un ejemplo de reutilización directa de agua potable es el caso de Windhoek ( Namibia , New Gorangab Water Reclamation Plant (NGWRP)), donde las aguas residuales tratadas se han mezclado con agua potable durante más de 40 años. Se basa en el concepto de múltiples barreras de tratamiento (es decir, pre-ozonización, coagulación mejorada / flotación por aire disuelto /filtración rápida de arena y post-ozonización, carbón activado biológico/carbón activado granular, ultrafiltración (UV), cloración) para reducir los riesgos asociados. y mejorar la calidad del agua. Las aguas residuales recuperadas representan actualmente alrededor del 14% de la producción de agua potable en la ciudad [31] .

Singapur

En Singapur, el agua recuperada se llama NEWater y se embotella directamente desde una planta de tratamiento de agua mejorada con fines educativos y festivos. Si bien la mayor parte del agua reutilizada se usa en Singapur para industrias de alta tecnología, una pequeña cantidad se devuelve a los tanques de agua potable.

A fines de 2002, el programa, denominado con éxito NEWater, logró una aceptación del 98 %, con un 82 % de los encuestados que indicaron que beberían agua reciclada directamente y otro 16 % solo cuando la mezclaban con agua de tanque [32] . El agua nueva resultante después de la estabilización (adición de productos químicos alcalinos) cumple con los requisitos de la OMS y se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones (por ejemplo, reutilización en la industria, descarga en un tanque de agua potable) [33] . Actualmente, NEWater representa alrededor del 30 % del uso total de Singapur y, para 2060, la Agencia Nacional del Agua de Singapur planea triplicar la capacidad actual de NEWater para satisfacer el 50 % de la demanda futura de agua de Singapur [34] .

Sudáfrica

En Sudáfrica , las condiciones secas son un factor importante en la reutilización de aguas residuales [20] . Por ejemplo, en Beaufort West , Sudáfrica, se construyó una planta de recuperación directa de aguas residuales (WRP) a fines de 2010 para producir agua potable como resultado de una escasez aguda de agua (producción de 2300 m 3 por día) [35] [36] . La configuración del proceso se basa en el concepto de múltiples barreras e incluye los siguientes procesos de tratamiento: filtración de arena, UV, ósmosis inversa de dos etapas y desinfección de permeado con luz ultravioleta (UV).

La ciudad de George se enfrenta a la escasez de agua y ha optado por una estrategia de IPR (2009/2010) en la que el efluente final de su planta de tratamiento de aguas residuales Outeniqua se trata con luz ultravioleta y desinfección para obtener una calidad muy alta antes de devolverlo al almacenamiento principal, Garden Route. Presa, donde se combinan con los suministros actuales de agua cruda. Esta iniciativa aumenta la oferta existente en 10.000 m 3 por día, lo que supone cerca de un tercio de la demanda de agua potable. La configuración tecnológica incluye los siguientes procesos de procesamiento: pantalla de tambor, desinfección por UV y cloro. Se tomaron medidas para agregar carbón activado en polvo (PAC) a George WTW si fuera necesario como una barrera operativa adicional.

Estados Unidos

La reutilización de agua recuperada es una respuesta cada vez más común a la escasez de agua en muchas partes de los Estados Unidos. El agua recuperada se usa directamente para una variedad de usos no potables en los EE. UU., incluido el riego de jardines urbanos para parques, patios escolares, carreteras y campos de golf; protección contra incendios; uso comercial como lavado de vehículos; reutilización industrial como agua de refrigeración, agua de calderas y agua de proceso; usos ambientales y recreativos como la creación o restauración de humedales; así como el riego agrícola [37] . En algunos casos, como el Distrito de Agua de Irvine Ranch en el Condado de Orange , también se usa para descargar inodoros [38] .

Se ha estimado que en 2002 se reutilizó directamente un total de 1.700 millones de galones estadounidenses (6.400.000 m 3 ) por día, o casi el 3% del suministro público de agua. California reutilizó 0,6 y Florida 0,5 mil millones de galones estadounidenses (1.900.000 m 3 ) por día, respectivamente. Veinticinco estados tenían regulaciones con respecto al uso de agua regenerada en 2002. La reutilización directa planificada de agua recuperada comenzó en 1932 con la construcción de una instalación de agua recuperada en el parque Golden Gate de San Francisco . El agua regenerada suele distribuirse mediante una red de tuberías dobles de colores que separa completamente las tuberías de agua regenerada de las tuberías de agua potable [39] .

Notas

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