Saneamiento de aguas residuales comunitarias mediante sistemas pasivos y humedales artificiales

José de Anda Sánchez Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, A. C. Unidad de Tecnología Ambiental.

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales descentralizadas o en redes comunitarias están diseñados para operar a pequeña escala. No sólo reducen los efectos sobre el medio ambiente y la salud pública local, sino que también aumentan las posibilidades de reutilización final de las aguas residuales, dependiendo del tipo de comunidad, las opciones técnicas y los entornos locales

De acuerdo con cifras oficiales, un número importante de ríos, lagos y embalses de México presentan diferentes grados de contaminación antropogénica (Conagua, 2018). La falta de infraestructura de saneamiento, el aumento en el número de plantas de tratamiento no operativas o abandonadas, la limitada aplicación de la normativa ambiental y políticas públicas que no favorecen la reutilización de las aguas residuales tratadas en lugar de las extracciones de aguas subterráneas son algunos de los factores que contribuyen al problema de contaminación y falta de disponibilidad de agua en muchas regiones del país.

Las razones por las cuales en México más de un 20% de las plantas de tratamiento de aguas residuales están fuera de operación en los municipios don principalmente los altos costos operativos y de mantenimiento, la falta de planificación de las obras de saneamiento y de reutilización de aguas residuales tratadas por parte de los municipios, y la no adopción de un modelo de gobernanza que transparente las decisiones y la aplicación de los recursos para este rubro (De Anda y Shear, 2021).

Algunas medidas para mejorar esta situación incluyen: a) toma de decisiones participativa, b) rendición de cuentas en la elaboración del presupuesto, y c) planificación para la reutilización de aguas residuales, para reducir las extracciones de aguas subterráneas y los vertidos a cuerpos de agua superficiales desde el inicio de cada proyecto de construcción de una planta de tratamiento (De Anda y Shear, 2021).

A esta problemática se suma el tema de que las tecnologías convencionales de tratamiento de aguas residuales demandan consumos importantes de energía. Efectivamente, la mayoría de las tecnologías implementadas en los municipios del país para el tratamiento de las aguas residuales sanitarias se basan en sistemas centralizados, que utilizan tecnologías complejas en el proceso de tratamiento, las cuales demandan elevados consumos energéticos y donde es ineludible sufragar mensualmente altos costos de mantenimiento y operación (De Anda, 2017).

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales descentralizadas o en redes comunitarias están diseñados para operar a pequeña escala. No sólo reducen los efectos sobre el medio ambiente y la salud pública local, sino que también aumentan las posibilidades de reutilización final de las aguas residuales, dependiendo del tipo de comunidad, las opciones técnicas y los entornos locales (De Anda, 2017).

Los sistemas anaerobios de tratamiento

La estrategia de tratamiento de aguas residuales comunitarias mediante procesos aeróbicos convencionales se ha desplazado nuevamente hacia el uso de procesos anaeróbicos en los últimos años, esto debido a que las nuevas tecnologías de sistemas anaeróbicos permiten una alta eficiencia en el proceso de degradación de la materia orgánica que compromete la calidad del agua.

De esta forma, los reactores anaeróbicos de flujo ascendente (RAFA), los filtros anaeróbicos de flujo ascendente (FAFA) o reactores de película fija y reactores de lecho fluidizado son algunas de las opciones que se están considerando nuevamente en los proyectos de saneamiento comunitario (véase tabla 1). Los procesos anaeróbicos tienen varias ventajas: baja inversión de capital, menores costos de manejo y operación, posibilidad de recuperar energía en forma de biogás, además de simplicidad operativa y baja producción de lodos digeridos (De Anda et al., 2018).

Sistemas anaerobios acoplados a humedales artificiales

No obstante que los sistemas pasivos de tratamiento de aguas residuales comunitarias mencionados en la tabla 1 son altamente eficientes, por lo general no lo son lo suficiente para cumplir con las regulaciones ambientales que exige la normatividad mexicana para su disposición en cuerpos de agua nacionales (NOM-001-SEMARNAT-1996 o la recientemente aprobada NOM-001-SEMARNAT-2021) o para su reutilización en servicios públicos (NOM-003-SEMARNAT-1997). Es por ello que, además de los procesos previos de desbaste de sólidos y de remoción de la carga orgánica mediante sistemas anaerobios, es necesario implementar un sistema terciario de tratamiento. Siendo la idea mantener bajos costos de mantenimiento y operación, resulta altamente conveniente el uso de los humedales artificiales para este propósito (De Anda et al., 2018).

En este sentido, desde hace más de 30 años se comenzó a experimentar con el uso de humedales artificiales con flujo superficial (HAFS), flujo horizontal subsuperficial (HAFH) y flujo vertical subsuperficial (HAFV), o sistemas híbridos como sistemas de tratamiento terciario posteriores a los sistemas anaerobios (Kadlec y Knight, 1996).

En México, el uso de sistemas anaerobios acoplados a humedales artificiales sigue siendo una tecnología emergente con un número muy bajo de unidades construidas. Esto debido a que se requiere un alto nivel de experiencia para lograr un diseño que asegure la correcta operación del sistema de tratamiento por al menos 25 años. Debido a esta falta de experiencia en la ingeniería de diseño, algunos de estos sistemas han quedado abandonados dejando como lección aprendida que no funcionan.

Otro problema que enfrentan los sistemas pasivos de tratamiento basados en procesos anaerobios y humedales artificiales es que requieren mayor espacio que un sistema convencional donde es necesario el uso intensivo de energía para mantener los sistemas aireados. En efecto, los mejores diseños de sistemas de tratamiento basados en sistemas pasivos requieren por lo menos un metro cuadrado de superficie por cada habitante que recibe el servicio de saneamiento.

La experiencia de Atequizayán

Después de 10 años de investigación, el Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (CIATEJ) logró el desarrollo de un sistema pasivo basado en procesos anaerobios y humedales artificiales que es capaz de remover eficientemente la carga orgánica de las aguas residuales comunitarias. El diseño puede ser implementado en comunidades de hasta 2,500 habitantes y permite, además de lograr el objetivo de saneamiento y reutilización del agua residual, la generación de entornos estéticos compatibles con el medio ambiente.

La oportunidad de probar esta tecnología se dio en la comunidad de Atequizayán, localizada en el municipio de Zapotlán el Grande, Jalisco. Esta comunidad de 800 habitantes no contaba con servicios de saneamiento, y las aguas residuales se conducían a las afueras del pueblo para ser descargadas a un canal de aguas pluviales, que generaba permanentemente malos olores y representaba un riesgo de salud para la población.

Con el programa de fortalecimiento para el tratamiento de aguas residuales en el estado de Jalisco en 2019 y la gestión del proyecto por parte de la Coordinación General de Desarrollo Económico, Turístico y Agropecuario del municipio y del Sistema de Agua Potable de Zapotlán se llevó a cabo el proyecto de construcción de la planta de tratamiento con base en la tecnología del CIATEJ para tratar 160 metros cúbicos diarios de aguas residuales (1.85 l/s). Con una inversión de 3.8 millones de pesos, el sistema de tratamiento de aguas residuales de Atequizayán fue puesto en operación el 24 de septiembre del 2021.

En este proyecto, el agua residual llega a un canal de desbaste, el cual posteriormente descarga sobre un cárcamo desde donde se bombea el agua para iniciar el proceso de tratamiento anaerobio basado en un tanque séptico y un filtro anaerobio de flujo ascendente. Al salir del sistema anaerobio, el agua residual se conduce al sistema biológico basado en un humedal artificial de flujo horizontal subsuperficial (véase figura 1). La etapa de desinfección se instala después del tanque de nivel, y se lleva a cabo mediante luz ultravioleta. El agua residual tratada se descarga al canal de aguas pluviales.

A fin de reducir el consumo energético en el cárcamo de bombeo, se instaló un sistema de paneles solares, los cuales proveen la energía que requieren las bombas durante el día, que es cuando se presentan los mayores flujos de agua residual a tratar en el sistema (véase figura 2).

Una vez puesto en operación el sistema, por lo general requiere de tres a seis meses para lograr su estabilización, y al tercer mes se puede iniciar con la plantación. Para el proceso de plantación se utilizó la especie Cana indica, conocida como platanillo.

A cinco meses de operación, el sistema ha comenzado a estabilizarse; prueba de ello es que la demanda biológica de oxígeno ya alcanzó los 30 mg/l. El sistema será monitoreado por el CIATEJ en los próximos meses para revisar el comportamiento de los parámetros solicitados por las normas oficiales.

Desde que entró en operación el sistema, la comunidad de Atequizayán dejó de percibir el olor a aguas residuales en sus casas y actualmente hay solicitudes de los propietarios de huertas de aguacate para utilizar las aguas tratadas en el riego de sus huertos.

Referencias

Chernicharo, C. A. L. (2006). Post-treatment options for the anaerobic treatment of domestic wastewater. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology 5: 73-92.

Comisión Nacional del Agua, Conagua (2018). Estadísticas del agua en México. Disponible en: http://sina.conagua.gob.mx/publicaciones/EAM_2018.pdf

De Anda, J. (2017). Saneamiento descentralizado y reutilización sustentable de las aguas residuales municipales en México. Sociedad y Ambiente 14: 119-143.

De Anda, J., et al. (2018). High-strength domestic wastewater treatment and reuse with onsite passive methods. Water (10) 99.

De Anda, J., y H. Shear (2021). Sustainable wastewater management to reduce freshwater contamination and water depletion in Mexico. Water 13: 2307.

Kadlec, R. H., y R. L. Knight (1996). Treatment wetlands. Boca Raton: Lewis Publishers.