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Introducción; y uso de aguas residuales tratadas en agricultura y acuicultura

Riego y Salud

Modernización y Avances en el Uso de
Aguas Negras para el Irrigación
Intercambio de Aguas Uso Urbano y Riego

Por Ing. Rodolfo Saénz Forero
Asesor de la División de Salud y Ambiente OPS/ OMS


Indice general

    1. Introducción
    2. El uso de aguas residuales tratadas en Agricultura y Acuicultura

1. Introducción

Cuando las aguas residuales de tipo doméstico son lanzadas a los ríos o cuerpos de agua sin ningún tratamiento o desinfección suelen contaminarlos con altas concentraciones de bbacterias, virus y parásitos creándose un grave problema de salud pública. Entre las principales enfermedades que se propagan por este mal manejo de las aguas residuales están las diarreas (bacterianas y víricas), la tifoidea y la paratifoidea, el cólera, la hepatitis infecciosa, la amibiasis, giardiasis, etc. Como es muy difícil detectar y cuantificar a todos los patógenos causantes de estas enfermedades los ingenieros sanitarios y muchas autoridades de salud pública utilizan como organismo indicador de la contaminación por patógenos a los coliformes fecales (NMP CF/100 ml).

La mayoría de las industrias producen descargas de desechos líquidos que tienen demandas bioquímicas de oxígeno (DBO) muy altas pero concentraiones de coliformes fecales menores que las de las aguas residuales domésticas, pudiéndose decir que los desechos industriales constituyen un gran problema ecológico y los desechos domésticos un gran problema de salud pública aunque ambos coadyuven en el deterioro general de la calidad del agua.

Uno de los problemas más serios que se presentan en la falta de fuentes de agua adecuadas para el consumo humano. El agua de mejor calidad debe destinarse siempre al consumo humano, siguiendo en importancia la destinada al riego de cultivos para consumo humano. Cuando las mejores aguas disponibles no cumplen con las normas de agua potable se hace necesario tratarlas y desinfectarlas quedando la salud de las personas en manos de la institución y del personal responsable del tratamiento. Aquí entra en juego el factor humano. Por esto es que las autoridades de salud deben preocuparse por la protección continua del recurso agua. Si las aguas de riego están muy contaminadas, la salud dependerá del buen manejo agrícola, del buen mercadeo, y del buen manipuleo de los alimentos, lo cual es muy difícil que se haga bien en países con higiene precaria. Lo anterior hace necesario seguir una política continua de mejoramiento de la calidad del agua para riego.

Entre mayor es la concentración de organismos patógenos en el agua o en los alimentos mayor es la probabilidad de que la gente se enferme. La anterior afirmación, se basa en numerosos estudios epidemiológicos que han llegado a desarrollar el concepto de dosis infecciosas. El Cuadro 1.1. tomado del libro "Agua y Salud Humana" de Eugene McJunkin presenta algunas dosis infecciosas para el hombre de patógenos bacterianos entéricos.

El Cuadro 1.1 nos indica que de 42 personas que ingirieron 10{10 organismos vivos de cierta salmonella, 40 se enfermaron (95%); de 32 personas que ingirieron 10{7 organismos, 16 se enfermaron (50%); de 116 personas que ingirieron los organismos, 32 se enfermaron (28%); de 14 personas que ingirieron 10{3 organismos, ninguna se enfermó (0%).

Un cuadro como el anterior ilustra que los seres humanos no necesitamos ambientes o alimentos estériles sino limpios. El grado de limpieza para que no haya enfermedad dependerá de la virulencia de los patógenos, de la facilidad de transmisión de los mismos, y de la susceptibilidad de los individuos atacados. Individuos sanos y fuertes que han sido sometidos a exposiciones previas recientes y de baja concentración son poco susceptibles. Individuos débiles que nunca han sido sometidos a exposiciones previas son muy susceptibles. Lo anterior explica la alta susceptibilidad de los niños a las enfermedades infecciosas.

Una buena conclusión de lo comentado es que una de las mejores medidas de saneamiento es reducir la concentración de patógenos en el medio ambiente, es decir en el agua, en el suelo, en los cultivos, en los alimentos. Esto ilustra también la importancia de lavarse las manos antes de comer o manipular alimentos así como después de ir al servicio sanitario.

Los problemas ecológicos y de salud pública originados por las aguas residuales han sido mejor atendido por los países desarrollados en los cuales la población tiene más conciencia sobre la gravedad y la capacidad para pagar el costo de las obras de ingeniería necesarias para resolverlos. Tanto en la Europa industrializada como en el Japón y América del Norte se someten las aguas residuales a procesos de tratamiento llamados convencionales, a través de los cuales se logra estabilizar la materia orgánica y se clarifican las aguas removiéndose de ellas muchas substancias incluyendo algunas tóxicas. De esta manera al ser descargadas a un río ya no van a deprimir el oxígeno disuelto de sus aguas ni van a causar grandes problemas ecológicos. En algunos ríos europeos y estadounidenses donde se ha intensificado el tratamiento de aguas residuales han vuelto a aparecer los peces después de muchos años de ausencia. Sin embargo, el tratamiento coanvencional tiene un alto costo que es difícil de pagar aún para los países de ingresos elevados. Además cada vez es más difícil encontrar lugares apropfiados para disponer de los lodos que se obtienen al tratar las aguas residuales.

Las plantas convenionales para tratamiento de aguas residuales no son muy eficientes en la remoción de patógenos como se puede apreciar en el Cuadro 1.2.

Los primeros cinco procesos de tratamiento del Cuadro 1.2 corresponden a tratamiento convencional. Obsérvese que en el mejor de los casos la remoción de patógenos es de dos órdenes logarítmicos o sea 99%. Las aguas residuales de tipo doméstico tienen bacterias en el orden de 1010 por 100 ml. Una cifra típica en Latinoamérica de concentración del organismo indicador coli fecal (CF) en las aguas negras crudas es 10 grados/100 ml. Lo anterior indica que el efluente de una planta convencional sale con una concentración coliformes fecales de 10 grados/100ml.

Esta es una agua de muy mala calidad desde el punto de vista microbiológico. Pero el tratamiento la ha clarificado y la ha hecho susceptible de ser desinfectada con cloro. Se podría decir entonces que el tratamiento convencional logra un objetivo de protección ecológica y además acondiciona el agua para la desinfección. La cloración de los efluentes de las plantas convencionales es la que cumple un objetivo de salud pública bien definido.

La preocupación en la América Latina y el Caribe por el deterioro de los recursos hídricos y el tratamiento de las aguas residuales no es nueva. Durante la primera mitad de este siglo se trató de emular la tecnología de los países desarrollados, pero ésta no funcionó bien. Se constituyeron plantas con tratamiento primario (sedimentación) y secundario(tratamiento biológico con biofiltros o lodos activados). La mayoría operaron sólo por períodos limitados y casi nunca se llevó a cabo la cloración de los efluentes. El manejo de los lodos se hizo en forma poco cuidadosa y con mucha frecuencia fueron descargados een los mismos cuerpos de agua que se quería proteger. Muchas plantas terminaron por abandonarse, y esta mala experiencia ha dificultado la construcción de nuevas plantas para tratamiento de aguas residuales de una manera sistemática.

Existen algunas posibilidades de resolver el problema con las llamadas tecnologías apropiadas. Pero ello nos obliga a cambiar el enfoque, ya no podemos pensar en tratar y desinfectar las aguas (sistema convencional) y resolver de una vez los problemas ecológico y de salud, como hacen los países desarrollados. Debemos pensar en resolver primero el problema de los patógenos (es decir el problema de salud), reteniendo las aguas residuales en estanques llamados lagunas de estabilización o en estanques con lirios u otras plantas acuáticas. Una posibilidad es combinar el uso de lagunas facultivas con lagunas anaeróbicas ó con reactores anaeróbicos de flujo ascendente (RAFA).

Las lagunas de estabilización se comenzaron a usar en América Latina en 1958 para el tratamiento de aguas residuales, teniéndose mucho más éxito que con las plantas convencionales. Se considera que en 1993 existen más de 3,000 lagunas de estabilización en América Latina y el Caribe. Su uso se popularizó y la gran mayoría de las lagunas construidas continúan operando. Sin embargo, el uso de lagunas de estabilización obligó a romper con algunas tradiciones del tratamiento, entre ellas laguía "30/30" muy usada en los países desarrollados, que establece que los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales deben tener una DBO y una concentración de sólidos suspendidos menor de 30 mg/L. Los efluentes de las lagunas de estabilización no logran una concentración tan baja de sólidos suspendidos pero en cambio pueden llegar a tener calidades microbiológicas muy buenas. Si lo que queremos es proteger la salud pública, las lagunas son una herramienta excelente.

Si las aguas residuales de una población son lanzadas a una laguna, la concentración de patógenos comienza a decrecer conforme pasa el tiempo. La Figura 1.1 muestra resultados obtenidos en una laguna de Lima, Perú a la cual una vez llena se le interrumpió el flujo (condiciones "bach"). En el término de 33 días la concentración de organismos coliformes fecales bajó de diez millones (NMP (CF)= 10 grados/100 ml.) a diez (NMP (CF) = 10 grados/100 ml.). Lo anterior representa una remoción de bacterias del 99.9999 %, imposible de obtener en una planta de tratamiento convencional antes de la desinfección.

El fenómeno presentado en la Figura 1.1 se expresa matemáticamente con la siguiente relación, usada en el diseño de lagunas de estabilización bajo condiciones de flujo discontinuo o "bach".

N = No e-kbt

donde:

N = concentración de bacterias después de un tiempo t, sin flujo en la laguna
No = concentración inicial de bacterias
t = tiempo en días
Kb = constante de remoción de bacterias en días[-1

En América Latina se ha encontrado que para altitudes menores de 1000 metros, y latitudes entre 20 grados N y 20 grados S y temperatura promedio del agua entre 5 y 35 grados.

Kb = Kb20 1.04T-20

Siendo Kb20 el valor de Kb a 20 grados centígrados y T la temperatura promedio de la laguna en grados centígrados; Kb20 tiene los siguientes valores para algunos países tropicales del Caribe y Sudamérica.


LAGUNA
Kb20 en días-1 Primaria Secundaria Terciaria o más
0.65 0.75 0.85

Algunos criterios y ecuaciones para diseñar lagunas de estabilización alargadas bajo flujo continuo se presentan mas adelante. Otros criterios han sido publicados en las referencias {3/ y {4/. Si relacionamos la alta eficiencia de las lagunas de estabilización en remoción de patógenos (Figura 1.1) con el concepto de dosis infecciosas (Cuadro 1.1.) se verá que el uso masivo de lagunas en las comunidades de una nación disminuiría la morbilidad por enfermedades de origen hídrico. Recuérdase que aunque la bacteria usada en la Figura 1.1 es el Coli fecal, existen numerosos estudios que correlacionan la concentración de Coli fecal con bacterias patógenas (incluyendo salmonellas y Vibrio cholerae) y aún con algunos virus.


2. El uso de aguas residuales tratadas en Agricultura y Acuicultura

El uso de aguas residuales en agricultura y acuicultura constituye una de las herramientas más valiosas que tienen los países en vías de desarrollo para controlar la contaminación y hacer frente al reto que constituye incrementar la producción agrícola con un recurso hídrico escaso.

Las aguas residuales constituyen un problema sanitario, pero a su vez un recurso muy apreciado para el riego y la piscicultura; de gran valor económico en áreas desérticas o con estiajes prolongados.

Los nutrientes presentes en las aguas residuales tienen valor como fertilizantes y aumentan el rendimiento de los cultivos, estos nutrientes se conservan en el protoplasma de las algas al tratar las aguas residuales en lagunas de estabilización.

Los tóxicos y microorganismos patógenos presentes en las aguas residuales pueden causar efectos nocivos a la salud y/o a los cultivos, si no se utilizan el tratamiento y el manejo adecuados.

Algunas substancias presentes en las aguas residuales pueden resultar perjudiciales a los suelos, a corto, mediano o largo plazo, si no se toman las medidas correctivas apropiadas.

La aplicación de aguas residuales, crudas o previamente tratadas, al suelo, campos de cultivo, o estanques de piscicultura constituye en sí un tratamiento adicional que mejora la calidad de las mismas.

USOS AGRICOLAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

Principales cultivos:

Sólo con buen manejo y alto grado de tratamiento:

 Rendimiento mayor debido a los

Nutrientes de las Aguas Residuales (México)

                          Rendimiento en ton/ha

Cultivo            Aguas Negras        Aguas blancas

Alfalfa              120.0                 70.0 
Maíz                 5.0                    2.0  
Frijol               1.0                    1.3  
Trigo                3.0                    1.8  
Cebada               4.0                    2.0  
Avena forraje        22.0                  12.0 
Tomate               35.0                  18.0 
Ají                  12.0                   7.0  


Comparación de los rendimientos obtenidos en Tacna, Perú

en riego con efluentes de lagunas de estabilización

secundarias y el rendimiento con aguas blancas

                       Rendimiento en ton/ha

Cultivo            Aguas Negras        Aguas blancas

Papa                 45.0                  12.0
Camote               20.0                  10.5
Maíz                  3.0                   2.0 
Alfalfa              12.5                  10.0
Zapallo              20.0                  12.5

La aplicación de aguas residuales a terrenos agrícolas puede originar riesgos a la salud humana debido a la presencia de metales, productos químicos orgánicos y otros compuestos tóxicos. Estas substancias pueden entrar a la cadena alimenticia a través de alimentos para el hombre, o a través de alimentos para animales.

Los principales productos químicos de consideración en las aguas residuales domésticas son los metales pesados. El tratamiento convencional acumula los metales en los lodos reduciendo considerablemente su concentración en el efluente.

El siguiente análisis corresponde a la planta de Ukima, Tokio, Japón.[5/

                             Concentración en mg/l

Parámetros       Aguas Negras Crudas       Lodos (2.5% sólidos)

Fe                     4.4                        465.0 
Cu                     1.75                       75.0  
Zn                     4.6                        88.0  
Cd                     0.1                        4.2   
Hg                     0.57                       1.62  
Pb                     19.2                       97.0  

El Cd es rápidamente absorbido por las plantas y no es fitotóxico. El Cd es muy tóxico al hombre y se acumula en el hígado y en los riñones. La OMS ha recomendado que no se ingiera por personas más de 400 - 500 mg. de Cadmio por semana.

Muchos países han desarrollado normas para la aplicación de aguas residuales y lodos procedentes del tratamiento de las mismas a suelos agrícolas con base en el contenido de Cadmio, o en las cargas de Cadmio aplicadas a los suelos a los cuales se aplican.

Existe poca información sobre la toma por las plantas de compuestos químicos orgánicos sintéticos que estén presentes en las aguas de riego. Los pesticidas y los bifenilos policlorados (PCB) sintéticos están relativamente inmóviles en el suelo y no son absorbidos por las plantas. Sin embargo, pueden ser absorbidos por los animales que están en los pastizales y luego ser encontrados en la leche.

El reúso de aguas residuales sin tratar o con tratamiento inadecuado en la agricultura, implica riesgos de salud para los trabajadores agrícolas y sus familias, lo mismo que para la población en general que consume los productos así obtenidos si se presentan altas tasas de enteritis y otras enfermedades diarreicas, lo mismo que tifoidea y cólera entre parte de la población que genera las aguas residuales. Los gérmenes causantes de estas enfermedades son por consiguiente diseminadas al ambiente a través de las aguas servidas. El bajo grado de saneamiento ambiental, y el uso de aguas residuales crudas en riego sin control es causa de la alta incidencia de enfermedades entéricas causadas por bacterias (salmonellas, shigellas, Vibrio cholerae), parásitos y virus.

PRECAUCIONES RECOMENDADAS EN LA OPERACION DE SISTEMAS DE RIEGO CON AGUAS RESIDUALES

  1. Análisis de la calidad del agua servida en relación con los cultivos previstos y el tipo o los tipos de suelo. Investigar existencia de normas.
  2. Sustancias tóxicas y detergentes no biodegradables, etc. Tratar de controlarlos en su fuente de origen.
  3. Se debe dar preferencia a los suelos con alto contenido de materia orgánica y alcalinos para minimizar la toma de metales pesados por las plantas.
  4. Se debe dar preferencia a cultivos que no se coman crudos, que tengan alto valor nutritivo y sean de un consumo de agua moderado.
  5. Se debe utilizar el grado de tratamiento que sea requerido según el uso restringido o irrestricto del agua y tomando en cuenta el método de riego que se utilice (subsuelo, atomización, etc.)
  6. Para proteger la salud de los consumidores, debe practicarse la cosecha entre 2 y 4 semanas después del último riego con aguas residuales.
  7. Tratar de eliminar las posibles molestias causadas por moscas, mosquitos, olores, etc.
  8. Salud ocupacional: Proteger la salud de los campesinos. Si el clima y las circunstancias lo permiten, considerar el uso de guantes, botas, etc. Debe existir control médico (Chequeo cada 3 meses) del personal y de sus familiares que vivan en el área de riego.
  9. El sistema de riego deberá contar con dispositivos que permitan un buen manejo y dosificación del agua.
  10. Deberá contarse con capacidad de almacenamiento del agua servida, efluentes tratados, o tierra agrícola adicional o dispositivos para orientar en forma sanitaria las aguas servidas durante los períodos en que no se necesite o sea necesario suprimir el riego.
  11. Debe evitarse la erosión del suelo, la descarga de agua en exceso (excediendo la permeabilidad del terreno) y el deterioro del agua subterránea con patógenos, nitratos, etc.
  12. Deberá contarse con dispositivos para medición del flujo y control del efluente. Usar canaletas parshall, vertederos, etc.
  13. Especial atención se dará a la etapa de cosechamiento, procurando usar agua de muy buena calidad para el lavado de los productos antes de su envío al mercado.
  14. Igual cuidado se tendrá en la conservación higiénica de los productos durante toda la etapa de almacenamiento, transporte y mercadeo.
  15. Deberá hacerse un monitoreo sobre calidad toxicológica y microbiológica de los productos procedentes de estas áreas de riego. Como patrón de comparación deberá hacerse el mismo tipo de control con productos procedentes de áreas de riego donde no se utilicen aguas residuales o altamente contaminadas.
PISCICULTURA

Aunque se ha realizado con buen éxito la cría de peces en lagunas de estabilización de grado superior al terciario, la experiencia indica que es preferible construir lagunas específicas para acuicultura a las cuales se lleve el efluente de las lagunas de estabilización o de campos de riego de acuerdo con los requerimientos nutricionales de los peces. Ver Figura 2.1.

Las lagunas específicas de piscicultura permiten conciliar los requerimientos de las instalaciones de tratamiento con los de la actividad piscícola. Además facilitan agregar nutrientes complementarios a los peces cuando éstos son necesarios. Por otra parte, permiten dejar de agregar aguas residuales de 4 a 6 semanas antes del cosechamiento, época durante la cual se pueden sustituir éstas por agua y nutrientes de otro origen.

En las lagunas de acabado de San Juan de Miraflores, Lima, Perú, se experimentó con piscicultura encontrándose que la razón de crecimiento de tilapias nilóticas (Oreochromis nilóticos) fue adecuada. No así en el caso de camarones (Macrobrachium Rosemberg II) por ser éstos muy sensibles al NH}3 - N.

La razón de crecimiento de las tilapias fue superior en las lagunas cuaternarias y quintenarias. En las terciarias ellas fueron afectadas por el bajo contenido de oxígeno y altos niveles de NH}3 -N.

En las experiencias con policultura de carpas y tilapias se observó, además de un magnifico crecimiento de las carpas (Cyprimus Carpio), un mejoramiento en el comportamiento de las tilapias en comparación con el rendido en monocultura.