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REUSO DE AGUAS RESIDUALES:

PRINCIPIOS Y ALCANCES EN CHILE

Dr. Ismael Leonardo Vera Puerto

Investigador en Tecnologías Ambientales

Seminario Internacional

“Alternativas Hídricas para la macro zona Norte”

Hotel Gavina - Iquique, 19 de noviembre 2013

TEMARIO

2

S Aguas residuales: características y tratamiento

S Introducción al reúso

S Escenario nacional y local

S Reflexiones finales

Aguas residuales:

características y

tratamiento

4

Origen y producción de aguas residuales

Agua Residual

Industrial

Residuos líquidos

domésticos

Residencias

Instituciones Comercio

Aguas de infiltración

y precipitación

AGUA RESIDUAL URBANA O AGUA

SERVIDA

150 L/(hab-d) (Asentamiento rural)

200 L/(hab-d) (Asentamiento urbano)

Producción

media de

agua servida

Pujor y Lienard (1989); Barrera (1999); Henze et al. (2002); Metcalf and Eddy (2003); Romero (2004);

Aguas Negras

(25-35%)

Aguas Grises

(65-75%)

5

Características del agua residual urbana

Henze et al. (2002); Metcalf and Eddy (2003);

Materia

orgánica

Sólidos

Nutrientes

Parámetro Unidad Rango

Urbano

DQO mg/L 250 - 1600

DBO5 mg/L 110 - 800

SST mg/L 120 - 450

N mg/L 20 – 85

NH4+ mg/L 12 - 50

NTK mg/L 20 - 80

NO3- mg/L < 1

P mg/L 2 - 23

PO4-3 mg/L 3 - 14

CF NMP/100 mL 1x103 – 2x108 Patógenos

DQO: Demanda Química de Oxígeno; DBO5: Demanda Biológica de Oxígeno a los 5 días; SST: Sólidos

Suspendidos Totales; N: Nitrógeno Total; NH4+: Amonio; NTK: Nitrógeno Total Kjeldahl (N-Organico + NH4);

NO3-: Nitrato; P: Fósforo Total; PO4

-3: Fosfato; CF: Colformes Fecales; NMP: Número Más Probable

6

Entrada (Eliminación de

sólidos)

(Eliminación de

materia orgánica

biodegradable)

(Eliminación de

compuestos

específicos)

Tratamiento

Fisicoquímico

(Primario)

Tratamiento

Biológico

(Secundario)

Tratamiento

biológico y/o

fisicoquímico

avanzado

(Terciario)

Parámetro Rangos de eficiencia de eliminación

SST (%) 50 – 90 60 - 95 -

DBO5 (%) 30 - 50 60 – 95 -

DQO (%) 20 - 40 50 – 95 -

N (%) 10 – 15 20 - 60 > 90

P (%) 10 – 15 10 - 50 > 90

Planta de

Tratamiento

De Aguas

Servidas

(PTAS)

Ramalho (1996); Metcalf and Eddy (2003); Romero (2004); Valsami-Jones (2004); Von Sperling (2007);

WEF (2008)

Resti

tució

n e

n e

l

sis

tem

a a

cu

áti

co

Reco

lecció

n

(Alc

an

tari

llad

o)

Esquema general de tratamiento

Reúso

7

Esquema general de tratamiento

USEPA, 2012

Calid

ad d

el agua

Agua

cruda

Agua

potable

Agua

Residual

Reúso

La aplicación de reúso debe ser acorde al nivel de tratamiento

Reúso

Reúso

Introducción al reúso

9

Motivación para el reúso

UNEP, 2008

Escasez del agua proyectada al año 2025

Manejo sustentable del recurso hídrico

10

Categorías de reúso

1. Riego agrícola

Riego de cultivos

Viveros comerciales

2. Riego de áreas

verdes

Parques

Jardines de escuelas

Campos de Golf

Cementerios

3. Reciclaje industrial y

reutilización

Agua de enfriamiento

Agua de caldera

Aguas de proceso

Construcción

4. Recarga de acuíferos

Recarga subterránea

Control de cuñas salinas

Control de la subsidencia

5. Usos recreacionales

- ambientales

Lagos y lagunas

Mejora de pantanos

Reservas naturales

Regulación de caudales

Pesquería

6. Usos urbanos no

potable

Provisión contra incendios

Climatización

Agua de inodoro

7. Reúso Potable

Ablandamiento del agua

Ablandamiento del agua del

acuífero

Directo al suministro de agua

Asano et al., 2007

11

Reúso a nivel internacional

País % de Agua tratada

que es reusada

Estados

Unidos 7 – 8

Australia 8 (30*)

Arabia Saudita 16

Singapur 30

Israel 70

*Meta para el año 2015

USEPA, 2012

Distribución porcentual de la cantidad de agua

reusada por categoría en el estado de California (USA)

Riego agrícola Riego de zonas verdes

Recarga de acuíferos Reciclaje Industrial

Usos recreacionales - Ambientales

(29%)

(19%)

(13%)

(9%)

(30%)

Riego agrícola Riego de zonas verdes

Recarga de acuíferos Reciclaje Industrial

Usos recreacionales - Ambientales

12

Criterios de calidad para reúso

de aguas residuales

Protección de la

salud pública

• Parámetros

microbiológicos

Riesgos biológicos

de corto plazo

• Compuestos

químicos

Riegos biológicos

de largo plazo

Impactos ambientales

y agronómicos

• Efectos

ambientales

adversos

1)Sobre los

acuíferos

2)Sobre los suelos

3)Sobre la fauna y

flora

• Aspectos

agronómicos

1)Sobre los cultivos

2)Sobre las

propiedades de los

suelos

Otras preocupaciones

• Limitaciones

técnicas

1)Almacenamiento

2)Sistemas de

distribución

1)Sistemas de

irrigación

• Presiones políticas

y económicas

• Percepción pública

1)Estética

2)Uso seguro

Lazarova y Bahri, 2005

13

Parámetros de interés para evaluar la calidad

de agua para reúso de aguas residuales

Parámetros convencionales

Orgánicos

•Demanda Bioquimica

de oxígeno a los 5 días

(DBO5)

•Demanda Química de

Oxígeno (DQO)

Metales

Pesados

•Aluminio (Al)

•Berilio (Be)

•Cobalto (Co)

•Hierro (Fe)

•Litio (Li)

•Manganeso (Mn)

•Selenio (Se)

•Magnesio (Mg)

•Potasio (K)

•Sodio (Na)

•Nitrato (NO3-)

•Amonio (NH4+)

•Nitrógeno Total (NT)

•Nitrógeno Total

Kjeldahl (NTK)

•Fosfatos (PO4-3)

•Fósforo Total (PT)

Otros: Sulfatos (SO4-2); Cianuro (CN); Cloro Residual; Fluoruro

Salinidad

•Conductividad

Eléctrica (CE)

•pH

•Boro (B)

•Sólidos Totales

Disueltos (STD)

•Tasa de

Adsorción de

Sodio (TAS)

Nutrientes

•Estaño (Sn)

•Arsenico (As)

•Cadmio (Cd)

•Cobre (Co)

•Plomo (Pb)

•Mercurio (Hg)

•Zinc (Zn)

Patógenos

•Coliformes

Fecales

•Coliformes

Totales

•E. Coli

•Huevos de

Helminto

Lazarova y Bahri, 2005; Norton-Brandao et al., 2013

14

Parámetros emergentes

Parámetros de interés para evaluar la calidad

de agua para reúso de aguas residuales

17β- Estradiol Estrona

Hormonas naturales

Nonifenol

Alquilfenoles

Bifenol A

Fenoles

Diciclohexil ftalato

Ftalatos

Productos

cuidado personal

Ácido Salicílico

Carbamezapina

Medicamentos

Birkett and Lester, 2003; Matamoros et al., 2008; Reyes- Contreras et al., 2012

15

Categorías de reúso y nivel de tratamiento

Nivel de

Tratamiento Primario Secundario Terciario Avanzado

Incrementa la complejidad

Usos

potenciales

Exposición

humanos

Costo

Incrementa el nivel aceptable de exposición

Incrementa el nivel de costos de instalación y operación

Complejidad

Ningún uso

es

recomendado

•Riego de huertos

•Riego de viñedos

•Riego de productos no

alimenticios

•Recarga de acuíferos no

potables

•Aumento de caudales en

lagos, lagunas, humedales

• Torres de enfriamiento

• Riego de áreas

verdes urbanas

• Inodoro

• Lavado de vehículos

•Riego de productos

alimenticios

• Usos recreacionales

• Usos industriales

•Reúso potable

USEPA, 2012

Escenario nacional y

local

17

Tecnologías de tratamiento en que

están basadas las PTAS en Chile

EMISARIO SUBMARINO LAGUNAS AIREADAS LAGUNAS ESTABILIZACIÓN

LODOS ACTIVADOS OTRO SBR

ZANJAS DE OXIDACION

(12%)

(19%)

(4%)(55%)

(6%)(3%) (1%)

EMISARIO SUBMARINO LAGUNAS AIREADAS LAGUNAS ESTABILIZACIÓN

LODOS ACTIVADOS OTRO SBR

ZANJAS DE OXIDACION

Participación

porcentual en las

PTAS de zonas

urbanas

Total: 271 PTAS

SISS, 2013

18

Destino final de los efluentes de PTAS en Chile

MAR - Fuera Z.P.L. RIEGO FLUVIAL - S.C.D. FLUVIAL - C.C.D.

ESTERO FLUVIAL MAR - Dentro Z.P.L. LACUSTRE

(12%)

(4%)

(34%)

(11%)

(34%)

(3%)(2%) (1%)

MAR - Fuera Z.P.L. RIEGO FLUVIAL - S.C.D. FLUVIAL - C.C.D.

ESTERO FLUVIAL MAR - Dentro Z.P.L. LACUSTRE

SISS, 2013

Participación

porcentual del

destino de la

descarga de las

PTAS

Total: 271 PTAS

19

Análisis de alcances para Chile

El código de aguas no aborda el tema

Respecto al código sanitario (DS 236/26):

• No hace distinción entre aguas negras y grises

• Obligatoriedad de conexión al sistema sanitario

• Plantas destinadas a servir más de 50

habitantes distantes a más de 20 metros

(espacio en edificios?)

Chile no posee legislación aplicable al reúso como

otros países (Ej. España, Real decreto 1620/2007)

Algunas reflexiones legales

20


NCh 1333 – Requisitos de calidad de agua para diferentes usos

1) Requisitos para agua de consumo humano (Categoría 7)

2) Requisitos para agua de bebida de animales (Categoría 5)

3) Requisitos de agua de riego (Categoría 1 y 2)

4) Requisitos de agua destinada a recreación y estética

(Categoría 5)

5) Requisitos de agua destinada a vida acuática (Categoría 5)

6) Cultivo de organismos filtradores (Categoría 5)

Categoría 3 - Reciclaje industrial y reutilización

Categoría 4 - Recarga de acuíferos (DS 46?)

Categoría 6 - Usos urbanos no potables

INN, 1987

?

21


NCh 1333 – Requisitos de calidad de agua

para diferentes usos - Agua de riego

(Categoría 1 y 2)

Elementos

químicos

pH: 5,5 – 9,0

Salinidad

Coliformes fecales:

Cultivos de

consumo en estado

crudo < 1.000

NMP/100 ml

Elemento Unidad Límite

Aluminio (Al) mg/L 5,00

Arsénico (As) mg/L 0,10

Bario (Ba) mg/L 4,00

Berilio (Be) mg/L 0,10

Boro (B) mg/L 0,75

Cadmio (Cd) mg/L 0,01

Cianuro (CN) mg/L 0,20

Cloruro (Cl-) mg/L 200

Cobalto (Co) mg/L 0,05

Cobre (Cu) mg/L 0,20

Cromo (Cr) mg/L 0,10

Fluoruro (F-) mg/L 1,00

Hierro (Fe) mg/L 5,00

Litio (Li) mg/L 2,50

Manganeso (Mn) mg/L 0,20

Mercurio (Hg) mg/L 0,001

Molibdeno (Mo) mg/L 0,01

Níquel (Ni) mg/L 0,20

Plata (Ag) mg/L 0,20

Plomo (Pb) mg/L 5,00

Selenio (Se) mg/L 0,02

Sodio Porcentual (Na) % 35

Sulfato (SO4-2) mg/L 250

Vanadio (V) mg/L 0,10

Zinc (Zn) mg/L 2,00

Clasificación

CE

(µmhos/cm)

a 25ºC

STD

(mg/L ) a 105ºC

Agua con la cual

generalmente no se

observarán efectos

perjudiciales

≤750 STD ≤ 500

Aguas que puede

tener efectos

perjudiciales en

cultivos sensibles

750 ≤ CE ≤ 1500

500 ≤ STD ≤ 1000

Agua que puede tener

efectos adversos en

muchos cultivos y

necesita métodos de

manejo cuidadosos

1500 ≤ CE ≤ 3000 1000 ≤ STD ≤ 2000

Agua que puede ser

usada para plantas

tolerantes en suelos

permeables con

métodos de manejo

cuidadosos

3000 ≤ CE ≤ 7500 2000 ≤ STD ≤ 5000

Orgánicos

Nutrientes

Patógenos

Emergentes ?

INN, 1987

22


1. Gestión eficiente y sustentable

2. Mejor institucionalidad

3. Enfrentar la escasez

a) Embalses

b) Infiltración artificial de acuíferos

c) Desalación (Desalinización)

d) Otras fuentes de agua no

convencionales

(No es explicito el reúso)

4. Equidad social: cobertura de agua potable

rural

5. Una ciudadanía informada

MOP, 2013

23


Presidente

de la República

MOP

DGA

DOH

SISS

MinSal MinDefensa

DGAC

Directemar

MinAgri

ODEPA

SAG

CONAF

INIA

CIREN

CNR

MinVIU

SERVIU

MinEne

CNE

CER

MinAmb

SEA

Trib.Amb.

Ser. Áreas

Protegidas

MinEdu

De modo preliminar se han identificado tres

opciones:

Agencia pública (Ej. Agencia Catalana del

Agua, Instituto Mexicano de Tecnología

del Agua)

Superintendencia

Subsecretaría

MOP, 2013

24


Algunos trabajos realizados:

Cáceres, L., Gruttner, E., Contreras, R. (1992). Water Reciclyng in Arid Regions: Chilean Case. Ambio 21(2), 138-144.

FONDEF, Fondo Nacional para la Investigación y Desarrollo (2000). Producción de Plantas Ornamentales para Zonas

Desérticas Regadas con Aguas Residuales, Reporte Final. Project D97 I1050. Universidad de Tarapacá, Universidad

Arturo Prat, Universidad de Antofagasta, Santiago, Chile, 100 pp.

Castillo, G., Mena, M., Dibarrart, F., Honeyman, G. (2001). Water quality improvement of treated wastewater by intermitent

soil percolation. Water Science and Technology 43(12), 187-190.

Cáceres, L., Delatorre, J., De la Riva, F., Monardes, V. (2003). Greening of Arid Cities by Residual Water Reuse: A

Multidisciplinary Project in Northern Chile. Ambio 32 (4), 264-268.

Chamy. R., Pizarro, C., Vivanco, E., Schiapacasse M., Jeison, D., Poirrier, P., Ruiz-Filippi, G. (2007). Selected

experiences in Chile for the application of UASB technology for vinasse treatment. Water Science and Technology 56(2),

39-48.

Homsin, A. (2010). Informe técnico: “ Actualización para reutilización de aguas grises - Reglamento general de

alcantarillados particulares, fosas, sépticas, cámaras filtrantes, cámaras de contacto, cámaras absorbentes y letrinas

domiciliarias- Decreto Supremo 236 de 1926 del Ministerio de Higiene, Asistencia, Previsión Social y Trabajo. Encargado

por Dirección General de Aguas (DGA).

Lopez, D. (En ejecución). Humedales construidos de flujo horizontal subsuperficial para el tratamiento de aguas servidas

rurales: evaluación del potencial reúso. Tesis para optar al título de Doctor en Ciencias Ambientales c/m Calidad del Agua

y Sistemas Acuáticos Continentales. Universidad de Concepción.

25


Proyecto: “Evaluación de la factibilidad técnico – económica del sistema de cultivo aeropónico para la

producción de flores de corte utilizando agua residual urbana desinfectada bajo ambiente controlado”

Registro continuo:

• pH

• Conductividad Eléctrica

Riego: Microyets de 50 litros por hora con distribución de 360°

34 plantas/ m2

Lilium variedad Tresor

Lilium variedad Litouwen

Reflexiones finales

27

El agua residual susceptible de tratamiento y reúso para ser una fuente

hídrica alternativa

7 categorías principales de reúso

Tratamiento del agua residual acorde a la alternativa de reúso

Estudios científicos para definición de parámetros necesarios para el

reúso que se podrían incluir en la legislación

Avances en estudios preliminares

Necesidades de marco legislativo e institucional en Chile

Esta la sociedad chilena dispuesta a reusar sus aguas residuales?

28

• Asano, T., Burton, F., Leverenz, H., Tsuchihashi, R., Tchobanoglous, G. (2007). Water Reuse: Issues, technologies, and applications.

Mc Graw Hill, New Yor, USA, 1503 pp.

• Barrera, A. (1999). Análisis y caracterización de los parámetros de las aguas residuales necesarios para el dimensionamiento de

estaciones depuradoras de menos de 2000 Hab- Eq. Tesis para optar al grado de Ingeniero Ambiental. Universidad Politécnica de

Catalunya, Barcelona, España, 120 pp.

• Birkett, J., Lester, J. (2003). Endocrine Disrupters in wastewater and sludge treatment process. IWA Publishing, Londo, England, 295

pp.

• Henze, M., Harremoës, P., LaCour-Jansen, J., Arvin, E. (2002). Wastewater Treatment: Biological and Chemical Processes. Springer,

Heidelberg, Germany. 430 pp.

• Instituto Nacional de Normalización (INN) (1987) NCh 1333 Of. 78 Modificada 1987. Requisitos de calidad del agua para diferentes

usos. 15 pp.

• Lazarova, V., Bahri, A. (2007). Water reuse for irrigation: agriculture, landscapes, and turf grass. CRC Press, Boca Raton, USA, 432

pp.

• Matamoros, V., Caselles-Osorio, A., García, J., Bayona, J. (2008). Behaviour of pharmaceutical products and biodegradation

intermediates in horizontal subsurface flow constructed wetland. A microcosm experiment. Science of the Total Environment 394 (1),

171–176.

• Meizinger, F., Oldenburg, M. (2009). Characteristics of source separated household wastewater flows: a statistical assesment. Water

Science and Technology 59(9), 1785-791.

• Metcalf and Eddy. (2003). Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. McGraw-Hill, New York, USA, 1820 pp.

• Ministerio de Obras Públicas (MOP) (2013). Estrategia Nacional de Recursos Hídricos. Disponible en:

http://www.mop.cl/Documents/ENRH_2013_OK.pdf. Consultado: noviembre de 2013.

• Norton-Brandao, D., Scherrenberg, S., van Lier, J. (2013). Reclamation of used urban waters for irrigation purposes – A review of

treatment technologies. Journal of Environmental Management 122 (6), 85-98.

Referencias bibliográficas

29

Referencias bibliográficas

• Pujor, R., Lienard, A. (1989). Qualitative and quantitative characterization of wastewater for small communities. p. 267-274. En:

International Specialized Conference on Design and Operation of Small Wastewater Treatment Plants, Ødegard H. (Ed.), Trondheim,

Norway.

• Ramalho, R. (1996). Tratamiento de Aguas Residuales. Editorial Reverté, Barcelona, España, 707 pp.

• Reyes-Contreras, C, Hijosa-Valsero, M., Sidrach-Cardona, R., Bayona, J., Bécares, E. (2012). Temporal evolution in PPCP removal

from urban wastewater by constructed wetland s of different configuration: A medium-term study. Chemosphere 88, 161-167.

• Romero, J. (2004). Tratamiento de Aguas Residuales (Tercera Edición). Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá,

Colombia, 1248 pp.

• Superintendecia de Servicios Sanitarios (SISS) (2013). Plantas de Tratamiento de Aguas Sevidas en Operación. Disponible en:

http://www.siss.gob.cl/577/w3-propertyvalue-3544.html. Consultado: noviembre de 2013.

• United Nations Environment Program (UNEP) (2008). Vital Water Graphics. An Overview of the state of the World’s Fresh and Marine

Waters – 2nd Edition. Disponible en: http://www.unep.org/dewa/vitalwater/rubrique17.html. Consultado: noviembre de 2013.

• United States Environmental Protection Agency (USEPA) (2012). Guidelines for Water Reuse. EPA/600/R-12/618. 643 pp.

• Valsami-Jones, E. (2004). Phosphorus in Environmental Technologies: Principles and Applications. IWA Publishing, London, England,

656 pp.

• Von Sperling, M. (2007). Biological Wastewater Treatment. Volume 2: Basic principles of wastewater treatment. IWA Publishing,

London, England, 195 pp.

• Water Environment Federation (WEF). (2008). Operation of Municipal Wastewater Treatment Plants. Manual of practice No. 11. Sixth

Edition. McGraw-Hill, Alexandria, USA, 1980 pp.

S

¡Muchas gracias por su atención!

Dr. Ismael Leonardo Vera Puerto

Investigador en Tecnologías Ambientales

Correo electrónico: [email protected]

Vivar 493, Tercer Piso – Iquique (Chile)

www.ciderh.cl

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