Reutilización de Aguas Servidas para Regadío Urbano en Chile

L. Herrera, J. Hernández, A. Urzúa
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Introducción

La Región Metropolitana de Chile, sede de la Capital del país, enfrentó episodios graves de cortes del suministro de agua potable. Las causas de la falta de agua potable se debieron a una mezcla de elementos: en primer lugar, el país enfrentaba una sequía y, en segundo lugar, el sistema empresarial que atendía al sector que sufrió cortes no operó con las regulaciones vigentes. Como quiera que fuese, uno de los municipios de mayor capacidad económica enfrentó problemas impensados y, seguramente, inaceptables para el grado de desarrollo económico y social que ostenta el país.

En el sector que sufrió cortes de suministro de agua potable, la población utiliza una parte importante del agua potable consumida para el regadío de sus bellos jardines. El sector afectado comprende viviendas localizadas en sitios de unos 1.000 m², con jardines que reflejan un alto estándar de vida.

La administración municipal del sector, impactada por las pérdidas económicas sufridas por los dueños de los jardines y por la disminución de la calidad del entorno urbano, patrocinó un estudio internacional de la factibilidad ambiental, técnica y económica de reutilizar las aguas servidas del sector, posterior a su tratamiento a un grado avanzado, para el regadío de áreas verdes y/o jardines.

Una importante restricción adicional al estudio fue que se debía evaluar todo el sistema dentro del contexto de operación sanitaria nacional que especifica las más precisas reglas de mercado. A pesar de ser un mercado modernizado, existen importantes resabios de economía colectivista y, en particular, los recursos naturales no tienen valor económico desde el punto de vista del Estado. Así, el agua en una fuente no tiene costo para quienes deseen utilizarla y sólo es necesario contar con las autorizaciones estatales del caso (Derechos de Aguas). La modernización se ha expresado últimamente en las compras y ventas de derechos, pero tal transacción no define un costo económico del agua sino que le asigna un valor de inversión. Existen también casos en que particulares que ostentan derechos de agua la venden (en unidades de flujo) a Empresas Sanitarias para producción de Agua Potable pero, nuevamente, son negociaciones aisladas y sumamente atípicas.

El sector bajo estudio comprendió una comuna de unos 41.000 usuarios del Sistema Sanitario que generan un caudal de Aguas Servidas de unos 350 L/s (es decir, la producción de aguas servidas es superior a los 700 L/habitante/día, cantidad notablemente alta frente a la dotación media de consumo de agua potable en Chile, de 200 L/habitante/día).

Si bien la legislación chilena ha dispuesto el tratamiento de las aguas servidas de sectores como el de este estudio, tal exigencia deberá cumplirse al año 2007 y la población bajo estudio no tiene aún tratamiento: sus aguas servidas se descargan crudas a grandes sistemas colectores que las retiran de la Región Metropolitana. Dada la estructura tarifaria, cuando se implemente el tratamiento de aguas servidas, para cumplir los parámetros actuales de descarga al medio ambiente, la tarifa del servicio sanitario se verá incrementada en el costo del tratamiento, proyectado a un período de previsión de 25 años.

Las tarifas del servicio sanitario, durante la sequía aludida, eran de $103 por m³ en período normal (no estival) y de $278 por m³ durante el período estival, que es el período en que se requiere agua de regadío y los usuarios recurren al agua potable.

Estructura tarifaria Chilena de Servicios Sanitarios

Chile ha definido un esquema de administración, operación y explotación comercial de los servicios sanitarios en el que se definen cuatro concesiones, cuya operación genera tarifa a los usuarios (aparte de los costos fijos que no inciden en este estudio):

• Producción de Agua Potable
• Distribución de Agua Potable
• Recolección de Aguas Servidas
• Tratamiento y/o Disposición de Aguas Servidas

La tarifa al consumidor es regulada por el Estado y se compone, por separado, de cada una de estas concesiones, además de incorporar elementos tarifarios asociados a mantención general del sistema de redes y medidores. Si bien la tarifa está desagregada por concesión, la cuenta es una sola y es percibida por la población como la cuenta del agua a secas y comprende, además, los costos fijos y las tarifas por alto consumo. Esta es la tarifa aludida más arriba, de $278 por m³ durante el verano de la crisis de sequía (1997 a 1998).

Se debe destacar que el agua fuente no tiene un valor monetario y que, en general, la tarifa por recolección de aguas servidas y su tratamiento y disposición se calcula mediante un simple coeficiente de recuperación tradicional (es decir, no se suelen instalar caudalímteros de aguas servidas).

Objetivos del Estudio.

Se resolvió estudiar la factibilidad técnica y económica de un sistema de tratamiento de aguas servidas avanzado, que permitiese reutilizar el efluente tratado en regadío de jardines en el mismo sector que genera dichas aguas servidas. Es decir, se debía evaluar tanto el tratamiento primario, secundario y terciario, además de los sistemas de impulsión hacia el sector a servir. El objetivo, en concreto, debía reflejar el impacto de este nuevo sistema sobre la seguridad de operación futura del sistema sanitario del sector.

Método del estudio.

El estudio se basó en determinar, en primer lugar, los parámetros de diseño atingentes. Si bien Chile posee normas para la reutilización de aguas servidas tratadas, estas se refieren a regadío agrícola y no a sectores urbanos de altos estándares económicos. Para el estudio se separaron dos aspectos medulares:

• se debía definir el impacto tarifario del tratamiento de las aguas servidas al estándar definido por la ley para descarga a cauces superficiales y
• calcular luego el costo del tratamiento terciario y del sistema de distribución necesarios para la producción y distribución de aguas de regadío a partir de aguas servidas tratadas.

Además de las restricciones habituales (parámetros ambientales), el diseño de las Plantas de Tratamiento localizadas en sectores residenciales de altos estándares, en general, deben:

• minimizar el terreno requerido (ser de bajo tiempo de residencia o de gran profundidad),
• producir un mínimo de biosólidos (alto tiempo de residencia de biosólidos),
• impedir la generación de olores (minimización de regiones anóxicas y cuidados del aire ventilado),
• permitir un diseño arquitectónico armónico con el área urbana que le rodea, o estar fuera de la vista (por ejemplo, subterráneos debajo de áreas verdes).

En base a estas restricciones generales, para la Planta de Tratamiento de aguas servidas se examinaron las tecnologías de reactores batch secuenciales y sistemas que utilizan la aireación para entregar la potencia de mezclado, aunque es evidente que se podrían haber considerado muchas otras tecnologías existentes, como por ejemplo reactores de pozo profundo, jetloops, otros airlift, series de plantas compactas, etc.

Esta Planta de Tratamiento se debía proyectar conforme a los parámetros generales del país, de acuerdo a la concesión de tratamiento y, por ende, generaría tarifa de tratamiento para su financiamiento, la que deberá ser definida de acuerdo a la legislación vigente.

En segundo lugar, se debía estudiar un sistema de tratamiento más avanzado (terciario), (cuyo entrada es la salida de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas); un sistema de acopio de aguas de regadío; y un sistema de redes de distribución de agua de riego a domicilio, que generaría una nueva actividad económica, diferenciada del sistema sanitario del sector y que debía sustentar económicamente la operación mediante un tarifado especial.

Recuperación de Aguas con fines de Regadío.

La disponibilidad de agua de riego, como alternativa al riego con agua potable, reduciría las dotaciones per capita de la población abastecida. Si el agua de riego se obtiene de aguas residuales recogidas por los sistemas de alcantarillado, se reducirá el consumo de agua global del sector abastecido.

En particular, definiendo la dotación media de agua potable por habitante (D_A.P.) de un sector dado, el coeficiente de recuperación de aguas servidas respecto del agua potable consumida (Χ), y la población abastecida (H), el caudal de agua potable al sector debe ser

mientras que el caudal de aguas servidas (Q_A.S.) será:

La reutilización de estas aguas con fines de regadío urbano requiere un tratamiento previo, más allá del tratamiento habitual y a un grado que permita:

• su transporte hasta los puntos de reutilización (es decir, jardines), lo que significa en particular que su contenido de sólidos sedimentables deberá ser bajo (por ejemplo, menor que 40 mg/L) para impedir la obstrucción de tuberías, canales, válvulas, medidores, mangueras, etc.;
• que no se generen pestilencias en los suelos regados, lo que significa en particular que su contenido de orgánicos deberá ser bajo (por ejemplo una DBO₅ menor que 30 mg/L) y que debe contener inhibidores del crecimiento bacteriano (por ejemplo, cloro libre residual);
• que su calidad microbiológica sea segura para la salud pública, lo que significa en particular:
  • que los indicadores de contaminación fecal sean bajos (por ejemplo, debajo de 20 UFC/mL en lugar del valor de 1.000 aceptado para descarga superficial);
  • que la calidad en cuanto a protozoos intestinales sea la adecuada (prácticamente inexistentes);
  • nuevamente, que el agua de regadío contenga inhibidores del crecimiento (por ejemplo, cloro libre residual); y
  • que el agua de regadío no afecte el desarrollo de los vegetales regados (ausencia de tóxicos).
  • desde un punto de vista ambiental, dado que el sistema de tratamiento debería localizarse dentro del área urbana, será también requisito que todas las unidades de proceso estén cubiertas y conformen una instalación compatible con el sector donde se localicen.

La satisfacción de los requerimientos descritos significa que el caudal de agua tratada será ligeramente menor que el Q_A.S., debido a la pérdida de agua en los lodos separados y, eventualmente, a la evaporación. Así el caudal de aguas tratadas, es decir, el caudal de agua de regadío recuperada (Q_A.R.), queda definido en función de un coeficiente que expresa la fracción del caudal de aguas obtenido del tratamiento (ψ):

De esta manera, el consumo de agua potable total del sector se reducirá en la cuantía:

Se observa que la reducción del consumo es una función pronunciada del coeficiente de recuperación de aguas servidas y del coeficiente de recuperación de aguas tratadas. Dependiendo de los valores particulares que adquieran los coeficientes, para una u otra situación local, se podrá suplir o no la totalidad de los requerimientos de aguas de regadío mediante el tratamiento de las aguas servidas. En la localidad del estudio, el coeficiente de recuperación en verano es tan bajo como 0,3 (sólo el 30% del agua potable consumida ingresa al sistema de alcantarillado). El coeficiente de pérdida de agua en tratamiento, , suele ser del orden de 0,95 (es decir, se pierde un 5% del agua que ingresa a la Planta).

Si se aplican tales coeficientes, en el sector estudiado el consumo de agua potable en verano se verá reducido en un 28,5%, agua que favorecerá la sustentabilidad de desarrollo del sector, pues quedará disponible para nuevos desarrollos urbanos y no sólo para aumentar la seguridad del servicio. Del mismo análisis se deduce un ahorro económico del 28,5% de la cuenta total del servicio sanitario, monto que queda, en principio, disponible para el sistema de distribución de agua de riego. Además, la disponibilidad de agua de riego amortigua las fluctuaciones anuales del consumo de agua potable. Es evidente que en un sector donde el coeficiente de recuperación de aguas servidas llegue a 0,5 se podrán satisfacer completamente los requisitos de agua de regadío y que, por ende, se reducirán los consumos de agua cruda en un 50%, al tiempo que el coeficiente de recuperación de aguas servidas de acercará a la unidad. Las fórmulas anteriores bien pueden ser vistas como índices del atractivo económico y ambiental asociado a la recuperación de aguas para regadío y asociado a la disponibilidad de aguas para desarrollo urbano.

La Planta de Tratamiento de Aguas Servidas entregará aguas tratadas que cumplen requisitos más laxos que los de regadío urbano y su inversión se debe realizar por ley, puesto que es una exigencia al concesionario (es decir, los requisitos legales para descarga de aguas tratadas a ríos: DBO₅=35 mg/L; Sólidos suspendidos =35 mg/L y Coliformes fecales < 1.000 UFC/100 mL, en un futuro cercano se agregarán requisitos de nitrógeno y fósforo).

Parámetros de Calidad para las Aguas de Regadío Urbano.

Las exigencias de tratamiento propuestas más arriba, para el regadío urbano con aguas tratadas, significó que se definieran los siguientes objetivos de Tratamiento:

• Sólidos Suspendidos menos de 35 mg/L
• DBO₅ menor que 35 mg/L
• Coliformes fecales menor que 20 UFC/100 mL
• Protozoos intestinales Ausentes
• Cloro libre residual según norma vigente para agua potable
• Ecotoxicidad del agua de regadío Ausente, evaluada para pastos y plantas ornamentales (test de lechugas).

Si bien la reutilización de aguas servidas en la agricultura ha acompañado a la humanidad durante siglos, desde tiempos inmemoriales, la alta densidad urbana que caracteriza a la humanidad moderna ha impuesto ciertos resguardos a fin de mantener las condiciones de salud de la población y privilegiar la asepsia de las operaciones que se realizan con aguas residuales tratadas. Se encuentra así que en Chile impera la norma de calidad de aguas para regadío irrestricto, contenida en capítulos específicos de la norma NCh 1333 (Instituto de Normalización) pero sus exigencias serán excedidas ampliamente en este proyecto, puesto que la norma citada se aplica a regadío agrícola; en cambio, se considera aquí la utilización de parámetros internacionales a fin de minimizar los riesgos de salud pública, mejorar la sensibilidad de los ciudadanos respecto de la reutilización de aguas servidas y realizar un estudio dentro del mayor grado de exigencia posible (para evitar optimismos no justificables técnicamente).

Por otra parte, los parámetros de entrada al sistema de producción de agua de regadío serán los parámetros de salida de la Planta de Tratamiento, ya definidos. Así se obtiene que la Planta de Producción de Aguas de Regadío debe cumplir con el requisito de diseño de proveer un efluente libre de patógenos, llevando el indicador de contaminación fecal a una densidad por debajo de 20 UFC/100 mL, requisito que se satisface con una instalación de cloración, coagulación, filtración. Esta operación reducirá, además, los sólidos suspendidos a un valor de 20 mg/L o menos y, consecuentemente, se obtendrá una reducción de DBO₅ a unos 15 mg/L.

Requerimientos ambientales de los sistemas.

Se incluyó un requisito de diseño relativo a la calidad urbana del área de instalación de la Planta de tratamiento de Aguas Servidas y de la Planta de Tratamiento Terciaria, además de sus estanques y redes de distribución. Así, las unidades del sistema de tratamiento deben ser construidas con lozas de cobertura para garantizar que no se producirán olores ofensivos que podrían dañar la calidad de vida de los habitantes de la comuna. La superficie exterior de las unidades cubiertas podrá ser utilizada de esta manera en actividades deportivas o recreativas y, en todo caso, deberán ser armonizadas con el entorno urbano.

Conocimiento actual sobre el Regadío con Aguas Recuperadas.

La experiencia internacional es abundante y parece pertinente basarse en experiencias no sólo latinoamericanas (dadas las eventuales similitudes culturales) sino que también en experiencias actuales en los países más desarrollados.

En la literatura se reportan todas las observaciones que parecen ya de mero sentido común, relativas a los riesgos de salud entérica y parasitaria al utilizar aguas servidas crudas (sin tratamiento) en regadío de terrenos donde la población tiene algún contacto por el consumo de tales productos. De lo anterior se han desprendido un número de recomendaciones que han sido acogidas en Chile por las normas vigentes y, sobre todo, por las normas que están en discusión parlamentaria.

Se adoptó, como requisito de diseño, producir aguas tratadas con menos de 20 UFC de coliformes fecales/100 mL; menos de 20 mg/L de sólidos suspendidos y menos de 20 mg/L de demanda bioquímica de oxígeno (a 5 días). Se incorporó, además, la exigencia de monitoreo para verificación de ausencia de toxicidad para la flora y fauna de jardines.

Resultados y Conclusiones.

La Planta de Tratamiento de Aguas Servidas se diseñó para producir un caudal tratado de 350 L/s, con DBO₅ de 100 mg/L; sólidos suspendidos de 100 mg/L y coliformes fecales 1.000 UFC/100 mL. De las tecnologías evaluadas, la de mayor factibilidad económica producía un incremento de tarifa (por tratamiento y disposición de aguas servidas) de $68 por m³. Esta tarifa debe ser cargada a los usuarios del sistema sanitario, de acuerdo a la ley vigente.

El diseño de la Planta de Tratamiento Terciario, basada en cloración y filtración, cuyo caudal de entrada corresponde a las Aguas Servidas Tratadas de acuerdo a la Ley, y que produce un efluente que cumple estrictos parámetros para regadío urbano, además de los estanques en altura (existen cerros altos en el sector), los sistemas de impulsión y las redes para atender el regadío de 700 hectáreas a razón de 0,5 L/seg/Ha, arrojó una tarifa de $73 por m³. Se supuso un área media de jardines de 1.000 m², es decir, el proyecto beneficiará a 7.000 clientes que actualmente riegan con agua potable, a un costo de $346 por m³ (tarifa estival). Se puede suponer que estos clientes aportan una densidad habitacional de 5 personas, de modo que el beneficio se aplica a unas 35.000 personas. Esta tarifa corresponde a una nueva actividad económica y su rentabilidad debiera descontarse, en parte, de la tarifa de tratamiento antes aludida.

Las Aguas Servidas fuente de este proyecto proviene de unos 41.000 usuarios del sistema sanitario, pero su reutilización como aguas de regadío urbano beneficia a unos 35.000 (es decir, un 85% de los usuarios). Si bien es evidente que la reutilización de aguas recuperadas, a un grado avanzado de tratamiento, aumenta la sustentabilidad del sector pues libera agua potable para futuros desarrollos, queda claro que genera situaciones de inequidad en las que, finalmente, los usuarios más cercanos al sistema de tratamiento podrán regar con aguas significativamente más baratas que el agua potable, generando un ahorro para el que no parece existir una lógica que lo sustente (pues se supone que es un mercado regulado).

Es el parecer de los autores que la ausencia de valor monetario del agua fuente producirá, siempre, el efecto observado en este estudio. Distinta sería la conclusión si el valor monetario del agua cruda (sin tratamiento) debiese ser sufragado al Estado el que devolvería el valor monetario asociado al agua descargada (que sería menor mientras mayor sea su contaminación).

Este estudio deja en evidencia que la distribución de agua potable para el regadío de jardines es, hoy en día, un absurdo económico desde el punto de vista de la sustentabilidad económica del país, tanto como de los consumidores. La tarifa resulta de tal impacto que la instalación de redes para riego adquiere factibilidad ambiental (menor disipación de energía y consumo de reactivos de producción de agua potable), económica (el agua de menor procesamiento será de menor costo) y, obviamente, técnica (sólo se requiere remover sólidos suspendidos capaces de obstruir ductos y desinfectar).

Los autores proponen que, a futuro, las actividades de mantención de áreas verdes, públicas o privadas, se realicen con un sistema de redes de regadío que deberá recibir aportes desde las aguas servidas tratadas y aguas crudas con un tratamiento menor que el del agua potable actual. La figura 1 contiene un diagrama de flujos de tal diseño conceptual y debiera ser claro que, en estas condiciones, la equidad tarifaria a los usuarios se ve resguardada y que la sustentabilidad del desarrollo se ve exacerbada por la mayor disponibilidad de aguas para nuevos desarrollos.

Figura 1: Diagrama esquemático de la distribución de aguas para regadío Urbano

Se puede observar que la propuesta conlleva a la necesaria instalación de nuevas redes que cruzan la ciudad. Aún considerando esta inversión, como se pudo demostrar en el estudio aquí informado, el proyecto resulta rentable y, lo que es más, imperativo por su impacto sobre la sustentabilidad de sectores urbanos densamente poblados. Sin duda, de asignarse valor monetario al agua, esta propuesta podría revisarse sobre bases más ciertas pero, probablemente, el costo de producción de agua potable será siempre más elevado que el de producción de aguas de regadío; más aún, si el agua que sale de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas está totalmente pagada por los usuarios del servicio sanitario, el valor agregado por el tratamiento terciario y las redes de agua de riego será nimio como costo alternativo al agua potable (situación que cambiaría dramáticamente si se cancelara la recolección y tratamiento de aguas servidas en base a caudal real y no en base a coeficientes de recuperación globales).

Agradecimientos.

Los autores desean dejar clara constancia de su agradecimiento a la Ilustre Municipalidad de Lo Barnechea; al Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo (CIID, o International Development Research Centre, IDRC del Canadá) y su Secretariado de Manejo del Medio Ambiente (SEMA).

El trabajo in extenso se encuentra en el IDRC

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