Aguirre Alejandro, Cesen, Isaac, Gutierres Marco, Loor Santiago, Piedra Alexander y Vizuete Vanessa.

Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ciencias Agrícolas.

Febrero de 2024

Introducción

Las aguas servidas también conocidas como aguas residuales son cualquier tipo de agua cuya calidad se ha visto afectada por influencia antropogénica. Este tipo de “afecciones” pueden derivarse del vertido directo de sustancias, las aguas fecales, las aguas residuales industriales, lixiviados de vertedero, actividades agrícolas, o ganaderas (Barañao y Tapia, 2004). De acuerdo a información de la Red Nacional de Medición de la Calidad del Agua (Renameca), 59.1% de los ríos, arroyos, lagos, lagunas, presas y zonas costeras del mundo que se monitorean están contaminados, y el 4% de las aguas subterráneas ya está contaminadas (National Geographic, 2023).

Las actividades agropecuarias se relacionan con esta problemática a través del uso de pesticidas y elementos químicos como el potasio o el magnesio que pueden llegar hasta el agua. En ambas actividades existe la amenaza de un exceso en la utilización de nitrato, fosfato y otros nutrientes como fertilizantes (Gonzáles, 2011). La situación del agua en el mundo es precaria, puesto que, 2.000 millones de personas (el 26% de la población) no disponen de agua potable y 3.600 millones (el 46%) carecen de acceso a un saneamiento gestionado de forma segura, según el informe, publicado por la UNESCO en nombre de ONU-Agua y dado a conocer en la Conferencia de las Naciones Unidas del 22 de marzo de 2023.

En el Ecuador, si bien el 70% de la población cuenta con agua segura, un 30% aún no lo tiene y se expone a consumir agua con contaminación fecal según UNICEF, y el campo agrícola aproximadamente el 70% del afluente del agua dulce que existe en el país se destina al riego (Nieto et al., 2018), no obstante las condiciones de esta agua reflejan que un 20,7% está contaminada, y la mayoría de productores, sobre todo de la sierra, no tienen acceso a riego (Cedeño y Esteves, 2023). Bajo este panorama, fomentar las prácticas de recuperación del agua usada para nuevos fines es indispensable. En este artículo se busca interpretar las metodologías de reciclaje de aguas servidas para riego y su aplicabilidad bajo contextos diversos.

Impactos ambientales del reciclaje de aguas servidas para riego

Contexto Ecuatoriano

En Ecuador, el uso de aguas servidas para riego se está expandiendo gradualmente, pero aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo. Algunas zonas rurales donde se práctica esta actividad son: Calderón en la provincia de Pichincha con frutales y hortalizas; Ibarra en Imbabura con pasturas y alfalfa; Cuenca en Azuay con especies ornamentales. Y otros sectores rurales de la Costa y la Sierra donde hay poco acceso al agua. Existen también varios proyectos en progreso dentro de las zonas urbanas de Quito y Guayaquil con plantas en construcción con proyección al riego de las áreas verdes de ambas ciudades.

Influencia positiva sobre el ambiente

El reciclaje de aguas servidas contribuye a la preservación del ambiente así: Mantiene el equilibrio ecológico en zonas con grandes fuentes de agua dulce, evitando la extracción de dicha agua y evitando la intervención en la dinámica ecosistémica; reduce la contaminación de los cauces de agua al no ser desechada directamente en los afluentes; mejora las condiciones y la fertilidad del suelo debido a su alto contenido de nutrientes evitando así también el uso de insumos externos de origen químico.

Influencia negativa sobre el ambiente

El uso de aguas servidas en el riego también presenta grandes consecuencias ambientales y pueden ser: La contaminación del suelo y fuentes de agua subterránea por uso de aguas residuales con gran contenido de patógenos, metales pesados, exceso de elementos salinos o acidificantes; el riesgo biológico para animales y humanos por contaminantes o enfermedades transmitidas por patógenos; daño en la cobertura vegetal del ecosistema o agroecosistema; contaminación de las superficies de los cauces de agua naturales.

Regulación y recomendaciones

En Ecuador, el uso de aguas servidas para riego está regulado por la Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y Aprovechamiento del Agua y su reglamento. La normativa establece los requisitos para tratar y reutilizar las aguas servidas para riego, para proteger la salud pública y el medio ambiente.

Para la reutilización de las aguas servidas según su fin se debe aplicar los tratamientos adecuados sea: Primario que elimina los sólidos suspendidos y MO gruesa; Secundario que elimina microorganismos patógenos y MO disuelta; Terciario que elimina exceso de nutrientes, sales y demás contaminantes.

También se debe considerar que el contacto con dichas aguas se debe reducir al máximo usando técnicas de riego como el goteo o por subsuelo. El monitoreo y control de dichas aguas debe ser frecuente así también como la capacitación en el manejo de dichas aguas en cuanto a manipulación y regulación por normativas de ley.

Beneficios del uso de reciclaje de aguas Servidas en la agricultura

El agua es fundamental para la agricultura, pero su acceso se encuentra cada vez más comprometido debido a la escasez, la contaminación y el impacto del cambio climático. El uso de aguas residuales tratadas para el riego se presenta como una opción sostenible para hacer frente a estos desafíos emergentes (López et al., 2012). De esta forma se describe algunos beneficios del uso de las aguas residuales. Los principales tipos de beneficios que pueden esperarse de la reutilización de aguas residuales tratadas descritas por Winpenny et al., (2013):

• Evasión de costos de extracción, transmisión, tratamiento y distribución de agua dulce: Estos costos evitados incluyen los recurrentes y de capital en los que incurrirían las autoridades responsables del suministro de agua a los regantes o los agricultores que extraen sus suministros

 Los agricultores pueden evitarse el costo de extracción de aguas subterráneas, dado que utilizarán aguas residuales (tratadas) como alternativa, aunque de igual manera necesitarán efectuar algún tipo de bombeo para operar sus dispositivos de riego, como en el caso del riego por goteo. Los agricultores también pueden beneficiarse al extraer a profundidades menores, cuando el agua regenerada se utiliza para recargar el acuífero.

Opolenko (2022) menciona que “La reutilización de las aguas residuales depuradas para usos como el riego o la recarga artificial de acuíferos permite, además de la recuperación parcial de los costes asumidos en el proceso de depuración, proporcionar un recurso de agua alternativo en zonas con déficit hídrico” (p. 280). Además, según la situación local, podría haber beneficios para los agricultores si evitan algunos de los costos de extracción de aguas subterráneas, mientras que los nutrientes presentes en las aguas residuales ayudan a ahorrar en fertilizante.

Ejemplos de éxito:

• Israel: Líder mundial en la reutilización de aguas residuales para RAA, con más del 80% de las aguas residuales del país siendo recargadas en acuíferos.
• España: Cuenta con una amplia experiencia en RAA, con proyectos exitosos en diferentes regiones del país.
• México: Implementa programas de RAA en zonas con escasez de agua, como la Ciudad de México.

Lorenzo et al., (2009) también menciona que existen beneficios ambientales por una menor extracción de ríos o acuíferos: por una menor contaminación de las aguas causada por los vertidos de aguas residuales (en muchos países, las aguas residuales sin tratar o parcialmente tratadas son la principal causa de contaminación de las aguas). Si el uso de agua regenerada requiere un mayor nivel de tratamiento que el requerido por las normas de vertido, se justifica abonar pagos por beneficios ambientales para compensar el costo adicional de tratamiento.

• Ahorro en el costo del fertilizante debido al contenido de nutrientes de las aguas residuales

La materia orgánica, nitrógeno y fósforo presente en las aguas residuales han demostrado tener efectos positivos sobre la productividad de los cultivos y ahorra en costos de fertilizantes artificiales. Esto beneficios se reducirían si hay normas de tratamiento que obligan a eliminar algunos de estos nutrientes. Sin embargo, no siempre todos los nutrientes presentes en las aguas regeneradas pueden ser utilizados por el cultivo, resultando en un exceso de nutrientes que puede causar contaminación.

• Ahorro en el costo de tratamiento de las aguas residuales

Las aguas residuales contienen nutrientes como nitrógeno y fósforo que pueden ser utilizados por las plantas como fertilizantes. Al usar aguas residuales para riego, se reduce la necesidad de eliminar estos nutrientes en el proceso de tratamiento, lo que puede significar un ahorro significativo en costos.

• Mejora de la calidad del suelo

La materia orgánica presente en las aguas residuales mejora la estructura del suelo, aumentando su capacidad de retención de agua y nutrientes. En concordancia con los resultados de Thompson y Bell (1996) el suelo más afectado por el uso de aguas residuales mostró colores grisáceos, grises y blancos, mientras que en el suelo testigo los colores fueron cafés grisáceos; el cambio en color se debe a la biodegradación de la materia orgánica además Los suelos con aguas residuales tuvieron mayor CIC que el suelo sin aplicación de aguas residuales.

• Principales limitantes para el uso de aguas servidas en el riego agrícola

Aunque algunos factores como el acelerado crecimiento demográfico, la contaminación de cuerpos de agua superficiales y subterráneos, el cambio climático, y otros factores ha generado que el ser humano busque aprovechar los recursos a su disposición con la principal finalidad de producir alimentos y materias primas para la industria (Cisneros, Guzmán & Saravia, 2018). Y a pesar que el uso de aguas servidas tratadas es una alternativa altamente viable existen algunas limitaciones con respecto a esta temática, tanto a nivel económico, político y ambiental, como en aspectos sociales y entre otros que se detallaran a continuación:

Limitantes económicas

• Inversión: La construcción de plantas de tratamiento de aguas servidas y la infraestructura de riego es costosa. Además, que los costos operativos de plantas de tratamiento de agua residual y la distribución de la misma.
• Falta de financiamiento: La falta de financiamiento público y privado puede dificultar la inversión en proyectos de reciclaje de agua.

• Limitantes políticas
• Falta de voluntad política: La falta de voluntad política por parte de los gobiernos puede limitar el desarrollo de políticas públicas que incentiven el reciclaje de agua. Además de obviarse la falta de un marco regulatorio adecuado.

Limitantes ambientales  

• Calidad del agua: Las aguas servidas pueden contener contaminantes que pueden afectar la calidad del suelo y las aguas superficiales.
• Riesgos para la salud del suelo y cultivos: en las aguas servidas la concentración de sales como iones de sodio, cloro y boro limita en su gran mayoría su aprovechamiento debido a que provoca toxicidad por salinidad en los cultivos además de visualizarse daños en la estructura de las plantas como quemaduras.
• Impactos en la biodiversidad: Puede tener impactos negativos en la biodiversidad, especialmente en ecosistemas acuáticos.

Limitantes sociales

• Percepción pública: Existe una percepción negativa generalizada sobre el uso de agua reciclada para el riego, principalmente por la falta de conocimiento sobre los procesos de tratamiento y los beneficios ambientales.
• Salud: Existe el temor de que el uso de agua servida pueda representar un riesgo para la salud humana, especialmente si no se trata mediante procesos adecuados

Tecnologías o métodos para el reciclaje de aguas servidas para el riego

En distintas partes del mundo ha nacido el deseo por gestionar el agua de manera integral y considerando el equilibrio de los ecosistemas, enfocándose en la gestión de las cuencas para garantizar la seguridad del agua y alimentos, especialmente frente al cambio climático. Por lo tanto, es crucial implementar tecnologías y prácticas sostenibles en la agricultura para manejar adecuadamente este recurso (Martínez 2013).

Los desafíos ambientales se agravan por la presencia de aguas residuales, lo cual directamente amenaza la salud humana al contener microorganismos patógenos como virus, bacterias y parásitos, que pueden desencadenar brotes epidémicos; de manera directa a los cultivos, ya que, al no ser tratadas las aguas servidas afectarán por la cantidad de minerales pesados (Herrera & Rey, 2018). La disponibilidad de agua y servicios de saneamiento es esencial para reducir los impactos negativos en el ambiente. Por tanto, el tratamiento de aguas residuales debe emplear tecnologías alternativas de bajo consumo energético, fáciles de operar y mantener, estables y eficaces en la eliminación de contaminantes.

Una de las técnicas que se propone para el tratamiento de estas aguas servidas son el uso de biofiltro, el cual, se compone de lechos filtrantes de grava de distintos tamaños, cubiertos en su superficie por plantas. Estas plantas son responsables de purificar el agua residual mediante procesos como fitorremediación, rizofiltración, fitoestabilización, fitoestimulación, fitovolatización y fitodegradación (Garzón et al., 2012). Su uso ayuda a prevenir la contaminación de cuerpos de agua tanto superficiales como subterráneos, que puede ser causada por el vertido directo de aguas residuales en las cuencas hídricas. Los biofiltros se ubican en áreas saturadas por aguas superficiales o subterráneas con una frecuencia y duración suficientes para mantener condiciones saturadas, generalmente con profundidades de agua inferiores a 60 cm. Las plantas utilizadas incluyen jacintos de agua, carrizos, juncos y lentejas de agua (Aragón, 2010).

Componentes de la tecnología aplicada

Los biofiltros contienen un diseño adecuado de una cubeta que incluye agua, sustrato y, en la mayoría de los casos, plantas emergentes. Estos elementos se pueden configurar para crear un biofiltro. Otros elementos cruciales de los biofiltros, como las comunidades de microorganismos y los invertebrados acuáticos, se desarrollan de forma natural.

• Agua: La hidrología es el principal elemento de diseño en un biofiltro construido debido a que abarca todas las funciones del humedal y suele ser el factor determinante en su éxito o fracaso. Aunque la hidrología de un biofiltro construido no difiere mucho de la de otras aguas superficiales y cercanas a la superficie, presenta diferencias significativas: incluso pequeñas variaciones en la hidrología pueden tener un impacto considerable en el biofiltro y en su capacidad de tratamiento (Rivera, 2015).
• Sustrato: Los materiales utilizados como substrato en los biofiltros construidos abarcan una variedad que incluye suelo, arena, grava, roca y componentes orgánicos como el compost. La acumulación de sedimentos y residuos vegetales en el biofiltro es resultado de la baja velocidad del agua y de la alta productividad característica de estos sistemas. Estos elementos, junto con el substrato, son de gran importancia por diversas razones como: Soportan a muchos de los organismos vivientes en el humedal, La permeabilidad del substrato afecta el movimiento del agua a través del humedal, etc. (Martinez 2013).
• Vegetación: Las plantas desempeñan un papel multifacético en un biofiltro para el tratamiento de aguas servidas. A través de procesos como la fitorremediación, las raíces de las plantas filtran y absorben contaminantes presentes en el agua, mientras que la fitoestabilización ayuda a mantener la estabilidad del suelo alrededor del sistema. Además, las plantas promueven la actividad microbiana beneficiosa en el sustrato, mejorando así la eficiencia del tratamiento biológico (Aragón, 2010). Algunas especies también pueden absorber compuestos orgánicos volátiles y descomponer contaminantes, contribuyendo a la purificación del agua. En conjunto, estas funciones hacen que las plantas sean componentes esenciales en el proceso de tratamiento de aguas residuales en un biofiltro (Rivera, 2015).

La flora presente en los biofiltros consiste en plantas acuáticas conocidas como macrófitas, que son especies herbáceas adaptadas para crecer en diversas condiciones de agua y suelo, ya sea parcialmente sumergidas en la zona costera de cuerpos de agua como lagos, embalses y ríos, o completamente bajo el agua (Vergara, 2021).

Cada uno de los componentes en un biofiltro para el tratamiento de aguas servidas desempeña un papel esencial en el proceso de purificación. El agua actúa como el medio a través del cual se transportan los contaminantes hacia el biofiltro, facilitando los procesos biológicos y químicos de tratamiento. Por otro lado, el substrato proporciona un soporte vital para la vegetación y sirve como un hábitat fundamental para una diversidad de microorganismos beneficiosos, ayudando así a retener los contaminantes y proporcionando una superficie de contacto para su adsorción y degradación.

La vegetación, compuesta principalmente por plantas acuáticas llamadas macrófitas, desempeña múltiples funciones esenciales en el biofiltro. Estas plantas realizan la fitorremediación al absorber y metabolizar los contaminantes presentes en el agua, estabilizan el suelo mediante sus raíces y promueven la actividad microbiana en el substrato. Además, contribuyen a la oxigenación del agua y mantienen la estructura del biofiltro. En conjunto, estos componentes trabajan de manera sinérgica para eliminar los contaminantes del agua residual, mejorando así su calidad y proporcionando un método efectivo y sostenible para el tratamiento de aguas servidas.

Algunas recomendaciones

Los gobiernos pueden invertir en infraestructuras para el reciclaje y tratamiento de aguas servidas a través de fondos públicos o mediante la creación de programas de financiamiento específicos, por ejemplo, mediante asociaciones público-privadas con empresas de tratamiento de agua o acceder a un financiamiento y asistencia técnica de organismos internacionales para la construcción y operalización de dichas infraestructuras. Además de capacitar al personal técnico y socializar con la comunidad las formas de tratamiento de agua residual para fomentar su aceptación y aclarar mitos sobre su funcionabilidad.

Estudio de caso

EL PROBLEMA

En la población de Alcalá del Departamento de Chuquisaca, existe un grave problema de contaminación por aguas residuales que provienen mayormente de las actividades agropecuarias, que son vertidas sin ser sometidas a ningún tipo de tratamiento.

En el estudio de caso se consideró los resultados de la investigación “Diseño y Construcción de Humedal Artificial para la Recuperación de Aguas Residuales en la Población de Alcalá”, propuesta por Quevedo (2021), el objetivo de esta investigación fue diseñar y construir un humedal artificial para la recuperación de aguas residuales en la población de Alcalá (Bolivia).  El problema que se busca resolver es la gestión ineficiente de las vertientes de agua contaminada en Alcalá, departamento de Chuquisaca, Bolivia, la mayoría de sus aguas residuales provienen del sector agrícola, estas son vertidas sin tratamientos previos en la afluente de los ríos: Alcalá, Matela Alta y Limabamba. Se propone diseñar y construir un humedal artificial que posibilite tratar mediante fitorremediación estas aguas contaminadas.

CARACTERIZACIÓN:

• Los principales productos agrícolas son las semillas de trigo, papa, maíz, trigo, cebada, maní, cebolla y ají.
• En la producción pecuaria se destaca la cría de ganado vacuno, caprino y ovino.
• En casi todas las comunidades el número de hectáreas de tierra cultivables sobrepasan las 100 Ha; de las cuales los suelos cultivados a secano, es decir regados solo por la lluvia son casi el total de la tierra cultivable.
• Respecto a los recursos hídricos, las principales fuentes de agua en el Municipio de Alcalá son los ríos de Alcalá, Matela Alta y Limabamba. De estos ríos solo el de Matela Alta es permanente y los otros dos pierden su caudal en época seca.

SECUENCIA METODOLÓGICA:

DISEÑO DE HUMEDAL ARTIFICIAL

Tipo: Humedal artificial de flujo horizontal subsuperficial (HHAA FSS)

El nivel de agua permanezca siempre por debajo de la superficie del sustrato.

Elementos constitutivos:

1. Efluente
2. Sustrato
   • Plástico Agrofil para impermeabilizar.
   • Piedra manzana.
   • Ripio o grava de 3 cm. de diámetro.
   • Gravilla de 0.5 cm. de diámetro.
   • Arena fina o arenilla.
   • Tubos PVC (desagüe) y accesorios.
   • Cámara séptica.
3. Vegetación
   • Ser tolerantes a altas concentraciones de metales. 
   • Ser acumuladora de metales.
   • Tener una rápida tasa de crecimiento.
   • Tratarse de una especie local.
   • Fácilmente cosechable
4. Microorganismos
   • En el presente caso, se incluyeron bacterias, levaduras, hongos y protozoarios, mediante la utilización de abono orgánico fermentado

CONSTRUCCIÓN:

Conclusiones

El uso de aguas residuales tratadas para el riego presenta una serie de beneficios económicos y ambientales que la convierten en una alternativa sostenible para enfrentar los desafíos del agua en el siglo XXI.

Por otro lado, la reutilización de las aguas servidas, ofrece tanto una ventaja medioambiental, contribuye a la reducción de la contaminación al reducir las aportaciones de dióxido de carbono y permite el aprovechamiento de los elementos nutritivos contenidos en el agua. De esta forma se evita que los valiosos nutrientes desaparezcan en el medio ambiente.

Bajo el panorama actual, fomentar las prácticas de recuperación del agua usada para nuevos fines es indispensable.

Existen métodos variados en remediación de fuentes hídricas, uno de los más eficientes es la fitoremediación, con especial utilidad de en afluentes contaminadas con residuales agropecuarios.

El reciclaje de agua servida para el riego agrícola tiene un gran potencial para contribuir a la seguridad hídrica y la sostenibilidad ambiental. Sin embargo, su implementación enfrenta una serie de limitaciones que deben ser abordadas de manera integral y con la participación de todos los actores relevantes.

Referencias

Barañao, P., & Tapia, L. A. (2004). Tratamiento de aguas servidas: situación en Chile. Ciencias y Trabajo, 13(6), 111–117.

Cedeño, C., & Esteves, Z. (2023). El acceso al agua en Ecuador. DIALNET, 9(1), 497–507.

Cisneros, O., Guzmán, L., & Saravia, L. (2018). Guía Técnica para el reúso de aguas residuales en la agricultura. Ministerio de Medio Ambiente y Agua; Agencia Mexicana de Cooperación Internacional al Desarrollo; Comisión Nacional del Agua; Instituto Mexicano de Tecnología del Agua; y Dutsche Gesellsachft fur Internationale Zusammenarbet (Ed. 2).

Gonzáles, M. (2011). Uso seguro y riesgos microbiológicos del agua residual para la agricultura. Revista Cubana de Ciencia, 17(3), 113–120.

National Geographic. (2023). National Geographic. La Contaminación Del Agua Constituye Una Crisis Mundial Creciente. Esto Es Lo Que Hay Que Saber. https://www.nationalgeographic.es/medio-ambiente/contaminacion-del-agua

Nieto C., C., Pazmiño Ch., E., Rosero, S., & Quishpe, B. (2018). Estudio del aprovechamiento de agua de riego disponible por unidad de producción agropecuaria, con base en el requerimiento hídrico de cultivos y el área regada, en dos localidades de la Sierra ecuatoriana. Siembra, 5(1), 051–070. https://doi.org/10.29166/siembra.v5i1.1427

Martinez, M. (2013). Tecnologías para el uso sostenible del agua: una contribución a la seguridad alimentaria y la adaptación al cambio climático. Global Water Partnership. file:///C:/Users/User/Downloads/tecnologias-para-el-uso-sostenible-del-agua.pdf.

Herrera, W. & Rey, A. (2018). Implementación de biofiltro como agente depurador de aguas residuales del conjunto Aranjuez II, en el municipio de Villavicencio. [Título para optar el título de Ingeniero Agrónomo]. Universidad Cooperativa de Colombia. Recuperado de: file:///C:/Users/User/Downloads/2018_implementacion_biofiltro_agente.pdf.

Vergara, R. (2021). Diseño de biofiltros para mejorar el manejo de aguas residuales domésticas. [Título para optar el título de Ingeniero Ambiental]. Universidad Privada del Norte. Recuperado de: https://repositorio.upn.edu.pe/bitstream/handle/11537/28629/Vergara%20Tineo%2C%20Rosa%20Magaly.pdf?sequence=1&isAllowed=y.

Aragón, A. (2010). La biofiltración, una alternativa para la potabilización del agua. Revista Lasallista de investigación, 1(2), 61-66.

Garzón, M., Buelna, G. & Moeller, G. (2012). La biofiltración sobre materiales orgánicos, nueva tecnología sustentable para tratar agua residual en pequeñas comunidades e industrias. Tecnología y ciencias del agua, 3(3), 153-161.

Quevedo, A. (2021). Diseño y Construcción de Humedal Artificial para la Recuperación de Aguas Residuales en la Población de Alcalá. Revista de Ciencia, Tecnología e Innovación. 19(24), 133-144.

Rivera, I. (2015). Diseño de un sistema de biofiltros para el tratamiento de aguas residuales que llegan de manera directa al humedal neuta en el municipio de Soacha. [Título para optar el título de Ingeniero Ambiental]

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