36081 Biofiltro: Una opción sostenible para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas localidades Abril 2006 Cooperación Austriaca para el Desarrollo Biofiltro: Una opción sostenible para el tratamiento de aguas residuales en pequeñas localidades Abril 2006 Misión del WSP Apoyar a la población más pobre a obtener acceso sostenido a servicios de agua y saneamiento mejorados. Socios donantes del WSP Los gobiernos de Alemania, Australia, Austria, Bélgica, Canadá, Dinamarca, Finlandia, Holanda, Irlanda, Japón, Luxemburgo, Noruega, Reino Unido, Suecia, Suiza, el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo y el Banco Mundial. Reconocimientos Esta publicación ha sido posible gracias a la contribución de las siguientes personas e instituciones: Agencia Suiza para la Cooperación y el Desarrollo (COSUDE): Manuel Thurnhofer, Coordinador de Programa AGUASAN en Centroamérica Proyecto ASTEC, UNI - RUPAP, Nicaragua Preparación del reporte: Martin Gauss, Consultor (Cooperación Austriaca para el Desarrollo) Ing. Vidal Cáceres Ing. Néstor Fong Programa de Agua y Saneamiento, América Latina y el Caribe (WSP-LAC) François Brikké, Director Regional Rafael Vera, Coordinador para América Central Nelson Medina, Coordinador para Nicaragua Oscar Castillo, Especialista en Desarrollo Institucional y Comunitario Beatriz Schippner, Especialista Regional en Comunicaciones Luciana Mendoza, Asistente de Comunicaciones Revisión técnica: Sergio Mendonça, Ex-Asesor Regional en Sistemas de Aguas Residuales del CEPIS/OPS, Nelson Medina, Coordinador para Nicaragua, WSP-LAC Cuidado de la edición y producción: Mikko Vayrynen, Profesional Junior en Comunicaciones de WSP-LAC para América Central Diseño: Elmer Moreno Impreso en Honduras por AZER Impresos Los resultados, interpretaciones y conclusiones expresadas son exclusivamente del autor y no deben ser atribuidas de ninguna manera al Banco Mundial, a sus organizaciones afiliadas, o a miembros de su Junta de Directores Ejecutivos o las compañías que ellos representan. Contenido Resumen ............................................................................................................................................... 8 1. Manejo de las aguas residuales domésticas ............................................................................... 9 1.1 Antecedentes ........................................................................................................................ 9 1.2 Manejo actual de las aguas residuales ................................................................................. 10 1.3 Normas para la descarga directa de efluentes ..................................................................... 10 2. El biofiltro como alternativa tecnológica para el tratamiento de aguas residuales domésticas ............................................................................................... 11 2.1 Descripción del biofiltro de flujo horizontal ........................................................................... 12 2.2 Etapas de un sistema de biofiltro ........................................................................................ 13 2.3 Componentes principales de un biofiltro .............................................................................. 14 2.4 Condiciones para la adopción de un sistema de biofiltro ...................................................... 15 2.5 Eficiencia e impacto en el medio ambiente .......................................................................... 16 2.6 Requerimientos de área y de materiales de construcción .................................................... 17 2.7 Actividades de operación y mantenimiento ......................................................................... 17 2.7.1 Pretratamiento ........................................................................................................ 18 2.7.2 Tanque Imhoff ......................................................................................................... 18 2.7.3 Biofiltro ................................................................................................................... 19 2.7.4 Gestión municipal y comunal .................................................................................. 20 2.8 Procesos sociales y participación ciudadana ....................................................................... 21 2.9 La experiencia del sistema de Biofiltro de San José Las Flores en El Salvador ..................... 21 2.9.1 El proceso social para la adpatación de la tecnología ............................................. 21 2.9.2 Asistencia técnica para la operación, mantenimiento y gestión del biofiltro .............. 22 2.9.3 Resultados ............................................................................................................. 22 2.10 Costos del sistema de biofiltro ............................................................................................. 23 3. El uso del efluente como fuente de sostenibilidad del sistema ............................................... 24 3.1. Calidad del efluente ............................................................................................................. 24 3.2. Requerimientos para el uso del efluente en riego agrícola .................................................... 25 3.3. Recomendaciones a partir de las experiencias del proyecto piloto ....................................... 25 4. Desafíos ....................................................................................................................................... 26 4.1. Política tarifaria y recuperación de costos ............................................................................ 26 4.2. Sostenibilidad del sistema integral del biofiltro ...................................................................... 26 4.3. Sostenibilidad ambiental ...................................................................................................... 27 5. Lecciones aprendidas ................................................................................................................. 28 6. Conclusiones y recomendaciones ..............................................................................................29 Anexo Actividades rutinarias de operación y mantenimiento del sistema de biofiltro ................................. 30 5 Abreviaturas y siglas BM Banco Mundial CAD Cooperación Austriaca para el Desarrollo CASAM Comité de Agua y Saneamiento Ambiental Municipal CEPIS Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente COSUDE Cooperación Suiza para el Desarrollo y la Cooperación IWA International Water Association ODM Objetivos de Desarrollo del Milenio OMS Organización Mundial de la Salud OPS Organización Panamericana de la Salud UNI Universidad Nacional de Ingeniería WSP Programa de Agua y Saneamiento del Banco Mundial 6 Presentación En América Latina, sólo el 13.7% de las aguas residuales recolectadas son tratadas en sistemas de tratamiento antes de descargarse en los ambientes acuáticos o usarse en riego agrícola1. Además de perjudicar la salud de la población, este hecho impide reutilizar el recurso hídrico. La situación descrita se torna mucho más crítica en las pequeñas ciudades y comunidades rurales concentradas, donde la agricultura es una de las actividades tradicionales y las aguas residuales sin tratamiento son utilizadas para fines de riego. A ello hay que agregar que los remanentes son conducidos a los ríos más próximos, lo que ocasiona la contaminación de la cuenca. Los altos índices de enfermedades diarreicas en estas zonas son consecuencia de este problema. Sin embargo, además de la promoción de prácticas de higiene para el uso adecuado de las aguas residuales, existen tecnologías alternativas de bajo costo para su tratamiento que pueden ser adoptadas y manejadas por los pequeños municipios u organizaciones de usuarios, como es el caso del biofiltro, un humedal artificial. La experiencia de casi diez años en Nicaragua -con la asistencia técnica de la Universidad Nacional de Ingeniería y la Cooperación Austriaca para el Desarrollo- y en El Salvador -con la asistencia técnica de la ONG PRO-VIDA y la Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación- muestran la eficiencia, los avances y los desafíos de la tecnología del biofiltro, cuya difusión es promovida por el Programa de Agua y Saneamiento (WSP) como parte de su agenda de manejo del conocimiento. Se espera que el presente documento sea útil para que los profesionales del sector y los gobiernos centrales y locales, centros de investigación y donantes, puedan adoptar, promover, regular y financiar, respectivamente, la tecnología del biofiltro para el tratamiento de aguas residuales, con miras a mejorar las condiciones de salud y bienestar de la población beneficiaria. Se agradece al ingeniero Martin Gauss de la Cooperación Austriaca para el Desarrollo por preparar este documento y a los ingenieros Vidal Cáceres y Néstor Fong del Proyecto ASTEC (UNI-RUPAP, Nicaragua) por su colaboración. También se agradece a los ingenieros Sergio Mendoça, Ex-Asesor Regional en Sistemas de Aguas Residuales del Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria (CEPIS) en el Perú, y Manuel Thurnhofer de AGUASAN COSUDE en Nicaragua, por su tiempo y recomendaciones en la revisión de los borradores; así como a los colegas del WSP Rafael Vera, Nelson Medina, Oscar Castillo y Beatriz Schippner, por la revisión del documento y sus comentarios. François Brikké Director Regional de WSP para América Latina y el Caribe 1 OPS, 2001. Informe regional sobre la Evaluación 2000 en la región de las Américas. Agua Potable y Saneamiento. Estado Actual y Perspectivas, Washington D.C. 7 Resumen Más del 60% de las poblaciones urbanas de los países La experiencia centroamericana incluye la construcción de Centroamérica no superan los 10,000 habitantes. de una planta piloto en un barrio de la ciudad de En la mayoría de estas pequeñas ciudades y munici- Masaya, Nicaragua, con financiamiento de la Coopera- pios no existe un manejo adecuado de las aguas ción Austriaca para el Desarrollo (CAD), teniendo como residuales generadas en los hogares -siendo común el contraparte a la Universidad Nacional de Ingeniería uso de tratamientos in situ- y, en muchos casos, no se (UNI), cuyo fin es investigar y promover el uso de esta cuenta con sistema de tratamiento alguno, observán- tecnología en la región. Asimismo, se ha desarrollado dose aguas grises en las calles. un sistema de tratamiento para la comunidad de San José Las Flores, El Salvador, financiado por la Agencia Los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM)2 Suiza para el Desarrollo y la Cooperación (COSUDE), contemplan reducir a la mitad el porcentaje de que constituye una referencia del aporte comunitario personas que no cuenta con acceso a servicios de en las diferentes fases de implementación de un saneamiento básico mejorado para el año 2015. Esto sistema integral de saneamiento, el cual abarca la implica la ejecución de inversiones y proyectos de construcción de la red de alcantarillado sanitario así saneamiento en numerosas comunidades rurales y como la construcción, operación y mantenimiento del municipios, los cuales deben estar orientados a sistema de tratamiento. minimizar el impacto negativo en el medio ambiente por el vertido de los desechos líquidos de los La sostenibilidad de los sistemas de tratamiento de pobladores. Una de las opciones más adecuadas es el biofiltro depende de las autoridades municipales, aun- uso de sistemas de biofiltro para el tratamiento de las que los costos de operación y mantenimiento pueden aguas residuales recolectadas mediante sistemas de ser parcialmente asumidos por la propia comunidad, alcantarillado sanitario. mediante los ingresos obtenidos del reuso del efluente y la venta de productos agrícolas cultivados en la Los sistemas de biofiltro son ampliamente utilizados a superficie de los biofiltros. nivel mundial en el tratamiento de aguas residuales domésticas de pequeñas poblaciones, principalmente El propósito del presente documento es resumir los por su capacidad de remoción de contaminantes. Los avances en el uso de sistemas de biofiltros en el sistemas de biofiltro construidos en Nicaragua, El tratamiento de aguas residuales domésticas en peque- Salvador y Honduras confirman su eficiencia. ñas localidades de América Central, tanto en cuanto a su aspecto técnico como al proceso de implemen- tación, tomando en cuenta el aporte comunitario. 2 Los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM) se establecieron en la Cumbre del Milenio de las Naciones Unidas, con el fin de combatir la pobreza, el hambre, las enfermedades, el analfabetismo, la degradación del ambiente y la discriminación contra la mujer. 8 1. Manejo de las aguas residuales 1.1 Antecedentes urbana cuenta con alcantarillado sanitario y, de las aguas residuales recolectadas, apenas el 4% recibe tratamiento. El Una de las metas establecidas en los Objetivos de Desarrollo resto depende de tanques sépticos individuales. La del Milenio (ODM) es reducir a la mitad el porcentaje de proliferación de tanques sépticos y la ausencia de plantas de personas que carecen de acceso a servicios de saneamiento tratamiento conectadas al alcantarillado metropolitano, generan mejorados para el año 2015. Globalmente, esta meta implica la contaminación de los acuíferos. Asimismo, se considera que facilitar diariamente el acceso a servicios básicos de la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas por saneamiento a 342,000 personas, y su evaluación tomará actividades urbanas es el principal problema ambiental de como indicadores la proporción de pobladores con acceso a Guatemala. servicios de saneamiento mejorados en zonas urbanas y rurales. En este contexto, en noviembre del año 2003 se emitió Los ríos de la cuenca del lago Amatitlán prácticamente están la Declaración de Brasilia, que constituye una llamada a los muertos, en cuanto que sus niveles de oxígeno disuelto, países americanos a la acción que refuerza el principio de inferiores a los 4 mg por litro, no resultan suficientes para asociación inherente a la Declaración del Milenio y los sustentar vida acuática. Situaciones semejantes enfrentan convenios previos de las anteriores Cumbres de las Américas. Nicaragua, con el caso del lago de Managua; El Salvador, con los ríos Acelhuate y la cuenca del río Lempa; Honduras, con el La evaluación de agua y saneamiento llevada a cabo por la río Choluteca en Tegucigalpa y el río Chamalecón en San Organización Panamericana de la Salud (OPS)3 en el año 2001 Pedro Sula; Costa Rica, con el río Tárcoles; y Panamá, con la arrojó que la cobertura de saneamiento en América Latina y el bahía que recibe descargas de aguas negras sin tratamiento4. Caribe era de 79.2%. Eso significa que 103 millones de personas no cuentan con ningún servicio sanitario para la Además de los problemas ambientales, las aguas residuales eliminación de aguas residuales y excretas. En el siguiente tienen una incidencia directa sobre la salud humana por la cuadro se detalla el estado actual del saneamiento en las áreas presencia de microorganismos patógenos tales como virus, rurales y urbanas de los países centroamericanos: bacterias y parásitos, que pueden llegar a provocar epidemias. El acceso al agua potable y al saneamiento está íntimamente Por otro lado, todos los países requieren ampliar su relacionado con la mortalidad infantil. infraestructura para el tratamiento de aguas residuales. Tanto en San Salvador como en Ciudad de Guatemala, sólo el 2% y La construcción de sistemas de tratamiento de aguas el 3% de los desechos líquidos, respectivamente, reciben residuales en los pequeños municipios es muy limitada por tratamiento. En Costa Rica, únicamente el 35% de la población motivos económicos: la construcción de redes de alcantarillado sanitario y de sistemas de tratamiento de aguas residuales requieren fuertes inversiones cuyos beneficios principales no Tabla 1: Cobertura de saneamiento en Centroamérica son monetarios y por tanto no se puede pensar en términos de País Cobertura de saneamiento recuperación monetaria de la inversión realizada. Sin embargo, Rural Urbana los beneficios principales se logran en términos de salud y Belice 25.30% 70.90% mejoras al medio ambiente, los que también tienen un Guatemala 71.30% 94.72% componente económico que hay que considerar. El Salvador 50.38% 85.76% Honduras 49.50% 93.89% Por ello, el tratamiento de aguas residuales en estas localidades debe realizarse mediante tecnologías alternativas Nicaragua 56.00% 93.00% que requieran muy poca o nula energía, cuya operación y Costa Rica 97.13% 88.76% mantenimiento sean simples, de funcionamiento estable y Panamá 86.54% 98.65% eficientes en su objetivo de remover los elementos Fuente: Evaluación de los Servicios de Agua Potable y Saneamiento 2000 en las Américas, CEPIS. contaminantes. 3 OPS, 2001. Informe regional sobre la Evaluación 2000 en la región de las Américas. Agua Potable y Saneamiento. Estado Actual y Perspectivas, Washington D.C. 4 Segundo informe sobre Desarrollo Humano en Centroamérica y Panamá. Resumen del capitulo 5: El Desafío de la Gestión Ambiental: www.estadonacion.or.cr. 9 1.2 Manejo actual de las aguas residuales Figura 1: Distribución de la cobertura de saneamiento en los países centroamericanos, según su tipo La baja cobertura de alcantarillado sanitario en Centroamérica ha determinado el uso mayoritario de tratamientos in situ, tales como tanques sépticos, pozos de absorción y zanjas de 80.0% infiltración, así como la existencia de un alto porcentaje de 70.0% pobladores que no cuenta con ningún tipo de servicio de saneamiento, tal como se muestra en la Figura 1. 60.0% Si bien estos métodos de tratamiento efectivamente eliminan las 50.0% aguas residuales, en realidad lo que hacen es trasladar el 40.0% problema hacia las aguas subterráneas, que se ven contaminadas por la ineficiencia de aquellos para la remoción de contaminantes. 30.0% 20.0% Así, las aguas residuales recolectadas por las redes de alcantarillado sanitario son descargadas, en la mayoría de los 10.0% casos, sin recibir tratamiento. Sin embargo, actualmente existen sistemas de bajo costo que se han venido implementando, tales 0.0% Belice Guatemala El Salvador Honduras Nicaragua Costa Rica Panamá como las lagunas de estabilización -el sistema más utilizado en Centroamérica- y otros sistemas de biodegradación natural Alcantarillado In situ Sin servicio tales como los filtros anaeróbicos o biofiltros. Esta tecnología alternativa coexiste con la convencional, utilizada en plantas de Fuente: Evaluación de los Servicios de Agua Potable y Saneamiento 2000 en las Américas, CEPIS lodos activados, conformadas generalmente por un reactor aireado, en el cual la demanda de energía es bastante alta. 1.3 Normas para la descarga directa de efluentes Asimismo, la construcción de sistemas de tratamiento requiere el cumplimiento de los requisitos establecidos en las Los efluentes de los sistemas de tratamiento deben cumplir respectivas legislaciones de los países centroamericanos. Por con ciertos parámetros cuyos valores máximos se resumen en ejemplo, en Nicaragua es obligatorio efectuar un estudio de la Tabla 2. El cumplimiento de estos valores permite la impacto ambiental para poder obtener el permiso de las descarga directa al medio ambiente de los efluentes de los autoridades correspondientes, sin el cual no puede iniciarse la sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas. construcción de estos sistemas. Tabla 2: Normas de vertido establecidas en países de Centroamérica País Límites Máximos Permisibles DBO5 DQO Sólidos Grasas y Coliformes suspendidos Aceites SAAM fecales mg/L mg/L mg/L mg/L Mg/L NMP/100 mL Guatemala 200 450 - - - El Salvador 30 60 60 10 1,000 Honduras 50 200 100 10 2 1,000 Nicaragua 90 180 80 10 3 1,000 Costa Rica 50 - 50 30 2 1,000 10 2. El biofiltro como alternativa tecnológica para el tratamiento de las aguas residuales domésticas El biofiltro es un sistema que imita a los humedales (pantanos) Actualmente existen al menos ocho sistemas de biofiltros naturales, donde las aguas residuales se depuran por procesos construidos en la región centroamericana (Nicaragua, El naturales. Los biofiltros son humedales artificiales de flujo Salvador y Honduras) para dar tratamiento a las aguas subterráneo, diseñados para maximizar la remoción de los residuales generadas por pequeñas poblaciones, seis de los contaminantes que se encuentran en las aguas residuales. cuales ya se encuentran en operación, proporcionando resultados similares a los obtenidos en la planta piloto de Los biofiltros son pilas de poca profundidad rellenadas con un Masaya. material que sirve como lecho filtrante, en cuya superficie se siembran plantas de pantano, y en las que las aguas residuales Existe amplia información7 sobre la tecnología del biofiltro como pretratadas fluyen en sentido horizontal o vertical. producto de investigaciones efectuadas principalmente en Europa y en Estados Unidos, donde ya se cuenta con Esta tecnología se comenzó a investigar a nivel experimental en publicaciones sobre normas de diseño. En el año 2004 se Alemania en la década de 1960, aunque no fue hasta en las realizó en Francia la Novena Conferencia sobre Biofiltros, como dos últimas décadas del siglo pasado que comenzaron a parte de las actividades que cada dos años organiza la IWA utilizarse para el tratamiento de aguas residuales generadas (International Water Association) para permitir el intercambio de por pequeños núcleos poblacionales en países de todos los información y de experiencias entre investigadores de todo el continentes del mundo. En la región centroamericana, los mundo. biofiltros comenzaron a ser utilizados en el año 1996, con la construcción de una planta piloto en la ciudad de Masaya, Nicaragua. Tabla 3: Sistemas de biofiltros construidos en Centroamérica Planta de Población La tecnología del biofiltro fue introducida en Nicaragua por la tratamiento Ubicación beneficiaria Cooperación Austriaca para el Desarrollo (CAD), la que tuvo (Diseño) como contraparte a la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI). Como parte del proyecto, se construyó una planta piloto para Salinas Grandes León, Nicaragua 300 tratar las aguas residuales generadas por aproximadamente 1,000 personas en un barrio de la ciudad de Masaya. Las Residencial Millenium Managua, Nicaragua 450 investigaciones5 efectuadas en esta planta piloto permitieron Proyecto Salto Masaya, Nicaragua 846 obtener los criterios técnicos para el diseño, construcción, Transatlántico operación y mantenimiento de este tipo de sistema. San José Las Flores Chalatenango, El Salvador 1,365 Por su parte, en El Salvador, la Agencia Suiza para el Masatepe Masaya, Nicaragua 2,200 Desarrollo y la Cooperación (COSUDE) financió la construcción de un sistema de tratamiento similar en la comunidad de San Reparto León, Nicaragua 2,782 José Las Flores, Chalatenango, sobre la base de la experiencia La Providencia técnica obtenida en Masaya. COSUDE6 documentó esta experiencia, tomando en consideración la educación ambiental Teupasenti Danlí, Honduras 2,812 de los pobladores, la organización y el aporte comunitario Chichigalpa Chinandega, Nicaragua 8,752 necesarios para el éxito del proyecto. 5 www.ciema.uni.edu.ni/GetTec.htm#tec 6 www.cosude.org.ni 7 - CENTA. Junta de Andalucía, España. Planta experimental de Carrión de los Céspedes, www.plantacarrion-pecc.com. - Kadlec R. and Knight R., 1996. Treatment Wetlands. CRC Press LLC, USA. - Vymazal et. Al., 1998. Constructed Wetland for wastewater treatment in Europe. Backhuys Publishers, Leiden, The Netherlands. - Önorm B 2505, 1997. Austrian standards on subsurface flow constructed wetlands ­ Application, dimensioning, installation and operation. Österreichisches Normungsinstitut, Vienna, Austria. 11 Un biofiltro de flujo horizontal consta de pilas rectangulares con profundidades que oscilan entre 60 y 100 cm, con un relleno de material grueso (5 a 10 cm de diámetro) en las zonas de distribución (entrada) y recolección (salida). La fracción principal del lecho filtrante, ubicada entre las zonas de material grueso, es homogénea y más fina, normalmente de 0.5 a 15 mm de diámetro, tal como se muestra en la Figura 2. En este tipo de biofiltro, las aguas residuales pretratadas fluyen lentamente desde la zona de distribución en la entrada de la pila, con una trayectoria horizontal a través del lecho filtrante, hasta llegar a la zona de recolección del efluente. Durante este Plantas de pantano sobre el Biofiltro de Masaya. recorrido, que dura de tres a cinco días, el agua residual entra en contacto con zonas aeróbicas (con presencia de oxígeno) y anaeróbicas (sin presencia de oxígeno), ubicadas las primeras 2.1 Descripción del biofiltro de flujo alrededor de las raíces de las plantas, y las segundas en las horizontal áreas lejanas a las raíces. Durante su paso a través de las diferentes zonas del lecho Un biofiltro es un humedal artificial de flujo subterráneo, filtrante, el agua residual es depurada por la acción de sembrado con plantas de pantano en la superficie del lecho microorganismos que se adhieren a la superficie del lecho y por filtrante, por donde las aguas residuales pretratadas fluyen en otros procesos físicos tales como la filtración y la forma horizontal o vertical. El presente documento se enfoca en sedimentación. los biofiltros de flujo horizontal. Figura 2: Sección longitudinal de un biofiltro de flujo horizontal 12 2.2. Etapas de un sistema de biofiltro que puede ser un tanque séptico de tres cámaras o un tanque Imhoff. Cuando estos tanques se cierran, puede Las aguas residuales generadas por los habitantes de una instalarse un filtro de biogás para eliminar los olores población, recolectadas mediante redes de alcantarillado desagradables. sanitario, contienen sólidos gruesos (plástico y otros), arena, tierra y otros contaminantes disueltos. Para eliminarlos, un c) Tratamiento secundario sistema de tratamiento de biofiltro abarca las siguientes etapas: Está conformado por un biofiltro de flujo horizontal, cuyo propósito es remover los contaminantes aún presentes en a) Pretratamiento las aguas residuales. Conformado por una rejilla de retención de sólidos gruesos y un desarenador de limpieza manual, el cual podría d) Pila de secado de lodos también cumplir la función de trampa de grasa mediante la Los lodos generados en las diferentes etapas del sistema instalación de un bafle al final de la unidad. Normalmente (desarenador, tanque Imhoff) son recolectados y traslados se construyen dos desarenadores en paralelo para permitir a esta pila, donde permanecen al menos cuatro meses el mantenimiento. para permitir su estabilización. b) Tratamiento primario Tiene el propósito de retener la mayor fracción de los sólidos suspendidos, mediante un tanque de sedimentación Figura 3: Etapas de un sistema de biofiltro de flujo horizontal BIOFILTRO I Rejilla Desarenador Tanque de Sedimentación Medición de Vertido o caudal reuso BIOFILTRO II Pila de lodos 13 Figura 4: El papel del lecho filtrante Vista panorámica del Biofiltro de Masaya en donde se muestran el tanque de sedimentación y las cuatro pilas del biofiltro. 2.3. Componentes principales de un biofiltro a) Lecho filtrante Sus funciones principales son eliminar los sólidos que contienen las aguas pretratadas y proporcionar la superficie donde se desarrollarán los microorganismos que se encargarán de degradar aeróbica y anaeróbicamente la materia contaminante, además de constituir el medio utilizado por las raíces de las plantas macrófitas para su fijación y desarrollo. Los criterios para seleccionar el lecho filtrante son la granulometría, la porosidad, la permeabilidad y la resistencia física contra el desgaste provocado por las aguas residuales. Es indispensable que se realice una evaluación cuidadosa a cargo de especialistas para garantizar el buen funcionamiento de un biofiltro. Los como la filtración y el desarrollo de los microorganismos en materiales utilizados son grava, piedra triturada o piedra su área superficial. La introducción de oxígeno en el lecho volcánica. filtrante permite la formación de una población microbiana aeróbica en zonas cercanas a las raíces de las plantas. La acumulación de sólidos mineralizados provocará la Las macrófitas cumplen otras funciones dentro del sitio disminución del volumen de los poros en el lecho filtrante y específico, tales como proveer un habitat conveniente para eventualmente será necesario remover la parte inicial del la vida silvestre y proporcionar al sistema una apariencia material después de dos a tres años de operación. estética. En la Figura 4 se presentan los procesos que se llevan a La planta más utilizada a nivel mundial es la Phragmites cabo dentro del lecho filtrante durante el paso de las australis, conocida comúnmente en la región como aguas residuales pretratadas en un biofiltro de flujo carrizo, por su capacidad de proveer de oxígeno al lecho horizontal. filtrante. Otras plantas utilizadas son la Pennisetum purpureum (zacate Taiwán), que puede ser utilizada como b) Plantas de pantano alimento animal; y las de la familia de las Heliconias Las funciones que cumplen las plantas en los procesos de (platanillo), porque proporcionan un aspecto colorido y tratamiento de aguas residuales las convierten en estético. En general, es recomendable que las plantas de componente esencial del biofiltro. Así, las raíces de las pantano crezcan en la zona de construcción del biofiltro. plantas ayudan a incrementar los efectos físicos tales 14 distribución del agua. Así, en aquellas poblaciones donde existen limitaciones para el consumo de agua, no es recomendable construir un sistema de tratamiento centralizado. Para una localidad con estas características, una alternativa es el tratamiento in situ. b) Los materiales necesarios deben encontrarse dispo- nibles cerca a la obra El material de relleno del lecho filtrante constituye uno de los elementos más importantes para la construcción del sistema, pues además de ser el que se utiliza en mayor cantidad, tiene una gran influencia en la eficiencia del tratamiento. Por esta razón, debe localizarse un banco de Plantas sobre área de filtración en Masaya este material cerca al sitio de construcción, pues de lo contrario los costos de construcción y mantenimiento se incrementarán por la necesidad de transporte. c) Microorganismos El papel principal de los microorganismos es degradar Otro elemento importante es el material arcilloso con el aeróbicamente (en presencia de oxígeno) y anaeróbica- que se impermeabilizan el fondo y los taludes del biofiltro. mente (en ausencia de oxígeno) la materia orgánica Alternativamente, se puede utilizar una geomembrana (que contaminante contenida en las aguas residuales, con lo es un tipo impermeabilizante artificial) para impermeabilizar cual la putrescibilidad en el biofiltro se reduce significativa- el biofiltro. Se requiere que ambos materiales existan en mente. Los sólidos orgánicos suspendidos asociados con cantidad suficiente y que su costo sea bajo. las aguas residuales entrantes se acumulan, pero son retenidos dentro del lecho filtrante por un largo tiempo y c) Concentración poblacional suficiente para la cons- los constituyentes orgánicos son mineralizados por las trucción de una red de alcantarillado bacterias. Los microorganismos también permiten la La implementación de un sistema de tratamiento requiere remoción de nitrógeno mediante el mecanismo de nitrifica- la recolección de las aguas residuales mediante una red ción­desnitrificación. de alcantarillado sanitario. La construcción de esta red suele ser costosa y, por esta razón, debe realizarse lugares con poblaciones concentradas, donde no existan 2.4. Condiciones para la adopción de un grandes distancias entre las viviendas. sistema de biofiltro d) Disponibilidad de terreno suficiente para construir un Antes de adoptarse el sistema de biofiltro para el tratamiento sistema integral de aguas residuales domésticas, se deben considerar una serie Para la construcción de un sistema de biofiltro que de aspectos que determinan si su construcción tiene sentido funcione adecuadamente se requiere un área suficiente práctico: con cierto desnivel para permitir el flujo -por gravedad- entre los diferentes componentes. a) La generación de aguas residuales guarda relación con la disponibilidad de agua potable. El sistema debe construirse sobre un terreno estable, El abastecimiento de agua potable es un factor deter- protegido de las aguas pluviales que escurren en el área. minante, pues el consumo de agua y, por tanto, la Los terrenos inestables requieren obras adicionales que generación de aguas residuales, depende de la capacidad incrementan los costos de construcción. de la fuente y de la infraestructura disponible para la 15 2.5 Eficiencia e impacto en el medio El sistema de biofiltro es eficiente en la remoción de materia ambiente orgánica (DBO5 y DQO) y sólidos suspendidos: logra remover más del 90%, según el monitoreo efectuado en la planta piloto El impacto en el medio ambiente del vertido de las aguas de Masaya. tratadas será menor en la medida que el sistema de tratamiento sea más eficiente en la remoción de Respecto a la calidad microbiológica, se comprobó una contaminantes. El sistema de biofiltro proporciona un efluente remoción completa de enteroparásitos Helmintos8. Sin que puede ser vertido al ambiente sin causar un impacto embargo, pese a la importancia de este punto, se encontró negativo apreciable, dada su baja concentración de poca literatura que permitiera su comparación con el tipo de contaminantes, tal como fue constatado en la planta piloto de biofiltro que se describe en el presente documento. Masaya y en otros sistemas de biofiltro construidos en la región centroamericana. La remoción de coliformes fecales es de dos a tres unidades logarítmicas. Las concentraciones obtenidas en el efluente La eficiencia en la remoción de contaminantes depende de las varían entre 1.0E+04 y 1.3E+05 NMP/100 mL, valores condiciones climáticas (sobre todo la temperatura del aire y del superiores al máximo permisible establecido en las normas agua residual), del tipo de material utilizado para el lecho filtrante nicaragüenses de vertido (1.0E+03 NMP/100 mL). Sin y de la clase de plantas de pantano sembradas en el biofiltro. embargo, existen opciones para alcanzar este límite así como para aumentar el tiempo de retención hidráulica dentro de los En la Tabla 3 se presentan los resultados del monitoreo biofiltros9. efectuado en los nueve años de operación de la planta piloto de Masaya, en donde los cuatro biofiltros de flujo horizontal en El aumento del tiempo de retención está directamente paralelo tienen un tiempo de retención hidráulica de tres a relacionado con los costos de construcción, pues en ensayos cinco días. Las cargas hidráulicas superficiales aplicadas en efectuados en la planta piloto se determinó que son necesarios estos biofiltros oscilaron entre 76 y 96 l/m2.d; la temperatura al menos ocho días de retención para lograr la remoción promedio anual del aire fue de 26.5 °C, y la del agua residual adicional necesaria. cruda de 26 a 29 °C. Tabla 4: Promedio de los análisis efectuados en la planta piloto de Masaya Parámetro Afluente Salida BF I BF II BF III BF IV % de T. Imhoff remoción* DBO5, (mg/l) 270 80 8 6 5 5 97.4 DQO, (mg/l) 653 239 46 34 28 34 94.5 N-total, (mg/l) 34 33 27 22 20 20 34.5 Fósforo total, (mg/l) 6.1 5.4 4.7 4.3 4.5 4.4 26.6 Sólidos Suspendidos, (mg/l) 253 56 6 7 8 7 97.2 E. Coli, (NMP/100 ml) 1.6E+07 3.4E+06 1.3E+05 4.15E+04 1.5E+04 1.2E+05 99.52 *Calculado utilizando el valor promedio de los efluentes de los cuatro bofiltros (BF) 8 Suazo G. y López Y, 2004. Evaluación de dos métodos para la identificación de Enteroparásitos Helmintos en aguas residuales crudas y tratadas por tres sistemas de tratamiento. Tema monográfico, Facultad de Ciencias e Ingeniería, Departamento de Biología, Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, UNAN. 9 Proyecto ASTEC, 2005. Documento del Seminario sobre Biofiltros efectuado en Managua, Nicaragua. 16 La alta eficiencia en la remoción de contaminantes obtenida Los materiales de construcción requeridos para el mediante el sistema de biofiltro, su bajo costo de operación y pretratamiento y tratamiento primario son los mismos que mantenimiento, su aspecto agradable y el reducido impacto normalmente se requieren para la construcción de obras de negativo respecto a olores y proliferación de vectores en las concreto: cemento, arena, hierro, grava u hormigón, etc. zonas aledañas, ha propiciado la aceptación de esta tecnología por los técnicos y los pobladores, quienes han constatado que La construcción del biofiltro demanda la disponibilidad de dos incluso sus viviendas pueden estar ubicadas en las tipos de materiales que se utilizan en gran proporción y que proximidades al sistema sin mayores consecuencias. influyen en los costos de construcción: un banco de arcilla para la impermeabilización del fondo y los taludes (puede utilizarse Adicionalmente, la difusión de esta tecnología, a cargo de la una geomembrana impermeable con este propósito), y un Cooperación Austriaca para el Desarrollo mediante seminarios, banco de material que pueda utilizarse como lecho filtrante. conferencias, congresos e intercambios de la información técnica recopilada durante la operación, mantenimiento e La importancia de este último es extrema, pues una selección investigaciones efectuadas en la planta piloto de Masaya, ha inadecuada puede conducir al mal funcionamiento del biofiltro contribuido a su aceptación por parte de los técnicos y y, por ende, a la pérdida de la inversión. autoridades de Nicaragua, y ha despertado el interés de otros países de la región centroamericana. 2.7 Actividades de operación y mantenimiento 2.6 Requerimientos de área y materiales de construcción Los tiempos establecidos para la realización de las diferentes actividades se basan en la experiencia de la planta piloto de El área superficial requerida sólo por el biofiltro es de Masaya, Nicaragua, donde se realiza el tratamiento de las aproximadamente 1.5 m2 por persona conectada, si se tiene aguas residuales generadas por aproximadamente 1,000 en cuenta que cada persona genera 100 litros diarios de aguas personas. Sin embargo, se estima que estos tiempos no varían residuales domésticas y que el biofiltro se diseña con una mucho cuando se trata de sistemas de biofiltro construidos carga hidráulica de 82 l/m2/d. Si se considera todo el sistema, para pequeñas comunidades y comunidades rurales a esta área se le debe sumar la requerida para el concentradas. El manejo de la planta puede estar a cargo de pretratamiento, el tanque de sedimentación, la pila de secado una sola persona, aunque eventualmente se puede requerir de lodos y otro tipo de infraestructura (caseta del operador, una persona adicional. caminos, etc.). Operario observando efluente de aguas residuales tratadas en el biofiltro Pila del Biofiltro 17 Operador limpiando natas flotantes y sólidos gruesos Operador midiendo el caudal de entrada a los Biofiltros en el canal de entrada 2.7.1 Pretratamiento fondo. Si no existe esta válvula, se utiliza pala y carretilla. La frecuencia de limpieza se determina en Canal de entrada con rejilla función de la acumulación de material en el volumen establecido para el almacenamiento de los sedi- · Remoción manual y diaria de los sólidos gruesos mentos. Esta limpieza tiene una duración de 30 a 40 retenidos entre las barras de la rejilla y los minutos. acumulados sobre la platina perforada, con la ayuda de un rastrillo metálico. El material inorgánico se · La instalación del bafle permite contar con una trampa recolecta y se envía al basurero municipal, y el de grasa. La grasa y otros materiales flotantes se material orgánico se deposita en la pila de secado de acumulan en forma de nata en la superficie del agua, lodos. Esta actividad toma diez minutos. por lo que se deben remover cada tres días con un pascón (malla). Esta actividad tarda 15 minutos y se · Limpieza de los sólidos sedimentados en el fondo del utiliza también una carretilla para trasladar los canal de entrada, una vez por mes, con la ayuda de desechos hacia el área de secado de lodos. pala y carretilla. Esta actividad dura 10 minutos. · Registro del caudal afluente mediante el uso del 2.7.2 Tanque Imhoff dispositivo de medición instalado. Se recomienda hacer mediciones cada hora en la etapa de arranque · Remoción manual de la nata que se forma en el área del sistema para conocer el comportamiento de los de las ventosas del tanque por el ascenso de caudales de entrada y salida. Posteriormente, pueden burbujas de biogás con flóculos de lodo, utilizando efectuarse mediciones menos frecuentes de control una pala o un pascón cada 15 días y la carretilla para (tres veces al día). Estas mediciones deben ser el traslado de los desechos al área de secado. Esta anotadas en un cuaderno de registro para saber su actividad tarda 15 minutos. comportamiento en el tiempo. · Remoción de la nata flotante que se forma en las Desarenador cámaras de sedimentación, retenida por la pared deflectora colocada al final de dichas cámaras. Se · Extracción del material acumulado en el fondo del realiza una vez al mes con la ayuda de un pascón y desarenador mediante una válvula de desagüe de carretilla. Esta actividad tarda una hora. 18 · Remoción del lodo acumulado en el fondo del tanque estado, actividad que tarda 30 minutos. según la frecuencia establecida en el diseño · Corte de plantas en función de su ciclo vegetativo (p.e. (generalmente seis meses), por medio de la apertura carrizo cada diez meses y zacate Taiwán cada tres de las válvulas de la tubería de extracción de lodo que meses) y limpieza de la superficie del lecho filtrante generalmente se conectan a la pila de secado. Si no después del corte, con la ayuda de machete y hubieran válvulas de limpieza, se puede utilizar una rastrillo. Se ha estimado que el corte y limpieza se bomba de semisólidos o una cisterna para efectuar efectúan a razón de 50 m2 diarios por persona. esta operación. Esta actividad tarda entre una hora y media y dos horas. La excesiva generación de olores Para esta actividad es necesario contratar personal en esta pila puede ser controlada con cal. adicional que ayude al operador de la planta, aunque una alternativa para ahorrar este costo consiste en · Al cabo de aproximadamente cuatro meses, el lodo ofrecer las plantas a cambio de la limpieza, como debe ser sacado de la pila y enterrado, actividad que ocurre con el zacate Taiwán y el carrizo en Masaya, que tarda tres horas. Si el lodo va a ser destinado a son utilizados como alimento animal y para la mejorar el suelo en áreas de cultivos agrícolas, será elaboración de productos artesanales, respectivamente. necesario efectuar análisis de los lodos para descartar la presencia de parásitos después del período de · Cuando se note un flujo superficial de aguas residuales estabilización. en la entrada del biofiltro, se recomienda remover de uno a dos metros del material del lecho filtrante · Si el tanque es cerrado y se ha construido un filtro para principal (después del material grueso de la zona de biogás, se remojan los trozos de corteza que se entrada) en todo el ancho de cada unidad del biofiltro, encuentran dentro de éste, una vez por semana, el cual se debe sustituir con material nuevo de las actividad que tarda cinco minutos. Estos trozos de mismas características. Para esta actividad, se extrae el corteza se deben cambiar anualmente. agua del biofiltro mediante la manguera flexible instalada en la caja de recolección. Una vez vacío el 2.7.3 Biofiltro biofiltro, se realiza el cambio del material con la ayuda de pico, pala y carretilla. Para esta actividad, es · Remoción de los flóculos sedimentados en el canal de recomendable contar con personal adicional de manera distribución una vez por mes y reposición de la que se reduzca al mínimo el tiempo durante el cual el cubierta de madera cuando se encuentra en mal biofiltro esté fuera de operación. La reposición se hace Remoción de nata flotante en cámaras de sedimentación Corte de plantas en el Biofiltro del Tanque Imhoff 19 Mientras se efectúa la reposición del material, el caudal del biofiltro que está en mantenimiento es desviado a otro biofiltro construido en paralelo. · Control del espejo de agua, el cual siempre debe estar por debajo del lecho filtrante. Esto se hace con la manguera flexible de la caja de salida, ubicando la salida a la altura establecida en función de la pendiente hidráulica de diseño. 2.7.4 Gestión municipal y comunal Debido a su alto costo, la construcción de un sistema de alcantarillado sanitario -con sistema de tratamiento incluido- suele ser financiada por agencias del gobierno central y local y contar con el apoyo de la cooperación internacional. Sin embargo, una vez que la planta de tratamiento ha sido construida y entra en Caudal de agua residual repartido en canales a los filtros funcionamiento, la responsabilidad de su operación y mantenimiento recae en las autoridades municipales y la comunidad, quienes deben procurar contar con los las instalaciones. Su presencia es suficiente durante recursos financieros suficientes para tal fin. Así, la dos horas por las mañanas y una hora por la tarde, al tarifa que deben pagar los usuarios del sistema de finalizar el día. Así, el operador puede dedicar su tratamiento constituye la principal fuente de recursos, tiempo libre a otras actividades que le generen cuyo monto debe ser fijado consensualmente antes ingresos. de la construcción del sistema. Adicionalmente, pueden obtenerse recursos mediante la venta o Las buenas prácticas de los pobladores en sus aprovechamiento de las plantas cultivadas en el hogares pueden facilitar las actividades de operación biofiltro y el reuso del efluente. y mantenimiento y evitar que se presenten problemas en el sistema de tratamiento que requieran la La administración de los recursos puede estar a cargo intervención de un experto. Así por ejemplo, los de un comité seleccionado por la comunidad o del pobladores deben evitar introducir al alcantarillado mismo municipio con supervisión de los usuarios, sanitario sustancias dañinas o sólidos que afecten la para lo cual resulta indispensable establecer una eficiencia del sistema o dificulten su operación. comunicación fluida y una estrecha cooperación entre ambos actores, además del establecimiento de Esta actitud dependerá del grado de educación que mecanismos de rendición de cuentas aprobados por alcance la población durante el período de todos los involucrados. sensibilización al iniciarse el proyecto de saneamiento. Para lograrlo, se recurre a promotores sociales con El operador del sistema puede ser un miembro de la experiencia en la gestión integral del recurso agua, comunidad contratado por el responsable de la incluyendo la protección de las fuentes de administración del sistema. Dado que las actividades abastecimiento (reforestación, uso adecuado del rutinarias para la operación del sistema no presentan recurso) y la necesidad del tratamiento de aguas mayor dificultad y no consumen mucho tiempo, no es residuales para evitar impactos negativos tanto en el necesario que el operador permanezca todo el día en ambiente como en la salud humana. 20 2.8 Procesos sociales y participación AGUASAN de COSUDE, se analizó integralmente el problema ciudadana bajo la premisa de que no puede haber agua sin saneamiento. Como resultado, se preparó un proyecto que incluía la Un factor clave para el desarrollo y apropiación de un sistema canalización de las aguas negras por alcantarillado y el de saneamiento, es la conciencia de la comunidad de la tratamiento antes de verter las aguas a la naturaleza. importancia de mejorar sus condiciones sanitarias. La organización de la comunidad y su participación en todo el 2.9.1 El proceso social para la adopción de la proceso de implementación del servicio es otro factor clave tecnología para el éxito de la implementación y sostenibilidad de un servicio de saneamiento y tratamiento de aguas residuales, El proyecto tuvo su inició en el año 1997 con la sobre todo en la selección de opciones tecnológicas con elección del Comité de Agua y Saneamiento conocimiento de los costos de inversión involucrados y los Ambiental Municipal (CASAM) conformado por gastos de operación y mantenimiento correspondientes. miembros de la comunidad quienes, con la asistencia de PRO-VIDA, definieron el aporte comunitario para el La participación de la comunidad desde el inicio del proyecto, desarrollo del proyecto de saneamiento y se junto con una campaña de educación y sensibilización, facilita organizaron en grupos de trabajo que facilitaron mano su aporte directo para la construcción de las obras requeridas de obra y promocionaron el proyecto en toda la como mano de obra no calificada. localidad. Sobre este punto, los promotores de la comunidad capacitados por PRO-VIDA se encargaron de visitar todos los hogares y de realizar asambleas 2.9 La experiencia del sistema de biofiltro promoviendo la educación sanitaria. en San José Las Flores (El Salvador) La inclusión de la comunidad en las decisiones sobre La comunidad de San José Las Flores10 quedó abandonada a el tipo de sistema y la ubicación de las obras permitió inicios de la década de 1980 a causa de la guerra. En el año su empoderamiento y contribución al proyecto. La 1986, la comunidad fue repoblada con personas de distintos educación sanitaria abarcó aspectos de manejo de municipios. En ese momento, la situación del saneamiento era las aguas residuales domésticas, industriales y caótica, al punto de presentarse un problema epidemiológico pluviales, y la sostenibilidad del sistema. que ocasionó la muerte de 37 niños. En este contexto, la tecnología del biofiltro fue Ante este escenario, se declaró la disposición de las aguas propuesta por el proyecto sobre la base de la negras del poblado como un problema prioritario. En plena experiencia de la Planta Piloto del Biofiltro Masaya en guerra (1986-1992) se iniciaron las gestiones necesarias y se Nicaragua, la misma que fue aceptada por la implementaron proyectos de letrinización (abonera y de hoyo comunidad. Se adoptó entonces un sistema de seco) para resolver el problema, solución de éxito relativo dado tratamiento conformado por: pretratamiento (rejilla y que durante la época de lluvias las letrinas se llenaban desarenador), tanque Imhoff y biofiltro. rápidamente y daban paso a otro tipo de problemas. Las consideraciones básicas para la elección del Ante los malos olores, las epidemias y, finalmente, la muerte de sistema fueron su manejo sencillo y bajo costo de niños, la comunidad organizada se propuso resolver el operación y mantenimiento, la disponibilidad de problema de la presencia de aguas residuales en las calles. Así, materiales para su construcción, su aspecto atractivo con el apoyo de la ONG local PRO-VIDA y el programa y resultados satisfactorios obtenidos. 10 La comunidad de San José Las Flores se encuentra ubicada en el nororiente de Chalatenango, El Salvador, y cuenta con 2,200 habitantes. 21 2.9.2 Asistencia técnica para la operación, Una vez entrenado, el operador debe capacitar a mantenimiento y gestión del biofiltro otros miembros de la comunidad para evitar contratiempos en el caso de que, por cualquier Las experiencias de los biofiltros de Las Flores y motivo, éste decida o se vea obligado a abandonar su Masaya muestran que las tareas de operación y puesto de trabajo. mantenimiento del sistema no requieren personal técnico calificado, pues se trata de actividades sencillas que pueden ser realizadas por cualquier 2.9.3 Resultados persona de la comunidad, previa capacitación a cargo de personal con experiencia. Una forma ideal de La eficiencia en la remoción de contaminantes se capacitar al operador consiste en enviarlo a un aprecia en la calidad del efluente del sistema de San sistema del mismo tipo que se encuentre en uso, con José Las Flores, cuyos valores se pueden comparar el propósito de que efectúe actividades rutinarias por con las normas de vertido establecidas en El Salvador un período corto de tiempo. (ver Tabla 2). La experiencia muestra que, si bien los sistemas de Técnicamente, el sistema de biofiltro presenta buenos biofiltro no suelen presentar problemas que requieran resultados, pues cumple con los parámetros conocimientos especializados, es importante que establecidos en las normas salvadoreñas, con ocasionalmente un experto los visite y proporcione excepción de los coliformes fecales. Existe un alto asistencia técnica para garantizar su operación exitosa. grado de aceptación de la tecnología por parte de la comunidad, debido justamente a sus buenos La frecuencia de estas visitas debe ser mayor al inicio resultados en cuanto a salud, con la disminución de los de operación de la planta, reduciéndose a medida índices de mortalidad y morbilidad. No obstante no fue que el operador vaya consolidando sus posible establecer una relación directa con la planta de conocimientos y despejando sus dudas sobre los tratamiento, existen registros que establecen que, diferentes detalles, hasta que llegue el momento en después de la construcción del sistema de biofiltro, el que las consultas podrán hacerse por cualquier vía de centro de salud, que venía atendiendo de 20 a 30 comunicación. casos semanales de diarrea, pasó a atender cuatro. Tabla 5: Calidad del efluente de sistema de San José Las Flores 11 Parámetro Afluente* Afluente** Efluente* Efluente** DBO5, mg/L 442 482 13 15 DQO, mg/L 876 880 58 53 Sólidos suspendidos, mg/L 663 663 22 22 Coliformes fecales, - 2.8E+06 - 3.5E+03 NMP/100 mL* 11 Fuentes: * COSUDE y PRO-VIDA, 2003. Aguas Negras, Un desafío del Siglo XXI. ** Rubén Alemán, 2000. Feasible Options for Wastewater Treatment. 22 2.10 Costos de un sistema de biofiltro En cuanto a su operación y mantenimiento, el sistema muestra un comportamiento definido: su costo es menor cuanto mayor En un sistema de biofiltro, los costos de construcción están sea la población atendida. Así por ejemplo, en el sistema de directamente relacionados con la distancia existente entre los biofiltro de San José Las Flores, el costo de operación y bancos de materiales (para el lecho filtrante y para la mantenimiento es de US$ 5.5 por persona al año, con una impermeabilización) y el lugar donde se ubica la planta. Los población atendida de 630 personas. En la planta piloto de costos unitarios dependen en gran medida de la capacidad del Masaya, con un caudal equivalente al generado por 1,000 sistema. Así, para comunidades cuyas poblaciones oscilan personas, el costo es de US$ 4.8 anuales. Finalmente, en el entre 800 y 9,000 habitantes (tomando en cuenta todos los sistema de biofiltro de La Providencia, León (Nicaragua), este biofiltros de la región centroamericana), los costos varían entre costo es de US$ 1.75 por persona al año, dado que la US$ 33 y US$ 60 per cápita. Estos costos aumentan en la población conectada asciende a 2,782 habitantes. medida de que los sistemas presenten una menor capacidad. Operador vertiendo sólidos del canal de entrada en desecador de lodos 23 3. El uso del efluente como fuente de sostenibilidad del sistema Una de las opciones más viables para contribuir a la Las cantidades disponibles de nutrientes (nitrógeno, fósforo y sostenibilidad del sistema de biofiltro es el aprovechamiento de potasio) en el efluente del biofiltro posibilitan el desarrollo de los las aguas tratadas en el riego de cultivos agrícolas, según las cultivos sin necesidad de usar fertilizantes sintéticos. Los recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud resultados obtenidos muestran que el efluente no afecta la (OMS) para el reuso de aguas residuales. estructura del suelo y puede utilizarse en suelos con textura gruesa o fina. Asimismo, permite la irrigación de cultivos con Así, para el uso irrestricto de aguas residuales tratadas, la OMS una tolerancia media a la sal, como la mayoría de los cultivos recomienda que éstas tengan una concentración de coliformes utilizados en los ensayos. fecales menor a 1,000 NMP/100 mL y ausencia de parásitos, y que los efluentes con concentraciones mayores sean utilizados En la planta piloto de Masaya se efectuaron ensayos de riego con mayor cuidado. para determinar el impacto de las aguas tratadas en el biofiltro sobre la calidad microbiológica de los productos cosechados, mediante riego por gravedad y con la selección de los 3.1. Calidad del efluente siguientes tipos de cultivos: El efluente del biofiltro debe ser claro, sin sólidos suspendidos apreciables (<10 mg/L), lo que facilita su manejo con fines de reuso. El bajo contenido de materia orgánica contaminante del Lugar de desarrollo efluente (DBO5<10 mg/L y DQO<70 mg/L), evita que se del producto Cultivo generen fenómenos de putrefacción en el área donde se aplica el riego. La remoción de los enteroparásitos Helmintos Crecen bajo el suelo Maní, zanahoria, yuca, disminuye en gran medida el riesgo de contaminación cebolla y remolacha microbiológica para el personal que labora en las áreas agrícolas y de los cultivos irrigados. Sin embargo, el efluente presentó una Crecen en contacto Pepino y pipían concentración de coliformes fecales mayor que la máxima con el suelo permisible para su reuso sin restricción en riego agrícola. Crecen cerca del suelo Tomates, frijoles y chiltoma Crecen lejos de la superficie Papaya, arroz y maíz Forraje Zacate Taiwán (Panisetum purpureum) Los resultados del análisis para determinar la contaminación microbiológica en los productos agrícolas mostraron que no hubo presencia de Salmonella, Shigella y enteroparásitos Helmintos en las muestras. Solamente la remolacha resultó inaceptable para el consumo humano, dado el alto valor de coliformes fecales detectado. Los otros vegetales que crecen bajo la superficie del suelo, como zanahoria, yuca y cebolla, mostraron entre nula y ocasionalmente baja concentración de coliformes fecales. El maní no presentó contaminación en ninguna de las muestras analizadas, lo que puede atribuirse a la alta resistencia e impermeabilidad de la cubierta. Operador limpiando canales para distribución del agua tratada en el área de cultivos 24 Cultivos regados con aguas residuales tratadas en Masaya Los frutos que crecen lejos y cerca del suelo, así como las 3.3. Recomendaciones a partir de las hojas del zacate Taiwán cortadas a una altura de 15 cm, no experiencias del proyecto piloto mostraron contaminación fecal. a) Los valores de coliformes fecales en el efluente de un biofiltro (entre 1Ex04 y 1Ex05 por cada 100 mL) permiten 3.2. Requerimientos para el uso del la irrigación de cultivos cuyos productos se consumen efluente en riego agrícola cocidos, cereales industriales, forrajeros, así como árboles frutales, maderables o cultivos energéticos. Antes de utilizar aguas tratadas para el riego de cultivos agrícolas, es necesario efectuar las actividades siguientes: b) No se recomienda el riego de cultivos cuyos productos se - Determinar la calidad del efluente con relación a las consumen crudos -principalmente hortalizas- dado su normas nacionales establecidas para el reuso en el riesgo para la salud. riego agrícola. - Preparar el área para la aplicación del riego por c) El uso del efluente de un biofiltro, al igual que el uso de gravedad. No se recomienda usar aspersores debido aguas residuales tratadas por otros sistemas, debe estar a la concentración remanente de coliformes fecales. precedido por la educación a la comunidad, el operador y - Caracterizar el suelo para determinar la infiltración y la los obreros, sobre las prácticas para disminuir el riesgo de capacidad de campo, así como los intervalos de riego contaminación. Quienes están en contacto directo con el y las láminas a aplicar. sistema de biofiltro deberán someterse a control sanitario cada seis meses para llevar un registro de posibles enfermedades que pudieran ser causadas por el contacto con aguas residuales. 25 4. Desafíos La experiencia piloto de Masaya mostró la factibilidad técnica y la eficiencia del biofiltro para el tratamiento de aguas residuales domésticas. Asimismo, el caso de Las Flores permitió identi- ficar la aceptación social del biofiltro sobre la base de la demanda y la participación de la comunidad en todo el proceso de implementación. Sin embargo, quedan pendientes diversos desafíos como la recuperación de los costos de operación y mantenimiento y la sostenibilidad del biofiltro. Ambos temas están vinculados con la política sectorial para saneamiento básico y el tratamiento de aguas residuales independien- temente del tipo de tecnología. Para el caso del biofiltro, existen las propuestas siguientes: Operación de corte y aprovechamiento del forraje como alimento para el ganado 4.1 Política tarifaria y recuperación de 4.2 Sostenibilidad del sistema integral costos del biofiltro El tratamiento de aguas residuales tiene un costo que debe ser La sostenibilidad del servicio de tratamiento de aguas residua- asumido por los usuarios del sistema mediante el pago de una les mediante el uso del biofiltro pretende la continuidad del tarifa en un monto que cubra los costos de operación y servicio con calidad, eficiencia e impacto en la calidad de vida y mantenimiento del sistema. Para que los usuarios cumplan con la salud de los usuarios del servicio, lo cual involucra la esta obligación será necesario que la escala tarifaria sea sostenibilidad social, económica y ambiental. acordada con ellos previamente a la construcción del sistema, la misma que debe tomar en cuenta la situación económica de En cuanto a su sostenibilidad social, ésta se basa en la los pobladores sin excluir el acceso de los pobres al servicio. aprobación de la tecnología y el apoyo continuo de los usuarios Generalmente, la cobranza está unida al pago de los servicios al sistema de tratamiento, quienes cumplen sus deberes y de agua y saneamiento. responsabilidades como respuesta a su eficiencia. La continuidad del apoyo social requiere acciones que faciliten la Durante el período de operación del sistema, será necesario participación de la comunidad antes, durante y después de la reforzar la voluntad de pago de los usuarios a través del construcción del sistema de tratamiento de aguas residuales servicio eficiente y de actividades de sensibilización sobre los mediante el uso del biofiltro. aspectos del manejo integral del recurso agua y del mejora- miento de sus condiciones de vida, sobre todo en el aspectos La participación de los usuarios del servicio a través de sus de salud y dignidad. representantes organizados en comités resulta muy importante en la gestión del servicio, tanto si toman bajo su cargo la En un sistema de biofiltro adecuadamente administrado, los administración del sistema como si respaldan a las autoridades costos de operación y mantenimiento pueden ser cubiertos municipales en el caso de que sean éstas las encargadas de la parcialmente con los ingresos obtenidos por la venta de las administración. Los miembros de la comunidad deben velar plantas sembradas en el biofiltro. Por su parte, el reuso del por el cumplimiento de las labores requeridas en el sistema de efluente en la irrigación de productos agrícolas, ya sea por el tratamiento y fiscalizar el buen uso de los recursos generados operador del biofiltro o productores interesados, constituye otra por el pago de las tarifas y otros. fuente de recursos. Los ingresos de estas actividades productivas tendrán un efecto directo en la disminución de la Con respecto a la sostenibilidad económica del sistema de tarifa y, con ello, una influencia positiva en la voluntad de pago tratamiento con biofiltro, ésta dependerá principalmente de la de los usuarios del servicio de tratamiento de aguas residuales. calidad de la administración y la capacidad para la generación de ingresos económicos que faciliten la cobertura de los costos de operación y mantenimiento del servicio. 26 Con relación a la administración del sistema de biofiltro, en la mayor parte de los países centroamericanos el marco legal del sector indica que es responsabilidad de los municipios la provisión de servicios de agua y saneamiento, con lo cual también son responsables de la administración del sistema de tratamiento. En el caso de que ésto no sea posible, la comunidad organizada puede efectuar las labores administrativas, que incluyen la recolección del pago por el servicio y la venta de las plantas, de los lodos estabilizados y del agua tratada, que son las fuentes de donde se obtienen los recursos necesarios para cubrir los costos de funcionamiento del sistema. Por otro lado, el operador del sistema debe ser una persona entrenada, con un salario establecido y un contrato que garantice el cumplimiento oportuno de todas las actividades de operación y mantenimiento requeridas para el funcionamiento eficiente del biofiltro. Será tarea del administrador y del Comité de Usuarios la proceso previo de cocción y árboles frutales, entre otros. Las supervisión del operador sobre la base de un programa de autoridades municipales o el Comité de Usuarios tienen como trabajo que incluya un calendario diario de actividades. tarea establecer controles para verificar el uso de los cultivos recomendados. Los lodos estabilizados deberán ser sometidos La operación del biofiltro debe incluir la asistencia periódica de a análisis para determinar si contienen parásitos. un experto que supervise el funcionamiento de la planta y emita recomendaciones para ser ejecutadas por la administración y el operador del servicio. El costo del experto deberá ser 4.3 Sostenibilidad ambiental incorporado en el presupuesto de operación del sistema. De manera general, los sistemas de tratamiento deben ser En cuanto al reuso del efluente, éste es posible solamente si monitoreados con el propósito de llevar un registro de la existe una aceptación del consumo de los productos agrícolas eficiencia de las diferentes etapas de tratamiento y de la calidad irrigados con aguas tratadas por parte de la comunidad, que con que el efluente es vertido al ambiente. Asimismo, las leyes es donde se comercializarán dichos productos. El reuso tiene ambientales establecen la obligatoriedad de monitorear su máximo provecho en la época seca, que en el caso de la periódicamente la calidad del efluente. En Nicaragua, por región del Pacífico de Nicaragua dura seis meses, pues ejemplo, se deben efectuar muestreos compuestos de al menos proporciona la posibilidad de continuar con la producción en 12 horas, tomando muestras del afluente al sistema de una época en que los productos agrícolas escasean debido a tratamiento y el efluente del mismo, con una frecuencia de cuatro la falta de lluvia. meses (tres muestreos por año). Estos muestreos y análisis deben incluirse como un costo periódico según cada legislación. El aprovechamiento del efluente por parte del operador requiere Aunque las leyes solo establecen el monitoreo del efluente, es que las autoridades locales o el comité municipal le faciliten el recomendable realizar análisis de todas las etapas con el fin de terreno requerido para la siembra. Es también factible que un conocer el comportamiento del sistema. Ello resultará útil para productor, cuyas tierras se encuentren cercanas al sistema de resolver problemas relacionados con la eficiencia del sistema. tratamiento, pague una cantidad por el reuso del efluente. Ambas posibilidades conducen a la consecución de recursos El sistema de biofiltro, además de ser eficiente para la remoción adicionales y por tanto, a facilitar la sostenibilidad del sistema. de contaminantes, no genera olores desagradables, no presenta grandes espejos de agua expuestos al ambiente y, Es necesario tomar precauciones para el reuso del efluente en por su aspecto, se puede integrar como un área verde que riego agrícola y en la aplicación de lodos estabilizados como combina con el paisaje en zonas rurales concentradas o en la abono. El reuso debe hacerse utilizando los cultivos afueras de pequeñas poblaciones, lo cual favorece su recomendados, que son aquellos cuyo consumo requiere un sostenibilidad ambiental. 27 5. Lecciones aprendidas La experiencia de los sistemas de tratamiento con e) Debe ponerse especial atención en la capacitación biofiltro de Masaya en Nicaragua y Las Flores en El del operador, proporcionando además una Salvador, permitió aprender las lecciones siguientes: asistencia técnica frecuente durante el primer año de operación de la planta. a) Se requiere la construcción de dos biofiltros en paralelo para permitir el mantenimiento del sistema Con relación a la gestión del sistema de tratamiento: sin tener que verter agua al ambiente solamente con el tratamiento primario. a) La implementación de un proyecto de saneamiento y tratamiento de aguas residuales en pequeñas b) El lecho filtrante del biofiltro debe tener secciones de localidades o barrios debe estar basada en la diferente granulometría: material grueso en las zonas demanda de la propia comunidad y su interés por de entrada y de recolección, y material más fino en solucionar sus problemas. el lecho filtrante principal entre estas dos secciones. b) La organización de la comunidad es clave para el c) La selección del material del lecho filtrante principal desarrollo exitoso del proyecto, así como lo es la debe ser efectuada por un experto sobre la base de coordinación entre las autoridades locales y los ensayos de laboratorio que definen claramente sus representantes de la comunidad para la características. sostenibilidad del sistema de tratamiento. d) Se debe realizar el cambio del material del lecho c) La sensibilización y la educación sanitaria de la filtrante principal en los primeros 1 ó 2 m después de comunidad contribuye a asegurar el aporte la zona de entrada cuando se note un flujo comunitario en todas las etapas del proyecto: superficial. La frecuencia de este cambio se puede selección de la tecnología, construcción del sistema reducir cribando el material de reposición y y funcionamiento del mismo. alargando el material grueso colocado en la zona de entrada. 28 6. Conclusiones y recomendaciones El tratamiento de aguas residuales domésticas por medio El reuso del efluente para el riego agrícola en áreas de un biofiltro en países de clima tropical como los de la donde el terreno lo permite, además de la comercializa- región centroamericana proporciona excelentes resulta- ción de las plantas sembradas en el biofiltro, proporciona dos debido a la alta eficiencia obtenida en la remoción de la posibilidad de generar los recursos necesarios para los principales contaminantes, y puede ser incorporado contribuir a la sostenibilidad de la planta de tratamiento. como una alternativa a las tecnologías utilizadas actual- mente. La proliferación del uso de biofiltros para el El desarrollo exitoso de un proyecto de saneamiento en tratamiento de las aguas residuales domésticas en pequeñas comunidades debe incluir la participación comunidades rurales concentradas y pequeños ciudadana en los procesos de gestión e implementación municipios (de menos de 10,000 habitantes), donde se del mismo, integrando a los pobladores en la toma de descargan los desechos líquidos no tratados o tratados decisión sobre el tipo de tecnología a utilizar. Ello incluye deficientemente a cuerpos receptores o al subsuelo, brindarles capacitación para que comprendan, como tendrá un impacto favorable al medio ambiente y, al usuarios del sistema, los beneficios de tratar adecua- mismo tiempo, puede proveer agua de riego para damente las aguas residuales, así como los compromisos cultivos agrícolas. que deben adquirir en las etapas de construcción y funcionamiento del sistema de tratamiento. 29 ANEXO 1: ACTIVIDADES RUTINARIAS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE BIOFILTRO MATERIALES TIEMPO ACTIVIDADES FRECUENCIA NECESARIOS REQUERIDO Canal de entrada con rejilla - Limpiar la rejilla Rastrillo y pala Diario 10 minutos - Limpiar los sólidos acumulados Pala y carretilla Una vez por mes 10 minutos en el fondo del canal - Medir el caudal afluente Dispositivo de medición Cada hora 5 minutos Desarenador - Eliminar la nata flotante acumulada Pascón y carretilla Cada 3 días 15 minutos - Extraer los lodos del fondo Válvula de limpieza, pala Según la acumulación del desarenador y carretilla de sólidos 30 a 40 minutos Tanque Imhoff - Remover la nata flotante Pascón y carretilla Cada 15 días 1 hora en la zona de ventosas - Extraer el lodo acumulado Válvula de limpieza o Entre 6 y 12 meses 11/2 a 2 horas en el fondo del tanque bomba de semisólidos - Remojar los trozos de corteza Balde o manguera Una vez por semana 5 minutos del filtro de biogás - Cambiar los trozos de corteza Pala y carretilla Una vez al año 15 minutos del filtro de biogás Biofiltro - Eliminar los sólidos sedimentados Pala y carretilla Una vez por mes 30 minutos en el canal de alimentación - Cortar las plantas sembradas Machete, rastrillo y carretilla Según el ciclo Rendimiento: 20 m2 en la superficie de las plantas por persona y día - Cambiar los primeros 1 ó 2 m Pico, pala y carretilla; A la aparición de un Rendimiento: 1.5 del lecho filtrante, después del material material nuevo de la misma flujo superficial a 2 m3 por persona grueso de la zona de distribución granulometría al día - Controlar el espejo de agua dentro Manguera flexible Diario 5 minutos del biofiltro Pila de secado de lodos - Sacar el lodo estabilizado Pala y carretilla Cada 4 meses 3 horas de la pila de secado - Mejorar la condición de los lodos Pala y cal Diario 10 minutos si se generan malos olores 30 Programa de Agua y Saneamiento Región América Latina y el Caribe Oficina Sub-Regional para América Central Oficina Banco Mundial Centro Financiero Uno, 4to Piso Colonia Payaquí, Blvd. San Juan Bosco Tegucigalpa, Honduras Teléfono: (504) 239-4551 Fax: (504) 239-4555 E-mail: wspandean@worldbank.org Sitio Web: www.wsp.org