TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE PROCESOS NATURALES.LA TÉCNICA DE LA GEODEPURACIÓN LA TÉCNICA DE LA GEODEPURACIÓN
Hace unos veinte años, un científico norteamericano llamado Herman Bouwer acuñó el término geodepuración (geopurification) para referirse al conjunto de procesos mediante los cuales las sustancias contaminantes presentes en el agua residual urbana son eliminadas, inactivadas o inmovilizadas al ponerse en íntimo contacto con un medio natural como es el suelo.
Ya desde el comienzo de la agricultura, el uso de aguas residuales para el riego ha sido una eficaz forma de reciclado de nutrientes y de reutilización del agua doméstica. Sin embargo, la concentración de la población en las ciudades ha traído consigo la acumulación de los vertidos en unos pocos puntos y la dificultad de deshacerse de ellos de forma eficaz y segura mediante los métodos tradicionales, que no son capaces de admitir las elevadas cargas puntuales de agua residual.
La idea de utilizar el suelo como medio purificador de las aguas residuales procedentes de las ciudades data de la antigüedad clásica. El historiador griego Herodoto (484-425 a. C.) dejó escrito que en Babilonia el agua residual, en lugar de evacuarla a un río, se canalizaba a un sumidero donde decantaba y sedimentaba. Tras esta fase inicial de depuración, el agua, una vez liberada de las partículas más groseras, se filtraba en formaciones permeables.
Esta forma natural de resolver los problemas higiénicos de las ciudades se transmitió al pueblo heleno, que implantó y utilizó un sistema similar como vía de eliminación de las aguas domésticas de la ciudad de Atenas. La colonización romana, que trajo consigo la construcción
de cloacas y el desagüe de aguas negras a los ríos, acabó con un procedimiento capaz de depurar y reintegrar en la naturaleza aguas contaminadas, pero que seguramente comenzaba a
ser insuficiente al ser las ciudades cada vez más grandes.
Más de dos mil años tuvieron que transcurrir para que a finales del siglo XIX, concretamente en 1898, en Fresno County, California, se retomara la idea de utilizar el suelo como elemento capaz de depurar el agua residual. No obstante, las grandes experiencias americanas se inician en la década de 1960. De esa época datan los primeros estudios que evalúan la viabilidad de construir una barrera de inyección con agua residual altamente tratada en el acuífero de Magothy (Long Island, New York), o el proyecto de Flushing Meadows (Phoenix, Arizona) que es quizá, la experiencia más importante realizada en los Estados Unidos para investigar la acción depuradora del suelo.
En la actualidad, el país con el plan de aprovechamiento de aguas residuales más ambicioso es Israel. Su programa tecnológico más conocido es el denominado proyecto de reutilización de
las aguas residuales de la región de Dan, que tiene como finalidad el tratamiento de las mismas, la recarga y el almacenamiento del efluente tratado en un acuífero y su reutilización posterior en las explotaciones agrícolas del Negev. Aunque este proyecto es el más elogiado,
el éxito del plan se fundamenta en otra serie de proyectos, tecnológicamente más sencillos,
que contemplan la depuración parcial en lagunas artificiales y la inmediata utilización del efluente en regadío.
Europa no ha mostrado hasta la fecha un excesivo interés por aplicar esta técnica natural de depuración. Francia es la nación donde se han construido un mayor número de instalaciones, aunque con la limitación de no realizar la infiltración directamente sobre el terreno, sino sobre filtros de arena. Además, casi todas las experiencias realizadas en el mundo emplean agua residual con un alto grado de depuración que consiste generalmente en un tratamiento secundario o terciario; se persigue de esta forma más el efecto almacén en el acuífero, que el
de depuración.
Un problema, una solución.
En nuestro país, las poblaciones pequeñas, de menos de 20.000 o 25.000 habitantes, pero muy especialmente las que cuentan sólo con algunos cientos o miles de habitantes, se encuentran
ante el grave problema de la eliminación de sus efluentes líquidos. Está por un lado la necesaria adaptación a la Directiva Comunitaria 91/271, que obliga a cumplir un estricto calendario según el cual en el año 2005 todas las poblaciones mayores de 2.000 habitantes deberán dar a sus aguas residuales al menos un tratamiento primario, cuando no secundario si
se asientan sobre zonas clasificadas como sensibles. Por otro lado en la Ley 7/1985 de 2 de
abril de Bases del Régimen Local se establece textualmente que: “la depuración es un proceso técnico, administrativo y económico que asumen como competencia los ayuntamientos”. Esta situación deja a los pequeños ayuntamientos ante la paradoja de estar obligados a depurar, pero sin los medios económicos ni técnicos necesarios para ello.
Por otro lado, la instalación de sistemas tradicionales de depuración (lagunaje, fangos activos, lechos bacterianos) es económicamente inabordable para pequeñas poblaciones, y la tecnología blanda, fundamentalmente filtros verdes, tiene unos requerimientos de espacio disponible que en la mayoría de las ocasiones suponen un obstáculo insalvable. Además, no hay que olvidar el inconveniente de la parada invernal en el ciclo vegetativo de los chopos, que es el cultivo más extendido en este tipo de instalaciones.
La solución para este difícil problema pasa por encontrar un sistema de eliminación de aguas residuales urbanas que garantice una depuración suficiente y cuyo costo de instalación y mantenimiento sean abordables por pequeños municipios de exiguo presupuesto, pues está demostrado que el empleo en estos ambientes de tecnologías de depuración de características sofisticadas, cuya construcción exige grandes inversiones económicas, conduce al abandono
de las instalaciones en el instante en el que se producen los primeros problemas técnicos. Además, este tipo de instalaciones consumen energía y productos químicos que encarecen sensiblemente su mantenimiento.
Así pues, resulta evidente que los pequeños núcleos de población precisan de una tecnología
de depuración de aguas residuales sostenible y que, en la medida de lo posible, haga uso de
la capacidad de depuración del medio natural. El suelo tiene unos límites ecológicos suficientemente amplios para depurar los residuos generados por una población dispersa o concentrada en pequeñas localidades, siempre que los vertidos generados sean totalmente biodegradables y la relación habitante equivalente/superficie de filtro sea la adecuada. Esto limita en España la aplicación de la técnica a poblaciones de hasta unos cuatro o cinco mil habitantes. Sin embargo, el problema se agrava cuando se tienen en consideración las limitaciones impuestas por el propio medio receptor, cuya permeabilidad debe ser mayor de
25 mm/hora, el contenido en arcillas inferior al 10% y la distancia al nivel freático superior a
3 metros (condiciones límite según la Agencia de Protección del Medio Ambiente de EEUU).
El modelo experimental a escala real de Dehesas de Guadix.
El desarrollo de estas ideas, su validación en condiciones reales, pero sobre todo la necesidad de estudiar el comportamiento y las limitaciones de los sistemas de depuración mediante infiltración directa sobre el terreno en condiciones límite, ha llevado a la construcción y equipamiento de un modelo experimental a escala real en el cual se puedan hacer los ensayos necesarios.
El Instituto Tecnológico Geominero de España, como organismo investigador de la dinámica del agua y de los contaminantes en el subsuelo, viene desarrollando desde 1990 una línea de trabajo encaminada a evaluar las posibilidades de aplicar la tecnología de tratamiento suelo- acuífero como elemento depurador de las aguas residuales, así como de almacenamiento del efluente tratado. Por ello se planteó, a través de un proyecto CICYT (proyecto HID96-1326, titulado: “Recarga artificial de acuíferos: evaluación, análisis y seguimiento de condicionantes técnicos y económicos”), el diseño de una planta piloto, plenamente operativa, de infiltración directa sobre el terreno de aguas residuales urbanas de forma controlada. El objetivo principal de la instalación lo ha constituido el análisis de su impacto real sobre el sistema agua/suelo y la evaluación de su viabilidad a largo plazo. La atención se ha centrado en formaciones que “a priori”
serían descartadas por situarse sobre materiales inadecuados por su baja permeabilidad, según el criterio de la Agencia de Protección del Medio Ambiente de Estado Unidos, (EPA).El modelo experimental se ha construido en la población de Dehesas de Guadix (provincia de Granada), que cuenta con 699 habitantes, dispone de una red de saneamiento unitaria muy reciente, sin pérdidas apreciables, y en la cual se generan diariamente unos 80 m3 de agua residual sin componente industrial. La población se sitúa sobre el acuífero aluvial del río Guadahortuna, constituido fundamentalmente por sedimentos detríticos del Holoceno; el impermeable de base lo constituyen margas del Tortoniense (Mioceno superior).
Dispositivo de infiltración de agua residual y de control del agua y el suelo
El diseño del dispositivo de infiltración se ha realizado en base a las recomendaciones del “Process design manual for land treatment of municipal wastewater. Supplement on rapid infiltration and overland flow” publicado por la EPA. La depuración del efluente se confía a
los procesos bióticos y abióticos que se producen en la zona no saturada del acuífero, principalmente en el suelo. Los parámetros básicos de diseño son la tasa de infiltración y la
carga hidráulica del agua residual. La práctica operativa consiste simplemente en alternar ciclos de humectación-desecado en las balsas para favorecer de esta manera la completa mineralización de la materia orgánica.
El número de ciclos de humectación desecado y su periodicidad se ha calculado considerando que el sistema funciona a flujo contínuo y teniendo en cuenta que el agua residual ha sido sometida a un pretratamiento. En total se han considerado 17 variantes de diseño. Finalmente
se han construido dos balsas gemelas de 1.225 m2 (divididas a su vez en dos semibalsas). Los ciclos de humectación-secado, dada la baja tasa de vertido fueron en una primera etapa de 10 días / 10 días, y el tiempo de permanencia en las balsas de decantación y almacén ha sido de
18 horas en cada una de ellas.
El dispositivo de infiltración funciona de la siguiente manera: el agua residual se conduce por medio de un colector a la estación de pretratamiento donde se somete a un desbaste,
desarenado y desengrasado. De esta estación se hace llegar a una balsa almacén en la que permanece 18 horas; después se hace pasar a la balsa de decantación y tras 18 horas de reposo
se vierte directamente en la balsa de infiltración. El tiempo de vaciado de la balsa es de unas 3 horas. Se vierten aproximadamente 53 m3 por descarga El mantenimiento de las instalaciones consiste en la retirada periódica del material sedimentado en las balsas de decantación, aproximadamente cada tres meses. Además es necesario evitar el crecimiento de vegetación
en las balsas de infiltración, eliminando las plantas que van creciendo. Una vez al año se debe limpiar con agua a presión el sistema de conducciones y válvulas.
El dispositivo de vigilancia y control del agua subterránea y del suelo es complejo, el agua subterránea se muestrea a través de cinco sondeos piezométricos de entre 52 y 55 metros, totalmente penetrantes y ranurados de arriba a abajo, y dos pozos de gran diámetro situados
en el aluvial del río Guadahortuna (uno de abastecimiento y el otro de riego). Para muestrear
la solución del suelo ha sido necesario construir un sistema que permitiese el muestreo selectivo en profundidad, que no alterase las características del lecho filtrante y que fuese adecuado para el seguimiento de los microorganismos. Tras un exhaustivo análisis de las posibilidades existentes se concluyó que el mejor sistema era el de pozos con drenes horizontales. Se construyeron dos pozos de gran diámetro en el centro de las balsas de infiltración de 1,5 metros de diámetro y 3 metros de profundidad con seis taladros horizontales dispuestos en estrella y separados verticalmente 50 cm. Por último, el muestreo
del lecho filtrante se lleva a cabo mediante la apertura manual de catas cada tres meses y el
agua residual se controla tanto en el punto de toma de la red de saneamiento como en las diferentes balsas.
Resultados obtenidos y perspectivas de futuro
Tras casi un año de funcionamiento ininterrumpido del sistema de depuración los resultados
son muy esperanzadores. A pesar de la naturaleza desfavorable del terreno las tasas de depuración son muy elevadas: mayores del 70% para los indicadores principales (nitrógeno, materia orgánica y fósforo) y del 95% para los indicadores bacterianos. Además, no se ha observado un efecto perjudicial de la colmatación del lecho filtrante, por ello se ha elevado el volumen de agua vertido, aumentando la capacidad de las balsas almacén y de decantación de forma que en la actualidad se está vertiendo todo el agua residual generada en la población
(algo menos de 80 m3 / día ).
Otra modificación que se ha introducido se refiere a los ciclos de humectación-desecado que han pasado a ser de 7 y 21 días respectivamente, lo cual se espera favorezca los procesos de mineralización de la materia orgánica y de oxidación del nitrógeno. Por último, el sistema de control del suelo y del agua se ha completado mediante la instalación de cápsulas de succión
de cerámica porosa y tensiómetros que permitirán estudiar detalladamente la dinámica del proceso de humectación-desecado.
En dos años, aproximadamente, se dispondrá de un modelo de simulación del sistema que permitirá no sólo conocer su funcionamiento en operación sino también en la fase de abandono. Si los resultados son los esperados, la geodepuración puede ser la solución a la eliminación de las aguas residuales de numerosas poblaciones de nuestro país, aun cuando se encuentren situadas sobre materiales considerados hasta ahora como no adecuados.