Las aguas residuales son efluentes líquidos altamente contaminantes producto de diferentes procesos y actividades domésticas e industriales que causan impactos ambientales al recurso hídrico y suelo, en caso de no ser dispuestos adecuadamente. Así mismo, representan una amenaza para los seres vivos debido a su alta toxicidad. Las propiedades físicas y químicas del agua del cuerpo receptor, el cual es aprovechado para consumo humano y diferentes sistemas productivos, dependen de la naturaleza de las aguas residuales y los tratamientos utilizados para su depuración.
Según la Organización Mundial de la Salud – OMS (2020),
La escasez cada vez mayor de las aguas dulces debido al crecimiento demográfico, a la urbanización y, probablemente, a los cambios climáticos, ha dado lugar al uso creciente de aguas residuales para la agricultura, la acuicultura, la recarga de aguas subterráneas y otras áreas. (párr. 1)
En este orden de ideas, se han desarrollado tecnologías y tratamientos convencionales y no convencionales, los cuales poseen una efectividad particular, en función de su origen y del sector que va a dar uso a las aguas residuales.
Los tratamientos convencionales de aguas residuales como coagulación, floculación, desinfección, filtración y ozonización han sido empleados para evitar afectación a las comunidades y a los ecosistemas y en un caso específico, para que el agua pueda ser reutilizada en el riego agrícola (Veliz et al., 2016). Para determinar la viabilidad de recirculación de aguas en los sectores industriales, se han tenido en cuenta criterios de abastecimiento de agua, parámetros mínimos de calidad para procesos productivos y secundarios, los tratamientos de aguas residuales empleados y la caracterización de los efluentes (Ríos et al., 2011).
Según Sánchez y García (2018), en las zonas rurales de América Latina y el Caribe el tratamiento de las aguas residuales es del 34% (de acuerdo con la UNESCO en un informe del año 2017) utilizando las fosas sépticas o pozos sépticos como tratamiento primario. Frente a dicho tratamiento, dichos autores indican que es necesario realizar un proceso previo, en este caso la oxidación avanzada, con el fin de aumentar el índice de biodegradabilidad de los efluentes que presentan una combinación entre aguas residuales domésticas y aguas residuales industriales sin un tratamiento anterior, toda vez que las fosas sépticas presentan inconvenientes al depurar altas cargas contaminantes. Por su parte, el Estudio Nacional del Agua del año 2018, tiene un reporte de 352 municipios en Colombia con plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) convencionales, 31 más que el año 2014, sin embargo, no reporta cuántos municipios cuentan con sistemas primarios, secundarios o terciarios específicamente. En estos sistemas se trata los vertimientos y descargas puntuales y difusas de acuerdo con los diferentes usos del agua en las cuencas hidrográficas (Ideam, 2019). Según el DNP (2020), en Colombia solo el 42 % de las aguas residuales urbanas son tratadas. Por esto, y de acuerdo con la Agenda 2030 sobre los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), se espera el 68 % de tratamiento bajo el enfoque de economía circular a través de una política pública.
Para que los tratamientos como la oxidación avanzada o la filtración por membranas sean más efectivos, Rubio et al. (2013) proponen que sean empleados en conjunto con tratamientos biológicos. Sin embargo, reconocen que son insuficientes para depurar contaminantes orgánicos emergentes (COE), tales como las sustancias bioacumulables, persistentes y tóxicas, debido a su complejidad y alto riesgo para los seres vivos. En Colombia se han llevado a cabo estudios alrededor de los COE o microcontaminantes que llegan a las fuentes hídricas por diversas razones. Jiménez-Bambague et al. (2020) realizaron una investigación denominada “Eliminación de compuestos farmacéuticos presentes en el agua residual doméstica mediante un tratamiento primario avanzado” en la PTAR que tiene como fuente receptora el Río Cauca en Cali (Colombia). En los resultados se evidenció una eficiencia de eliminación inferior a 30 % en la mayoría de los compuestos analizados, dentro de los cuales los analgésicos y los antiinflamatorios ostentaron mejor eficiencia. Dos años antes también se realizó una investigación similar en la misma zona de estudio, en la cual se identificó que los compuestos “CBZ-Diol, ibuprofeno, gemfibrozilo, naproxeno, paracetamol, sulfametoxazol, las estronas, 4-INF y BPA, son prioritarios por su presencia y concentración” en el río Cauca (Madera-Parra et at., 2018, p. 484).
Debido a las limitaciones para tratar contaminantes, se han propuesto tratamientos no convencionales para depurar las aguas residuales domésticas e industriales. Un ejemplo son los tratamientos biológicos, los cuales, en un inicio, eran empleados para eliminar la materia orgánica de las aguas residuales; sin embargo, migraron a la oxidación de nitrógeno amoniacal y a la eliminación de fósforo (Ferrer et al., 2018).
Otro tratamiento es realizado con las macrófitas flotantes, las cuales han sido ampliamente utilizadas para la remoción de contaminantes provenientes de aguas residuales tanto domésticas como industriales, conociéndose este proceso como fitorremediación. Se ha facilitado su uso en zonas rurales debido al bajo costo de instalación y al bajo consumo energético, en comparación con otros sistemas de tratamiento (Martelo y Lara, 2012). Por otro lado, las microalgas son de gran interés biotecnológico y comercial toda vez que son un sistema que, por su capacidad de habitar diferentes ambientes acuáticos y latitudinales, se convierten en la solución en términos de alimento, producción de biocombustible y depuración de aguas residuales, entre otros (Colorado et al., 2013).
Recientemente, las soluciones con base en la naturaleza (NBS por sus siglas en inglés) han tomado mucha fuerza para dar frente a problemáticas ecológicas, sociales y económicas. De acuerdo a la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN por sus iniciales en inglés) definen las NBS como “acciones para proteger, manejar sosteniblemente y restaurar ecosistemas naturales o modificados, que abordan retos sociales efectiva y adaptadamente, simultáneamente proporcionando beneficios para los seres humanos y la biodiversidad” (IUCN, s.f. p. 1).
De acuerdo con lo anterior, ciudades de Europa han abordado el manejo de las aguas residuales urbanas desde las NBS, a partir de tres enfoques: manejo de aguas lluvias, nexo agua-alimento-energía y el control de la contaminación hídrica. Teniendo como base la revisión de diferentes estudios y proyectos, se han construido humedales artificiales para manejo de aguas provenientes del sector residencial, energético, agrícola y forestal con el fin de remover nutrientes y contaminantes a través de las raíces de las plantas (Oral et al., 2020).
El grupo de investigación de la Universidad Católica de Manizales encargado de liderar esta compilación ha contribuido a la discusión de los tratamientos de aguas residuales domésticas e industriales, tanto convencionales como no convencionales. En este caso, este libro tiene como finalidad compilar resultados de diferentes procesos investigativos de los docentes realizados a partir de tratamientos no convencionales.
En cada capítulo se presenta un método diferente de tratamiento: utilización de pasto Vetiver, humedales artificiales subsuperficiales, tratamientos de lixiviados y tratamientos con microalga-bacteria, en los que se hace una descripción general del método, así como una descripción del proceso metodológico, los resultados y las conclusiones.
En el primer capítulo se hace referencia al desempeño versus remoción de carga orgánica en humedales artificiales subsuperficiales horizontales y verticales para agua residual doméstica en el que se parte de un contexto teórico para profundizar en algunos casos de tratamientos en el departamento de Risaralda, en este se tienen en cuenta tratamientos con humedales de flujo subsuperficial tanto horizontal como vertical.
En el segundo capítulo se realiza una descripción del efecto del pasto Vetiver y la Typha latifolia para la depuración de aguas residuales domésticas en humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical en condiciones tropicales. Se hace un recorrido teórico de la utilización de diferentes macrófitas para el tratamiento del agua residual; así mismo, se plantea un caso de estudio realizado en la Fundación Niños de los Andes, ubicada en el municipio de Manizales, donde los investigadores realizaron un análisis de la respuesta de este tipo de humedales.
El tercer capítulo ilustra el diseño de prototipos para humedales construidos de flujo subsuperficial, igualmente se hace un recorrido teórico de los tipos de humedales y los diferentes prototipos para culminar en un diseño propio de los investigadores, basados en la toma de datos de una situación real.
El cuarto capítulo habla sobre tratamientos de lixiviados en rellenos sanitarios, en el que se hace inicialmente un recorrido teórico, para posteriormente entrar a un estudio de caso del relleno sanitario La Esmeralda, ubicado en el municipio de Chinchiná, Caldas. En este capítulo se hizo una búsqueda minuciosa de las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de tratamientos de lixiviados y posteriormente se describe el trabajo propio realizado por los investigadores.
El quinto capítulo está relacionado con el sistema microalga-bacteria, en el que a partir de un análisis teórico se plantea un estudio de caso experimental para el tratamiento de agua residual de la Universidad Católica de Manizales.
Dentro de las principales conclusiones se halló que los métodos avanzados para el tratamiento de agua residual han ido evolucionando. Las macrófitas han generado un gran aporte a dichos tratamientos, siendo el pasto Vetiver uno de los más estudiados en los últimos tiempos. La construcción de humedales artificiales genera remoción significativa de contaminantes y su eficiencia depende del tipo de humedal superficial vertical u horizontal, y también del área de construcción, generando una mayor eficiencia en aquellos cuya área es mayor. Frente a los lixiviados se concluye que, en general, los procesos biológicos tienen mejor respuesta para el tratamiento de DBO/DQO; los procesos físicoquímicos tienen sobresaliente tendencia en la aplicación de lixiviados estandarizados, sin embargo, el método de microalga-bacteria se consideró muy eficiente logrando una remoción de más del 90 %.
Gloria Yaneth Flórez Yepes
Alejandro Rincón Santamaría
Vladimir Henao Céspedes
