21 mayo, 2024 2:00 am

Riego con aguas residuales para depuración de contaminantes

Leonardo Pulido Madrigal. Tecnólogo del Agua “B” titular, IMTA.

Los objetivos de este artículo son analizar las principales características físico-químicas y bacteriológicas del agua residual con respecto a su aplicación en riego agrícola, presentar un panorama sobre este uso en México y dar a conocer resultados de una investigación sobre depuración de contaminantes del agua residual para riego.

Cuando las aguas residuales no están adecuadamente tratadas para la depuración de contaminantes disueltos, su uso, manejo y disposición final causan problemas de contaminación a organismos, al ambiente y a los cuerpos de agua superficial y subterránea. Por otro lado, las aguas residuales son un recurso valioso, ya que su aprovechamiento en riego agrícola permite producir cultivos con buenos rendimientos, específicamente en aquellas zonas donde la lluvia es escasa e insuficiente para producir cosechas aceptables; esto es importante si se considera que con el crecimiento poblacional en México se generarán mayores demandas de agua para riego y alimentos, y con el calentamiento global habrá mayores sequías y aumentos de temperatura que ocasionarán incrementos en las demandas hídricas de los cultivos.

 

Calidad fisicoquímica y bacteriológica

Los patógenos contenidos en el agua residual pueden contaminar cultivos, suelo, agua superficial y agua subterránea. En suelos extremadamente porosos, delgados o fracturados en los que el agua subterránea está cercana a la superficie, los patógenos del agua residual pueden contaminar acuíferos. En general, los helmintos y protozoarios, debido a su tamaño relativamente grande, son eliminados más rápidamente por medio de la filtración en las capas superficiales del suelo. Quizás el efecto negativo más importante causado al ambiente por el uso agrícola de aguas residuales es el aumento en la salinidad del suelo que, si no se controla, puede disminuir la productividad en el largo plazo.

En suelos y cultivos regados con aguas residuales industriales, tienden a acumularse los metales pesados contenidos en ellas, y han sido asociadas con problemas de salud en consumidores de tales cultivos. Los metales están fijados a los suelos que tienen un pH superior a 6.5 o con altos contenidos de materia orgánica. Con un pH por debajo de este valor, los metales adquieren movilidad y pueden ser absorbidos por los cultivos; así contaminan los cuerpos de agua. El cadmio y el níquel son los más importantes, porque debido a su mayor toxicidad para los seres humanos representan mayores riesgos para la salud que los otros metales. El cadmio, cobre, molibdeno, níquel y zinc están presentes frecuentemente en el agua residual, pueden ser movilizados fácilmente y absorbidos por las plantas.

El agua residual doméstica normalmente tiene bajos contenidos de compuestos orgánicos, pero las concentraciones pueden aumentar si recibe descargas industriales, descargas de uso agrícola, lixiviados provenientes de suelos contaminados, sitios de confinamiento y rellenos sanitarios y contaminantes aéreos depositados por la lluvia. Estos contaminantes pueden tener efectos carcinógenos, teratogénicos y mutagénicos. La absorción de estas sustancias a través de las raíces de las plantas no es probable, debido al gran tamaño y la considerable masa molecular de muchos de estos compuestos que reducen su movilidad en suelo y agua. El mecanismo dominante para eliminarlos es la adsorción. Las eficiencias de eliminación son mayores en suelos que contienen los más altos contenidos de limo, arcilla y materia orgánica.

Esta última puede mejorar la estructura del suelo y su fertilidad; retiene los metales pesados y aumenta la actividad microbiana. Los sólidos en suspensión en las aguas residuales pueden obstruir la infraestructura de riego, particularmente si se utilizan los métodos de aspersión y goteo. Además, si los sólidos no son biodegradables, también pueden reducir la percolación. Por lo general el pH del agua residual es ligeramente alcalino; los efluentes con alta acidez (algunos efluentes industriales) aplicados a los suelos con baja alcalinidad por largos periodos pueden modificar el pH. Los valores bajos de pH afectan la movilidad de los metales pesados en los suelos (Pescod, 1992; Siebe, 1994; Vázquez Alarcón et al., 2001; WHO, 2006).

 

Riego agrícola con agua residual en México

En México la superficie de riego es de 6.4 millones de hectáreas, de las cuales un poco más de la mitad corresponde a 86 distritos de riego y el resto a más de 39,000 unidades de riego. El uso agrícola de aguas residuales se inició a finales del siglo XIX; en el año 2008 la superficie regada con agua residual era de aproximadamente 350,000 ha distribuidas en distritos y unidades de riego. En los primeros, la superficie de riego con aguas residuales ha ido en aumento a partir de 1985; asimismo, los rendimientos se han incrementado a partir de 1971 (véanse tablas 1 y 2).

De manera general, el agua residual utilizada en la agricultura en México no recibe tratamiento, y en 2014 se trató sólo 52.7% de la colectada en alcantarillas. Antes de su utilización en el Distrito de Riego 03, Tula, Hidalgo, las aguas residuales que se generan en la Ciudad de México reciben un tratamiento natural a lo largo de su recorrido y almacenamiento en presas, y proporcionan humedad y materia orgánica a los suelos. Después de 80 años de riego, el nitrógeno, el fósforo y la materia orgánica del suelo han aumentado. Del mismo modo, entre 1971 y 2015 se registró un incremento en el rendimiento de los principales cultivos de este distrito (véase tabla 3). También se ha incrementado de tres a seis veces el contenido de metales pesados, y el ensalitramiento de los suelos ya es un problema. Metales como el cadmio se encuentran disponibles para las plantas en cantidades moderadas; su acumulación anual en el suelo es de 384 y 640 g ha‒1, que es considerada como una tasa alta. Asimismo, del valor de las relaciones entre el contenido de cadmio y de níquel en la hoja y el grano de trigo se puede inferir que esos metales se acumulan en este último, lo que indica un riesgo potencial para la salud de los consumidores de dicho alimento básico (Pescod, 1992; Siebe, 1994; Vázquez Alarcón et al., 2001; WHO, 2006; IMTA, 2008; Conagua, 2015a y 2015b).

 

Estudio  de  caso  sobre  depuración  de  contaminantes  del  agua  residual mediante riego

Pulido y Saucedo (2016) realizaron un estudio en el Fideicomiso Ingenio Plan de San Luis (FIPSL), San Luis Potosí, con el objetivo de investigar si el riego con el agua residual tiene un impacto negativo tanto en los suelos cultivados con caña de azúcar como en los cuerpos de agua superficial y subterráneos aledaños al FIPSL. Para este fin realizaron los análisis fisicoquímicos y bacteriológicos (FQB) del agua residual, del agua freática superficial, del río El Salto aguas arriba y abajo del FIPSL, de dos norias y de un pozo profundo aledaños al FIPSL, de conformidad con la NOM-001-SEMARNAT-1996; asimismo, determinaron la salinidad y fertilidad en muestras de suelo. Instalaron pozos de observación del nivel freático superficial, donde también midieron la calidad FQB. De esta forma calcularon la capacidad de los suelos para depurar los contaminantes disueltos en el agua de riego. Hicieron un estudio topográfico y con datos climáticos y físicos del suelo, y elaboraron un diseño ingenieril y agronómico de un sistema de riego para caña de azúcar.

Los resultados de los análisis FQB revelaron que el agua residual no cumplía con los parámetros pH, coliformes fecales, salinidad, demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos totales (SST), N-total, sodio y cloruro para utilizarse en riego, según la norma referida y los límites de la FAO sobre la calidad del agua para riego. Sin embargo, después del riego la mayoría de los parámetros analizados en los pozos de observación del nivel freático superficial tuvieron niveles dentro de la norma, excepto la salinidad y el sodio. Del mismo modo, se encontró que en los cuerpos de agua señalados la calidad FQB estuvo dentro de los límites permitidos por la norma referida, por lo que el riego con agua residual no afectó su calidad FQB (véase tabla 4). Con base en los niveles medios de los parámetros analizados, se calculó que la capacidad de remoción que tuvo el sistema suelo-planta-clima en cuanto a la DQO fue de 98%, para la DBO5 resultó de 99%, para la disminución de SST se calculó un 86%, la optimización del nivel de pH fue de 97%, y una reducción de coliformes fecales de 99%. Con base en estos resultados, se concluyó que en las parcelas irrigadas se llevó a cabo un proceso eficiente de depuración de contaminantes.

Por otro lado, se estableció que la profundidad del nivel freático creado por la percolación del agua de riego no representaba un problema de drenaje, porque se encontraba por debajo de 1.9 m de profundidad. La disminución del pH de 8.0 a 7.4 en los suelos del área de riego, efecto de aplicar agua con un pH ácido, favoreció la disponibilidad de N. También se observaron aumentos en P y magnesio (Mg), así como en los micronutrimentos hierro (Fe), Zn, manganeso (Mn) y Cu. Los suelos resultaron ligeramente más fértiles donde se regó con agua residual que en el área de temporal, como consecuencia del aporte de la materia orgánica. Los contenidos de Na y Cl del agua de riego no significaron un problema para el suelo, puesto que tanto en los pozos de observación como en los análisis de suelo no se observaron niveles que fueran perjudiciales para éste y para las plantas; las sales solubles fueron lixiviadas hacia estratos más profundos durante la época de lluvias. La caña de azúcar es moderadamente sensible a la salinidad, por lo que los niveles observados no representaron restricciones para su desarrollo.

Para la tecnificación del riego se calcularon los requerimientos de riego, características físicas del suelo y topografía; con el gasto de 65 l s-1 disponible se diseñó un sistema de riego por gravedad en multicompuertas para 50 ha, que considera una programación de riegos para lograr una buena eficiencia de aplicación. Este sistema entró en operación en el año 2012, y con él los rendimientos se han incrementado en 50% (véanse figuras 1 y 2); otra ventaja es que hay menores riesgos de contagio para los trabajadores y para la población que vive en el área del FIPSL. El uso de aguas residuales para riego de caña de azúcar es adecuado por tratarse de un cultivo industrial (Ayers y Westcot, 1987; Semarnat, 1996; Pulido y Saucedo, 2016).

Figura 1.  Riego  de  caña  de  azúcar  con  agua  residual  en  el  FIPSL  en  2012, antes de la instalación de un sistema de riego por gravedad con tubería de multicompuertas. 

Figura 2. Sistema de riego por gravedad en multicompuertas instalado en el FIPSL en 2012, para el riego de caña de azúcar con el agua residual generada en el propio fideicomiso. Se muestra una prueba del funcionamiento del sistema de riego, previo a la aplicación del agua residual.

 

Conclusiones

El riego agrícola con aguas residuales es una alternativa para la depuración de contaminantes y la producción de cosechas. Sin embargo, cuando estas aguas se utilizan por periodos largos –décadas–, se pueden presentar problemas de acumulación de metales pesados en los suelos y la translocación de éstos hacia las partes comestibles de las plantas; asimismo, el ensalitramiento de suelos es evidente y puede volverlos improductivos. Por lo tanto, el aprovechamiento agrícola de estas aguas demanda una rigurosa planeación y vigilancia de las autoridades para que se restrinja su uso en las zonas que tienen suelos con problemas de drenaje y en cultivos que no sean los adecuados, como son los productos de consumo humano directo. En este caso, la aplicación de la normatividad y legislación mexicanas son fundamentales. La tecnificación del riego y la capacitación a los usuarios son necesarias para evitar la contaminación de aguas superficiales y subterráneas. El uso de un agua de calidad marginal requiere prácticas de manejo más complejas y procedimientos de monitorización más rigurosos que cuando se utiliza agua de buena calidad.

Con el uso de aguas residuales en riego agrícola, el principal objetivo es evitar problemas de contaminación por patógenos, desechos orgánicos y metales pesados en los regadores, que afectan a productores agrícolas, consumidores y a la población donde se efectúa este riego. El segundo objetivo es obtener altos rendimientos de cultivos. Es necesario llevar a cabo investigaciones para determinar el impacto de las aguas residuales en la población, cultivos, suelo, aguas superficiales y subterráneas de los distritos y unidades de riego donde se aprovechan, y que con los resultados se elaboren directrices y guías que se utilicen para el diseño de medidas preventivas y correctivas por parte de las autoridades responsables y de los usuarios.

 

Referencias
Ayers, R. S., y D. W. Westcot (1987). La calidad del agua en la agricultura. Estudios FAO: Riego y Drenaje 29. Roma.
Comisión Nacional del Agua, Conagua (2015a). Estadísticas agrícolas de los distritos de riego (periodo consultado: 2002-2015). Disponibles en: www.edistritos.com.
Conagua (2015b). Estadísticas del agua en México. Disponible en: www.conagua.gob.mx.
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, IMTA (2008). Diagnóstico del uso de las aguas residuales en la agricultura en México. Informe del Proyecto Interno RD-0802.1. Coordinación de Riego y Drenaje, Subcoordinación de Contaminación y Drenaje Agrícola.
Pescod, M. B. (1992). Wastewater treatment and use in agriculture. FAO Irrigation and Drainage 47. Roma.
Pulido, M. L., y H. E. Saucedo (2016). Depuración de contaminantes del agua residual a través del riego en el Fideicomiso Ingenio Plan de San Luis. II Congreso Nacional de Riego y Drenaje COMEII 2016. Chapingo. 8-10 de septiembre.
Richards, L. A. (Ed.) (1954). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Agriculture Handbook 60. Washington: US Department of Agriculture.
Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Semarnat (1996). NOM-001-SEMARNAT-1996 que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales.
Siebe, C. (1994). Acumulación y disponibilidad de metales pesados en suelos regados con aguas residuales en el Distrito de Riego 03, Tula, Hidalgo, México. Revista Internacional de Contaminación Ambiental (1)10: 15-21.
Vázquez Alarcón et al. (2001). Cadmio, níquel y plomo en agua residual, suelo y cultivos en el Valle del Mezquital, Hidalgo, México. Agrociencia 35. México.
World Health Organization, WHO (2006). Guidelines for the safe use of wastewater, excreta and greywater. Vol. 2. Wastewater use in agriculture. Programa Ambiental de las Naciones Unidas. FAO.

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