El portal “1 Water” de la ingeniería consultora Brown&Caldwell ha publicado un excelente trabajo elaborado por tres de sus colaboradores, Sunny Wang, Wendy Broley y Erin Mackey, en el que se analizan las facetas más destacadas que la reutilización potable plantea en estos momentos como fuente estratégica de recursos hídricos para el consumo humano. A continuación presentamos los apartados más destacados de la misma.
A medida que las estrategias de gestión de los abastecimientos de agua afrontan la incertidumbre asociada con el cambio climático y las demandas cambiantes de los usuarios, numerosas regiones de los EEUU están adoptando nuevas estrategias para ampliar sus fuentes de recursos locales. En particular, el episodio de sequía tan intenso y prolongado que ha experimentado California entre 2012 y 2016 ha llevado a las empresas de agua a ampliar el uso del agua regenerada más allá de las aplicaciones tradicionales, como el regadío y el uso industrial, hasta incluir la reutilización potable.
Incluso las empresas ubicadas en zonas con abundancia de agua están considerando la reutilización potable como una forma de diversificar su catálogo de fuentes de suministro y resolver también unas mayores exigencias del vertido de nutrientes a cursos de agua sensibles, en cuanto que terminan por deteriorar la calidad de las fuentes de agua, y de la subsidencia del suelo causada por la sobre-explotación de los acuíferos.
La reutilización potable del agua representa un abanico de aplicaciones que van desde la reutilización potable indirecta (RPI) a la reutilización potable directa (RPD). Los proyectos de RPI incluyen la aplicación de un agua regenerada no potable, que ha sido filtrada y desinfectada, mediante una infiltración superficial, o la aplicación de agua purificada, que ha sido sometida a un sistema de tratamiento multi-barrera, para la recarga de un acuífero o un aumento de agua superficial (incorporación a un embalse de agua superficial). La RPI se considera indirecta porque incluye la utilización de un “tampón ambiental” (el suelo en la recarga de acuíferos o el embalse en el aumento de aguas superficiales) colocado entre el punto de incorporación del agua regenerada y el punto desde el que se extrae posteriormente para su uso como agua potable.
Las aplicaciones de recarga de acuíferos conceden reconocimientos (créditos) adicionales al proceso de eliminación de virus (un crédito logarítmico por cada mes de tiempo de recorrido) a medida que el agua purificada viaja desde el punto de inyección hasta el lugar del que es extraída para su utilización o tratamiento como agua potable. La RPD implica la ausencia de un tampón ambiental; el agua purificada se incorpora directamente aguas arriba de una estación potabilizadora de agua o incluso directamente al sistema de distribución de agua. Ambas denominaciones, RPI y RPD, constituyen las dos opciones de uso del agua regenerada denominada “reutilización potable”.
Aunque la reutilización potable se viene llevando a cabo en California desde los años 1960, esta estrategia de gestión de los recursos hídricos ha adquirido una notable actualidad como fuente alternativa de recursos debido a factores tales como el cambio climático, las nuevas reglamentaciones, las intensas condiciones de sequía, la percepción pública y los avances tecnológicos. Mientras que la reutilización potable ofrece diversos beneficios (una fuente local y fiable de agua ante la sequía, una menor dependencia de las transferencias de agua, una mejora general de la calidad del agua de la cuenca y un menor vertido de agua al mar), también comporta diversas exigencias tales como la aceptación por parte de los partícipes, la percepción pública y la preocupación relativa a una mayor exposición ante los contaminantes emergentes.
Cuando se plantea planificar y desarrollar nuevos programas de reutilización, es conveniente considerar las lecciones aprendidas en relación con “de dónde venimos” y a la vez centrarse en el objetivo de “hacia dónde vamos”, todo ello como forma de aumentar las fuentes de agua disponibles mediante una fuente de agua alternativa segura y fiable.
Las lecciones aprendidas de los programas de purificación de agua bien consolidados ofrecen un magnífico punto de partida para las empresas de agua que se planteen la reutilización potable, mediante la descripción de las diversas etapas seguidas en su desarrollo e implantación. Entre estos programas cabe destacar:
- El Water Factory 21/Groundwater Replenishment System (GWRS) del Orange County Water District.
- La Edward C. Little Water Recycling Facility del West Basin Municipal Water District, y
- La Leo J. Van der Lans Water Treatment Facility del Water Replenishment District of Southern California.
Cada uno de estos proyectos produce agua purificada mediante un proceso avanzado de regeneración, de modo que se pueda utilizar para su inyección en barreras contra la intrusión salina a lo largo de la costa del sur del estado de California.
Estos proyectos constaban inicialmente de una línea de tratamiento avanzado completo en que se incluyen la micro-filtración, la ósmosis inversa y un proceso de oxidación avanzada basada en el uso de luz ultravioleta junto con peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). No obstante, cada proyecto ha seguido un proceso de optimización diferente con objeto de mejorar su rendimiento, la calidad del agua producida y la fiabilidad del proceso, hasta poder satisfacer las necesidades propias de cada instalación. Las principales mejoras introducidas recientemente en estas instalaciones se describen a continuación.
OCWD
Durante la expansión inicial del proyecto GWRS (terminada en 2015), destinadas a alcanzar una producción de 380.000 m3/día, las principales mejoras del proceso incorporadas en la instalación de purificación avanzada del agua fueron un sistema de regulación del caudal del efluente secundario, para maximizar la producción de agua, la incorporación de dispositivos de recuperación de energía en los sistemas de ósmosis inversa, para mejorar el control del proceso y reducir el consumo de energía, y el desarrollo de una estrategia de acondicionamiento químico final del agua con objeto de minimizar la movilización de ciertos metales pesados, en particular arsénico, en el propio acuífero. El sistema de acondicionamiento adoptado permitió rebajar el pH del agua final desde un rango de 8,5-8,8 previo hasta otro inferior de 7,6-7,9, aumentando la concentración de calcio desde el anterior rango de 3-4 mg/L hasta otro de 40-50 mg/L, que es mucho más representativo de la calidad del agua subterránea asociada con el proceso de recarga natural.
West Basin
West Basin produce cinco tipos de agua “de diseño” entre sus instalaciones centrales y las plantas “satélites” ubicadas en los terrenos de los usuarios industriales. Para mejorar el rendimiento del proceso de tratamiento y la fiabilidad del sistema de membranas en la instalación central, se instaló un proceso de pretratamiento con ozono antes del sistema de micro-filtración durante la 5ª Fase de expansión (terminada en 2013). El objetivo de estas mejoras del sistema de pretratamiento con ozono fue “romper” las moléculas de materia orgánica presentes y mejorar así la calidad general del agua de alimentación de los sistemas de membranas posteriores, reduciendo el potencial de ensuciamiento de las membranas y las exigencias de su limpieza.
WRD
La superficie de terreno tan limitada disponible para la implantación de este proyecto llevó a la adopción de un nuevo sistema de recuperación del lavado a contracorriente de la micro-filtración y a una reconfiguración del sistema de ósmosis inversa para aumentar la recuperación de agua, todo ello durante la expansión de las instalaciones que concluyó en 2014. El proceso de ósmosis inversa en dos etapas fue complementado con una nueva tercera etapa de ósmosis inversa, separada de las dos previas, a fin de aumentar la recuperación de agua hasta aproximadamente un 92%. El potencial de incrustación mucho mayor de esta tercera etapa, provocado por esa mayor recuperación, llevó a plantearse la necesidad de una mayor frecuencia de “limpieza in situ” (CIP) superior a la aplicada en las dos primeras etapas de la ósmosis inversa. La separación de esta tercera etapa permite la limpieza separada de esta tercera etapa, mientras se mantienen operativas la dos primeras etapas. Esta estrategia de diseño permitió al WRD la ampliación de la capacidad del sistema de ósmosis inversa, sin tener que modificar su autorización de capacidad de vertido de las salmueras.
Las iniciativas en curso de realización en los EEUU están utilizando estos programas bien consolidados de reutilización potable como forma de definir directrices para nuevas aplicaciones, desarrollar soluciones innovadoras con las que maximizar la recuperación de agua y entender mejor los límites de los procesos de tratamiento. Todos estos esfuerzos están permitiendo documentar “de dónde venimos” en el campo de la reutilización potable, a medida que vamos ampliando los usos del agua desde la recarga de acuíferos hasta nuevas estrategias como el aumento de agua superficial y la reutilización potable directa.
Diversas compañías de agua de los EEUU están evaluando líneas alternativas de tratamiento para la reutilización potable que están desprovistas de ósmosis inversa, como forma de producir un agua purificada de calidad similar a la obtenida con el tratamiento avanzado completo tradicional. Un ejemplo de estas líneas de producción de agua potable carente de ósmosis inversa consiste en una micro-filtración con ozono, seguida de carbono biológico activado y un tampón ambiental (Georgia), y otro ejemplo es una línea que incluye ozono, carbono activado biológico, cloración y tampón ambiental (Suiza).
La supresión de las membranas de ósmosis inversa en la línea de tratamiento permite eliminar la necesidad de gestionar las salmueras, que puede ser una limitación crítica en lugares en que no es posible el tratamiento o el vertido de las mismas. La ciudad de los Ángeles está evaluando también diversas líneas de tratamiento carentes de membranas de ósmosis inversa (p.e. ozono, carbono activado biológico, tratamiento suelo-acuífero) con objeto de maximizar la recuperación de agua para la recarga de acuíferos mediante inundación superficial.
Un mejor conocimiento del devenir y el transporte de los nuevos contaminantes, los productos farmacéuticos y los de higiene personal contenidos en las aguas residuales, a medida que son sometidos a cada uno de los proceso de tratamiento propios de la depuración del agua y los procesos de purificación avanzada posteriores, permitirán mejorar la fiabilidad de los tratamientos (optimizando o mejorando los proceso de tratamiento secundario en las estaciones de depuración de agua residual, con vistas a conseguir la eliminación de todos esos productos). Los esfuerzos de investigación y optimización están comenzando a plantearse el enfoque de “una única agua”.
El desarrollo de un sistema integrado de tratamiento comenzando con un agua residual bruta, siguiendo con un proceso de depuración secundario y terminando con un proceso de purificación avanzado del agua, podría asegurar una mejor fiabilidad y resiliencia. La variabilidad de la calidad del afluente a una estación de purificación avanzada del agua, debido a las vertidos diurnos de aguas residuales o los vertidos periódicos de aguas residuales industriales (p.e. el número y tipo de las industrias reguladas, como las tintorerías, compuestos específicos regulados que han de cumplir con las normas de calidad del agua de consumo humano, y un programa de priorización de contaminantes) tienen un impacto directo en el rendimiento de una línea de tratamiento de agua para la reutilización potable.
Una revisión de los programas de control de fuentes de contaminación incluidos en los proyectos de reutilización potable del agua indica que cada programa es único para la zona servida por la estación de depuración de aguas residuales, en razón por ejemplo de la población servida o del número de industrias existentes en la zona de servicio. El tipo de proceso de tratamiento secundario y el grado de eliminación de nutrientes conseguido por la estación depuradora de aguas residuales podrían potencialmente optimizarse para reducir las cargas de contaminantes afluentes a la estación de purificación avanzada de agua. Un ejemplo de cómo poder llevar todo esto a la práctica lo ofrece la estrecha colaboración que el OCWD ha venido llevando a cabo con el Orange County Sanitation District a fin de identificar los componentes prioritarios que deben ser vigilados sistemáticamente (p.e. NDMA) y optimizar las operaciones del tratamiento secundario la estación depuradora número 1, con vistas a complementar la instalación avanzada de purificación de agua.
Este artículo fue publicado originalmente en Journal AWWA, Vol. 109, No. 3, pp. 60-63.
