Introducción a Sistemas de Saneamiento

Water resources are under increasing pressure. Continuing population growth, urbanisation, rapid industrialisation as well as expanding and intensifying food production are all putting pressure on water resources (UNEP 2010). Once used, water is often discharged without any treatment - despite the urgent need for water and nutrients in agriculture and the contamination of aquatic ecosystems. In order to meet future demands for water and nutrients it is important to adopt a sustainable wastewater management.

Wastewater management refers to the process in which wastes and wastewater are managed from the point of generation to the point of use or ultimate disposal. The hardware answers to wastewater management are sanitation systems. Sanitation systems are a combination of different functional units that together allow managing and reusing or disposing the different waste flows from households, institutions, agriculture or industries in order to protect people and the environment. The systems are designed to address the whole water as well as the nutrients cycle, from the toilet user where wastewater is generated, over the collection, treatment up to reuse or discharge. In order that sanitation systems function reliably, the technical know-how for the installation of functional units as well as their management, operation and maintenance must be guaranteed.

Conventional sanitation systems generally refer to large sewer systems with centralised high-tech treatment stations. These systems may be efficient and have significantly contributed to improving the health of people and to lower environmental burden of wastewater discharge during the past decades. However, they require huge amounts of water, which is mixed with excreta and wastes, resulting in large volumes of highly polluted wastewaters. Centralised treatment stations for these slurries not only involve large costs for construction and operation, consume energy and chemicals, and have great management requirements, but also are the nutrients lost to the air or finally disposed in landfills. Conventional wastewater treatment systems have a large potential to be optimised and to be made more sustainable by reducing the use of water (e.g. dry systems) and improving the recovery and reuse of nutrients and energy.

There are many ways to improve conventional sanitation systems in order to reduce the use of water or to efficiently recycle the generated wastewater and nutrients on any level (see also TILLEY et al. 2008 for some examples).

In this toolbox, you will find the description a various functional units that can be combined in order to build a sanitation system. The different functional units, according to their position in the sanitation system, can be found in the hardware chapters of the “use”, “collection”, “treatment” and “recharge/reuse” section. Each functional unit is described in terms of function and design. You will also find information on in what context a given unit is applicable and what are the disadvantages and advantages of the technology applied. This information is particularly important as only based on that, different functional units can be combined in order to optimise water and nutrient use and achieve the sustainability of the sanitation system. Thus, by choosing the appropriate hardware tools (functional units) from the sections “use”, “collection”, “treatment” and “reuse”, together with the corresponding software tools adapted for your context, you can design an integrated and appropriate sanitation system designed particularly for your situation.
The following overall scheme is intended to give you a better overview on how what kind of functional units can be found in the toolbox and they fit together.

Overview on the different functional unit described in the SSWM toolbox and how they are interlinked. Source: SPUHLER (2010)

El agua residual puede tener diferentes significados para varios sectores, por lo cual existen un sinnúmero de definiciones; generalmente, se la describe como el agua que fue utilizada en un sitio y no puede usarse nunca más en este por lo cual se la dispone en otro lugar (UNEP 2010). Actualmente se han desarrollado diferentes términos para describir la composición de los diferentes tipos de aguas residuales, con el objetivo de optimizar el ciclo del agua y nutrientes, sobre todo para enfatizar el hecho de que los usuarios pueden reusarla para otros propósitos dependiendo de su composición. Se puede definir al agua residual, desde una perspectiva general, como la combinación de una o mas de los siguientes efluentes: doméstico, agua de establecimientos comerciales e instituciones (incluyendo hospitales), efluentes industriales, agua lluvia y otras escorrentías urbanas, efluentes agrícolas, hortícolas y acuícolas. Los términos usados para describir los diferentes tipos de aguas residuales en la Caja de Herramientas “Gestión de Agua y Saneamiento Sostenible” son:

• Agua (dulce, superficial o subterránea)
• Precipitación (lluvia/ agua lluvia o pluvial)
• Agua Potable
• Agua Negra
• Lodos Fecales (depositados / agua negra pre tratada)
• Agua Gris
• Orina
• Heces
• Excreta
• Residuos Orgánicos
• Agua Residual no biodegradable (p. ej.: agua residual industrial; agua de la agricultura)
• Agua de Irrigación
• Fertilizante (p. ej.: orina almacenada, estruvita, phoskraft etc.)
• Biogás
• Compost / Biosólidos (incluyen humanure, terra preta etc.)

Existen diferentes unidades funcionales para aguas residuales generadas por diferentes usos como doméstico, industrial y agricultura.

A nivel doméstico se generan aguas residuales en baños y cocinas, por lo cual las herramientas tecnológicas desarrolladas para la optimización del uso de agua en el hogar, y por tanto la generación de aguas residuales son los sistemas de baños, duchas y bañeras.

Los procesos de generación de las aguas residuales industriales, son variables por lo cual las unidades funcionales de generación de aguas residuales industriales no se describen en detalle. Sin embargo, éstas también son biodegradables y pueden tratarse de manera similar que las aguas negras y grises a nivel doméstico; en el caso de que los componentes contaminantes no sean biodegradables, requerirán un proceso de tratamiento de oxidación avanzado. Frecuentemente, las aguas industriales solo contienen calor, que puede ser utilizado para la generación de energía en otros procesos (p. ej. acuacultura).

De manera similar, el agua residual agrícola es biodegradable (frecuentemente) y puede tratarse y reusarse como agua negra (p.ej. estiércol procedente de la ganadería), como también puede no ser biodegradable (p.ej. el agua que se encuentra en los residuos de pesticidas etc.) y requerirá de tratamientos avanzados de oxidación.

La optimización del uso de agua y la generación de aguas residuales consiste principalmente en la reducción de los requerimientos de agua (p.ej. escoger un inodoro seco o de bajo flujo) y en la separación de los diferentes flujos de aguas residuales a tratar, lo que permite usarla más fácilmente de acuerdo a su composición (p. ej. separación en la fuente).

Si los diferentes flujos residuales no se tratan, se reutilizan o se descargan en el sitio de generación, se necesita recolectar las aguas residuales para manejarlas en unidades semi-centralizadas o centralizadas.

Esto se puede realizar ya sea en sistemas alcantarillado de recolección o por transporte. Los sistemas de alcantarillado comprenden altos costos para su instalación y requieren grandes esfuerzos de operación y mantenimiento. Existen diferentes maneras para optimizar un sistema de alcantarillado, como colectar la lluvia y agua pluvial por separado (o reusarla directamente), simplificar la red (alcantarillado a pequeña escala o usar menos conexiones y bombas) y reducir el tamaño requerido (y por consiguiente la operación y mantenimiento) por medio de la instalación de varios DEWATS (sistemas descentralizados de manejo de aguas residuales -decentralised waste water treatment system) en lugar de estaciones grandes de tratamiento. El transporte manual puede ser caro y causar riesgos a la salud, especialmente cuando se disuelven las aguas residuales, pero cuando la orina y las heces se tratan como productos por separado puede realizarse el transporte de una manera más fácil y segura, por ejemplo la utilización de un camión aspirador puede reducir el inconveniente del riesgo a la salud asociados con el transporte manual.

El tratamiento de aguas residuales comprende la preparación y transformación de las aguas residuales y sus componentes (p. ej. agua negra, lodos fecales, agua gris, aguas no biodegradables, etc.) para su reutilización segura o disposición, con el fin de minimizar los riesgos a la salud humana y proteger al ambiente de la contaminación.

Los principales parámetros que se deben tomar en cuenta, que representan sustancias que necesitan ser tratados/removidos (dependiendo de las opciones de reutilización/recarga/descarga) son: los sólidos (sólidos totales suspendidos STS), la demanda biológica y química de oxígeno (DQO y DBO), nutrientes (principalmente nitrógeno y fósforo) y los microorganismos patógenos. Otros contaminantes que necesitan ser tratados son los metales pesados o componentes orgánicos persistentes (p. ej. pesticidas, productos farmacéuticos, micro contaminantes).

Frecuentemente se trata el agua residual doméstica con procesos de tratamiento biológicos. Las aguas residuales no biodegradables (p. ej. elementos de la industria farmacéutica o fábricas de pesticidas) necesitan tratarse químicamente.

La optimización de los tratamientos de las aguas residuales depende en gran parte de las condiciones del contexto y la localidad. Las principales maneras para la optimización del tratamiento de aguas residuales radica en: la reutilización de productos (p. ej. agua y nutrientes, ver también saneamiento sostenible), la optimización del requerimiento de energía (p.ej. tratamiento anaeróbico de aguas residuales vs. tratamiento aeróbico de aguas residuales) y la optimización la escala (p. ej. tratamientos de aguas residuales in-situ o tratamientos descentralizados de aguas residuales vs. tratamientos semi-centralizados). El principal factor que influye para que un sistema de tratamiento de aguas residuales pueda o no ser optimizado, es la aptitud para que una unidad funcional específica se adapte al contexto determinado del  sistema de saneamiento general.

La reutilización y la recarga de las aguas residuales se refiere al uso de diferentes tecnologías y métodos por medio de los cuales los diferentes componentes de las aguas residuales (orina, heces, biogás, compost, etc.) retornen de manera segura al ambiente. Esto puede realizarse mediante procesos productivos alternativos, en el caso de que no se planee reusarlo directamente, siendo una forma segura de disposición o recarga. La acción más efectiva, en caso de que sea posible, será reusar el agua, nutrientes y energía que está contenida en los diferentes flujos residuales.

La optimización de la reutilización de las aguas residuales dependen de la manera en que estas han sido recolectadas y pre-tratadas, por consiguiente dependen en sí del sistema sanitario, por ejemplo: los productos de compostaje provenientes de los residuos orgánicos, la excreta o los lodos pueden usarse como acondicionamiento para el suelo, mientras que la orina puede emplearse como fertilizante líquido, de igual manera el biogás se puede usar para cocinar o para producir energía y finalmente el agua pre-tratada, que aún contiene nutrientes, puede ser utilizada en irrigación.