Cambio de paradigma en la gestión integrada de los ......• Importantes avances tecnológicos en...
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Alberto Galvis C.Profesor TitularInstituto CinaraUniversidad del Valle
Cambio de paradigma en la gestión integrada de los recursos hídricos en zonas urbanas
Objetivos de Desarrollo del Milenio
Meta 10: para el 2015 reducir a la mitad la proporción de personas sin acceso sostenible a agua de abasto segura y saneamiento.
Crecimiento poblacional en el mundo
Source: PRB, 2006
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2
4
6
8
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New stone age Middle age
7000 1000 100030005000A.D.B.C.
Bronze Iron age
Modern age
2-5 Million Years
Old stone age
Contemporary age
2000
Rural 63%
Urbano 37%
Rural 40%
Rural 53%
Urbano 47%
Urbano 60%
Densidad urbana Numero de habitantes /vivienda: 3 hab/vivienda en países desarrollados, 5 – 10 hab/vivienda en países en desarrollo
Mas de la mitad de la población mundial vive en zonas urbanas
Incremento de la urbanización
Ban Ki-moon, UN Secretary General
Cada día 160.000 personas van a vivir en áreas urbanas1970 2000 2030
Temperatura
Nivel del agua en el mar
Cobertura de nieve en elhemisferio norte(Marzo – Abril)
Calentamiento Global
Evolución de los sistemas de drenaje y control de contamina de los recursos hídricos
3500 AC Sistema de drenaje en piedra en Mesopotamia
3000 AC Sistemas de tuberías de arcilla y tuberías conectadas a las casas, en Babilonia
3000-2000 AC (Cnosos) - Civilización Indo Canales de lluvias; leyes para el manejo de ALL y AR
2800-1100 AC Civilización Minoica (Ur, Babilonia) Sistema de Drenaje combinado; aprovechamiento de
agua lluvia
• Importantes avances tecnológicos en el drenaje urbano
• Sistemas para drenar carreteras
• Construcción de Canales
• Construcción de grandescolectores subterráneos Cloaca máxima (510 AC)
800 AC-300 DC - Imperio Romano
• Disposición de basuras en el sistema de drenaje
• Recolección y aprovechamiento de aguas lluvias
Egipcios, Ititas, Griegos y ChinosTambién construyeroninfraestructura de sistemasde drenaje similaresa la otras culturas
800 AC-300 DC - Imperio Romano
Desarrollos empíricosen la Hidráulica
Los Incas
Culto al agua
Sistemas de irrigación
• Personas emigran delas ciudades
• Abandono de serviciospúblicos (Alumbrado, acueducto,alcantarillado)
• Indiferencia en la Edad Media aprácticas de higiene y limpieza
• Pocos avances en el desarrollo tecnológico de los sistemas de drenaje
Caída del Imperio – Siglo XV
• Europa, Londres y otras ciudades implementaron zanjas abiertas para transportar: Aguas lluvias, aguas residuales y basura
• Posteriormente estos sistemas se convirtieron en alcantarillado combinado
• Esto genero muchos inconvenientes a los usuarios, sin embargo estos sistemas se siguieron construyendo
• Insuficiente planificación
• Falta de técnicas de ingeniería de diseño
1300-1400 Europa
Siglo XIV La peste en Europa
Pandemia que asoló Europa
Causó la muerte de un 30 a un 60% de la población del continente europeo,
1600s – 1700s
• Inadecuado O&M de los alcantarillados construidos en Europa dieron lugar al mal funcionamiento de los sistemas, con bloqueos y molestias a la comunidad
• A finales de 1700s fue mejorando la percepción pública sobre los sistemas de drenaje
Leeuwenhock (1632 – 1723)Precursor del microscopio
• A partir de 1820 se utilizan nuevos materiales mejorando la eficiencia hidráulica
• A mediados de 1800 se instituyeron, en la mayor parte de Europa, normas de velocidad mínima para prevenir la sedimentación de sólidos en colectores
1800s, Mejoras en el Diseño y Construcción de Sistemas de
Alcantarillado
Latinoamerica Uso del arco en obras hidráulicas
1790 acueductode Guadalupe, Mexico
1723 Arcos de Lapa, Brasil
• Hamburgo (1843)
• Londres• Paris• Chicago• Brooklyn
• Primeros cálculos de ingeniería en el diseño de sistemas de alcantarillado
1840s – 1850sDiseño Integral de Sistema de
Alcantarillado
(1850s)
• Se extiende a Europa el uso del alcantarillado combinado
• Muy poca experiencia en sistemas separados con lo cual se limita la posibilidad de una adecuada comparación
• Finales de 1800s se construyen los primeros sistemas separados
• Algunos criterios de selección
1800s
Alcantarillado combinado o separado?
1854 - John SnowEpidemia de Colera en Londres
Los puntos son casos de cólera durante la epidemia en Londres de 1854. Las cruces representan los pozos de agua de los que bebían los enfermos.
Demostró que el colera era causado por el consumo de aguas contaminadas con materias fecales, al comprobar que los casos de esta enfermedad se agrupaban en las zonas donde el agua consumida estaba contaminada con heces en la ciudad de Londres
Descubrimiento de la vida microbiana
Se empieza a aclarar el papel de los patógenos en las principales epidemias.
Louis Pasteur
Un hecho notable en el Siglo 19…
• Base científica para demostrar el incremento entre la descarga de aguas residuales, la contaminación de las fuentes receptoras y los brotes de enfermedad
• 1890 Se cuestiona la practica de verter AR directamente a fuentes receptoras, especialmente a las fuentes de agua para consumo humano
Identificación de enfermedades transmitidas por el agua
Relación científica del agua y las enfermedades Respuesta tecnológica
• Desinfección o filtración del agua de bebida (tratamiento del agua)
• Transporte de las excreta (patógenos) fuera de la ciudad (aparatos sanitario, sistema de alcantarillado).
• Posteriormente se incluyeron los sistemas de tratamiento de aguas residuales al final del sistema de alcantarillado.
• En la segunda mitad del siglo XIX se sustituyeron las ecuaciones empíricas para dimensionar colectores
• Aparecen los métodos basados en principios de la hidráulica y la hidrología
• En USA se estudio la relación de la intensidad y duración de la lluvia
• Se construyeron curvas de diseño
• Método racional C=QiA
1850s Hidrología Urbana
1900s Tecnología para el Tratamiento de Aguas
Residuales
1901 Filtros percoladores
1912 Digestión de lodos
1913 Procesos de lodosactivados
1920 Sistema de tratamiento químico
Sistema de tratamiento biológico
• Desarrollo en tecnologías de tratamiento de agua
• Mayor conciencia de impactos ambientales
• 1925 Ecuación de Streeter y Phelps
• Las primeras décadas se trabajo en el proceso de precipitación –Escorrentía para optimizar los sistemas de drenaje
• Concepto de hidrógrama unitario (1930), este tipo de métodos enfrenta inicialmente el problema de escasez de datos
• Desarrollo de métodos simplificados
1900s – 1930s
−+−=
−=
2,2212
1
OOkDBOkdt
dO
DBOkdt
dDBO
sat
• Desarrollo e implementación de modelos matemáticos apoyados en el desarrollo de la computación y la informática
• Utilización de técnicas avanzadas de matemáticos y estadísticos
• Optimización en el diseño de infraestructura
• Utilización de nuevos materiales
• Innovación en la rehabilitación de sistemas de alcantarillado
1960s – 1970s
Red de distribución de agua
Red de Alcantarillado
PTAR Centralizada
Efluente de final
Ciclo urbano del agua – enfoque convencional
Planta detratamiento
Tasa
por
100
,000
hab
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es
16
1910
8
1920
24
1900 195019401930 1960
Tasa de Mortalidad de la Fiebre TifoideaEstados Unidos, 1900-1960
Comenzando Cloración
Origen: U. S. Center for Disease Control and Prevention, 1997.
Algunas estrategias tuvieron en su momento un impacto significativo
• 1960s Se empieza a identificar la importancia de la calidad del escurrimiento superficial en los cuerpos receptores
• 1970s Se empieza a incluir en los planes de manejo el control de la contaminación por escurrimiento superficial
1960s - 1970s
Re aireación atmosférica
OXÍGENO
Demanda Béntica
DBOCarbonácea
Fósforo Organico
AlgasClorofila a
Amonio
Nitritos
Nitratos
Sedimentación
FotosíntesisRespiración
Balance de oxígeno
Fósforo Disuelto
N. OrgánicoResuspención
Procesos del Oxigeno
Representación Funcional
( )2032 )( −−+ T
S ODCK θ)20(
343 .. −− Tdd DBOK θ
)20(4341 ... −− TNHKY θ
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1B−
dtdOD
)20(353 .. −− T
ss DBOK θ
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Representación Funcional
qCKCxCAD
xAxCU
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d+−=
∂∂
∂∂
−∂∂
+∂∂ 1
Modelo de Calidad de Agua
• Desarrollo e implementación de modelos matemáticos apoyados en el desarrollo de la computación y la informática
• Utilización de técnicas avanzadas de matemáticos y estadísticos
• Optimización en el diseño de infraestructura
• Utilización de nuevos materiales
• Innovación en la rehabilitación de sistemas de alcantarillado
1960s – 1970s
• Finales de 1970s e inicios de 1980s. Planificación del recurso hídrico teniendo la cuenca como unidad de análisis
• 1980s. Estudio de los impactos hidráulicos, bioquímicos, ecológicos y químicos de las descargas de los sistemas de drenaje en las fuentes receptoras
1970s – 1980s
Descargas de residuos
Grado de Conocimiento
Hidrodinámicos
Transporte
Morfología
Calidad de Agua
Ecología
Evolución de los modelos
Evolución de los MC
Se cuenta con un buen servicio de agua y saneamiento?
Algunas cifras:
1000 millones de personas no tiene acceso a agua segura
2200 millones carecen de saneamiento adecuado
5000 millones de personas viven en condiciones donde las aguas residuales son descargadas sin ningún tratamiento en los cuerpos hidricos locales
Tratamiento de AR en el mundo
Source: (JMP, OMS-UNICEF, 2000)
35%
14%
90%
66%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Asia LAC USA Europe
Perc
enta
ge(%
)
2005:Ginebra, Guacarí, La Unión, Roldanillo, Toro, Yumbo, Cali, Caloto, Cajibio, Caldono, Corinto, Jambaló, Morales, Toribio
2010:Cerrito, Riofrío, Tuluá, Pradera, Ulloa, Caicedonia, Buga, Bugalagrande, Padilla
2015:Florida, Candelaria, Jamundí, Palmira, Puerto Tejada, Villarica
PTARs
Valle del Cauca, Colombia
Índice de calidad del agua para el Río Cauca - (ICAUCA)
P. B
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A. N
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0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Distancia (Km.)
ICA
UCA
v 1
.0
1993 - 1997 1998 - 2002Invierno InviernoTransición TransiciónVerano Verano
Óptima
Pésima
InadecuadaAceptable
Buena
TRAMO IIITRAMO IITRAMO I
Áre
a U
rban
a de
Cal
i
Descarga canal sur Cali, Colombia
Descargas de AR sin tratamiento
Descarga canal oriental
A
El Pais, Agosto 7 de 1999 El Pais, Junio 15 1997
EL País, 29 de mayo de 2002
Agua y SaneamientoAspectos económicos del cambio generacional
Costo relativo por vivienda
Primera (….1800)
Segunda1800-1900
Tercera1900-2010
Cuarta2010 ….
Generaciones
Estamos aqui
Source: Instititute for Sustainable Futures, 2009
2000……..
2001-2005 Evaluación de los ecosistemas del Milenio
• Todas las personas del mundo dependen por completo de los Ecosistemas de la Tierra y de los servicios que estos proporcionan como los alimentos, el agua, la gestación de enfermedades, la regulación del clima, la satisfacción espiritual y el placer estético.
Los cambios de paradigmaen el manejo del agua
Tendencias en el enfoque de la calidad del agua en paises desarrollados
Organic pollution
Metal pollution
Salinisation
Faecalpollution
Nitrate
Organic pollutants
Acid rain
Rad
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Impo
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sues
1850 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Source: Chapman, 1996
Desarrollo Históricodel Drenaje Urbano
Fuente: Adaptado de EAWAG NEWS 57e, 2003
Evolución del manejo del escurrimiento superficial
Pre-1960´S 1990´S 2000´s
Recreación,Estética y
Otros
Cantidad
Cantidad
Recreación,Estética y
Otros
Calidad
Cantidad
Recreación,Estética y
Otros
Calidad
Recurso para abastecimien
to de agua
Cantidad
Parámetro Unidad
Aguas pluviales urbana Alcantarillado combinadoAguas
residuales urbanas
Media de los datos de Ducan(1999)
U.S. NURPMedian site(U.S. E.P.A,
1983)
Ellis (1991), Philippe y
Ranchet (1978), Memento
Degremont (1989)
European CSO data
(Marsalek et al., 1993)
Ellis (1991), Philippe y Ranchet (1978),
Memento Degremont
(1989)
Ellis (1991), Philippe y Ranchet(1978),
Memento Degremont
(1989)Solidos SupendidosTotales (SST) mg/L 150 100 21-2600 50-430 176-2500 150-500
Fósforo Total mg/L 0.35 0.33 0.02-4.3 2.2-10 6.5-14.0 10-25Nitrogeno Total mg/L 2.6 - 4-20 8-12 21-28.5 30-100Demanda Químicade Oxígeno (DQO) mg/L 80 65 20-500 150-400 42-900 300-1000
DemandaBioquímica de Oxígeno, (DBO)
mg/L 14 9 3-184 45-90 15-301 100-400
Aceite y Grasas mg/L 8.7 - - - - -Plomo Total (Pb) mg/L 0.140 0.144 - 0.01-0.10 - -Zinc Total (Zn) mg/L 0.240 0.160 - 0.06-0.40 - -
Cobre Total(Cu) mg/L 0.050 0.034 - - - -
Coliformes Fecales FCU/100 mL 8,000 - - 104-107 - -
Calidad del agua de escorrentía y de alcantarillado combinado
Fuente: Marsalek et al., (2006) Torres, (2004)
De un sistema lineal a un sistema de “ Ciclo cerrado“
Past
V. National Government
IV. District Government
III. Local Government
II. Community/Neighbourhood
I. Household
Future
Enfoque de Saneamiento Ambiental desde la vivienda
Source: Morel, 2003
Tres pasos estratégicos para la gestión de aguas residuales
Source: Gijzen, 2005
Uso racionaldel agua
Tratamientopara la
reutilización
Auto-depuración
AgriculturaAcuacultura
Recuperación de energía
Ciclo Urbano del Agua
Recursos hídricos
Producción y distribución del
agua potable
Paso 1 Paso 2 Paso 3ESTRATEGIA
SITUACIÓN
ACTUAL
Eco-TecnologíasBiogásEfluenteLodoAlimentos
Colección y tratamiento de
las aguas residuales
Cali – consumo del agua por estrato 2002-2010
GIRH en asentamientos nucleados
CONDICIONES AMBIENTALES
AGUA SUPERFICIAL AGUA LLUVIA
AGUA SUBTERRANEA
CONTEXTO SOCIO-ECONOMICO CULTURAL
Cuenca hidrográfica
Asentamiento humanoHogar
AGUA RESIDUAL DRENAJE URBANO
TRATAMIENTO
SERVICIOS AMBIENTALES
DESECHOS SÓLIDOS
AGUA DISPONIBLE
PML
Ecosistemas humanos
Ecosistemas naturales
Source: Universidad del Valle et al., 2005
Economía de escala en inversionesen agua y saneamiento
10,000 2,000
Liters per Household per day Liters per capita per day
100 20
0.1
1.0
10.
SANITATION
WATER
SUPPLY
Cos
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Developed Countries
Time
Time outside of the standard
Pollu
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n
Environmental Standard
Concentration observed or
modeled
Developing Countries
Time
All time outside of the standard
Objective: Achieve the standard
Pollu
tant
Con
cent
ratio
n
Metas de calidad de agua en paises desarrollados y en desarrollo
Source: von Sperling, 2007
Requerimientos para la gestión del agua en países desarrollados y en desarrollo
Fuente: Bundi & Truffer, 2003
Higiene
Nutrición
Comodidad
Prosperidad
Ecología
Estética
Países en vía de desarrollo
Países desarrollados
Potencial de la aplicación de estrategias de los tres pasos enCali y en la cuenca alta del Río Cauca
Algunas consideraciones sobre el cambio de paradigama en el control
de contaminación por aguas residuales
Vision holistica (1)
• El control de la contaminación y el cambio de paradigma deben concebirse en el marco de la GIRH.
• Es necesario involucrar a todos los actores (evitar el “síndrome de la bella durmiente”). La relación con algunos sectores (el político, por ejemplo) puede resultar complejo pero resulta indispensable.
Vision holistica (2)
• Considerar como componentes de un mismo sistema. Abastecimiento de agua, alcantarillado, la PTAR y el cuerpo receptor. En lo posible la selección de tecnología debe tener en cuenta estos componentes de manera conjunta
• La optimización del sistema de alcantarillado debe tener prioridad a la construcción de un sistema de tratamiento de aguas residuales. En algunos casos la construcción de la PTAR se da cuando el alcantarillado ya ha cumplido su vida útil
Una meta de largo plazo
La recuperación de la calidad de un cuerpo hídrico puede llegar a ser una meta de largo plazo, que requiere acciones de corto, mediano y largo plazo.
Descentralización
Los costos de inversión inicial y O&M y el impacto en los cuerpos hídricos, favorecen las soluciones descentralizadas en el caso de los servicios de saneamiento.
La cuenca como unidad de análisis
• En muchos casos la jurisdicción de las autoridades ambientales no coincide con la cuenca hidrográfica. Un consejo de cuenca puede resultar más viable que pretender crear una autoridad de cuenca.
• Es importante considerar que los acuíferos no necesariamente coinciden con la cuenca hidrográfica cuando se entiende como la divisoria de aguas.
• Es necesario conformar los consejos de cuencas, para lo cual el trabajo interinstitucional e interdisciplinario es fundamental
Coordinación interinstitucional
• La coordinación interinstitucional es indispensable. En la práctica es una actividad compleja.
• Es importante desarrollar proyectos de aprendizaje en equipo PAEs (Alianzas de Aprendizaje)
• La coordinación interinstitucional como estrategia para optimizar el monitoreo de los recursos hídricos
De la planta de tratamiento (solución al final el tubo) al control de la contaminación por aguas residuales
- Minimización y prevención (vivienda, urbanización, barrio, ciudad)
- El sistema de alcantarillado como parte integral del control de la contaminación
- Tratamiento por métodos naturales
- Reuso
- Aprovechamiento de la capacidad de autodepuración del cuerpo hídrico
- Manejo integral de los residuos sólidos
- La automatización y los sistemas de alerta temprana.
Acerca de la Normatividad (1)
• La normatividad por sí sola no resuelve el problema de contaminación
• La definición de políticas genera un espacio para la normatividad y para promover nuevas estrategias. Sin embargo en algunos casos
• La aplicación de la normatividad requiere acciones de seguimiento y un adecuado monitoreo
• La normatividad debe reconocer las acciones alternas y/o complementarias a la planta de tratamiento de aguas residuales. Esto incluye las estrategias de producción más limpia para el sector industrial
Acerca de la Normatividad (2)• Algunos temas, como el reuso de efluentes tratados y
aprovechamiento de biosolidos requiere de una normatividad ajustada a las condiciones locales, tomando como base las Guías de la OMS.
• Incluir en la normatividad el control de la contaminación difusa con estrategias de minimización y prevención.
• La normatividad debe estimular las buenas prácticas en el control d ela contaminación por aguas residuales
• Incluir diferentes parámetros de acuerdo con las características y problemáticas locales.
Abordar causas estructurales
• Gobernanza
• Fortalecimiento institucional
• Normatividad
• Participación ciudadana
• Educación
• Desarrollo científico y tecnológico
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