Soluciones innovadoras para las aguas residuales: ¿cómo abordar el problema mundial de los desechos humanos?

Las soluciones descentralizadas y basadas en la naturaleza se consideran fundamentales para sanear los problemas de las aguas residuales urbanas y reducir la presión sobre los sistemas de alcantarillado centralizados o proporcionar alternativas asequibles y eficaces a estos.

La suma de los desechos humanos producidos por 7 800 millones de personas está afectando gravemente a la salud humana y al medio ambiente, ya que las aguas residuales añaden por año unos 6.2 millones de toneladas de nitrógeno a las aguas costeras, junto con cantidades desconocidas de otros contaminantes, entre los que se incluyen desde productos farmacéuticos hasta microplásticos.

La contaminación producida por las aguas residuales es tan grave que contribuye a la desestabilización de los sistemas de funcionamiento seguro de la Tierra y afecta negativamente, al menos, cinco límites planetarios; afecta el agua dulce, los océanos y la tierra con sobrecargas de nutrientes y otros contaminantes; daña la biodiversidad e, incluso, contribuye al cambio climático.

Sin embargo, aunque la contaminación por aguas residuales es una peligrosa hidra de varias cabezas, se está probando e implementando una plétora de tecnologías e innovaciones para hacerle frente a la crisis. La buena noticia es que cada solución local que funcione, y cuyo uso luego se pueda ampliar a nivel mundial, ofrece la posibilidad de comenzar a retroceder respecto a la posibilidad de rebasar varios de los límites planetarios.

Actualmente, se realiza una gran labor en todo el mundo no solo para tratar las aguas residuales y ofrecer un saneamiento adecuado, sino también para recuperar y reutilizar los valiosos nutrientes y el agua dulce que desechamos a diario.

Agua residual sin tratar que ingresa al océano en Roatán, Honduras. Foto de Antonio Busiello/Coral Reef Alliance.

Apoyo a las comunidades y protección de los ecosistemas

Aproximadamente seis de cada diez personas a nivel mundial carecen de acceso a un sanitario adecuado, según la Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (U.S. Agency for International Development, USAID). En las naciones en desarrollo, donde hacen falta sistemas básicos de saneamiento e instalaciones de tratamiento de aguas, el acceso a un sanitario seguro constituye una primera medida esencial. Sin estos servicios, las comunidades pueden estar expuestas a bacterias y enfermedades nocivas, mientras que los ecosistemas —arrecifes de coral y  praderas marinas— pueden estar sobrecargados de nutrientes (nitrógeno y fósforo) o amenazados por las sustancias químicas tóxicas que se encuentran en las aguas residuales.

Muchas organizaciones, como Naciones Unidas y USAID, junto con varios países, trabajan activamente para resolver los problemas relativos a las condiciones higiénicas básicas. La organización Coral Reef Alliance (CORAL) es solo un ejemplo de las ONG que trabajan para catalizar ese esfuerzo. Esta apoya a las comunidades ayudándolas a hallar soluciones de saneamiento que protejan los arrecifes. La directora de conservación de CORAL, Helen Fox, señala dos de esos proyectos.

En Roatán, Honduras, la ONG involucró a partes interesadas y comunidades locales para poner nuevamente en funcionamiento una planta de tratamiento de aguas residuales que estaba en sus últimas. Desde que la planta se reactivó, se ha reducido la contaminación y las playas locales se declararon zona con bandera azul (seguras para los turistas), lo que evidentemente brinda beneficios para la salud pública, el comercio y la economía. Asimismo, ha disminuido la enfermedad en los arrecifes de coral. Si bien no es que la totalidad de esta mejora se atribuya a la disminución de la contaminación del agua, sin dudas es un factor, dice CORAL.

De manera similar, en Puakō, en la Isla Grande de Hawái, las aguas cloacales no tratadas se filtran desde los pozos de la comunidad, los sistemas de tratamiento aeróbico y los sistemas sépticos a las aguas subterráneas y corren directamente hasta el océano en apenas cinco horas después de su vertido, lo que daña los arrecifes de coral y pone en riesgo la salud humana. Tras varios años de seguimiento y debates entre CORAL, la población local y el gobierno, en 2021 se aprobó una financiación de 1.8 millones de dólares para el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales que podría resolver el problema.

“Creo que es importante que las soluciones se adapten al problema”, expresa Fox. Hacerlo “puede ser un proceso largo, pero, al mismo tiempo, hay ejemplos de ecosistemas que se recuperan con relativa rapidez una vez eliminada esa amenaza de contaminación”.

Un arrecife de coral en Komodo, Indonesia. Foto de Beth Watson/Ocean Image Bank.

Miembro del personal de la Planta de Tratamiento de Agua Polos en Half Moon Bay, Roatán, Honduras. Allí se redujo significativamente la contaminación, lo que benefició a los lugareños y a los arrecifes de coral. Foto de Antonio Busiello/Coral Reef Alliance.

Infraestructura deteriorada y riesgos climáticos

Hay una idea popular errónea de que el tratamiento inadecuado de los residuos es un problema sobre todo de los países en desarrollo. Sin embargo, los sistemas anticuados y deteriorados de tratamiento de aguas cloacales que prestan servicio a muchos países desarrollados, entre ellos los Estados Unidos, el Reino Unido y las naciones de la Unión Europea, se enfrentan a problemas de residuos igualmente importantes.

El problema más grave surgió a raíz de un fallo de diseño de los sistemas de tratamiento de finales del siglo XIX y principios del XX, conocido como desbordamiento de alcantarillado combinado (CSO, por sus siglas en inglés). Estos sistemas envían los desechos y las aguas pluviales por las mismas tuberías, lo que funciona bien hasta que se producen lluvias torrenciales; algo cada vez más frecuente, debido al cambio climático. Es entonces cuando el torrente de agua sucia debe circular por las plantas de tratamiento saturadas y, como consecuencia, arroja miles de litros de aguas residuales sin tratar o parcialmente tratadas a ríos, lagos y océanos.

De acuerdo con Riverkeeper, una ONG que protege la cuenca del río Hudson, todos los años se vierten más de 102 millones de metros cúbicos de aguas sin tratar y aguas pluviales contaminadas de 460 CSO en el puerto de Nueva York. A esto hay que agregar los 860 municipios de Estados Unidos  —incluidos centros urbanos como Chicago y San Luis— donde los CSO constituyen un problema prioritario de contaminación del agua. El problema también es importante en la Unión Europea y en Gran Bretaña, donde se cuentan decenas de miles de CSO.

Los CSO son un dolor de cabeza heredado de las aguas residuales, cuyo arreglo puede costar muchos miles de millones de dólares por municipio, una carga financiera que la mayoría de las metrópolis con problemas de liquidez no puede permitirse. Una solución cara: construir túneles profundos, que aumenten la capacidad de almacenamiento de los alcantarillados y, en teoría, den tiempo para que el agua se trate y se elimine como corresponde durante las tormentas. Uno de esos sistemas implementado en Milwaukee con éxito, cuenta con una capacidad de almacenamiento de 2 millones de metros cúbicos. No obstante, el costo fue alto: de más de 5000 millones de dólares.

No se puede depender de tales inversiones a gran escala para eliminar los desbordamientos cloacales por completo y estas mismas pueden verse sobrepasadas por los eventos meteorológicos extremos cada vez más frecuentes. En Indiana, el sistema de túneles DigIndy de 2000 millones de dólares, en construcción, tiene el objetivo de reducir los vertidos de CSO en un 97 %. El proyecto, sin embargo, se diseñó usando las cifras de precipitaciones de la década de los noventa. Sin embargo, se teme que el aumento de las precipitaciones en el estado en las próximas décadas supere la capacidad del nuevo túnel. Las proyecciones climáticas de todo el mundo advierten de que habrá muchos más acontecimientos de precipitaciones extremas en los que lloverá muchos milímetros en unas pocas horas.

Claramente se necesitan otras soluciones. Entre las opciones más costosas se incluyen el control mejorado de la corriente del agua residual, la separación de los sistemas de tuberías pluviales y cloacales, y la ampliación de las plantas de tratamiento. También se están desarrollando tecnologías de tratamiento rápido del agua.

Los expertos coinciden en que no hay una única solución para los CSO, sino una infinidad de medidas que pueden implementarse. “Se trata de una combinación de infraestructura verde y gris”, dice Barry Liner, director técnico de Water Environment Federation.

El aumento de las precipitaciones, especialmente en forma de lluvias repentinas, es un problema derivado del cambio climático que está agravando los vertidos de aguas residuales de los CSO. Aquí se muestran las precipitaciones anuales normales de EE. UU. como porcentaje del promedio del siglo XX para cada período de U.S. Climate Normals desde 1901-1930 (arriba a la izquierda) hasta 1991-2020 (abajo a la derecha). Los lugares donde las cifras de las precipitaciones anuales normales estuvieron un 12.5 % o más por debajo del promedio del siglo XX aparecen de color marrón oscuro; los lugares donde las cifras de las precipitaciones anuales normales estuvieron un 12.5 % o más por encima del promedio del siglo XX aparecen de color verde oscuro. Mapa de NOAA Climate.gov, en función del análisis de Jared Rennie, North Carolina Institute for Climate Studies (NCEI).

Gorla Maggiore Water Park, Italia. Este humedal de tratamiento de 6 hectáreas se construyó en 2014 en el predio de una plantación abandonada de álamos. Apoya el tratamiento de aguas residuales de CSO, mitiga los riesgos de inundación y proporciona un hábitat. Foto © IRIDRA.

Cómo replantearse los espacios urbanos: pensar a pequeña escala

Se espera que para el año 2050 la población humana llegue a los 9 700 millones y que la cantidad de gente que vive en las ciudades también aumente, lo que ejercerá más presión sobre los sistemas de saneamiento. Ello, junto con los efectos del cambio climático, hace que el tratamiento de las aguas residuales sea un problema cada vez mayor que amenaza con desbordar los sistemas que existen en la actualidad.

Por eso hay que replantearse urgentemente el diseño de las ciudades, afirma Aaron Tartakovsky, cofundador y director ejecutivo de Epic Cleantec. Para él, la gestión sostenible del agua y de las aguas residuales constituyen un “reto global decisivo del siglo XXI”.

Como parte de esta nueva visión urbana, la empresa de Tartakovsky creó un sistema que capta y trata el agua, pero no en una planta de tratamiento de residuos centralizada, sino en los edificios donde se originan los residuos. Una vez que se ha depurado allí, no es necesario eliminar esa agua: ya está limpia para ser reciclada a fin de cubrir las necesidades que no requieren agua potable. Además, a través del proceso se obtienen valiosos fertilizantes naturales y energía térmica que pueden utilizarse localmente.

“Al igual que los paneles fotovoltaicos en los tejados y la generación de energía distribuida ayudaron a descentralizar la red eléctrica, creemos que la reutilización del agua in situ puede hacer que la infraestructura del agua tenga una mayor capacidad de recuperación”, afirma Tartakovsky. “Nuestros colegas del sector de la energía solo nos llevan unos 10-15 años de ventaja”.

Los techos verdes son otra solución basada en la naturaleza que ofrece posibles beneficios para tratar las aguas residuales domésticas y reducir la presión sobre los sistemas cloacales convencionales. Foto cortesía de International Sustainable Solutions a través de Flickr (CC BY-NC 2.0).

Los sistemas descentralizados son necesarios para resolver el problema de la contaminación por aguas residuales a nivel mundial, concuerda Riccardo Zennaro, experto en aguas residuales del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (UNEP).

“El problema con los sistemas convencionales, es decir, el tratamiento de aguas residuales, es que por lo general son muy costosos”, además de estar demasiado centralizados y ser incapaces de afrontar los patrones cambiantes del crecimiento urbano. “En algunas zonas, estos [sistemas centralizados] no son eficaces y no se pueden construir debido a las circunstancias y por falta de financiación”, explica. “Es por esto que pensar a pequeña escala es la manera más eficaz”.

Emplear las soluciones basadas en la naturaleza (SbN) para repensar las zonas urbanas se considera una opción mucho más accesible y asequible, en especial para hacerle frente al acuciante problema de los CSO. La Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN) define estas técnicas como “medidas para proteger, gestionar de forma sostenible y restaurar ecosistemas naturales o modificados que aborden los retos de la sociedad de forma eficaz y adaptativa, proporcionando simultáneamente beneficios para el bienestar humano y la biodiversidad”.

Una SbN, una infraestructura verde, revolucionaría la planificación y el diseño urbanos a través de la construcción de humedales, espacios verdes en los barrios, jardines infiltrantes, jardines en los tejados, biofiltración, con la incorporación de barriles y cisternas para lluvia, así como pavimento permeable para absorber, almacenar y reutilizar la corriente de agua pluvial.

Estas soluciones  basadas en la naturaleza pueden reducir en gran medida la contaminación por aguas residuales al eliminar con eficacia los contaminantes como el nitrógeno y el fósforo, los agentes patógenos y los pesticidas, y pueden complementar la infraestructura de tratamiento existente. Según Katharine Cross, asesora sénior de Water Cities, otros beneficios son la mitigación de las inundaciones, la creación de hábitats y espacios de recreación al aire libre, la regulación de la temperatura y, en algunos casos, la absorción de dióxido de carbono.

Humedal artificial en Conover, Carolina del Norte, Estados Unidos, diseñado para dar apoyo al tratamiento de la escorrentía de aguas pluviales. Los humedales artificiales suelen constar de una base de tierra o gravilla sobre la que se colocan plantas para ayudar a absorber y filtrar el agua residual de los desbordamientos pluviales y otras fuentes. Foto: cortesía de NC Wetlands, a través de Flickr (Public domain).

La liberación de nitrógeno y fósforo a través de las aguas residuales y cloacales ejerce presión sobre los ecosistemas costeros, como los arrecifes de coral y las praderas marinas. Aquí, las algas cultivadas en una cinta transportadora vertical se usan para eliminar el nitrógeno y el fósforo de las aguas residuales y producir un fertilizante reutilizable en el proceso. Foto cortesía de Gross-Wen Technologies.

Un ejemplo es el Parque del Centenario de Chulalongkorn en Bangkok. Esta zona verde acuática, construida en 2017, puede recoger, tratar y retener hasta 3780 m3 de agua, lo que alivia las instalaciones públicas de alcantarillado sobrecargadas durante las fuertes lluvias, según la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. Compuesto por humedales para filtrar y depurar el agua, un estanque de retención y tanques de almacenamiento subterráneos, el parque apoya el tratamiento, reduce el riesgo de inundaciones y proporciona un espacio verde a los habitantes de la ciudad.

Cross formó parte de un equipo que el año pasado publicó un estudio en el que se examinaban los emplazamientos de SbN en todo el mundo. “Lo que queríamos era elaborar algo que fuera bastante práctico, que permitiera a los distintos usuarios, sobre todo a los servicios de aguas residuales y a los municipios, que a menudo gestionan plantas o planes de aguas residuales, entender cuáles son las opciones para recurrir a soluciones basadas en la naturaleza”, explicó.

Para ayudar a los planificadores, el Instituto Catalán de Investigación del Agua y el proyecto MULTISOURCE financiado por la UE, están desarrollando un recurso en línea que permitirá a los profesionales identificar las soluciones basadas en la naturaleza que funcionarían mejor en sus localidades, lo que permitirá ampliar la aplicación de las SbN locales al implementarlas en muchos países.

No obstante, ni siquiera las SbN están exentas de limitaciones para la gestión de aguas residuales. Según el lugar y la solución utilizada, las SbN pueden tener apenas un éxito limitado en la eliminación de contaminantes como los metales pesados. Otro hecho que a menudo se olvida: estas instalaciones, aunque son tecnologías basadas en la naturaleza, siguen requiriendo financiación regular para su mantenimiento y conservación, agrega Cross. Cada diseño debe incluir una planificación cuidadosa, que incluya la consideración de las limitaciones de la SbN, los residuos que se pueden tratar y los que no, y cómo se adecuan las distintas soluciones a los requisitos normativos específicos de cada país, explica.

Un informe del PNUMA sobre la aplicación de las SbN en la región del Caribe —donde se calcula que el 85 % de las aguas residuales desembocan en el océano sin haber sido tratadas— destaca las amplias posibilidades de protección medioambiental y comunitaria que ofrecen las SbN. Sin embargo, ese mismo documento también pone de relieve la magnitud del reto: “Para que los proyectos de SbN sean fructíferos será necesario fomentar la educación y la concientización, mejorar la planificación y el diseño, invertir más recursos en el análisis científico y el control, mejorar las funciones legales y reglamentarias, y desarrollar una financiación específica para la condición del agua”.

Estanque de retención en el Parque del Centenario de Chulalongkorn. Este parque de 4.6 hectáreas se construyó para proporcionar un espacio verde en Bangkok, Tailandia, reducir la presión sobre el sistema de tratamiento de aguas cloacales de la ciudad y reducir el riesgo de inundación. Foto de Supanut Arunoprayote a través de Wikimedia Commons (CC BY 4.0).

Bote remoto desarrollado por el proyecto INTCATCH,  equipado con sensores a bordo, puede controlar la calidad del agua en tiempo real. Esta tecnología simple representa una herramienta nueva y un “cambio progresivo” útil para controlar la contaminación por aguas residuales, al ayudar a identificar los puntos de origen. Foto cortesía de INTCATCH.

Hay que transformar la visión: de desecho a recurso

Los expertos dicen que solo hay una manera de hacer  frente de forma sostenible al problema de la contaminación: captar, transformar y reutilizar todos los desechos, y convertirlos en un recurso valioso. Esta visión esencial del siglo XXI se sintetiza en el término “economía circular”.

El nitrógeno y el fósforo, por ejemplo, son recursos clave que se encuentran en los desechos humanos. La cantidad de excrementos humanos producidos anualmente, que ahora suele contaminar los ecosistemas acuáticos, “ofrece la posibilidad de reemplazar el 25 % del nitrógeno usado para fertilizar los terrenos agrícolas en forma de fertilizantes sintéticos y el 15 % del fósforo, junto con la cantidad suficiente de agua para irrigar el 15 % de toda la tierra de cultivos que se riega en el mundo”, dice un informe del PNUMA.

Ya existen soluciones que eliminan el nitrógeno y el fósforo del agua residual, pero pueden requerir muchos recursos y energía y, en algunos casos, pueden ser inadecuadas para las plantas de tratamiento más pequeñas. Las mejoras a las plantas de tratamiento podrían lograr reducciones importantes, pero se necesita más.

Una startup en Iowa, Estados Unidos, desarrolló un sistema de biopelícula rotatoria de algas no solo para eliminar el nitrógeno y el fósforo, sino también para permitir la reutilización del agua residual. Las cintas transportadoras laterales, incorporadas a las plantas de tratamiento de aguas residuales existentes, se sumergen en el agua residual. Las algas que habitan en esas cintas se alimentan de los nutrientes presentes en el agua. Una vez expuestas al CO2 y a la luz solar, las algas crecen. “Luego podemos cosechar las algas, procesarlas y venderlas como fertilizante”, explica Max Gangestad, jefe de operaciones de Gross-Wen Technologies (GWT), empresa que promueve esta innovación.

“Así que ahora podemos conservar ese nitrógeno [y] fósforo en nuestro ecosistema”, continúa Gangestad. A pesar de que el sistema no elimina todo el nitrógeno y fósforo, agrega, puede reducirlo a niveles bajos. GWT espera usar esta tecnología para convertir las algas cultivadas con el sistema en otros productos, tales como bioplásticos o biocombustible.

El agua tratada como corresponde puede reutilizarse para diversos propósitos, entre ellos, como agua potable, lo cual ya es una realidad para millones de personas en el mundo. En Singapur, aproximadamente un 40 % de las necesidades de agua potable y no potable de su población de 5.7 millones se cubre con agua proveniente de fuentes recicladas. Llamada “NEWater”, se espera que esa proporción aumente a un 55 % para el 2060. En todo Estados Unidos funcionan plantas de tratamiento similares, que suministran agua potable recuperada a miles de viviendas. Por ejemplo, el Distrito de Agua del Condado de Orange de California está implementando un sistema de reabastecimiento de aguas subterráneas para suministrar agua potable de bajo costo a un millón de personas en 2023.

También se vislumbra la implementación de recursos de recuperación a nivel de vivienda para quienes no tienen acceso a saneamiento o cuentan con un acceso limitado. La Fundación Bill y Melinda Gates ha gastado millones de dólares en su reto “reinventar el inodoro” para repensar un sistema que pueda, al mismo tiempo, eliminar de los desechos los peligros para el ser humano y el medioambiente, y transformar los excrementos humanos en electricidad, agua potable y fertilizantes”.

Proyecto Park Habitat en curso en San José, California. “Nuestro enfoque será producir agua reciclada para regar 20 pisos de jardines verticales, así como supraciclar la materia orgánica de las aguas residuales en productos para el suelo de alta calidad; así se desviarán de los vertederos decenas de miles de kilos de productos orgánicos que emiten metano”, dice Aaron Tartakovsky, cofundador y director ejecutivo de Epic Cleantec. Foto cortesía de Kengo Kuma and Associates/Westbank.

Tenemos que hablar

Aunque hay muchas soluciones para los problemas de la contaminación por aguas residuales y cloacales, varios de los expertos entrevistados coincidieron en dos cuestiones: la tecnología por sí sola no puede llevarnos muy lejos y cambiar la percepción del público resulta fundamental.

Más allá del humor escatológico, la gente suele evitar hablar sobre los desechos corporales y, especialmente, sobre lo que les sucede una vez que se van por la tubería. Superar este tabú mediante el debate abierto resulta esencial para impulsar el cambio social necesario para resolver el problema de los desechos humanos, dice Stephanie Wear, científica sénior y asesora estratégica de The Nature Conservancy y cofundadora de la Ocean Sewage Alliance.

“Lo que he aprendido del trabajo que hacemos es cuánto nos olvidamos de pensar en el comportamiento humano en todo esto”, comenta Wear. “La conducta es un componente de la solución tan importante como la tecnología. Hay que conseguir que la gente la use. Hay que conseguir que la gente la quiera”.

Las personas suelen tener una mentalidad más abierta de lo que se espera, dice Tartakovsky. “Hemos observado que el público está mucho más dispuesto a reutilizar el agua que lo que la industria ha creído históricamente”. Para él, resulta fundamental que la ciencia se presente bien.

A pesar de la magnitud del reto, tanto Wear como otros son optimistas: consideran que los sucesos avanzan en la dirección correcta. El conocimiento está aumentando y hay innovaciones en desarrollo. Ella afirma que la clave para el progreso es la mejora de las conversaciones y la colaboración entre los sectores público y privado y otras partes interesadas, que deben reconocer tanto las repercusiones en la salud humana como en el medioambiente, y avanzar de forma cooperativa hacia soluciones asequibles que puedan funcionar a gran escala.

“Nunca se solucionará a menos que comencemos a hablar de los temas que nos desagradan un poco. Quizás sea un poco vergonzoso”, concluye Wear. “Sin embargo, si no hablamos de ello, no podremos resolver este problema”.

No es una produccion propia, la fuente es Mongabay (.com)