Grupo ICRATech (IV): Sociología Basada en el Análisis de Aguas Residuales

Tramo de alcantarillado de Londres. Fuente: Nautilus

El Institut Català de Recerca de l’Aigua (ICRA) ha establecido un equipo que reune tecnología e imaginación para extraer información socioeconómica de los municipios a partir del análisis químico y microbiológico de las aguas residuales de sus ciudadanos, la llamada Sewer Sociology o Sociología basada en el Análisis de las Aguas Residuales (SAAR).

¿Qué es la Sociología basada en el Análisis de las Aguas Residuales?

La SAAR se podría definir como «la ciencia de la sociedad, las instituciones sociales y las relaciones sociales vistas a través de los ojos de una alcantarilla«. Hasta ahora, este término se ha utilizado en el marco de los estudios que analizan los flujos en las alcantarillas para extraer datos sobre el ritmo diario de la vida de las personas, pero se puede ir más allá del análisis de estos flujos. Por ejemplo, la medición de la concentración de sustancias químicas seleccionadas puede proporcionar información sobre los hábitos de vida y el estado de salud de la población. Esta práctica se denomina «Sewage Information Mining (SIM)» o minería de información química de aguas residuales (SCIM) cuando el foco está en los productos químicos. Dentro de la SIM se incluye la Epidemiología basada en el análisis de las aguas residuales,propuesto en 2001. Desde entonces se han realizado cientos de estudios para validar este concepto, entre los que se encuentran los basados en el análisis de la concentración de drogas ilícitas en las aguas residuales y la consiguiente estimación del consumo per cápita. Otras aplicaciones muy interesantes se han llevado a cabo, por ejemplo estimar la exposición de la población a los plaguicidas, cuantificar los productos farmacéuticos prescritos, los biomarcadores que pueden reflejar los hábitos de estilo de vida y el estado general de salud de la población.

La SAAR se está convirtiendo en un tema de actualidad

Los resultados y los conocimientos de la SAAR no sólo se limitan a la comunidad científica, de hecho, una serie de titulares de noticias como: «Lo que los residuos humanos pueden decirnos sobre los ingresos, la dieta y la salud» (Celina Ribeiro, Oct 2019, BBC), «Hay una diferencia desalentadora entre las aguas residuales de las zonas ricas y las de las zonas pobres» (Michelle Starr, Oct 2019, Science Alert), «Los científicos pueden saber cuán rico eres examinando tus aguas residuales» (Peter Hess, oct. 2019, Inverso) y «El estudio de las aguas residuales da pistas sobre el estatus socioeconómico y los hábitos de las personas» (Bob Yirka, oct. 2019, Phys.org), por nombrar sólo algunos, se publicaron en 2019. Así, la SAAR puede convertirse en una importante herramienta para identificar las amenazas, las necesidades, la salud y la riqueza de los seres humanos y la sociedad.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717331601#f0005

¿Cuál es la contribución del ICRA a la SAAR?

En el ICRA creemos que la SAAR puede utilizarse para la vigilancia de los factores de riesgo para la salud de la población, convirtiéndose en un valioso complemento de los métodos existentes, los cuales tienen ciertos inconvenientes. Por ejemplo, las encuestas por cuestionario tienen limitaciones debido a la falta de veracidad de las respuestas de los participantes y a las necesidades de ajustarse al presupuesto asignado. Las bases de datos de población (por ejemplo, los censos) y los registros médicos suelen carecer de datos socioeconómicos y de hábitos de vida, no son plenamente fiables ni completas y se actualizan con poca frecuencia (sólo una vez al año en los mejores casos).

El ICRA participa actualmente en dos proyectos internacionales que se ocupan de la SAAR. El proyecto SCOREwater tiene por objetivo extraer información socioeconómica de muestras de aguas residuales desde tres puntos de vista distintos: desde la ingeniería, con la elaboración de enfoques para la selección de puntos y diseño de estrategia de muestreo; desde la química, con el despliegue de métodos analíticos; y desde la perspectiva de la microbiología, con la estimación de la diversidad microbiana de las muestras de aguas residuales y la cuantificación de los genes resistentes a los antibióticos. SCOREwater cuenta con varios socios catalanes complementarios (ICRA, BCASA, s::can iberia, IERMB) que trabajan conjuntamente en el estudio del caso de Barcelona, donde 3 barrios serán monitorizados durante 1 año. Todos los datos analíticos se analizarán conjuntamente con la información recogida en las bases de datos de salud (medicamentosprescritos, hábitos de vida y estado de salud), con la información sobre la situación socioeconómica de los habitantes y con la información obtenida de las encuestas telefónicas. 

Por otro lado, el proyecto SCHEME se centra en el desarrollo de una metodología analítica para la determinación de biomarcadores de exposición humana a contaminantes químicos derivados de productos de cuidado personal y productos químicos industriales. La aplicabilidad de la metodología desarrollada por SCHEME se evaluará utilizando muestras de aguas residuales de 4 ciudades europeas.

Una introducción a la Epidemiología basada en el Análisis de las Aguas Residuales

El valor real de la información sociológica de las aguas residuales 

Aunque la SAAR esté de actualidad y tenga mucho potencial, los investigadores debemos ser realistas sobre las necesidades que el método puede satisfacer. Actualmente son posibles las siguientes aplicaciones:

  • Vigilancia del consumo de drogas ilícitas: Normalmente, esos tipos de vigilancia se llevan a cabo sobre la base de incautaciones, encuestas, demandas de tratamiento de drogas e ingresos hospitalarios relacionados con las drogas. Sin embargo, mediante el SCIM se puede obtener las cantidades de drogas ilícitas liberadas en una cuenca de alcantarillado específica. Este enfoque se ha llevado a cabo durante 7 años en varias ciudades europeas y otras ciudades. Gracias a él, fue posible encontrar tendencias y perfiles específicos del consumo de drogas ilícitas mucho antes que con otras fuentes de información (González-Mariño et al., 2020). El SCIM ha demostrado ser un instrumento sumamente flexible para su aplicación a diferentes escalas espaciales y temporales y puede poner en marcha medidas de mitigación casi en tiempo real (González-Mariño et al., 2020). 
  • Vigilancia del consumo de medicamentos: Estas ventas suelen registrarse en bases de datos de difícil acceso y no se actualizan con la frecuencia necesaria. El SCIM ha demostrado ser preciso en cuanto a reflejar el consumo de drogas ilícitas y medicamentos (van Nuijs y otros, 2015) (Choi y otros, 2018). 
  • Seguimiento de los brotes de enfermedades: En el proyecto Underworlds de América del Norte se ofrecen ejemplos de varias aplicaciones satisfactorias.
Workshop desarrollado en el ICRA sobre SAAR en noviembre de 2019

¿Qué podemos esperar en el futuro? La opinión de ICRATech, grupo de investigación consolidado de AGAUR

Hasta ahora, en el campo de la SAAR ha habido mucha presencia de químicos analíticos, pero con el fin de aprovechartodo el potencial de la Sociología basada en el Análisis de las Aguas Residuales, necesitamos involucrar a otros científicos como epidemiólogos, ingenieros ambientales, sociólogos, médicos y organismos públicos como, por ejemplo, organismos públicos de salud. Además, como las posibilidades de las aplicaciones de la SAAR son muy variadas, es necesario trabajar en la definición de propuestas de valor con la participación de los principales interesados. En ese sentido, el ICRA organizó un taller dedicado a la SAAR con el objetivo de debatir varios temas entre los investigadores del agua de diferentes especialidades y, posteriormente, realizar una lluvia de ideas sobre posibles aplicaciones futuras… en menos de 30 minutos se recogieron ideas prometedoras! Además, algunas de estas ideas tenían un valor para la sociedad, otras tenían un mero valor científico y otras lo tenían a nivel comercial. A continuación, planteamos debates sobre la aplicabilidad, la utilidad y la ética de algunas de estas ideas. El principal resultado fue que la investigación en este campo debería realizarse siempre en asociación con las partes interesadas para garantizar que la información extraída sea útil. 

Por último, en el taller también discutimos que además de los productos químicos, las aguas residuales también contienen una cantidad ingente de microorganismos procedentes de las heces humanas y la diversidad microbiana podría estar potencialmente asociada al estado de salud de las poblaciones estudiadas. Sin embargo, recopilar información fiable de estas complejas comunidades microbianas no es sencillo, especialmente para la identificación de biomarcadores genéticos referentes a la salud. La obtención de datos genéticos es un desafío y requiere tanto una gran potencia de cálculo como el dominio de diferentes herramientas bioinformáticas.

Por todo lo dicho, en el ICRA nos encanta la Sociología basada en el Análisis de Aguas Residuales y abordaremos los desafíos metodológicos identificados en los dos proyectos europeos con entusiasmo y determinación.

Artículo escrito por el grupo de investigación ICRATech

Agradecimientos

Los autores quieren agradecer el apoyo del Departament d’Economia i Coneixement del Gobierno catalán a través del Grupo de Investigación Consolidado (ICRA-TECNOLOGÍA – 2017 SGR 1318).

Referencias

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Choi, P.M., Tscharke, B.J., Donner, E., O’Brien, J.W., Grant, S.C., Kaserzon, S.L., Mackie, R., O’Malley, E., Crosbie, N.D., Thomas, K. V., Mueller, J.F., 2018. Wastewater-based epidemiology biomarkers: Past, present and future. TrAC-Trends Anal. Chem. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.06.004

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Daughton, C.G., 2018. Monitoring wastewater for assessing community health: Sewage Chemical-Information Mining (SCIM). Sci. Total Environ.

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González-Mariño, I., Baz-Lomba, J.A., Alygizakis, N.A., Andrés-Costa, M.J., Bade, R., Barron, L.P., Been, F., Berset, J.D., Bijlsma, L., Bodík, I., Brenner, A., Brock, A.L., Burgard, D.A., Castrignanò, E., Christophoridis, C.E., Covaci, A., de Voogt, P., Devault, D.A., Dias, M.J., Emke, E., Fatta-Kassinos, D., Fedorova, G., Fytianos, K., Gerber, C., Grabic, R., Grüner, S., Gunnar, T., Hapeshi, E., Heath, E., Helm, B., Hernández, F., Kankaanpaa, A., Karolak, S., Kasprzyk-Hordern, B., Krizman-Matasic, I., Lai, F.Y., Lechowicz, W., Lopes, A., López de Alda, M., López-García, E., Löve, A.S.C., Mastroianni, N., McEneff, G.L., Montes, R., Munro, K., Nefau, T., Oberacher, H., O’Brien, J.W., Olafsdottir, K., Picó, Y., Plósz, B.G., Polesel, F., Postigo, C., Quintana, J.B., Ramin, P., Reid, M.J., Rice, J., Rodil, R., Senta, I., Simões, S.M., Sremacki, M.M., Styszko, K., Terzic, S., Thomaidis, N.S., Thomas, K. V., Tscharke, B.J., van Nuijs, A.L.N., Yargeau, V., Zuccato, E., Castiglioni, S., Ort, C., 2020. Spatio-temporal assessment of illicit drug use at large scale: evidence from 7 years of international wastewater monitoring. Addiction. https://doi.org/10.1111/add.14767

Ort, C., van Nuijs, A.L.N., Berset, J.D., Bijlsma, L., Castiglioni, S., Covaci, A., de Voogt, P., Emke, E., Fatta-Kassinos, D., Griffiths, P., Hernández, F., González-Mariño, I., Grabic, R., Kasprzyk-Hordern, B., Mastroianni, N., Meierjohann, A., Nefau, T., Östman, M., Pico, Y., Racamonde, I., Reid, M., Slobodnik, J., Terzic, S., Thomaidis, N., Thomas, K. V., 2014. Spatial differences and temporal changes in illicit drug use in Europe quantified by wastewater analysis. Addiction 109, 1338–1352. https://doi.org/10.1111/add.12570

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Ryu, Y., Gracia-Lor, E., Bade, R., Baz-Lomba, J.A., Bramness, J.G., Castiglioni, S., Castrignanò, E., Causanilles, A., Covaci, A., De Voogt, P., Hernandez, F., Kasprzyk-Hordern, B., Kinyua, J., McCall, A.K., Ort, C., Plósz, B.G., Ramin, P., Rousis, N.I., Reid, M.J., Thomas, K. V., 2016. Increased levels of the oxidative stress biomarker 8-iso-prostaglandin F 2α in wastewater associated with tobacco use. Sci. Rep. https://doi.org/10.1038/srep39055

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Van Nuijs, A.L.N., Covaci, A., Beyers, H., Bervoets, L., Blust, R., Verpooten, G., Neels, H., Jorens, P.G., 2015. Do concentrations of pharmaceuticals in sewage reflect prescription figures? Environ. Sci. Pollut. Res. https://doi.org/10.1007/s11356-014-4066-2

Agència Catalana de l’Aigua (y IV): Regeneración y Reutilización de las aguas

Con esta entrevista cierro el ciclo de temas hablando con profesionales de la Agència Catalana de l’Aigua: Saneamiento (Marc Moliner y Jordi Robusté), Presas y Embalses (Carlos Barbero), Calidad de las Masas de Agua (Antoni Munné) y Regeneración y Reutilización de las Aguas Residuales (Carme Arreciado). Muchas gracias a todos ellos por ayudarme a divulgar sobre este mundo que me apasiona, a mis compañeros de viaje (con un especial recuerdo para Eduard Martínez, In Memoriam) por haber compartido unos cuantos cafés hablando de ello y sobretodo muchas gracias a Xavier Duran, contigo empezó todo 😉

Hoy contamos con la presencia de Carme Arreciado, Técnica del Departamento de Regulación de Servicios de Abastecimiento de la ACA. Buenos días y bienvenida Carme, cuéntanos un poco la historia reciente en el impulso a la reutilización del agua desde la ACA (2008-2018).

Buenos días Jordi. La Agència desde hace ya unos años apuesta fuerte por la reutilización de les aguas regeneradas. El uso de este recurso para usos “no potables” permite liberar agua potable para uso de boca. En el año 2008 y con motivo de la gran sequía que hubo en Catalunya, se construyeron instalaciones para mejorar la calidad y augmentar así el uso de agua regenerada, que se considera básico, sobretodo en situaciones de falta de recurso de agua potable. Durante unos años y debido a la crisis económica no se ha potenciado la reutilización, pero actualmente se está trabajando de nuevo en su expansión. Un ejemplo significativo es el convenio de colaboración entre la Agència Catalana de l’Aigua y la AMB firmado el pasado año 2018 con el objetivo de explotar las instalaciones de reutilización de la ERA del Prat del Llobregat

Para clarificar conceptos, agua regenerada, reciclada o reutilizada. Son la misma cosa? En qué se diferencian?

Agua regenerada es aquella agua depurada que ha estado sometida a un tratamiento addicional o complementario, llamado tratamiento de regeneración, que permite adecuar su calidad a los usos a los que se quiere destinar.

Los terminos “agua reciclada” o “agua reutilizada” aunque son utilizados con frecuencia para referirse al agua regenerada, sobretodo el segundo, no son correctos y en consecuencia tenemos que hablar de agua regenerada. Estos términos hacen referencia a un agua ya consumida que se ha vuelto a utilizar en un segundo uso, pero sin implicar que exista un tratamiento que mejore o adecue su calidad.

Existen diferentes tipos de reutilización: la indirecta, la planificada y la directa. Podrías dar un ejemplo de cada una? Cuál se ha desarrollado más hasta la fecha en Catalunya? 

La reutilización indirecta, también llamada no planificada, hace referencia a los efluentes de las depuradoras que vierten al medio receptor, sin ningún tratamiento addicional a los previstos en el Plan de Saneamiento y que posteriormente pueden ser captadas aguas abajo para volver a ser utilizadas. Es un tipo de reutilización que se realiza de manera natural. 

La reutilización directa, o planificada es aquella que hace referencia al uso del agua regenerada para un uso determinado y predefinido. Este tipo de reutilización requiere de una red de distribución o otros medios de transporte para llevarla hasta el usuario final. También necesita un tratamiento adicional de regeneración para conseguir la calidad necesaria para el uso al que se quiere destinar. Esta calidad viene fijada por el RD 1620/2007 y es el tipo de reutilización que la Agència quiere potenciar.

Qué proyectos relacionados con la regeneración y reutilización serán una realidad en un futuro próximo?

Desde la Agència se trabaja para incrementar el volumen en la reutilización planificada, sobretodo de aquellas depuradoras que vierten a mar, ya que es recurso que “se pierde” y interesa reincorporarlo de nuevo al ciclo hidrológico.

De caras al futuro aún queda mucho por hacer. El año pasado se reutilizaron de manera directa en Catalunya 30 hm3, tan solo un 5% del agua depurada en las depuradores públicas.

Evolución del volumen de agua reutilizada. Fuente: ACA

Por lo que respecta a proyectos, tal y como te he comentado antes, el pasado año 2018 se firma con la AMB el convenio de colaboración para la explotación de la ERA del Prat. Este convenio establece tres regímenes de explotación con volúmenes y usos fijados en función de las necesidades del sistema.

Este convenio establece también la necesidad de realizar campañas analíticas para hacer un seguimiento de la calidad del agua regenerada vertida al azud de Molins de Rei. El objetivo de derivar el agua regenerada hasta este punto, a través de un bombeo y más de 10km de conducción, tiene un doble objetivo, por un lado mejorar la calidad del agua del rio con objetivos medio ambientales y por otro incrementar el recurso.

Este mes de mayo, con el seguimiento y la colaboración de un grupo de expertos de diversos sectores, se inicia una primera campaña. con un total de 30 muestras y 352 parámetros a analizar.

En el III Congrés de l’Aigua a Catalunya, la economista e investigadora del CETAQUA Montserrat Termes, proponía mitigar el «yuck factor» propio de la percepción que la gente tiene del agua regenerada involucrando a la ciudadanía mediante programas educativos, centros demostrativos y una mayor transparencia en la gestión de la información. Le añadiría algo más a estas líneas de acción propuestas? 

Estoy totalmente de acuerdo con estas observaciones, falta informar a la ciudadania en relación a este tema. El agua regenerada se asocia a agua depurada y por este motivo es importante realizar estudiós y campañas que sirvan para “demostrar” que se trata de un recurso con una buena calidad.

La campaña analítica como la que se esta realizando actualmente va en este sentido.

Parque Sa Riera (Tossa de Mar), regado con agua regenerada. Foto: CCBrava

Grupo ICRATech (II): reutilización de aguas con fines potables

Porque no nos deberíamos olvidar de la posibilidad de reutilizar agua para fines potables*

La economía circular, la estrategia de las 3R (reducción, reutilización, reciclado) y la industria 4.0 – estos son los axiomas que tanto les gusta proclamar actualmente a los políticos y a los líderes empresariales. Sin embargo, es importante destacar que la reutilización del agua es una realidad desde mucho antes que estos eslóganes se hayan hecho populares, y de hecho implementa todos los principios de la economía circular. 

La aceptación de la reutilización del agua para uso potable – o reutilización potable, derivado de la terminología anglosajona – ha aumentado considerablemente estos últimos años como una práctica que, correctamente gestionada, puede ser implementada de un modo seguro. En este breve artículo queremos revisar como los ejemplos aplicados recientemente a gran escala en todo el mundo, las iniciativas industriales y los avances científicos, muestran que la reutilización potable es una alternativa interesante a considerar en el portafolio de las actuaciones existentes para combatir la escasez del agua.

Diferencias conceptuales entre reutilización potable de facto, indirecta y directa. Imagen: Eden et al (2016), Potable reuse of water: A view from Arizona
https://wrrc.arizona.edu/sites/wrrc.arizona.edu/files/July-2016-IMPACT-Potable-AZ.pdf

Los beneficios obvios

Hay una serie de beneficios que no dejan lugar a duda cuando se debate sobre la reutilización de agua. Entre ellos, se reduce la cantidad de agua que se extrae y la que se vierte en el ciclo natural del agua. Esto puede ser beneficioso para mantener los caudales y la calidad aguas abajo de las grandes ciudades en cuencas que sufren problemas de escasez. También disminuye la presión aguas arriba sustituyendo parte de la extracción necesaria para abastecer la población. Al contrario que con otras fuentes alternativas de agua como la de escorrentía de lluvia (de suelos o de tejados), el efluente de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) tiene una menor variabilidad de cantidad y calidad, lo que supone una gran ventaja en la planificación y diseño de las infraestructuras. Finalmente, la reutilización potable requiere una demanda energética por metro cúbico de agua producido del orden de entre una tercera y cuarta parte respecto al consumo energético de la desalinización de agua de mar, otra fuente alternativa de recursos hídricos en zonas costeras.

Cabe destacar también que críticos de la reutilización potable argumentan que es mejor centrarse en la reutilización para riego en la agricultura. Lo cierto es que estas zonas que demandan un uso intensivo del agua suelen estar lejos del punto donde se genera el agua regenerada en las grandes ciudades, por lo que los costes de construcción de las infraestructuras necesarias para transportar el agua, unidos al requerimiento energético del bombeo, penalizan el interés económico de dicha opción cuando el sector agrícola se centra en productos con un limitado retorno de la inversión.

¿Es seguro?

Los ciudadanos se preguntan, con razón, si es seguro beber agua regenerada. Por otro lado, los políticos y responsables de la toma de decisiones, aunque acepten la viabilidad técnica y el poco riesgo para la salud pública, pueden tener dudas comprensibles respecto a la aceptación pública general y a su capacidad de generar confianza entre la población respecto al concepto de beber agua regenerada.

El primer comentario al respecto es que si estamos dispuestos a mirar lo suficientemente lejos, como por ejemplo a los Estados Unidos, Singapur, o Australia, podemos confirmar con toda confianza que se ha acumulado una gran cantidad de evidencias y experiencia a gran escala en aplicaciones de esquemas de tratamiento de aguas residuales para reutilización potable. Desde el punto de vista de calidad y seguridad del agua servida, estas instalaciones han estado suministrando agua en continuo de una gran calidad, en algunos casos desde décadas. De hecho, la ciencia ha demostrado repetidamente que la reutilización potable planificada en la que se aplican esquemas de tratamiento avanzado suministra un agua de mayor calidad que la práctica habitual de muchas Estaciones de Tratamiento de Aguas Potables (ETAP) convencionales que captan el agua superficial de un rio aguas abajo de una gran ciudad que ha vertido sus aguas residuales tratadas. Este esquema, conocido con el nombre de reutilización de facto para potabilización, es habitual en la mayoría de los ríos europeos como el Rin, el Támesis, o el Danubio o también localmente en el Río Llobregat por dar algunos ejemplos. 

Desarrollo en reutilización de aguas

Vamos a estudiar con mayor profundidad las herramientas disponibles para asegurar la reutilización segura para potabilización directa y los avances realizados durante estas últimas décadas.

Para empezar, varias tecnologías utilizadas en los esquemas de tratamiento como la ósmosis inversa o la oxidación avanzada han alcanzado un elevadísimo grado de madurez. Dichos avances han penetrado en el sector del agua a través de todo el proceso de producción, tanto en los procesos de ensamblaje de los módulos de membranas de ósmosis inversa, como en los protocolos de mantenimiento empleados en las estaciones de tratamiento avanzado de aguas residuales. Así mismo, nuestro conocimiento de las tecnologías más convencionales como la ozonización, la adsorción en carbón activo o el simple uso de reactivos químicos para la desinfección, también ha aumentado considerablemente durante estos últimos años. Al mismo tiempo, vemos en un horizonte cercano la irrupción de tecnologías innovadoras como los sistemas integrados de membranas con nuevos materiales, nuevos procesos de oxidación avanzada, o las tecnologías de tratamiento electroquímicos, que pronto se incluirán en el amplio repertorio de herramientas disponibles para potenciar la reutilización de agua.

Nuestro conocimiento respecto a los contaminantes y a la química del agua también ha aumentado. Ya cada vez se producen menos sorpresas desagradables de compuestos que se creían que eran benignos y posteriormente se identificó su potencial peligro, como por ejemplo pasó con las sustancias perfluorinadas. Estos ejemplos nos han puesto sobre aviso, y demuestran la necesidad de permanecer alerta sobre la amenaza potencial de cualquier compuesto desconocido, aunque es indudable el progreso llevado a cabo en estos últimos años.

En la actualidad, se han desarrollado y popularizado potentes métodos numéricos de computación que, entre otras aplicaciones, permiten generar de un modo más rápido y económico datos simulados que reproducen el comportamiento experimental. Existe una amplia variabilidad de aplicaciones de estos métodos computacionales, de los cuales tan solo unos pocos de describen a continuación: un ejemplo sería el establecimiento de relaciones cuantitativas entre la estructura y la actividad (QSAR) para simular y predecir el comportamiento de contaminantes conocidos y desconocidos basados en propiedades moleculares, reales o inventadas, en procesos de tratamiento que permiten cubrir cualquier eventualidad posible. El desarrollo de procesos asistidos con diseño de fluidos computacional facilita el diseño del tratamiento biológico de aguas residuales o los fotorreactores que aplican radiación ultravioleta para la destrucción de contaminantes, entre otros. También podemos simular largas series de datos de operación de años de una instalación de tratamiento para evaluar el impacto de fallos estocásticos de equipos u otros accidentes mediante simulaciones de Monte Carlo en el riesgo de calidad del agua. El aprendizaje automático para aprender de experiencias en la operación de procesos empieza a ser una realidad en la industria en general, y también en el sector de la reutilización de agua. 

A modo de resumen, sabemos que un tren de tratamiento avanzado, correctamente diseñado y operado, es capaz de controlar adecuadamente el riesgo de calidad del agua. También existe buenas guías de gestión del riesgo, basada en el método de Evaluación de Riesgos y Puntos Críticos de Control (Hazard Assessment and Critical Control Point, HACCP), desarrollado inicialmente en la industria alimentaria. Específicamente, la industria del agua ha puesto especial énfasis en la identificación y desarrollo de sensores que garantizan el correcto funcionamiento de las barreras individuales en los trenes de tratamiento, necesario para la implementación del concepto de control de puntos críticos.

El éxito de los casos de estudio disponibles a nivel internacional no se debería analizar solamente desde un punto de vista técnico de la calidad del agua. Estos casos también nos enseñan como se puede comunicar efectivamente a los ciudadanos, cual es el papel que juega la educación, y muchos otros aspectos relevantes para su aceptación social. De hecho, también podemos aprender de esos casos en que los proyectos de reutilización potable no fueron implementados debido a la oposición ejercida por los ciudadanos, al poco compromiso político, o a otras razones de mayor complejidad.

Volviendo finalmente a la cuestión sobre la seguridad de la reutilización potable: no estamos diciendo “despreocúpate o relájate” – tan solo estamos evidenciando que se dispone de multitud de herramientas que nos pueden hacer sentir más confiados, y que el riesgo de fallo o accidente es muy bajo si estas herramientas se utilizan de un modo eficiente y consciente. 

¿Es eficiente? ¿Y viable económicamente?

Entonces, si has leído hasta este punto, probablemente te estés preguntando la siguiente cuestión fundamental: ¿Cuánto cuesta y cuál es la eficiencia de la potabilización directa del agua?

Déjanos responder de un modo evasivo en primer lugar haciéndote un par de preguntas: ¿Cuál sería un precio justo para el agua potable? ¿Estás dispuesto a gastar más dinero para pagar la factura de tu teléfono móvil o para disponer de agua corriente potable de máxima calidad en tu grifo a todas horas? 

Membranas de Osmosis Inversa del sistema de inyección al subsuelo de agua regenerada de Orange County, California, USA.https://www.ocwd.com/gwrs/the-process/

Respondiendo de un modo más directo a la pregunta, es evidente que el coste y el requerimiento energético para potabilizar este recurso hídrico alternativo (el agua residual) es significativamente mayor que el necesario para potabilizar agua superficial prístina. Pero entonces, de nuevo, comparado con otras fuentes alternativas de agua que a veces parecen más factibles, como el agua de lluvia, la confianza es mayor y el coste puede ser inferior. El sistema de tratamiento avanzado más completo, que incluye prefiltración con membranas de baja presión, filtración de ósmosis inversa, y posterior oxidación o por lo menos desinfección puede ser operado con un requerimiento energético menor a 1 kWh/m3. Existen otros trenes de tratamiento, de menor coste energético, que incluyen ozono y biofiltración, cuyo estadio de desarrollo parece indicar que serán adecuados y sostenibles para la potabilización directa segura. En cualquier caso, la potabilización directa requiere menor energía que la desalación del agua de mar, ETAPs que requieren bombeo y distribución del agua producida a grandes distancias, y que muchos sistemas descentralizados, cuya desfavorable economía de escala suele implicar grandes consumos energéticos debido a la baja eficiencia de los pequeños equipos. Además, el régimen de operación en discontinuo de los sistemas descentralizados suele afectar negativamente en los costes de inversión respecto a los sistemas centralizados bien planificados que operan en un régimen en continuo 7/24.

¿Hay otros beneficios?

Hasta el momento hemos hablado ampliamente de los aparentes beneficios sobre la cantidad del recurso hídrico, sobre la calidad y la seguridad, y un poco sobre costes y consumos energéticos. Pero, quizás, aunque más escondidos e indirectos, pueden existir otros beneficios y oportunidades.

En el siglo XXI y en el contexto de la economía circular, solemos proclamar la transición de nuestras EDAR convencionales en fábricas de recuperación de recursos. Tradicionalmente, la operación del tratamiento de aguas residuales se ha centrado en la oportunidad para recuperar energía a través de generar metano en procesos anaeróbicos además de nutrientes a través de precipitación de estruvita u otras tecnologías. Al mismo tiempo la eliminación de nutrientes puede ayudar a la operación de muchas tecnologías avanzadas de tratamiento de aguas (por ejemplo, en el control del ensuciamiento por fosfato cálcico en la filtración por ósmosis inversa). Parece pues que existen oportunidades para desarrollar sinergias entre la recuperación de los nutrientes y del agua. Del mismo modo, se puede pensar como la recuperación de la energía se conecta con la recuperación de nutrientes y agua. Y ¿Quién sabe? Quizás en el futuro la recuperación de metales del agua residual será viable y económicamente rentable, especialmente del rechazo de la ósmosis inversa y de otras corrientes concentradas.

Finalmente, las EDARs siempre han sido considerados como una fuente de contaminación antropogénica en el ciclo natural del agua, aportando nutrientes y otros compuestos químicos orgánicos e inorgánicos. Actualmente, que nos regimos por el principio reconocido de que el contamina paga (tal y como dictamina la Directiva Marco del Agua), los beneficios de la reutilización del agua pueden proporcionar una gran oportunidad para disminuir el impacto y la presión ambiental de las grandes ciudades. Especialmente, una de las principales amenazas de la descarga del agua residual tratada se relaciona con la propagación de los genes de resistencia a los antibióticos. En este contexto, el tratamiento avanzado de los efluentes secundarios puede convertirse en un requerimiento, más que en una simple opción.

Agua residual, efluente de salida de EDAR y agua purificada ya apta para su reutilización. Fuente: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45828357

El papel de la ciencia

Como nota final, nos gustaría proponer una lista de tareas a las que podemos contribuir como científicos, sin la pretensión de que la lista sea exhaustiva ni completa.

En primer lugar, pese a la disponibilidad de diversas operaciones unitarias suficientemente maduras, no deberíamos cesar el desarrollo de nuevas tecnologías y estrategias de tratamiento. Esto incluye la integración de soluciones de tratamientos basados en la naturaleza y control de contaminación en el origen.

En el contexto de un ciclo urbano del agua cada vez más complejo que conecta sistemas centralizados y descentralizados para optimizar su rendimiento desde un punto de vista económico, social y ambiental, necesitaremos soluciones para disponer de distintos tipos y calidades del agua. Tal y como se ha comentado con anterioridad, debemos contribuir explorando y desarrollando soluciones creativas y sinergias potenciales en un ciclo del agua con múltiples conexiones que se rijan por los paradigmas de la economía circular. 

En segundo lugar, todavía existen cuestiones no resueltas por lo que respecta al impacto de la descarga del agua residual y las oportunidades de tratamiento avanzadas para mitigar dichos efectos y potenciar, a su vez, los beneficios de la reutilización. Algunas de estas dudas están relacionadas con las principales amenazas del siglo XXI, como la resistencia a los antibióticos.

Finalmente, por lo que respecta a la comunicación y difusión de las soluciones para la sociedad, debemos implicarnos en el debate generado y actuar como embajadores del conocimiento.

En el Instituto Catalán de Investigación del Agua (ICRA) disponemos de expertos relacionados con muchos de los aspectos de la reutilización potable; ingenieros que trabajan en tecnologías de tratamiento, químicos que analizan los riesgos relacionados con los contaminantes emergentes y los subproductos de desinfección, y microbiólogos que investigan los mecanismos de transferencia de los genes de la resistencia a los antibióticos. Como científicos que somos, estamos comprometidos con el desarrollo positivo de la sociedad, y, por ello, mantenemos las puertas abiertas para hablar y discutir con todos ustedes respecto a este tema y a otros relacionados con el agua.

*Documento escrito por Wolfgang Gernjak con la colaboración de Joaquim Comas, Ignasi Rodríguez-Roda y María José Farré, investigadores del grupo ICRAtech en el Institut Català de Recerca de l’Aigua (ICRA).

RECONOCIMIENTOS:

  • Los autores quieren agradecer el apoyo del Departament d’Economia i Coneixement del Gobierno catalán a través del Grupo de Investigación Consolidado (ICRA-TECNOLOGÍA – 2017 SGR 1318).

CODA

Este artículo sirve de introducción al próximo Workshop organizado por el ICRA sobre Reutilización de aguas con fines potables que tendrá lugar el próximo 4 de octubre de 2019 de las 10h a las 15h. + INFO AQUÍ.

Agència Catalana de l’Aigua (III): Calidad de las Masas de Agua

Antoni Munné, Responsable del Departamento de Control y Calidad de las Aguas de la ACA

Tercera entrevista de la serie dedicada a la Agència Catalana de l’Aigua, donde en esta ocasión abordamos la calidad de las masas de agua en las Cuencas Internas de Catalunya, tanto superficiales como subterráneas.

Antoni Munné, Jefe del Departamento de Control y Calidad de las Aguas de la ACA, nos habla de los parámetros derivados de la Directiva Marco que van más allá de los fisicoquímicos y que fijan unas exigencias fundamentales para mejorar el estado de las masas de agua a nivel ecológico.

Además, en materia de planificación nos aclara qué son los Programas de Seguimiento y Control y los documentos IMPRESS, relacionados con el grado de impacto y presión sobre las aguas tanto superficiales como subterráneas.

Para acabar, reflexionamos sobre la necesidad de concienciar sobre el buen estado de las masas de agua, las líneas de ayuda existentes para remediación de la contaminación a nivel local y bibliografía relacionada.

Grupo ICRAtech (I): Economía Circular y NBS

Fuente: HYDROUSA

Soluciones Basadas en la Naturaleza para Ciudades Circulares*

Hablar de soluciones inspiradas en la naturaleza (o nature-based solutions, NBS) y de economía circular se ha puesto de moda, pero… ¿por qué son tan importantes? ¿qué tienen en común? Y, sobre todo, ¿cuál es la visión de ICRAtech en economía circular y NBS?

Los términos son relativamente nuevos, aunque engloban conceptos habituales en el campo medioambiental como el reciclado, la reutilización, la reducción (de residuos), los servicios ecosistémicos, las infraestructuras verdes y azules, y otros tantos nombres que se han utilizado para describir y optimizar las interacciones entre la economía y el medio ambiente.

Aunque el concepto de economía circular abarca muchos otros aspectos, también ha sido adoptado con fuerza por el sector del agua, especialmente en España, donde encontramos una multitud de aplicaciones encaminadas a la reutilización del agua. David Sedlack lo bautizó con el nombre de Agua 4.01, proclamando que la cuarta revolución está en camino. Entendemos que esta revolución incluye la potabilización directa e indirecta, la optimización energética del ciclo urbano del agua (ahorro o producción de energía o uso de energías renovables) y, poco a poco, debe incorporar tecnologías innovadoras que ya han demostrado la viabilidad técnica del proceso de recuperación de nutrientes u otros compuestos de valor añadido, aunque el número de implementaciones a escala real es todavía bastante limitado.

Las ciudades, que ya concentran la mayor parte de la población mundial (72% en Europa), con los consecuentes efectos sobre el medio ambiente y el bienestar de la gente, han aprovechado el concepto para definir (¿o vender?) una estrategia integral de gestión y producción, basada en la economía circular, que facilite la transición a ciudades más circulares, con un flujo cerrado de materiales, con sistemas de producción y diseño circulares, y modelos empresariales nuevos de colaboración entre sectores.

Sin embargo, nuestra visión de la economía circular es mucho más ambiciosa, y creemos que todavía debe ir más allá para mejorar la gestión urbana del agua y aumentar la resiliencia de las ciudades, especialmente para abordar los retos que nos plantea el cambio climático. En este sentido, existen evidencias de que las NBS puedenfacilitar esta transición hacia la economía circular, no tan solo permitiendo una gestión más sostenible de la cantidad y calidad de agua, sino sobretodo por los beneficios o servicios ecosistémicos adicionales que proporcionan. Las evidencias de estos beneficios parecen clarasaunque de momento son limitadas y aisladas.

¿Pero qué son las NBS? Son actuaciones para proteger, administrar de manera sostenible y restaurar ecosistemas naturales o modificados, abordando al mismo tiempo de forma efectiva los retos de la sociedad actual y proporcionando beneficios para el bienestar humano y la biodiversidad (IUCN, 20162). La construcción de pavimentos permeables para disminuir el riesgo de inundaciones o de techos verdes para mejorar la biodiversidad en ciudades son dos ejemplos de NBS.

Entre los retos actuales y emergentes que pueden abordarse con NBS, queremos destacar la necesidad de producir alimentos en ciudades de una forma más sostenible, y esto pasa por recuperar y reutilizar al máximo los recursos del agua y de los residuos para producir alimentos de proximidad, reduciendo la explotación de recursos naturales y la huella ecológica de los alimentos. De hecho, la agricultura urbana para la producción de alimentos cada vez es más habitual, aunque para que sea realmente sostenible debería utilizar agua regenerada y nutrientes o fertilizantes recuperados de las aguas residuales o grises (p.e. biochar, algas o lodos de depuradoras), o subproductos granulares como sustrato filtrante.

Figura 1. Mapa mental desarrollado por ICRAtech durante un seminario colaborativo.

La producción de alimentos con recursos locales mediante huertos urbanos debe complementarse con una mayor implementación de techos y paredes verdes y otros tipos de soluciones basadas en la naturaleza. Estas, además de reutilizar el agua, proporcionan otros impactos positivos adicionales, tanto desde un punto de vista ambiental (por ejemplo aumento del espacio verde por habitante, aislamiento térmico, mejora de la calidad aire, aumento de la biodiversidad o prevención de inundaciones), como económico (comercialización de productos locales, creación de puestos de trabajo «verdes» o de microempresas), y social (regeneración de zonas urbanas degradadas o abandonadas, integración de población vulnerable y en riesgo de exclusión, y formación). De esta forma, la producción local de alimentos permite abordar simultáneamente los grandes retos que nos plantea el cambio climático y la concentración de población en ciudades.

Sin embargo, existen todavía lagunas de conocimiento en el diseño, implementación, operación y mantenimiento de NBS que limitan o dificultan su aplicación. Entre ellas, ICRAtech identifica los siguientes puntos como prioritarios (ver mapa conceptual en Figura 1):

  • Herramientas para facilitar el diseño, la implementación y evaluar la efectividad de las NBS.
  • Profundizar en el conocimiento de los mecanismos básicos de funcionamiento de estos sistemas para garantizar, por ejemplo, que no existen problemas de seguridad en caso de producción de alimentos.
  • Considerar las NBS como parte de un enfoque sistémico de la gestión del agua en ciudades (junto con los flujos de energía, comida y información).
  • Aspectos sociales: ¿cómo involucrar a las partes interesadas en el co-diseño de las NBS para asegurar múltiples beneficios sociales en diferentes comunidades?, ¿Cómo comunicar ejemplos positivos y negativos de NBS ?, ¿Cómo crear una mejor conciencia y comprensión de las NBS en las poblaciones locales?
  • Criterios e indicadores para monitorizar, evaluar y controlar la efectividad de las NBS, especialmente para cuantificar los costes y beneficios de las NBS.
Figura 2. Seminario sobre soluciones inspiradas en la naturaleza en ICRA.

Una adecuada selección de indicadores (EKLIPSE, 20173) nos permitirá evaluar no tan solo el funcionamiento de las NBS para la producción de alimentos y el tratamiento del agua, sino también cuantificar los beneficios o servicios ecosistémicos adicionales que proporcionan: reducir el estrés, fomentar la actividad física, reducir la escorrentía de aguas en superficie, mejorar la cohesión social, el bienestar y la salud humana, aumentar el sentimiento de pertenencia a un barrio o comunidad, proporcionar hábitats para la vida silvestre, regular la temperatura, reducir los niveles de ruido y polvo, producir oxígeno o reducir el dióxido de carbono. 

Creemos pues que las NBS son un elemento clave para fomentar ciudades circulares y hacerlas más resilientes frente a posibles problemas ambientales, económicos o sociales. Por ello ICRA participa activamente en 5 proyectos de investigación e innovación europeos (HYDROUSA, EdiCitNet), nacionales (CLEaN-TOUR http://clean-tour.000webhostapp.com/), la acción COST Circular City (https://circular-city.eu/) y la red SANNAT (https://snappartnership.net/teams/water-sanitation-and-nature/) donde realiza tareas de investigación relacionadas con las cuestiones anteriores. 

Entre estos proyectos, HYDROUSA ofrecerá soluciones innovadoras basadas en la naturaleza para la gestión del agua en islas y zonas costeras del Mediterráneo para el tratamiento de las aguas residuales y la recuperación de nutrientes, suministrando agua dulce a partir de fuentes de agua no convencionales. Las soluciones se demostrarán en 3 islas de Grecia y 25 ubicaciones adicionales serán evaluadas con detalle(www.hydrousa.org).EdiCitNet, por otro lado, desarrollará una red de ciudades que apuesten por una gestión del agua, los nutrientes y los residuos intersectorial y orientada a la reutilización, mediante la implementación de Edible City Solutions, es decir, de soluciones basadas en la naturaleza para la producción de alimentos (https://platform.think-nature.eu/content/edicitnet). En CLEaN-TOUR se desarrollarán tecnologías y herramientas para facilitar la reutilización de agua en ciudades turísticas. Finalmente, Circular City y SANNAT son dos redes internacionales que promueven el uso de NBS para potenciar ciudades circulares y para alcanzar el objetivo de desarrollo sostenible número 6, respectivamente. 

La recuperación y reutilización de recursos del agua residual y los residuos, la producción de alimentos, y el aumento de la resiliencia de las ciudades y sus ciudadanos, tendrá efectos muy beneficiosos para el medio ambiente, pero sobre todo por el bienestar social y la salud humana. Así, sociedades más resilientes y saludables, esperemos que puedan ser también más felices.

*Documento escrito por Joaquim Comas y Gianluigi Buttiglieri, investigadores del grupo ICRAtech en el Institut Català de Recerca de l’Aigua (ICRA).

1David L. Sedlack (Water 4.0, Yale Univ. Press, 2014)

2The International Union for Conservation of Nature IUCN, 2016, WCC-2016-Res-069

3An EKLIPSE Expert Working Group report. (2017) An impact evaluation framework to support planning and evaluation of nature-based solutions projects. www.eklipse-mechanism.eu

RECONOCIMIENTOS:

  • Los autores quieren agradecer el apoyo del Departament d’Economia y Coneixement del Gobierno catalán a través del Grupo de Investigación Consolidado (ICRA-TECNOLOGÍA – 2017 SGR 1318)
  • HYDROUSA y EdiCitNet: estos proyectos han recibido financiación del Programa de Investigación e Innovación Horizon 2020 de la Unión Europea, con la concesión de las subvenciones No 776643 y No 776665.
  • CLEaN-TOUR: Este proyecto ha recibido financiación del Ministerio de Economía y Competitividad del Gobierno de España (CTM2017-85385-C2-1-R).
  • Circular City: COST ACTION CA17133 – Implementando soluciones basadas en la naturaleza para crear una ciudad circular ingeniosa.
  • SANNAT: saneamiento y naturaleza. SNAPP Grupo de Trabajo