EL EMISARIO SUBMARINO COMO SISTEMA DE

EL EMISARIO SUBMARINO COMO SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Leppe Zapata Arodys, Gonzalez Cabezas David
ESSBIO S.A. - TUCAPEL 717, CONCEPCION - CHILE
RESUMEN
El presente trabajo pretende mostrar que un emisario submarino, bien diseñado, es mucho más que una
descarga alejada de la costa y reúne condiciones que lo transforman en un eficaz y verdadero tratamiento.
Para ello, el estudio analiza los riesgos inherentes a la descarga de aguas servidas en el mar, caracteriza
(según su composición) los efluentes de las localidades costeras de la Región del Bío-Bío y sitúa los riesgos
de “nuestros efluentes” en una dimensión real.
Enseguida, se “diseña” teóricamente un emisario en tanto sistema de tratamiento, definiendo 3 etapas
principales: tratamiento físico, transporte y pretratamiento biológico y tratamiento submarino. Se describen
además los procesos y fenómenos que ocurren en cada una de sus partes. Se muestran, además, resultados
de la operación de los emisarios de Penco y Tomé durante un año que verifican el modelo propuesto y se
señalan las ventajas y restricciones del sistema.
Palabras clave : emisario submarino, tratamiento aguas servidas
INTRODUCCION.
El tratamiento de las aguas servidas ha cobrado en los últimos años en nuestro país una súbita importancia.
Las perspectivas y exigencias de los mercados internacionales aumentan la presión hacia una política de
tratamiento generalizado de las aguas servidas domiciliarias, llevando incluso al Gobierno de Chile a plantear
metas del 100 % para el año 2.000.
Este objetivo exige, movilizar recursos que exceden el ámbito financiero y obligan a desarrollar iniciativas
tecnológicas que aprovechen las distintas alternativas de tratamiento y disposición que nuestra geografía
pueda ofrecer.
No debemos olvidar que las aguas servidas domiciliarias producidas por las localidades “urbanas” de nuestro
país, son tremendamente más simples e inocuas en su composición que sus similares producidas en los
países más desarrollados.
Por otro lado, la diversidad de nuestra geografía, el bajo nivel de poblamiento de nuestro territorio, el
relativamente bajo valor del suelo, ofrecen alternativas de tratamiento natural que difícilmente podrían ser
concebidas en países como E.E.U.U., Japón o los países europeos. Es necesario, por lo tanto, aprovechar
las especificidades de nuestra realidad social, geográfica, económica y cultural, y transformarlas en una
ventaja comparativa en lo que respecta a los sistemas de tratamiento de las aguas servidas.
Para ello es necesario entender que el “tratamiento de las aguas servidas” no es sino una forma de
acondicionarlas para que la naturaleza recoja sus componentes y los reintegre en sus ciclos sin sufrir daños o
alteraciones significativas.
El tipo de tecnología utilizada dependerá entonces de la calidad (composición) del efluente y de la capacidad
de asimilación del medio receptor, a lo que deberíamos hoy agregar las normas y exigencias de tipo social.
Es precisamente en este escenario, donde se sitúa la discusión acerca de si el emisario submarino es o no un
verdadero tratamiento.
OBJETIVOS.
En este trabajo se aborda el tema intentando caracterizar un sistema que cumpla con los requisitos exigidos a
un tratamiento.
El objetivo central apunta a definir cada una de las fases o etapas del tratamiento y a identificar los procesos y
fenómenos que allí ocurren para, después, verificar si éste marco teórico es compatible o no con el
comportamiento observado en un año de operación de los emisarios submarinos de Penco y Tomé.
Finalmente, la evaluación de la eficiencia real del emisario, es un objetivo que se impone por sí solo.
RIESGOS ASOCIADOS A LA DESCARGA DE AGUAS SERVIDAS.
El problema a resolver, en este caso, es el de depositar las aguas servidas de las localidades costeras en el
medio oceánico de forma tal, de no producir daños a la salud humana ni contaminación significativa en el
ecosistema acuático.
La Organización Mundial de la Salud (1979), en un extenso estudio sobre la utilización de emisarios
submarinos define los 12 factores de riesgo asociados a la descarga de aguas servidas en el medio marino.
En forma coherente con esta información y con los criterios utilizados en el Estudio de Impacto Ambiental de
los emisarios de Penco y Tomé (Leppe et al, 1993) - consideraremos la descarga del efluente como una fuente
de impactos y no como una alteración única.
Cada uno de los factores de riesgo se transforma entonces en un impacto potencial, cubriendo entre todos el
conjunto de preocupaciones asociadas a la descarga.
Los factores de riesgo considerados en el estudio citado e incorporados en la normativa europea son: Metales,
Biocidas, Organo-Siliconas, Hidrocarburos, Cianuro y Floruros, Detergentes,
Fosforo y Nitrógeno,
Microorganismos Patógenos, Polución Térmica, Desechos Radioactivos, DBO5, Grasas y Aceites.
Al revisar este listado, nos encontramos con que, al menos la mitad de estos factores, no se encuentran
presentes en nuestras descargas por no existir actividades que los generan. Sólo 4 de ellos constituyen para
nosotros un elemento de preocupación: la presencia de microorganismos, la materia orgánica, los nutrientes y
las grasas y aceites.
Dado que esto corresponde a un perfil más o menos típico de las aguas servidas domiciliarias, para una mayor
precisión en la caracterización y evaluación de la calidad de nuestros efluentes hemos tomado como esquema
de análisis la Tabla de composición de aguas residuales de Metcalf y Eddy (1985), a la cual hemos agregado en algunos casos- ciertos parámetros para verificar riesgos de toxicidad en la descarga.
En la Tabla Nº 1 se muestran los resultados obtenidos en la caracterización de los efluentes de todas las
localidades urbanas costeras de la Región del Bío-Bío.
TABLA Nº 1
COMPOSICION DE AGUAS RESIDUALES URBANAS LOCALIDADES COSTERAS - REGION DEL BIOBIO
PARAMETROS
LOCALIDADES
DICHATO
TOME
PENCO
TALCAHUANO
SAN PEDRO
COMPOSICION TIPICA (*)
CORONEL
LOTA
ARAUCO
LEBU
ALTA
MEDIA
PROMEDIO
BAJA
LITORAL
REGIONAL
CAUDAL (l/s)
29
95
340
84
35.5
4.1
4.8
PH
7.4
7.1
7.4
6.9
6.9
7.1
7.1
6.9
7.1
Tº ºC
22
18
17.5
20.2
18
17.8
20.5
20
19.1
DBO5
180
173
227
1220
200
136
147.7
249
230
400
220
110
193
DQO
304
297
337
1402
309
306
303.3
536
542
1000
500
250
367
SOL. TOTALES
594
644
518
1467
375
601
451
608.5
910
1200
720
350
588
SOL. DISUELTOS
440
533
403
907
285
460
285.7
475
685
850
500
250
446
SOL. SUSPENDIDOS
154
123
118
560
90
160
165.3
133.5
225
350
220
100
146
8
1
20
10
5
NITROGENO TOTAL
79
55.9
60.9
171
57
35
50
56.3
85
40
20
56
GRASAS Y ACEITES
100
57.9
39.2
208
70.2
73.1
103.9
150
100
50
65
SULFATOS
9.7
38.4
61.6
30
51.7
13.8
33.2
50
30
20
35
14.3
5.2
7.3
24.5
8.5
8.3
28
15
8
4
11
ALUMINIO
0.8
1.7
CIANURO
0.09
0.1
20.1
6.05
<0,002
<0,002
SOL. SEDIMENT.
FOSFORO TOTAL
DETERGENTES
1.7
1.4
SULFUROS
2.2
1.4
3
MANGANESO
0.1
0.1
ZINC
FENOLES
0.02
COBRE
0.1
0.3
0.01
0.01
100
46
6.8
8.6
<0,05
7.7
9.6
3.8
10.4
1
0.2
0.1
0.01
0.002
0.06
0
MERCURIO
<0,001
0.001
<0,0017
CADMIO
<0,01
0.009
<0,01
PLOMO
0.02
0.03
<0,01
CROMO
<0,01
0.01
A. LEPPE Z.; D. GONZALEZ C., 1995; ESSBIO S.A.
(*) METCALF Y EDDY, 1995.
0.07
7.0
De la observación de esta Tabla se puede concluir que, con la sola excepción de Talcahuano, que recibe
residuos industriales en la red, en todas las demás localidades sus parámetros se ubican en valores bajos y
medios.
Respecto de los elementos químicos analizados (metales pesados, cianuros y fenoles) los valores medios
encontrados se ubican a niveles iguales o inferiores a los permitidos por la norma de agua potable. Ello
muestra que en general, no se están incorporando a nuestras redes residuos industriales tóxicos que pudieran
impactar con una mayor intensidad el cuerpo receptor.
El tratamiento adecuado para este tipo de efluentes debería, por lo tanto, dar cuenta sólo de los elementos
típicos que componen las aguas servidas, tales como sólidos, nutrientes, bacterias, grasas y aceites
presentes, además, en bajas concentraciones.
EL EMISARIO SUBMARINO COMO SISTEMA DE TRATAMIENTO.
El sistema propuesto como tratamiento, para este tipo de efluentes consta de 3 etapas o fases fundamentales:
(ver Figura Nº 1)
Fase 1 : Tratamiento Físico.
El Tratamiento Físico conceptualmente representa la primera etapa del Sistema de Emisarios.
Esta cumple 2 funciones fundamentales:
a) La eliminación total de las partículas sedimentables y flotantes del líquido que ingresa a la planta, con el
objeto de proteger efectivamente las unidades mecanizadas de elevación y transporte, así como favorecer los
fenómenos de estabilización utilizados posteriormente por el sistema.
b) El acondicionamiento de las partículas a degradar, a través de la disminución del tamaño de sólidos
suspendidos gruesos y el aumento de oxígeno disuelto por aereación del fluido, con el objeto de optimizar las
etapas posteriores de remoción.
De esta forma el diseño conceptual de esta etapa incluye:
*
*
*
*
cribas o rejas (fijas o mecanizadas).
unidades desarenadoras.
desgrasador.
conminutor o triturador del material orgánico suspendido.
Fase 2: Transporte y Pretratamiento Biológico.
En esta etapa se transportan las aguas desde la costa hasta un punto en el océano en que se den las
condiciones óptimas de dilución y dispersión para el desarrollo de la etapa 3
Debido al importante tiempo de residencia de las aguas en los ductos de impulsión y en el emisario, se verifica
en éstos el fenómeno natural de la autodepuración asociado a los residuos líquidos domésticos. Por esto, se
reduce la cantidad de oxígeno demandado por la materia orgánica y/o se disminuye la cantidad de
microorganismos presentes en las aguas. Por lo tanto, se distingue la presencia de un pretratamiento
biológico como segunda etapa en la capacidad global del sistema.
Por otro lado el tiempo de residencia al interior del emisario es altamente significativo para la duplicación
bacteriana. En el caso estudiado ha sido posible observar que las bacterias llegan debilitadas a la zona de
descarga del emisario, con su metabolismo enlentecido (estado de dormancia) lo que facilita su abatimiento en
el impacto con el medio marino. ( Mondaca y Padilla, 1995)
Las partes o unidades distintivas del sistema, en esta etapa son:
* Cámara de Carga.
* Ducto o Tubería Submarina.
Fase 3 : Tratamiento Submarino.
En esta última fase del tratamiento, situada en el volumen de agua circundante al punto de descarga, se
verifican al menos las siguientes funciones:
a) Reducción de la contaminación orgánica y bacteriológica mediante procesos físicos asociados a la mezcla
y dilución de aguas servidas en el mar.
b) Reducción de la contaminación bacteriana mediante procesos físicos y biológicos relacionados con
factores diversos como: temperatura, radiación ultravioleta, osmosis, salinidad, algas bactericidas, etc.
c) Degradación de la materia orgánica por la acción bacteriana y del zooplancton, incorporándola a las
cadenas trópicas.
En esta etapa es posible diferenciar 2 unidades básicas:
* Sistema de difusores, que es la estructura terminal del conducto y cuya función principal es producir una
gran dilución inicial del efluente.
* Área de tratamiento natural, constituida por un cierto volumen de agua donde se desarrolla basicamente un
tipo de tratamiento secundario.
El “área de tratamiento natural”
Aunque poco se conoce acerca de la importancia relativa de los fenómenos indicados como causantes de
inactivación o reducción bacteriana (salinidad, cadenas tróficas, osmosis, algas bactericidas, luz ultravioleta,
etc.), lo cierto es que ha sido posible constatar - en nuestras experiencias- una diferencia entre la reducción
bacteriana explicada como un proceso de dilución, y la reducción real de la carga bacteriana, que ha
alcanzado valores mayores.
Este conjunto de fenómenos se desarrollan, en su mayor parte, en la zona de salida del efluente, cerca de los
difusores. Por ello hemos postulado, como última unidad del sistema, un “área de tratamiento natural”, cuya
función corresponde básicamente a un tipo de tratamiento secundario.
Esta “unidad” está constituída por un volumen de agua que se extiende a L metros a la redonda en torno a la
zona de dilución inicial.
Aunque autores definen L = 600 metros como una decisión adecuada (Salas J, 1994), para efectos de este
trabajo hemos considerado el área de tratamiento natural como un cilindro definido por L = 100 metros en torno
al punto de afloramiento (X) de la descarga, y que va desde la superficie hasta el fondo marino. (En el caso de
Penco la profundidad es de 15 metros).
Desde un punto de vista general, podemos identificar aquí 3 fenómenos fundamentales: la mezcla y dilución
del efluente descargado, su dispersión en las aguas circundantes y su régimen de descomposición.
El área de tratamiento natural es un espacio que debe considerarse como parte integrante del sistema de
tratamiento. No es, por lo tanto, una zona que cumpla con las normas y tiene, en general, un uso limitado.
Dada su relación de continuidad espacial con el mar circundante, deberían sin embargo definirse estándares
de calidad orientados a la protección de toxicidad aguda y a minimizar los impactos visuales.
RESULTADOS
En la ciudad de Penco se ha instalado un emisario para tratar las aguas servidas de Penco y Lirquén. El
sistema consta en su Fase 1 con un sistema de rejas, desarenador y un triturador. Su Fase 2 dispone de una
3
cámara de carga de 15 m y un ducto de polietileno de alta densidad de 1.300 m. de largo y 600 mm. de
diámetro. La Fase 3 consta de un sistema de 5 difusores (sólo 3 están operando) situados al final del tubo, a
una profundidad de 15 metros.
Durante un año se ha monitoreado mensualmente su funcionamiento, tomando muestras en la cámara de
carga (punto B, Figura Nº 1) en el punto de afloramiento (X) y en círculos concéntricos en torno al punto X, a
100, 200, 300, 400 y 500 m. de éste.
TABLA Nº 2
INDICADORES DE EFICIENCIA DEL SISTEMA
PARAMETRO
UNIDAD
Ph
PUNTO
PUNTO X
%
PUNTO D
% REMOCION
B
PROMEDIO
REMOCION
PROMEDIO
TOTAL
7.6
8.1
8.0
TEMPERATURA MAX
ºC
18
14.8
14.5
SOLIDOS TOTALES
mg/l
513
SOLIDOS DISUELTOS
mg/l
403
SOLIDOS SUSPENDIDOS
mg/l
118
4.4
96.27%
1.52
98.71%
DBO
mg/l
227
NITROGENO TOTAL
mg/l
61
0.02
99.97%
0.05
99.92%
GRASAS Y ACEITES
mg/l
40
7.50
81.25%
10.26
74.35%
FOSFORO TOTAL
mg/l
7
0.22
96.93%
0.36
94.91%
DETERGENTES
mg/l
1.44
0.11
92.19%
0.05
96.25%
SULFUROS
mg/l
2.95
0.1
96.61%
0.1
96.61%
COLIFORMES FECALES
NMP/100ml
2.50E+07
6.00E+04
99.76%
1.50E+02
100.00%
ARODYS LEPPE Z., 1995; EMISARIO PENCO - LIRQUEN; ESSBIO S.A.
La Tabla Nº 2 muestra los resultados promedio obtenidos de este seguimiento.
Para el punto D se ha escogido los resultados correspondientes al círculo más cercano al punto X
Del análisis de la Tabla Nº 2 se desprende:
a) Que, prácticamente todos los elementos contaminantes presentes en la descarga han sido (en el límite del
área de tratamiento natural) removidos en un 95% o más.
b) En el caso de las grasas y aceites la eficiencia en la disminución es de sólo un 74 %. Por ser insolubles
en el agua, por acumularse en la superficie del océano y por ser de más lenta degradación que otras materias
orgánicas, se recomienda retirarlas mediante un dispositivo situado en la Fase 1 del tratamiento. En el caso
de Penco, el sistema no dispone de un desgrasador.
c) El abatimiento bacteriano se cuantificó a través de los coliformes fecales; estas mostraron, en el punto de
afloramiento, una disminución de un 99,76 %.
En el punto D, salida del área de tratamiento natural, ésta fué practicamente del 100 % (según valores límites
de la Norma Chilena 3133/78).
En la zona circundante la colimetría se mantiene en niveles muy bajos, similares a los encontrados en la
situación preoperacional.
Esta situación se verifica también en muestreos complementarios realizados en una línea de resguardo,
paralela a la línea de playa, situada a 400 metros de ésta.
d) Otros factores como el pH o temperatura no modifican las condiciones naturales del medio por ser estos
valores muy cercanos a los del efluente.
e) Por último entre los “resultados” de este estudio debemos señalar que el “área de tratamiento natural”
detectada, no coincide con el modelo cilíndrico postulado en nuestro diseño teórico.
Según los antecedentes empíricos, la forma superficial de este volúmen sería una especie de óvalo flotante
orientado en la dirección de la pluma.
Se sugieren mayores estudios al respecto, por cuanto, si se acepta el modelo de tratamiento propuesto, las
normas de calidad deberían ser exigidas al exterior de esta figura.
CONCLUSIONES.
Aún cuando el funcionamiento de los emisarios estudiados no tiene un tiempo suficiente como para establecer
verdades concluyentes, en principio, es posible afirmar:
a) Los niveles de eficiencia técnica, económica y ambiental mostrados hasta aquí permiten afirmar que un
emisario submarino bien diseñado cumple con todos los requisitos a un eficaz y verdadero tratamiento.
b) Esta conclusión no es aplicable a la presencia de substancias tóxicas, persistentes o acumulativas. Las
primeras porque afectan la flora y la fauna comprometiendo de paso la capacidad de autodepuración del
sistema. Las otras porque son inmunes a la degradación natural y la bioacumulación termina por anular los
efectos de dilución obtenidos.
c) El emisario submarino es, desde el punto de vista técnico, una de las soluciones de tratamiento de aguas
servidas menos sofisticada, por ende menos sometido a fallas, lo que da garantías en la operación del
sistema.
d) Lo “peor” que puede ocurrir en caso de desperfecto o situación de desastre, es retornar -por algunas horas
o días- a la situación de contaminación inicial, descargando cerca de la línea de playa.
e) El funcionamiento del emisario no muestra efectos secundarios, externalidades o transferencia de efectos
nocivos hacia otros sectores geográficos o sociales dado que el efluente es procesado íntegramente en el
sistema propuesto.
f) El “área de tratamiento natural” es un área que debe ser geométricamente definida y dimensionada en cada
caso. Su definición, conocimiento y manejo pueden transformarse en un valioso instrumento de gestión
ambiental.
REFERENCIAS
HERNANDEZ M,A. (1992). Saneamiento y Alcantarillado. Nº 7, 3 a Ed.
LEPPE Z,A (1993). Estudio de Impacto Ambiental Emisarios Submarinos Penco Lirquén y Tomé.
METCALF EDDY. (1985). Tratamiento, evacuación y reutilización de aguas residuales. Barcelona.
MONDACA M,A Y PADILLA B,L. (1995). Caracterización microbiológica de los Efluentes de Aguas Servidas
de los Emisarios Submarinos de Penco-Lirquén y Tomé.
O.M.S. (1979). Principles and Guidelines for the discharges of
Copenhague.
wastes in the
marine environment.
PERES J,M (1983). Polución de las Aguas Marinas.
RIGOLA L,M (1989). Tratamiento de aguas industriales: Aguas de proceso y Residuales.
SALAS J,H (1994). Emisarios Submarinos. Enfoque general, Conceptos Básicos de diseño y requerimiento
de datos para América Latina y el Caribe. CEPIS.
TAIR R,V. (1987). Elementos de Ecología Marina. 2da Edición.