Articulo Ica 2008

APLICACIÓN DEL INDICE DE CALIDAD DEL AGUA (ICA) AL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES “EL SALGUERO” Y SU FUENTE RECEPTORA RIO CESAR, MUNICIPIO DE VALLEDUPAR, DEPARTAMENTO DEL CESAR, COLOMBIA. Nuñez, J.C. * CONSULTORIAS Y PROYECTOS DEL CESAR LTDA. Cra.:19E2 – No. 11B – 85 / Tel.: 5713332 - Cel 310-3637294. Valledupar – Cesar. Email: [email protected] RESUMEN: El aumento en los niveles de contaminación de las aguas ha generado la necesidad de evaluar su calidad a través de algunos parámetros fisicoquímicos y microbiológicos. El (ICA) ofrece evaluar el deterioro de los cuerpos de agua mediante la agrupación simplificada de algunos parámetros indicadores de contaminación del agua. Se llevo a cabo el monitoreo al sistema de tratamiento de aguas residuales “El Salguero” de la ciudad de Valledupar al igual que su fuente receptora Rio Cesar, mediante la toma de muestra de aguas del afluente, efluente, 500 mts antes y después del vertimiento en el Rio Cesar para análisis fisicoquímico y microbiológico por un periodo de tres meses. A los resultados obtenidos se les aplico el ICA y se obtuvo que las aguas del efluente presentaron una reducción en su carga contaminante durante los tres meses de estudio y que estas aguas necesitan un tratamiento previo para sus diferentes usos; los resultados del ICA en las aguas del Rio Cesar demostraron que las aguas 500 mts antes del vertimiento son medianamente contaminadas y las aguas 500 mts después del vertimiento tienden a ser de menor calidad y que la carga contaminante es mayor excepto en épocas en donde el caudal aumento debido a las fuertes lluvias. El sistema de lagunas cumple en cierto grado con la remoción de DBO, DQO, SST y Coliformes. PALABRAS CLAVES: Calidad de aguas, Contaminación, Aguas residuales, Parámetros fisicoquímicos, Coliformes

el diseño del ICA es adecuado, el valor arrojado puede ser representativo e indicativo del nivel de contaminación y comparable con otros para enmarcar rangos y detectar tendencias. (León, 1991).

INTRODUCCION El aumento en los niveles de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas ha generado la necesidad de cuantificar y evaluar la calidad de los cuerpos de agua.

La empresa de servicios públicos de Valledupar EMDUPAR S.A. ESP dentro de su política de control ambiental y dando cumplimiento a las exigencias de las autoridades ambientales y los compromisos adquiridos con los Planes de Manejo Ambiental, ha implementado los programas de monitoreo del sistema de tratamiento de aguas residuales.

El Indice de Calidad del Agua (ICA), como forma de agrupación simplificada de algunos parámetros, indicadores de un deterioro en calidad del agua, es una manera de comunicar y evaluar la calidad de los cuerpos de agua. Sin embargo, para que dicho índice sea práctico debe de reducir la enorme cantidad de parámetros a una forma más simple, y durante el proceso de simplificación algo de información se sacrifica. Por otro lado si

Los monitoreos de aguas residuales ofrecen un estricto cumplimiento a los 1

*Microbiólogo, Consultor Ambiental

requerimientos de la normatividad sobre calidad de vertimientos de aguas a fuentes naturales. Adicional a ello contienen los diagnósticos de las condiciones de los sistemas de tratamiento, con el fin de que se establezcan las pautas, recomendaciones, políticas, procedimientos y técnicas conducentes a minimizar los impactos que puedan generar el mal funcionamiento de los sistemas de tratamiento y, por consiguiente, cumplir con las disposiciones de la normatividad ambiental en lo referente a vertimientos.

calidad en diferentes lugares y momentos, y de facilitar la valoración de los vertidos contaminantes y de los procesos de autodepuración. Los primeros índices de calidad se aplicaron en los Estados Unidos en 1972, constan de los valores de diferentes parámetros preseleccionados a los que se aplica un “peso” o importancia relativa en el total del índice. Para su cálculo se seleccionaron, en el caso de los Estados Unidos, el oxígeno disuelto, los Coliformes fecales, el pH, la DBO, los nitratos, los fosfatos, el incremento de temperatura, la turbidez y los sólidos totales. (Holding B. 2004).

Los estudios contratados permiten a la empresa de servicios públicos de Valledupar EMDUPAR S.A., a las autoridades ambientales CORPOCESAR, instituciones de salud, entidades de vigilancia y control, el sector productivo y particulares, contar con información de calidad del agua vertida, que en un futuro le permitan tomar decisiones en materia de programas y proyectos encaminados a la protección, conservación y recuperación del recurso hídrico y/o su aprovechamiento para un uso específico.

EL INDICE DE CALIDAD DEL AGUA (ICA). El monitoreo de un cuerpo de agua para detectar su grado de contaminación, conduce a obtener una inmensa cantidad de datos de varios parámetros, incluso dimensionalmente distintos, que hace difícil detectar patrones de contaminación. (Horton, R. 1965) y (Liebman, H. 1969) son los pioneros en el intento de generar una metodología unificada para el cálculo del ICA. Posteriormente con trabajos de mayor envergadura, la Fundación Nacional de Saneamiento (NSF por sus siglas en inglés), realizó un estudio para evaluar el ICA con base en nueve parámetros.

El estudio también permite dirigir de manera formal, sintética y sistemática los principios generales que deben orientar la administración (gerencia y operación) de los sistemas de tratamiento de aguas residuales con el fin de reducir el impacto ambiental que actualmente se viene ejerciendo sobre las fuentes hídricas.

Para la agrupación de los parámetros existen dos técnicas básicas; las denominadas aritméticas y las multiplicativas, (Brown, R. 1970). A su vez pueden o no ponderarse con pesos específicos para cada parámetro. (Landwehr, J y Denninger, R. 1976), demostraron la superioridad del cálculo a través de técnicas multiplicativas, que son mucho más sensibles que los aritméticos a la variación de los parámetros, por lo

ÍNDICES DE CALIDAD DEL AGUA. Debido a la cantidad de parámetros que participan en el diagnóstico de la calidad del agua y a lo complejo que éste puede llegar a ser, se han diseñado índices para sintetizar la información proporcionada por esos parámetros. Los índices tienen el valor de permitir la comparación de la 2 *Microbiólogo, Consultor Ambiental

que reflejan con mayor precisión un cambio de calidad.

la asignación de pesos específicos, se debe a (Brown, R., & McClelad, N., 1973), obteniéndose a partir de una media geométrica:

En cuanto a la ponderación, (Ott, W. 1978) indica que el asignar pesos específicos a los parámetros tiene el riesgo de introducir cierto grado de subjetividad en la evaluación, pero por otro lado sugiere que es importante una asignación racional y unificada de dichos pesos de acuerdo al uso del agua y de la importancia de los parámetros en relación al riesgo que implique el aumento o disminución de su concentración.

ICA=πⁿ i=1(Qi WI) Donde Wi son los pesos específicos asignados a cada parámetro (i), y ponderados entre 0 y 1, de tal forma que se cumpla que la sumatoria sea igual a uno. Qi es la calidad del parámetro (i), en función de su concentración y cuya calificación oscila entre 0 y 100, PI representa la operación multiplicativa de las variables Q elevadas a la W.

Estimación del índice de calidad (ICA). Se presenta el método que se consideró más adaptable a la situación de nuestro país (Dinius, S. 1987), modificándose con la inclusión de algunos parámetros sugeridos en el estudio realizado por la UNAM en 1974.

Finalmente el ICA que arroja la ecuación (1) es un número entre 0 y 100 que califica la calidad, a partir del cual y en función del uso del agua, permite estimar el nivel de contaminación. En la figura 1, se muestran los rangos de calificación del ICA en función del uso del agua.

La evaluación numérica del ICA, con técnicas multiplicativas y ponderadas con

Figura 1. Rangos de calificación del ICA en función del uso del agua.

3 *Microbiólogo, Consultor Ambiental

En relación al valor numérico del ICA, este no representa más que una posibilidad de comparación si se es consistente en su cálculo. Con la idea de tener criterios generales, a continuación se presentan algunos lineamientos arrojados por el panel de expertos, (Dinius, 1987). Asociado al valor numérico del ICA se definen 6 rangos de estado de calidad del agua: (E) Excelente; (A) Aceptable; (LC) Levemente Contaminada; (C) Contaminada; (FC) Fuertemente Contaminada y (EC) Excesivamente Contaminada. En función de esta clasificación se establecieron los criterios que a continuación se presentan, dependiendo del uso al que se destina el agua indicándose las medidas o límites aconsejables, de acuerdo a lo estipulado en el Decreto 1594/84. Es importante mencionar que dichos criterios no deben tomarse como dogma y deberán ser analizados para cada caso en particular.

0-20 EC- Inaceptable para riego. Uso en Pesca y Vida Acuática 70-100 E - Pesca y vida acuática abundante. 60-70 A - Límite para peces muy sensitivos. 50-60 LC- Dudosa la pesca sin riesgos de salud. 40-50 C - Vida acuática limitada a especies muy resistentes. 30-40 FC- Inaceptable para actividad pesquera. 0-30 EC- Inaceptable para vida acuática. Uso Industrial 90-100 E - No se requiere purificación. 70-90 A - Purificación menor para industrias que requieran alta calidad de agua para operación. 50-70 LC- No requiere tratamiento para mayoría de industrias de operación normal. 30-50 C - Tratamiento para mayoría de usos. 20-30 FC- Uso restringido en actividades burdas. 0-20 EC- Inaceptable para cualquier industria.

Uso como Agua Potable 90-100 E - No requiere purificación para consumo. 80-90 A - Purificación menor requerida. 70-80 LC- Dudoso su consumo sin purificación. 50-70 C - Tratamiento potabilizador necesario. 40-50 FC- Dudosa para consumo. 0-40 EC- Inaceptable para consumo.

Uso Recreativo 70-100 E - Cualquier tipo de deporte acuático. 50-70 A - Restringir los deportes de inmersión, precaución si se ingiere dada la posibilidad de presencia de bacterias. 40-50 LC- Dudosa para contacto con el agua. 30-40 C - Evitar contacto, sólo con lanchas. 20-30 FC- Contaminación visible, evitar cercanía 0-20 EC- Inaceptable para recreación.

Uso en Agricultura 90-100 E - No requiere purificación para riego. 70-90 A - Purificación menor para cultivos que requieran de alta calidad de agua. 50-70 LC- Utilizable en mayoría de cultivos. 30-50 C - Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos. 20-30 FC- Uso solo en cultivos muy resistentes. 4 *Microbiólogo, Consultor Ambiental

Facultativas y de Maduración. A continuación se presentan las coordenadas del STAR el Salguero. N: 10°23´22.95” y O: 73°14´09.53

MATERIALES Y METODOS La Ciudad de Valledupar, Cabecera Municipal y Capital del Departamento del Cesar (Colombia, Suramérica), esta situada al Norte del Departamento, localizada a los 10° 20´37” de latitud norte, 73°15´02” de latitud Oeste y a 175 msnm. Dista de 1.035 Km de Bogotá D.C., Capital de Colombia. El sistema de Lagunas el salguero se encuentra ubicada en el sector sureste de la ciudad, en el sector de la carretera que comunica al departamento con el interior del país, ocupa una extensa área a la margen derecha del Rio Cesar, quien recibe las aguas después de someterse al tratamiento del sistema de lagunas Anaerobias,

El monitoreo se llevo a cabo por un periodo de tres meses entre el 30 de julio y el 30 de Octubre del 2008, se tomaron muestras horarias y de forma puntual en el afluente y efluente de 7:00 am a 5:00 pm de lunes a viernes para análisis in situ de los siguientes parámetros: Temperatura, Oxigeno disuelto, pH, Conductividad, Sólidos totales disueltos, Salinidad, Caudal, Turbidez, Olor, Color, Apariencia, observaciones sobre Películas de grasa, Natas y Flotantes, Vegetaciones en dique y Conteo de Microalgas.

Figura 2. Zonificación del área de estudio.

5 *Microbiólogo, Consultor Ambiental

Se tomaron muestras integradas semanales para el análisis en el laboratorio de los siguientes parámetros: DBO5 , DQO, Sólidos totales, Sólidos suspendidos totales, Sólidos sedimentables, Grasas y/o aceites, Hidrocarburos totales, Sulfatos, amonio, Alcalinidad, Nitritos, Nitratos, Fosforo, Metales, Cloruros, Dureza, Calcio, Coliformes totales y Fecales.

RESULTADOS Y DISCUSION

La toma de muestra en el Rio Cesar se realizo de forma mensual se midieron aquellos parámetros in situ ya mencionados y se procedió a la toma de muestra para análisis en el laboratorio.

Las tablas No. 1, 2 y 3 muestran los resultados del cálculo del índice de Calidad de Agua (ICA) aplicado al afluente y efluente dentro del Sistema de Tratamiento de aguas Residuales El Salguero.

Una vez promediado los datos se procedió a aplicar el índice de calidad del agua para los meses de Agosto, Septiembre y Octubre en el afluente y efluente del STAR el Salguero al igual que en las estaciones de muestreo en el Rio cesar, 500 mts antes y después del vertimiento.

Para la toma de muestra se utilizo un balde plástico con capacidad de 2000 ml, se dispuso a lanzar el muestreador al punto de muestreo, una vez lanzado se retira el muestreador con cierta cantidad de muestra recogida, la muestra tomada es depositada en un frasco para luego ser transportada al lugar de análisis.

LUGAR

AFLUENTE

PUNTAJE ICA

SIGNIFICADO

29

Inaceptable para consumo humano; Uso solo en cultivos muy resistentes; inaceptable para acuicultura; inaceptable para uso industrial uso restringido en actividades burdas; inaceptable para uso recreativo evitar cercanía.

SISTEMA DE LAGUNAS EL SALGUERO

Se realizó aforo de caudal teniendo en cuenta los aforadores existentes en la empresa como el aforador tipo Ballofeth que se encuentra en el afluente de la laguna de oxidación el salguero, en el efluente de las lagunas se media el perímetro no mojado o vacio del tubo de salida y se aplicaba la ecuación de manning para hacer los cálculos de aforo.

EFLUENTE

34.3

Inaceptable para consumo humano; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; inaceptables para actividad pesquera; uso industrial restringido para actividades burdas; uso restringido para actividades recreativas evitar cercanías y contacto solo con lanchas.

Tabla 1. Calculo del Índice de Calidad de de Aguas para el mes de Agosto.

Los análisis in situ como pH, Oxigeno disuelto, Conductividad, Temperatura y salinidad se llevaron a cabo con un multiparametro Multi 340i de marca WTW y la Turbidez con un turbidimetro portátil modelo 2100p de marca HACH de propiedad de Emdupar S.A.

Para el mes de agosto los resultados del ICA arrojaron una puntuación de 34.3 en el efluente demostrando así que el sistema de lagunas cumple con la función de remoción de DBO, DQO, SST y Coliformes; sin embargo son aguas que requieren un tratamiento previo antes de su uso para cualquier destino.

6 *Microbiólogo, Consultor Ambiental

ESTACIÓN

LUGAR

ESTACIÓN

AFLUENTE

PUNTAJE ICA

SIGNIFICADO

29.6

Inaceptable para consumo humano; Uso solo en cultivos muy resistentes; inaceptable para acuicultura; inaceptable para uso industrial uso restringido en actividades burdas; inaceptable para uso recreativo evitar cercanía.

SISTEMA DE LAGUNAS EL SALGUERO

EFLUENTE

37

Para el mes de Octubre los resultados del ICA en el Efluente arrojaron un puntaje de 33 lo que demuestra que el sistema de lagunas mantuvo su eficiencia con respecto al mes de Agosto y Septiembre, a pesar de que el puntaje es menor en este mes no hay diferencia significativa en cuanto al uso de las aguas del efluente.

Inaceptable para consumo humano; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; inaceptables para actividad pesquera; uso industrial tratamiento para mayoría de usos; uso restringido para actividades recreativas evitar cercanías y contacto solo con lanchas.

Las tablas No. 4, 5 y 6 muestran los resultados del cálculo del índice de Calidad de Agua (ICA) aplicado al Rio Cesar Aguas arriba y Aguas abajo del vertimiento del STAR el Salguero. LUGAR

ESTACIÓN

PUNTAJE ICA

Tabla 2. Calculo del Índice de Calidad de de Aguas para el mes de Septiembre.

Para el mes de Septiembre los resultados del ICA en el Efluente arrojaron un puntaje de 37 lo que demuestra que el sistema de lagunas mantuvo su eficiencia con respecto al mes de Agosto, a pesar de que el puntaje aumento en este mes no hay diferencia significativa en cuanto al uso de las aguas del efluente. LUGAR

ESTACIÓN

AFLUENTE

PUNTAJE ICA

SIGNIFICADO

27

Inaceptable para consumo humano; Uso solo en cultivos muy resistentes; inaceptable para acuicultura; inaceptable para uso industrial uso restringido en actividades burdas; inaceptable para uso recreativo evitar cercanía.

SISTEMA DE LAGUNAS EL SALGUERO

EFLUENTE

33

500 MTS AGUAS ARRIBA

Dudosa para consumo; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; Vida acuática limitada a especies muy resistentes; Tratamiento para mayoría de usos industriales; Dudosa para contacto con el agua.

RIO CESAR

500 MTS AGUAS ABAJO

38

Inaceptable para consumo; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; Inaceptable para actividad pesquera; Tratamiento para mayoría de usos industriales; Evitar contacto, sólo con lanchas.

Tabla 4. Calculo del Índice de Calidad de de Aguas del Rio Cesar para el mes de Agosto.

Los resultados del ICA para el mes de Agosto en el Rio Cesar demostraron diferencias significativas en los dos tramos muestreados, las aguas del rio 500 mts abajo demostraron tener cierto grado de contaminación esto debido al vertimiento de las aguas residuales del STAR el salguero y que el rio en este tramo aun no alcanza a autodepurarse por lo que sus aguas son de dudosa calidad.

Inaceptable para consumo humano; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; inaceptables para actividad pesquera; uso industrial tratamiento para mayoría de usos; uso restringido para actividades recreativas evitar cercanías y contacto solo con lanchas.

Las aguas arriba del rio Cesar tienden a ser de regular calidad y presentan cierto grado de contaminación esto se puede dar debido al material de arrastre que extraen

Tabla 3. Calculo del Índice de Calidad de de Aguas para el mes de Octubre.

7 *Microbiólogo, Consultor Ambiental

46.3

SIGNIFICADO

del rio cerca a este punto y que este recibe las aguas del Rio Guatapuri el cual trae consigo el vertimiento de las aguas residuales del STAR el Tarullal. LUGAR

ESTACIÓN

500 MTS AGUAS ARRIBA

PUNTAJE ICA

44

Para el mes de Octubre las aguas del Rio Cesar presentaron la mayor puntuación del ICA de todo el estudio, probablemente debido a que en este mes se presentaron las lluvias mas frecuentes y por ende el mayor caudal del rio registrado en todo el estudio; esto trajo consigo a que las concentraciones de los parámetros estudiados disminuyeran por la alta dilución presentada.

SIGNIFICADO

Dudosa para consumo; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; Vida acuática limitada a especies muy resistentes; Tratamiento para mayoría de usos industriales; Dudosa para contacto con el agua.

Las aguas del Rio Cesar en este mes tendieron a ser de mejor calidad que los meses anteriores, y en ambos tramos sus aguas presentaron características similares siendo aguas poco contaminadas; con respecto a los diferentes usos del agua fueron los mismos para ambos puntos de muestreo.

RIO CESAR

500 MTS AGUAS ABAJO

37.3

Inaceptable para consumo; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; Inaceptable para actividad pesquera; Tratamiento para mayoría de usos industriales; Evitar contacto, sólo con lanchas.

Tabla 5. Calculo del Índice de Calidad de de Aguasen el Rio Cesar para el mes de Septiembre.

50

Para el mes de Septiembre las aguas del Rio Cesar presentaron el mismo comportamiento con respecto al mes de Agosto, las variaciones en los puntajes del ICA no demostraron una diferencia con respecto a los diferentes usos del agua. LUGAR

ESTACIÓN

500 MTS AGUAS ARRIBA

PUNTAJE ICA

47

40 30 20 10 0

SIGNIFICADO

AFLUENTE

Dudosa para consumo; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; Vida acuática limitada a especies muy resistentes; Tratamiento para mayoría de usos industriales; Dudosa para contacto con el agua.

EFLUENTE

AGOSTO

RIO CESAR AGUAS ARRIBA

SEPTIEMBRE

RIO CESAR AGUAS ABAJO

OCTUBRE

Grafica 1. Comparación del ICA en las estaciones de muestreo.

CONCLUSIONES

RIO CESAR

500 MTS AGUAS ABAJO

46.7

Dudosa para consumo; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; Vida acuática limitada a especies muy resistentes; Tratamiento para mayoría de usos industriales; Dudosa para contacto con el agua.

La aplicación del ICA demostró que las aguas del efluente del sistema de tratamiento de aguas residuales El Salguero presentan una disminución en la carga contaminante y que en comparación con las aguas del afluente son de mejor calidad y que para sus diferentes usos son Inaceptable para consumo humano; necesitan un tratamiento requerido para la

Tabla 6. Calculo del Índice de Calidad de Aguas del Rio Cesar para el mes de Octubre.

8 *Microbiólogo, Consultor Ambiental

mayoría de los cultivos; son inaceptables para actividad pesquera; para uso industrial debe tener un tratamiento para mayoría de usos; uso restringido para actividades recreativas evitar cercanías y contacto solo con lanchas.

una forma comprensible y sin una distorsión importante en la información de calidad del agua. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS LEON, L.F., (1991), "Indice de Calidad del Agua, ICA", Inf. # SH-9101/01, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, México, 36 p.

El sistema de lagunas del STAR El Salguero cumple con la función de remoción de muchos de los parámetros evaluados en especial aquellos indicadores de carga orgánica como DBO, DQO, SST y Coliformes.

HOLDING B. Agua residual purificación del aire (2004).

Las aguas del Rio Cesar tienden a estar medianamente contaminadas en el tramo que corresponde a 500 mts antes del vertimiento del STAR el Salguero y la aplicación del ICA indica que para sus diferentes usos son: aguas Dudosa para consumo; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; Vida acuática limitada a especies muy resistentes; Tratamiento para mayoría de usos industriales; Dudosa para contacto con el agua.

HORTON, R.K., (1965). "An Index Number System for Rating Water Quality", Jr. of WPCF, Vol. 37. LIEBMAN, H., (1969). "Atlas of Water Quality: Methods and Practical Conditions", R. Oldenbourgh, Munich. BROWN, R., (1970). "A Water Quality Index - Do We Dare?", Water Sewage Works 11, pp. 339-343. LANDWEHR, J., DENNINGER, R. (1976). "Comparison of Several Water Quality Indices", Water Pollution Control Fed. 48(5), pp. 954-958.

Las aguas del Rio Cesar tienden a ser de menor calidad en el tramo que corresponde a 500 mts después del vertimiento del STAR el salguero y la aplicación del ICA indica que para sus diferentes usos son: Inaceptable para consumo; Tratamiento requerido para la mayoría de los cultivos; Inaceptable para actividad pesquera; Tratamiento para mayoría de usos industriales; Evitar contacto, sólo con lanchas, excepto en el mes de Octubre que arrojo un resultado del ICA que demuestra que sus aguas son de mejor calidad debido a las continuas lluvias que aumento su caudal.

OTT, W.R. (1978). "Environmental Indices, Theory and Practice", AA Science, Ann Arbor, Michigan. DINIUS, S.H., (1987). "Design of a Water Quality Index", W.R. Bulletin, V23, #5, pp. 833-43. BROWN, R., McCLELAND, N., (1973). "Water Quality Index. Application in the Kansas River Basin", 46th. Conf., Water Poll. Fed., Cleveland, Ohio.

El ICA simplifica y organiza la inmensa cantidad de datos de calidad en un marco homogéneo que permite comunicar y evaluar el estado del cuerpo de agua en 9 *Microbiólogo, Consultor Ambiental

y