Alberto Galvis C.Profesor TitularInstituto CinaraUniversidad del Valle

Cambio de paradigma en la gestión integrada de los recursos hídricos en zonas urbanas

Objetivos de Desarrollo del Milenio

Meta 10: para el 2015 reducir a la mitad la proporción de personas sin acceso sostenible a agua de abasto segura y saneamiento.

Crecimiento poblacional en el mundo

Source: PRB, 2006

0

2

4

6

8

Billi

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New stone age Middle age

7000 1000 100030005000A.D.B.C.

Bronze Iron age

Modern age

2-5 Million Years

Old stone age

Contemporary age

2000

Rural 63%

Urbano 37%

Rural 40%

Rural 53%

Urbano 47%

Urbano 60%

Densidad urbana Numero de habitantes /vivienda: 3 hab/vivienda en países desarrollados, 5 – 10 hab/vivienda en países en desarrollo

Mas de la mitad de la población mundial vive en zonas urbanas

Incremento de la urbanización

Ban Ki-moon, UN Secretary General

Cada día 160.000 personas van a vivir en áreas urbanas1970 2000 2030

Temperatura

Nivel del agua en el mar

Cobertura de nieve en elhemisferio norte(Marzo – Abril)

Calentamiento Global

Evolución de los sistemas de drenaje y control de contamina de los recursos hídricos

3500 AC Sistema de drenaje en piedra en Mesopotamia

3000 AC Sistemas de tuberías de arcilla y tuberías conectadas a las casas, en Babilonia

3000-2000 AC (Cnosos) - Civilización Indo Canales de lluvias; leyes para el manejo de ALL y AR

2800-1100 AC Civilización Minoica (Ur, Babilonia) Sistema de Drenaje combinado; aprovechamiento de

agua lluvia

• Importantes avances tecnológicos en el drenaje urbano

• Sistemas para drenar carreteras

• Construcción de Canales

• Construcción de grandescolectores subterráneos Cloaca máxima (510 AC)

800 AC-300 DC - Imperio Romano

• Disposición de basuras en el sistema de drenaje

• Recolección y aprovechamiento de aguas lluvias

Egipcios, Ititas, Griegos y ChinosTambién construyeroninfraestructura de sistemasde drenaje similaresa la otras culturas

800 AC-300 DC - Imperio Romano

Desarrollos empíricosen la Hidráulica

Los Incas

Culto al agua

Sistemas de irrigación

• Personas emigran delas ciudades

• Abandono de serviciospúblicos (Alumbrado, acueducto,alcantarillado)

• Indiferencia en la Edad Media aprácticas de higiene y limpieza

• Pocos avances en el desarrollo tecnológico de los sistemas de drenaje

Caída del Imperio – Siglo XV

• Europa, Londres y otras ciudades implementaron zanjas abiertas para transportar: Aguas lluvias, aguas residuales y basura

• Posteriormente estos sistemas se convirtieron en alcantarillado combinado

• Esto genero muchos inconvenientes a los usuarios, sin embargo estos sistemas se siguieron construyendo

• Insuficiente planificación

• Falta de técnicas de ingeniería de diseño

1300-1400 Europa

Siglo XIV La peste en Europa

Pandemia que asoló Europa

Causó la muerte de un 30 a un 60% de la población del continente europeo,

1600s – 1700s

• Inadecuado O&M de los alcantarillados construidos en Europa dieron lugar al mal funcionamiento de los sistemas, con bloqueos y molestias a la comunidad

• A finales de 1700s fue mejorando la percepción pública sobre los sistemas de drenaje

Leeuwenhock (1632 – 1723)Precursor del microscopio

• A partir de 1820 se utilizan nuevos materiales mejorando la eficiencia hidráulica

• A mediados de 1800 se instituyeron, en la mayor parte de Europa, normas de velocidad mínima para prevenir la sedimentación de sólidos en colectores

1800s, Mejoras en el Diseño y Construcción de Sistemas de

Alcantarillado

Latinoamerica Uso del arco en obras hidráulicas

1790 acueductode Guadalupe, Mexico

1723 Arcos de Lapa, Brasil

• Hamburgo (1843)

• Londres• Paris• Chicago• Brooklyn

• Primeros cálculos de ingeniería en el diseño de sistemas de alcantarillado

1840s – 1850sDiseño Integral de Sistema de

Alcantarillado

(1850s)

• Se extiende a Europa el uso del alcantarillado combinado

• Muy poca experiencia en sistemas separados con lo cual se limita la posibilidad de una adecuada comparación

• Finales de 1800s se construyen los primeros sistemas separados

• Algunos criterios de selección

1800s

Alcantarillado combinado o separado?

1854 - John SnowEpidemia de Colera en Londres

Los puntos son casos de cólera durante la epidemia en Londres de 1854. Las cruces representan los pozos de agua de los que bebían los enfermos.

Demostró que el colera era causado por el consumo de aguas contaminadas con materias fecales, al comprobar que los casos de esta enfermedad se agrupaban en las zonas donde el agua consumida estaba contaminada con heces en la ciudad de Londres

Descubrimiento de la vida microbiana

Se empieza a aclarar el papel de los patógenos en las principales epidemias.

Louis Pasteur

Un hecho notable en el Siglo 19…

• Base científica para demostrar el incremento entre la descarga de aguas residuales, la contaminación de las fuentes receptoras y los brotes de enfermedad

• 1890 Se cuestiona la practica de verter AR directamente a fuentes receptoras, especialmente a las fuentes de agua para consumo humano

Identificación de enfermedades transmitidas por el agua

Relación científica del agua y las enfermedades Respuesta tecnológica

• Desinfección o filtración del agua de bebida (tratamiento del agua)

• Transporte de las excreta (patógenos) fuera de la ciudad (aparatos sanitario, sistema de alcantarillado).

• Posteriormente se incluyeron los sistemas de tratamiento de aguas residuales al final del sistema de alcantarillado.

• En la segunda mitad del siglo XIX se sustituyeron las ecuaciones empíricas para dimensionar colectores

• Aparecen los métodos basados en principios de la hidráulica y la hidrología

• En USA se estudio la relación de la intensidad y duración de la lluvia

• Se construyeron curvas de diseño

• Método racional C=QiA

1850s Hidrología Urbana

1900s Tecnología para el Tratamiento de Aguas

Residuales

1901 Filtros percoladores

1912 Digestión de lodos

1913 Procesos de lodosactivados

1920 Sistema de tratamiento químico

Sistema de tratamiento biológico

• Desarrollo en tecnologías de tratamiento de agua

• Mayor conciencia de impactos ambientales

• 1925 Ecuación de Streeter y Phelps

• Las primeras décadas se trabajo en el proceso de precipitación –Escorrentía para optimizar los sistemas de drenaje

• Concepto de hidrógrama unitario (1930), este tipo de métodos enfrenta inicialmente el problema de escasez de datos

• Desarrollo de métodos simplificados

1900s – 1930s

−+−=

−=

2,2212

1

OOkDBOkdt

dO

DBOkdt

dDBO

sat

• Desarrollo e implementación de modelos matemáticos apoyados en el desarrollo de la computación y la informática

• Utilización de técnicas avanzadas de matemáticos y estadísticos

• Optimización en el diseño de infraestructura

• Utilización de nuevos materiales

• Innovación en la rehabilitación de sistemas de alcantarillado

1960s – 1970s

Red de distribución de agua

Red de Alcantarillado

PTAR Centralizada

Efluente de final

Ciclo urbano del agua – enfoque convencional

Planta detratamiento

Tasa

por

100

,000

hab

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es

16

1910

8

1920

24

1900 195019401930 1960

Tasa de Mortalidad de la Fiebre TifoideaEstados Unidos, 1900-1960

Comenzando Cloración

Origen: U. S. Center for Disease Control and Prevention, 1997.

Algunas estrategias tuvieron en su momento un impacto significativo

• 1960s Se empieza a identificar la importancia de la calidad del escurrimiento superficial en los cuerpos receptores

• 1970s Se empieza a incluir en los planes de manejo el control de la contaminación por escurrimiento superficial

1960s - 1970s

Re aireación atmosférica

OXÍGENO

Demanda Béntica

DBOCarbonácea

Fósforo Organico

AlgasClorofila a

Amonio

Nitritos

Nitratos

Sedimentación

FotosíntesisRespiración

Balance de oxígeno

Fósforo Disuelto

N. OrgánicoResuspención

Procesos del Oxigeno

Representación Funcional

( )2032 )( −−+ T

S ODCK θ)20(

343 .. −− Tdd DBOK θ

)20(4341 ... −− TNHKY θ

)20(220. −− TR θ

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Representación Funcional

qCKCxCAD

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Modelo de Calidad de Agua

• Desarrollo e implementación de modelos matemáticos apoyados en el desarrollo de la computación y la informática

• Utilización de técnicas avanzadas de matemáticos y estadísticos

• Optimización en el diseño de infraestructura

• Utilización de nuevos materiales

• Innovación en la rehabilitación de sistemas de alcantarillado

1960s – 1970s

• Finales de 1970s e inicios de 1980s. Planificación del recurso hídrico teniendo la cuenca como unidad de análisis

• 1980s. Estudio de los impactos hidráulicos, bioquímicos, ecológicos y químicos de las descargas de los sistemas de drenaje en las fuentes receptoras

1970s – 1980s

Descargas de residuos

Grado de Conocimiento

Hidrodinámicos

Transporte

Morfología

Calidad de Agua

Ecología

Evolución de los modelos

Evolución de los MC

Se cuenta con un buen servicio de agua y saneamiento?

Algunas cifras:

1000 millones de personas no tiene acceso a agua segura

2200 millones carecen de saneamiento adecuado

5000 millones de personas viven en condiciones donde las aguas residuales son descargadas sin ningún tratamiento en los cuerpos hidricos locales

Tratamiento de AR en el mundo

Source: (JMP, OMS-UNICEF, 2000)

35%

14%

90%

66%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Asia LAC USA Europe

Perc

enta

ge(%

)

2005:Ginebra, Guacarí, La Unión, Roldanillo, Toro, Yumbo, Cali, Caloto, Cajibio, Caldono, Corinto, Jambaló, Morales, Toribio

2010:Cerrito, Riofrío, Tuluá, Pradera, Ulloa, Caicedonia, Buga, Bugalagrande, Padilla

2015:Florida, Candelaria, Jamundí, Palmira, Puerto Tejada, Villarica

PTARs

Valle del Cauca, Colombia

Índice de calidad del agua para el Río Cauca - (ICAUCA)

P. B

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A. N

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100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Distancia (Km.)

ICA

UCA

v 1

.0

1993 - 1997 1998 - 2002Invierno InviernoTransición TransiciónVerano Verano

Óptima

Pésima

InadecuadaAceptable

Buena

TRAMO IIITRAMO IITRAMO I

Áre

a U

rban

a de

Cal

i

Descarga canal sur Cali, Colombia

Descargas de AR sin tratamiento

Descarga canal oriental

A

El Pais, Agosto 7 de 1999 El Pais, Junio 15 1997

EL País, 29 de mayo de 2002

Agua y SaneamientoAspectos económicos del cambio generacional

Costo relativo por vivienda

Primera (….1800)

Segunda1800-1900

Tercera1900-2010

Cuarta2010 ….

Generaciones

Estamos aqui

Source: Instititute for Sustainable Futures, 2009

2000……..

2001-2005 Evaluación de los ecosistemas del Milenio

• Todas las personas del mundo dependen por completo de los Ecosistemas de la Tierra y de los servicios que estos proporcionan como los alimentos, el agua, la gestación de enfermedades, la regulación del clima, la satisfacción espiritual y el placer estético.

Los cambios de paradigmaen el manejo del agua

Tendencias en el enfoque de la calidad del agua en paises desarrollados

Organic pollution

Metal pollution

Salinisation

Faecalpollution

Nitrate

Organic pollutants

Acid rain

Rad

ioac

tive

Impo

rtanc

e of

wat

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y is

sues

1850 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990

Source: Chapman, 1996

Desarrollo Históricodel Drenaje Urbano

Fuente: Adaptado de EAWAG NEWS 57e, 2003

Evolución del manejo del escurrimiento superficial

Pre-1960´S 1990´S 2000´s

Recreación,Estética y

Otros

Cantidad

Cantidad

Recreación,Estética y

Otros

Calidad

Cantidad

Recreación,Estética y

Otros

Calidad

Recurso para abastecimien

to de agua

Cantidad

Parámetro Unidad

Aguas pluviales urbana Alcantarillado combinadoAguas

residuales urbanas

Media de los datos de Ducan(1999)

U.S. NURPMedian site(U.S. E.P.A,

1983)

Ellis (1991), Philippe y

Ranchet (1978), Memento

Degremont (1989)

European CSO data

(Marsalek et al., 1993)

Ellis (1991), Philippe y Ranchet (1978),

Memento Degremont

(1989)

Ellis (1991), Philippe y Ranchet(1978),

Memento Degremont

(1989)Solidos SupendidosTotales (SST) mg/L 150 100 21-2600 50-430 176-2500 150-500

Fósforo Total mg/L 0.35 0.33 0.02-4.3 2.2-10 6.5-14.0 10-25Nitrogeno Total mg/L 2.6 - 4-20 8-12 21-28.5 30-100Demanda Químicade Oxígeno (DQO) mg/L 80 65 20-500 150-400 42-900 300-1000

DemandaBioquímica de Oxígeno, (DBO)

mg/L 14 9 3-184 45-90 15-301 100-400

Aceite y Grasas mg/L 8.7 - - - - -Plomo Total (Pb) mg/L 0.140 0.144 - 0.01-0.10 - -Zinc Total (Zn) mg/L 0.240 0.160 - 0.06-0.40 - -

Cobre Total(Cu) mg/L 0.050 0.034 - - - -

Coliformes Fecales FCU/100 mL 8,000 - - 104-107 - -

Calidad del agua de escorrentía y de alcantarillado combinado

Fuente: Marsalek et al., (2006) Torres, (2004)

De un sistema lineal a un sistema de “ Ciclo cerrado“

Past

V. National Government

IV. District Government

III. Local Government

II. Community/Neighbourhood

I. Household

Future

Enfoque de Saneamiento Ambiental desde la vivienda

Source: Morel, 2003

Tres pasos estratégicos para la gestión de aguas residuales

Source: Gijzen, 2005

Uso racionaldel agua

Tratamientopara la

reutilización

Auto-depuración

AgriculturaAcuacultura

Recuperación de energía

Ciclo Urbano del Agua

Recursos hídricos

Producción y distribución del

agua potable

Paso 1 Paso 2 Paso 3ESTRATEGIA

SITUACIÓN

ACTUAL

Eco-TecnologíasBiogásEfluenteLodoAlimentos

Colección y tratamiento de

las aguas residuales

Cali – consumo del agua por estrato 2002-2010

GIRH en asentamientos nucleados

CONDICIONES AMBIENTALES

AGUA SUPERFICIAL AGUA LLUVIA

AGUA SUBTERRANEA

CONTEXTO SOCIO-ECONOMICO CULTURAL

Cuenca hidrográfica

Asentamiento humanoHogar

AGUA RESIDUAL DRENAJE URBANO

TRATAMIENTO

SERVICIOS AMBIENTALES

DESECHOS SÓLIDOS

AGUA DISPONIBLE

PML

Ecosistemas humanos

Ecosistemas naturales

Source: Universidad del Valle et al., 2005

Economía de escala en inversionesen agua y saneamiento

10,000 2,000

Liters per Household per day Liters per capita per day

100 20

0.1

1.0

10.

SANITATION

WATER

SUPPLY

Cos

t

Developed Countries

Time

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n

Environmental Standard

Concentration observed or

modeled

Developing Countries

Time

All time outside of the standard

Objective: Achieve the standard

Pollu

tant

Con

cent

ratio

n

Metas de calidad de agua en paises desarrollados y en desarrollo

Source: von Sperling, 2007

Requerimientos para la gestión del agua en países desarrollados y en desarrollo

Fuente: Bundi & Truffer, 2003

Higiene

Nutrición

Comodidad

Prosperidad

Ecología

Estética

Países en vía de desarrollo

Países desarrollados

Potencial de la aplicación de estrategias de los tres pasos enCali y en la cuenca alta del Río Cauca

Algunas consideraciones sobre el cambio de paradigama en el control

de contaminación por aguas residuales

Vision holistica (1)

• El control de la contaminación y el cambio de paradigma deben concebirse en el marco de la GIRH.

• Es necesario involucrar a todos los actores (evitar el “síndrome de la bella durmiente”). La relación con algunos sectores (el político, por ejemplo) puede resultar complejo pero resulta indispensable.

Vision holistica (2)

• Considerar como componentes de un mismo sistema. Abastecimiento de agua, alcantarillado, la PTAR y el cuerpo receptor. En lo posible la selección de tecnología debe tener en cuenta estos componentes de manera conjunta

• La optimización del sistema de alcantarillado debe tener prioridad a la construcción de un sistema de tratamiento de aguas residuales. En algunos casos la construcción de la PTAR se da cuando el alcantarillado ya ha cumplido su vida útil

Una meta de largo plazo

La recuperación de la calidad de un cuerpo hídrico puede llegar a ser una meta de largo plazo, que requiere acciones de corto, mediano y largo plazo.

Descentralización

Los costos de inversión inicial y O&M y el impacto en los cuerpos hídricos, favorecen las soluciones descentralizadas en el caso de los servicios de saneamiento.

La cuenca como unidad de análisis

• En muchos casos la jurisdicción de las autoridades ambientales no coincide con la cuenca hidrográfica. Un consejo de cuenca puede resultar más viable que pretender crear una autoridad de cuenca.

• Es importante considerar que los acuíferos no necesariamente coinciden con la cuenca hidrográfica cuando se entiende como la divisoria de aguas.

• Es necesario conformar los consejos de cuencas, para lo cual el trabajo interinstitucional e interdisciplinario es fundamental

Coordinación interinstitucional

• La coordinación interinstitucional es indispensable. En la práctica es una actividad compleja.

• Es importante desarrollar proyectos de aprendizaje en equipo PAEs (Alianzas de Aprendizaje)

• La coordinación interinstitucional como estrategia para optimizar el monitoreo de los recursos hídricos

De la planta de tratamiento (solución al final el tubo) al control de la contaminación por aguas residuales

- Minimización y prevención (vivienda, urbanización, barrio, ciudad)

- El sistema de alcantarillado como parte integral del control de la contaminación

- Tratamiento por métodos naturales

- Reuso

- Aprovechamiento de la capacidad de autodepuración del cuerpo hídrico

- Manejo integral de los residuos sólidos

- La automatización y los sistemas de alerta temprana.

Acerca de la Normatividad (1)

• La normatividad por sí sola no resuelve el problema de contaminación

• La definición de políticas genera un espacio para la normatividad y para promover nuevas estrategias. Sin embargo en algunos casos

• La aplicación de la normatividad requiere acciones de seguimiento y un adecuado monitoreo

• La normatividad debe reconocer las acciones alternas y/o complementarias a la planta de tratamiento de aguas residuales. Esto incluye las estrategias de producción más limpia para el sector industrial

Acerca de la Normatividad (2)• Algunos temas, como el reuso de efluentes tratados y

aprovechamiento de biosolidos requiere de una normatividad ajustada a las condiciones locales, tomando como base las Guías de la OMS.

• Incluir en la normatividad el control de la contaminación difusa con estrategias de minimización y prevención.

• La normatividad debe estimular las buenas prácticas en el control d ela contaminación por aguas residuales

• Incluir diferentes parámetros de acuerdo con las características y problemáticas locales.

Abordar causas estructurales

• Gobernanza

• Fortalecimiento institucional

• Normatividad

• Participación ciudadana

• Educación

• Desarrollo científico y tecnológico

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