Un uso eficiente del agua doméstica : tratamiento de las aguas grises

Trabajo de Fin de Grado 'Un uso eficiente del agua doméstica: Tratamiento de las aguas grises'. Alumno: María Castro Montilla. Grupo: 5.F1 Tutor: Jaime Navarro Casas. Grado en Fundamentos de la Arquitectura 0_ ÍNDICE 1_ RESUMEN.......................................................................................................... Pág. 3 2_ INTRODUCCIÓN. ............................................................................................. Pág. 4 2.1_ Motivación, relevancia y oportunidad del tema.................................... Pág. 4 2.2_ Objetivos del estudio............................................................................ Pág. 4 2.3_ Estado de la cuestión. (Contexto histórico).......................................... Pág. 4 2.4_ Delimitación del ámbito de estudio...................................................... Pág. 5 3_ DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS......................................................... Pág. 6 3.1_ La reutilización del agua y su contexto histórico................................. Pág. 6 3.2_ El consumo de agua doméstica……..................................................... Pág. 9 3.3_ Las aguas grises domésticas............................................................... Pág. 12 3.3.1_ Origen de aguas grises domésticas....................................... Pág. 12 3.3.2_ Destino de aguas grises domésticas. Calidades y restricciones.................................................................................... Pág. 15 3.4_ Instalación de reciclaje de agua en la edificación. Procesos de tratamiento de las aguas grises........................................................................................Pág. 19 3.4.1_ Tratamientos de regeneración de las aguas grises............... Pág. 24 3.4.2_ Tratamientos de regeneración de las antiguas aguas grises............................................................................................... Pág. 29 3.4.3_ Desinfección de las aguas grises regeneradas...................... Pág. 35 3.5_ Influencia de los materiales de la instalación..................................... Pág. 42 3.6_ Consideraciones espaciales................................................................. Pág. 45 3.7_ Aceptación social................................................................................ Pág. 49 3.8_ Relación coste-beneficio..................................................................... Pág. 50 3.9_ Otras aplicaciones de las aguas grises. Recuperación de energía....... Pág. 54 3.9.1_ Energía térmica.................................................................... Pág. 54 3.9.2_ Energía eléctrica................................................................... Pág. 56 4_ APLICACIÓN PRÁCTICA DEL TEMA......................................................... Pág. 58 4.1_ Desarrollo del caso práctico................................................................ Pág. 58 2 4.1.1_ Vivienda plurifamiliar.......................................................... Pág. 58 4.1.2_ Bloque residencial urbano.................................................... Pág. 65 4.1.3_ Barrio residencial................................................................. Pág. 69 4.2_ Resultados........................................................................................... Pág. 71 5_ CONCLUSIONES……………………………................................................. Pág. 72 6_ BIBLIOGRAFÍA............................................................................................... Pág. 73 . 3 1_ RESUMEN El trabajo expuesto a continuación plantea la reutilización de las aguas grises como un método novedoso para conseguir un uso eficiente del agua en el ámbito doméstico, llevando consigo un ahorro del recurso para conseguir, por una parte, la reducción de los costes debido a un consumo menor del agua; y por otra, una reducción de la huella ecológica para contribuir a un progreso hacia una arquitectura más sostenible y solidaria con el medioambiente. Se desarrollarán conceptos que abarcan, desde la evolución del concepto de reutilización del agua a lo largo de la historia, hasta diferentes tecnologías de tratamiento del efluente residual, teniendo en cuenta su implantación en la realidad, lo que puede acarrear problemas de espacio así como de aceptación social. 4 2_ INTRODUCCIÓN 2.1_ Motivación, relevancia y oportunidad del tema. Se trata de un tema de gran actualidad, debido a que cada vez se hace más necesaria la investigación de nuevas técnicas que reduzcan el impacto de la arquitectura en el medioambiente, para llegar a la configuración de un edificio sostenible. El aprovechamiento de un recurso tan necesario y escaso como es el agua, dándole una nueva vida para diversos usos, es una de las tantas medidas que podemos tomar para conseguir una sostenibilidad global. A día de hoy no es un tema muy desarrollado, puesto que se está empezando a estudiar. Esto lo hace muy atractivo para líneas de investigación futuras. 2.2_ Objetivos del estudio. - Conocer la evolución del concepto de reutilización del agua a lo largo de la historia y cuándo se plantea por primera vez el reciclaje de las aguas grises. - Conocer las demandas de agua domésticas diarias y el volumen de agua gris que podemos aprovechar para ello. - Clasificar los tipos de aguas residuales y características específicas de las aguas grises. - Establecer posibles destinos del agua gris reciclada según la calidad del efluente regenerado. - Descubrir procedimientos para el tratamiento de las aguas grises y la idoneidad de cada uno de ellos para su aplicación en la arquitectura. - Definir qué materiales son adecuados en dichos procesos de tratamiento. - Conocer cuáles son las necesidades espaciales que requiere la instalación. - Comprobar la aceptación social que tiene este tipo de sistemas. - Comprobar la rentabilidad o no del sistema a distintas escalas. - Conocer otras aplicaciones de las aguas grises en lo referente a la recuperación de energía. 2.3_ Estado de la cuestión. La mayor parte de la bibliografía disponible desarrolla el tema desde el punto de vista de la ingeniería y la química, incluyendo análisis exhaustivos de la composición del agua gris y citando posibles tratamientos sin explicar cómo funcionan, simplemente demostrando su efectividad en la eliminación de sustancias patógenas. Se denota cierta ausencia de aspectos más propiamente arquitectónicos, como la definición del sistema, la espacialidad requerida en la instalación o el coste de dichos tratamientos y su aceptabilidad social. Por tanto, podemos afirmar que no es un tema muy desarrollado en el ámbito de la arquitectura en 5 comparación con otras ramas científicas, hecho que es preocupante, dada la aplicación final del sistema. Únicamente se ha encontrado un libro escrito por un profesor de la Universidad de Arquitectura de Navarra que explica los procesos de tratamiento de una manera clara que hace entender cómo funcionan. El resto de bibliografía es una ampliación de los conocimientos pero no son suficientes para entender el tema por sí solas. 2.4_ Delimitación del ámbito de estudio. De todas las aplicaciones que puede tener la reutilización de las aguas grises, nos centraremos en el ámbito residencial, y dentro de éste, en su aplicación en zonas urbanas. 6 3_ DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS 3.1_ La reutilización del agua residual y su contexto histórico. Palma Carazo (2003) define los siguientes objetivos de la reutilización del agua:1 a) Disminuir la contaminación de los cauces de agua, mediante la desaparición de cualquier vertido, tratado o no. b) Suplir un defecto de recurso para un uso particular, como el riego de grandes superficies verdes. c) Permitir cierto ahorro de recurso, especialmente el de gran calidad ecológica, que podría utilizarse en otros usos que lo demanden (descentralización en función de la calidad demandada). Puesto que la reutilización del agua es un tema que se está empezando a desarrollar en la actualidad, no existe todavía una normativa que recoja las condiciones específicas de reutilización de efluentes. Únicamente encontramos algunas referencias legales que mencionan indirectamente el tema. El marco referencial más importante se encuentra en la Ley del Agua (LA).1 Los primeros indicios que se tienen de la reutilización de aguas residuales provienen de su aplicación para el riego de terrenos. Por ejemplo, los sistemas de regadío en la civilización minoica en el año 2.000 a.C., donde las aguas residuales de la ciudad de Jerusalén se conducían hasta un estanque donde eran sometidas a una sedimentación y posteriormente se redirigían para el riego de huertas periféricas. En Levante encontramos circuitos de acequias y canales de época romana y sobretodo árabe que permitían que las aguas residuales urbanas llegaran hasta los regadíos de extrarradio. Durante los siglos XVI-XVII, era frecuente recoger las aguas residuales domésticas de la nobleza castellana para el riego de los campos adyacentes. En el siglo XIX aparecen las primeras redes modernas de alcantarillado en Europa y Norteamérica. De esta forma, las aguas residuales urbanas eran reconducidas hasta ser vertidas en terrenos utilizados para el cultivo agrícola, constituyendo las denominadas sewage farms (<<huertas donde acaba el agua de alcantarilla>>). En el siglo XX se han desarrollado algunos proyectos de reutilización directa, aunque el destino ha sido casi siempre el riego agrícola, sector que consume la mayor parte del recurso mundial, además de no precisar de una gran calidad ecológica. En la actualidad, existen ejemplos aislados donde el campesinado manipula la red de saneamiento urbano para utilizarlas en el regadío.1 Hoy en día, una gran proporción de la población mundial se enfrenta a una situación de escasez de agua. El Informe sobre el Desarrollo Humano (2006) estimó que, en 2025, más de 3 mil millones de personas estarían viviendo sin la cantidad suficiente de agua diaria, y esta cifra aumentaría más de 5 mil millones en 2050.2 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 33, 38, 39. 2 Jing Sun, Shihu Hu, Keshab Raj Sharma, Heriberto Bustamante, Zhiguo Yuan, Impact of reduced water consumption on sulfide and methane production in rising main sewers, Journal of Environmental Management 154 (2015) 307-315, p. 1 7 La reutilización de aguas residuales urbanas es una alternativa válida en algunas regiones donde existe déficit del recurso (suroeste de los Estados Unidos, Sudáfrica, Israel, Namibia, Australia, etc.).3 Los Estados Unidos son los primeros en aplicar esta práctica a niveles relativamente importantes: En 1912, en el Golden Gate Park de San Francisco, ya se reutilizaban las aguas residuales (primero en bruto, después tras tratamiento primario con fosa séptica) para el riego de zonas verdes y para la creación de masas de agua de carácter ornamental. Veinte años después, se construyó una planta de depuración cerca del parque, que se mantuvo en funcionamiento hasta 1985. Progresivamente se fueron ampliando las actuaciones en el país, de manera que, en el año 1975, existían 536 proyectos de reutilización directa.1 En España, no es muy usual la reutilización directa para usos urbanos, salvo para el riego de zonas verdes y deportivas del sur, Levante, Islas Baleares, Canarias y Madrid. Sin embargo, en los últimos años se ha extendido bastante esta práctica: En Andalucía, durante los años 1995-1996, más de 18 campos de golf de la Costa del Sol se regaban con aguas residuales tratadas.1 El primer planteamiento lógico de reutilización de aguas en la edificación se lleva a cabo también en Estados Unidos. Sin embargo, estos sistemas se utilizaban para suplir la deficiencia o inexistencia de infraestructuras urbanas de abastecimiento, debido a que era la medida más económica: El ejemplo lo obtenemos también en el Golden Gate Park de San Francisco, California. Fue un sistema realizado en 1926 que consistía en aprovechar las aguas residuales procedentes de las diferentes instalaciones del parque (un primer aprovechamiento en estado bruto, y más tarde un proceso de sedimentación y clarificación mediante fosa séptica tradicional) para, el riego de zonas verdes y abastecimiento de calefacción, refrigeración y descarga de inodoros y urinarios.1 Más tarde, a finales del siglo XX, debido a grandes avances técnicos, se plantea el reciclaje de aguas en la edificación como una práctica posible. En la Tabla 1 podemos observar algunos ejemplos:1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 33, 34, 146. 3 Carme Santasmasas, Miquel Rovira, Frederic Clarens, César Valderrama, Grey water reclamation by decentralized MBR prototype, Resources, Conservation and Recycling 72 (2013) 102– 107, p. 1. 8 En todos los casos, la calidad final del efluente era de <<tercera calidad>> según la Agencia de Protección Medioambiental de los Estados Unidos (USEPA), la calidad más restrictiva dentro de los no potables.1 Un ejemplo de reciclaje residencial lo encontramos en Village Square. Se trata de un conjunto de 50-60 viviendas unifamiliares ubicadas en una zona protegida de interés natural en el que todas las aguas residuales generadas se canalizan para depurarlas y verterlas directamente al terreno. La actuación se realizó debido a que los promotores calcularon que conectarse a la red de saneamiento era menos rentable que disponer de un sistema de depuración del agua.1 En España, el reciclaje en la edificación no existe, excepto algunos casos concretos y poco interesantes.1 Las aguas regeneradas siempre se destinan a usos no potables, con aplicaciones como abastecimiento de inodoros, urinarios, riego, baldeo o limpieza de superficies, etc., con escaso riesgo de que el agua sea ingerida o entre en contacto con el usuario. El reciclaje de aguas residuales domésticas para usos potables, hasta la fecha, sólo se ha desarrollado desde un punto de vista experimental o con aplicaciones en la industria de alta tecnología. Los ejemplos conocidos requieren costes energéticos elevados, por lo que no son rentables.1 El enfoque centralizado de la gestión del agua convencional es cada vez menos factible debido a que se desperdicia un gran volumen de agua de gran calidad en usos que no la necesitan, hay altos costes de operación y mantenimiento, y se desperdicia agua al vertirse directamente a la red de alcantarillado. La depuración y reutilización del agua para uso doméstico se está convirtiendo en un campo de investigación importante a nivel mundial, debido a la creciente escasez de agua y saneamiento inadecuado. En los países en desarrollo, el suministro insuficiente de agua e instalaciones sanitarias deficientes pueden causar miles de muertes cada día, mientras que en los países desarrollados, el desperdicio de agua y los sistemas de tratamiento de aguas residuales deficientes causan la contaminación de lagos, ríos y aguas subterráneas. La segregación-recogida-tratamiento-reutilización de aguas grises está llamando cada vez más la atención como un enfoque de descentralización para áreas de uso residencial (Otterpohl et al., 1999).4 Esta concepción plantea la creación de diferentes destinos que requieran una menor calidad del agua y puedan ser tratados con aguas residuales regeneradas, usando el abastecimiento convencional para aquellos destinos que requieran una máxima calidad del agua.1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 14, 146, 147, 149. 4 Amr M. Abdel-Kader, Studying the efficiency of grey water treatment by using rotating biological contactors system, Journal of King Saud University – Engineering Sciences (2013) 25, 89–95, p. 2. 15 El agua gris tratada o desinfectada inadecuadamente presenta un riesgo de infección de los usuarios. Hasta la fecha, no ha habido ninguna incidencia de enfermedades vinculadas a la reutilización de aguas grises, por lo que los riesgos para la salud parecen ser bajos. Existen datos limitados sobre patógenos específicos de las aguas grises; sin embargo, se han detectado bacterias (como Pseudomonas aeruginosas y Staphylococcus aureus), y protozoos (Cryptosporidium y Giardia) en aguas grises analizadas (Casanova et al., 2001b; Birks et al, 2004).12 El nivel de tratamiento y/o desinfección de las aguas grises debe estar determinado por la evaluación de riesgos de transmisión potencial de patógenos. Los diferentes riesgos asociados con la reutilización del agua urbana se reflejan en muchas normas: con una mayor probabilidad de exposición pública los criterios son normalmente más estrictos.12 3.3.2_ Destino de las aguas residuales domésticas. Calidades y restricciones. CALIDADES Tal y como está planteado hoy en día el abastecimiento de agua convencional, basado en un sistema centralizador, es usual que se destine agua de alta calidad para usos que no la necesitan. Lo idóneo sería plantear un sistema descentralizador que disponga el agua con la calidad exigida según su destino, ya que no es necesario destinar agua con altas características cualitativas para cualquier uso como si se tratara del consumo de ingestión (máxima calidad). Esto es indiscutible si consideramos que solamente el 10-15% de la demanda urbana exige una alta calidad ecológica.1 Palma Carazo (2003) establece tres tipos de calidades según el destino del agua regenerada:1 a) CALIDAD 1: aquella que se necesita para usos alimenticios o que se destina a puntos de consumo que pueden ser utilizados para ello. En general serán el lavabo y fregadero de la cocina, además de otros no necesariamente existentes (pilas, fuentes de bebida, etc.). b) CALIDAD 2: aquella destinada para usos como el cuidado del cuerpo humano (baño y ducha) y lavado de vajilla (con electrodoméstico o fregadero independiente al utilizado para usos de ingestión). c) CALIDAD 3: aquella destinada para usos dentro de la edificación que no impliquen contacto potencial con el ser humano, como la colada, el riego, lavado de vehículos, instalaciones, etc., así como la descarga de inodoros y urinarios. Los volúmenes demandados de cada una de las calidades, según la tipología edificatoria se establecen en la Tabla 10, medido en litros/hab.día. En el caso del nivel de <<calidad 3>> no se tiene en cuenta la cantidad de agua requerida por el riego porque es necesario estudiarlo en un caso práctico por separado.1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 169, 174, 175. 12 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Ronnie Frazer-Williams, Marc Pidou, Paul Jeffrey, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, A study of the microbial quality of grey water and an evaluation of treatment technologies for reuse, Ecological Engineering 32 (2008) 187–197, p. 1, 10. 16 Hay que tener en cuenta que si se plantea una instalación de reutilización de aguas residuales para varios destinos, el agua deberá tener la calidad más exigente dentro de los usos abastecidos.1 En la Tabla 16 se indican los estándares de calidad en el destino de cada uno de los tres niveles establecidos:1 La presencia de microcontaminantes, como productos farmacéuticos y productos de cuidado personal, han demostrado tener efectos nocivos en el medio ambiente acuático (Ternes y Joss, 2006). Su tratamiento permitirá, no sólo evitar un daño al medio ambiente, sino también su reutilización para otros destinos, según la calidad final del efluente regenerado.13 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 175, 176. 13 L. Hernández-Leal, H. Temmink, G. Zeeman, C.J.N. Buisman, Removal of micropollutants from aerobically treated grey water via ozone and activated carbon, Water Research 45 (2011) 2887-2896, p.1 17 En la Tabla 1 se observa la variación de los estándares microbiológicos para la reutilización urbana de las aguas grises en diferentes partes del mundo:12 Las directrices más estrictas corresponden a la USEPA y el Estado de California, mientras que las menos exigentes son las de Alemania. Sin embargo, existe una carencia de normas nacionales en el Reino Unido.12 Aunque la mayor parte de las directrices de reutilización se aplican a aguas residuales municipales recuperadas, se pueden utilizar como base para el establecimiento de directrices de reciclaje de aguas grises.8 RESTRICCIONES La reutilización restringida puede plantearse de dos maneras:1 a) Como un aprovechamiento limitado de las aguas residuales regeneradas para ciertos usos municipales, como riego de zonas verdes públicas, estanques o lagos artificiales de carácter ornamental o recreativo, baldeo y limpieza de zonas pavimentadas o asfaltadas o abastecimiento a redes de instalaciones urbanas, como la de suministro a hidrantes, calefacción o refrigeración. b) Abastecimiento a la edificación para usos que no requieren una gran calidad ecológica, como podrían ser la limpieza de vehículos, superficies exteriores, riego de jardines privados, etc., generalmente asimilables a los anteriores, pero en el ámbito doméstico. La reutilización sin restricciones se basa en considerar un único criterio de calidad para la reutilización como abastecimiento de agua potable. Si el agua residual urbana regenerada cumple con los requisitos para esa demanda, la más restrictiva, se debería aceptar para todos los demás usos. 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 175, 177. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 2, 3. 12 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Ronnie Frazer-Williams, Marc Pidou, Paul Jeffrey, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, A study of the microbial quality of grey water and an evaluation of treatment technologies for reuse, Ecological Engineering 32 (2008) 187–197, p. 2. 18 En la Tabla 17 se expresa la idoneidad de reciclaje de cada tipo de agua para los distintos niveles de calidad mencionados:1 El reciclaje de las aguas grises es viable en todas sus aplicaciones excepto para satisfacer destinos que requieran una <<calidad 1>>. En este caso se puede admitir técnicamente pero con objeciones normativas. La reutilización de aguas grises para aplicaciones no potables, como el inodoro o el riego, puede reducir sustancialmente el consumo de agua potable (FBR, 2005).12 Su uso para la descarga de inodoros puede disminuir la demanda de agua en las viviendas hasta un 30%. En cuanto al riego de zonas verdes (tales como parques, patios de escuelas, cementerios, áreas de golf, lavado de autos e instalaciones de protección contra el fuego), en zonas áridas el riego podría reducir el uso de agua potable en un 50%. Sin embargo, también puede dar lugar a problemas ambientales. Una preocupación particular es el tema de la sostenibilidad a largo plazo (por ejemplo, el aumento de la salinidad y sodio contenido en el suelo). Los valores altos de salinidad del suelo y adsorción de sodio (SAR) causan el deterioro del mismo, con una disminución de la permeabilidad y los rendimientos de la cosecha debido a los efectos tóxicos y osmóticos. A nivel general, el SAR 6 es el nivel por encima del cual la permeabilidad del suelo y la estabilidad estructural puede verse afectada. Se considera que un nivel SAR 8 es el límite admisible por las plantas. El riego a largo plazo usando agua con un nivel SAR superior a 4 puede alterar negativamente las propiedades del suelo.6 El agua gris doméstica reutilizada no presenta variaciones importantes de las características de los cultivos arbóreos. Sin embargo, se considera inadmisible el riego de verduras con este tipo de agua.6 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 177. 6 H. Al-Hamaiedeh, M. Bino, Effect of treated grey water reuse in irrigation on soil and plants, Desalination 256 (2010) 115–119, p. 1, 4. 12 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Ronnie Frazer-Williams, Marc Pidou, Paul Jeffrey, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, A study of the microbial quality of grey water and an evaluation of treatment technologies for reuse, Ecological Engineering 32 (2008) 187–197, p. 1. 19 3.4_ Instalación de reciclaje de agua en la edificación. Procesos de tratamiento del agua. Los experimentos de tratamiento de aguas grises y su implementación en casos reales comenzaron hace más de una década. Aunque algunos tuvieron éxito, un cuarto de los sistemas implementados en Alemania resultaron insatisfactorios (Maeda et al., 1995; Huelgas et al., 2009; Nolde, 2005).4 Los procesos de tratamiento de las aguas pueden clasificarse según el modo de operación: físicos, químicos y biológicos, o más de uno a la vez. La mayoría de estas tecnologías se aplican con una etapa previa de separación sólido-líquido como pre-tratamiento y con etapa posterior de desinfección.8 En la Tabla 27, se recogen los procesos unitarios más utilizados en la depuración de afluentes:1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 202. 4Amr M. Abdel-Kader, Studying the efficiency of grey water treatment by using rotating biological contactors system, Journal of King Saud University – Engineering Sciences (2013) 25, 89–95, p. 2. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 3. 20 Los tratamientos físico-químicos se aplican desde el siglo XVIII. Sin embargo, su desarrollo se produjo durante los años treinta del siglo XX. Por su parte, los primeros tratamientos físico-biológicos surgen a principios del siglo XX, logrando éxitos sorprendentes para la época.1 PROCESOS FÍSICOS Los procesos físicos directos se aplican normalmente a pequeña escala y se ha demostrado que eliminan eficazmente los sólidos pero son menos eficaces en la eliminación de sustancias orgánicas (Jefferson et al., 2004; Ramón et al., 2004).9 Obviamente, la filtración simple no es capaz de reducir las concentraciones de microorganismos para que entre dentro de los estándares de reutilización. La filtración de membrana MF/UF proporciona una eliminación limitada de los compuestos orgánicos disueltos, pero tiene una excelente eliminación de los sólidos en suspensión, turbidez y patógenos.8 Los residuos orgánicos presentes en el agua regenerada pueden causar una reaparición de las sustancias biológicas en los sistemas de almacenamiento y distribución, limitar el efecto de la desinfección química y producir subproductos de la desinfección. Para prevenir problemas, los procesos físicos se complementarán generalmente con un proceso de desinfección.8 PROCESOS QUÍMICOS En comparación con los procesos físicos, los procesos químicos son capaces de reducir en cierta medida la presencia orgánica y la turbidez del agua gris de baja carga orgánica, pero no lo suficiente como para cumplir las normas de reutilización no potable.8 Las soluciones químicas, tales como la coagulación y el intercambio iónico seguidos de una etapa de filtración por membrana pueden aplicarse para el tratamiento de aguas grises de baja carga orgánica, cumpliendo con los requisitos de reutilización de agua urbana no potable sin restricciones. Alternativamente a la etapa de filtración por membrana, el efluente puede completarse con una etapa de filtración de arena para cumplir con los requisitos menos estrictos de reutilización urbana no potable restringida. Además, si tras esta etapa de filtración de arena procedemos a una desinfección del efluente resultante, las aguas grises recuperadas pueden satisfacer el nivel de las reutilización urbana no potable sin restricciones.8 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 201. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 3, 4, 7, 9. 9 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, Chlorine disinfection of grey water for reuse: Effect of organics and particles, Water Research 42 (2008) 483 – 491, p. 1. 21 PROCESOS BIOLÓGICOS Los procesos de depuración biológicos son menos agresivos con el medio ambiente que los físico-químicos.1 Los tratamientos biológicos estabilizan de una manera controlada la materia orgánica que de otro modo causa problemas tales como mal olor, reproducción de mosquitos, contaminación del agua y del suelo, y obstrucción en los sistemas de distribución, debido a la acumulación de sólidos y al crecimiento de microorganismos (Christova-Boal et al., 1995; Pañal et al., 2001; Eriksson et al., 2002).11 Este tipo de procesos están a menudo precedidos por una etapa de pre-tratamiento físico tal como la sedimentación o el uso de tanques sépticos (Nolde., 1999; Li et al, 2003). Además, suelen estar seguidos por una etapa de filtración (por ejemplo filtración de arena) y/o una etapa de desinfección.8 Los procesos biológicos aeróbicos son capaces de lograr una gran reducción de carga orgánica y turbidez. Es el sistema idóneo para el almacenamiento de agua durante períodos más largos, ya que después de los tratamientos aeróbicos, la mayoría de las sustancias orgánicas biodegradables se han eliminado, y en consecuencia, la reaparición de microorganismos y los problemas de olores se evitan. Por lo tanto, este tipo de procesos están recomendados especialmente en el caso de aguas grises de media y alta carga orgánica. Procesos como RBC (Reactor biológico de rotación) o SBR (Reactor secuencial) garantizan una reducción de la DBO a menos de 10 mg/l, lo cual cumple con el estándar más estricto de reutilización no restringida. Puede aplicarse una etapa final de filtración de membrana o una etapa de filtración de arena seguida de una etapa de desinfección para satisfacer los requisitos de eliminación de microorganismos, sólidos en suspensión y turbidez: La combinación de procesos biológicos aeróbicos con filtración física y/o desinfección se considera que es la solución más económica y viable para el reciclaje de aguas grises. El agua gris de resistencia media y alta también puede ser tratada por el sistema MBR (Biorreactor de membrana) para cumplir con las normas de reutilización urbana no potable sin restricciones.8 Los procesos anaeróbicos tienen una menor eficacia en la eliminación de sustancias orgánicas y tensioactivos, así que serán los más indicados para el tratamiento de aguas grises de baja carga orgánica.8 Friedler y Hadari (2006) llegó a la conclusión de que un sistema de tratamiento biológico es económicamente factible cuando el tamaño del edificio alcanza las siete plantas (28 viviendas).8 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 201. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 5, 9. 11 Lina Abu Ghunmi, Grietje Zeeman, Manar Fayyad, Jules B. Van Lier, Grey water treatment in a series anaerobic – Aerobic system for irrigation, Bioresource Technology 101 (2010) 41–50, p. 1. 22 En la Figura 1 se muestran alternativas de tratamiento de las aguas grises para usos no potables:8 Comparando estos procesos, podemos establecer las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos. Los tratamientos biológicos desbancan a los físico-químicos en estos aspectos:1 a) Evacuación más sencilla de los lodos y fangos producidos. b) A su vez, hay una menor producción de lodos excedentes. c) La calidad global de los efluentes tratados es superior. d) No precisa la adición de reactivos químicos, de gran coste económico y medioambiental, por tanto, su control, mantenimiento y explotación no necesita de una mano de obra especializada. e) Capacidad superior en degradar la materia orgánica, contaminación característica de unas aguas residuales domésticas. f) Las tecnologías existentes son más adaptables a pequeños caudales. 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 201. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 5, 9. 23 Por otro lado, los procesos físico-químicos también tienen ventajas sobre los biológicos:1 a) Necesitan un menor espacio, pero a su vez, no están desarrollados para abastecer pequeños caudales, por lo que su adaptación a la edificación no está solucionada. b) Son procesos más rápidos, pero no más eficaces. El tiempo no es un factor predominante, frente a la necesidad de obtener buenos rendimientos y una relativa calidad del efluente final. c) Elimina mejor las formas nitrogenadas, características de las aguas residuales domésticas. Sin embargo, otros procesos biológicos pueden hacerlo de manera similar siempre y cuando se diseñen correctamente. d) Existen menos problemas técnicos a la hora de reiniciar el proceso tras un paro técnico de la instalación (limpieza, averías, estacionalidad en su uso, etc.). e) Alta efectividad en la destrucción de microorganismos patógenos. No obstante, la necesidad de proceder a la total desinfección de las aguas, nos obligará a que a final de línea se dispongan otras tecnologías destinadas a tales menesteres. f) Generalmente, existe un menor riesgo en la aparición de los malos olores, y, como consecuencia, en la proliferación de insectos. Los procesos biológicos se consideran los más adecuados para el tratamiento de aguas grises debido a una eliminación eficiente de los compuestos orgánicos (Jefferson et al., 2001; Pidou et al., 2007). Sin embargo, se recomienda completarlos con otro tipo de tratamientos para una mayor efectividad.12 La instalación de reciclaje se articula en dos tramos bien diferenciados:1 a) Evacuación y tratamiento de depuración de las aguas grises (DAR): Abarca os tratamientos base de regeneración de aguas grises y los tratamientos de regeneración de antiguas aguas grises. b) Tratamiento de potabilización de las aguas grises tratadas (TAP): Comprende el proceso final de desinfección de las aguas grises regeneradas. La instalación DAR es de carácter universal, mientras que la instalación TAP es más específica según el destino de las aguas o el espacio disponible.1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 190, 201, 233. 12 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Ronnie Frazer-Williams, Marc Pidou, Paul Jeffrey, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, A study of the microbial quality of grey water and an evaluation of treatment technologies for reuse, Ecological Engineering 32 (2008) 187–197, p. 2. 24 3.4.1_ Tratamientos de regeneración de las aguas grises. Son aquellos que comprenden tanto los procesos primarios físicos como los secundarios biológicos.1 Tras estos tratamientos, hablamos de aguas residuales regeneradas, es decir, que son inocuas para el medio ambiente en el caso de vertido de las mismas (excepto en Zonas Sensibles).8 Se aconseja que los elementos que constituyen el tratamiento base de la red sean prefabricados (hormigón, PRFV, PEHD, etc.). Sin embargo, si se diseñan y ejecutan correctamente, los elementos in situ suplen perfectamente a los prefabricados.1 Dentro de los procesos de tratamiento base para pequeños caudales analizaremos los siguientes: DECANTACIÓN-DIGESTIÓN-BIOFILTRACIÓN (DB) La decantación-digestión anaerobia de lodos sedimentados con filtración biológica, o percolación, mediante lechos fijos aireados, responde a lo que comúnmente se llama biopelícula con lechos bacterianos, precedida de decantación. Consta de estas fases:1 - Decantador-digestor anaerobio, que podrá incorporar en la parte superior el separador de grasas. En esta fase se reduce hasta un 40% del DBO, y un 75% de los sólidos en suspensión. En la figura 13 se observa un decantador-digestor prefabricado de bajo caudal:1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 233, 234. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 10. 31 FILTRACIÓN POR MEMBRANA Esta tecnología consiste en la separación que se da al hacer pasar por una membrana el agua residual regenerada. Será necesario que exista una fuerza importante para que una parte de la mezcla traspase la membrana (parte permeada). El resto (rechazado), es lo que la membrana no filtra.1 En la Figura 33 observamos el funcionamiento de la filtración por membrana:1 Existen varios tipos de membrana: la micro-filtración (MF) y la ultra-filtración (UF). En el uso de un tipo de membrana u otra dentro de la edificación, hay que tener en cuenta:1 a) Los niveles de restricción que exigen una <<Calidad 3>> podrán perfectamente obtenerse a partir de la MF. Con tecnologías de UF, conseguiremos efluentes compatibles con el Nivel de restricción 2, siempre a falta, en ambos casos, de otros procesos de adsorción y desinfección final. b) Para el Nivel de restricción 1 (ingestión), únicamente se garantizaría con filtraciones más eficaces (hiper-filtración u ósmosis inversa). c) Frente a la filtración mecánica por medio granular, la MF/UF figura como una tecnología superior, con un mantenimiento especializado, un mayor coste energético y, por tanto, económico. Pero a su vez consigue una mayor eficiencia y, consecuentemente, un efluente final de excelente calidad. Los tamaños de las aberturas de las membranas juegan un papel importante en el rendimiento del tratamiento. Por ejemplo, Ramón et al. (2004) demostraron que un sistema de tratamiento de aguas grises de membrana directa UF de nanofiltración, es capaz de lograr una tasa de eliminación orgánica de 93%.8 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 263, 264. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 4. 32 Las técnicas dependen del tipo de membrana, cuya configuración determina el módulo. La disposición en paralelo de un conjunto de módulos conforma la unidad de filtración. La forma de las membranas más utilizadas son las de fibra hueca.1 Las configuraciones de membrana más comunes son las siguientes:1 a) Módulos tubulares, como sistema de MF/UF tradicional. b) Módulos de membrana sumergida, como un sistema novedoso. En el primer caso, el afluente se introduce por un extremo, recorriendo toda la membrana, dando lugar a un flujo tangencial. En la Figura 45 se observa la técnica basada en módulos tubulares:1 Las unidades de MF/UF con membranas tubulares constan de tres partes: prefiltración, filtración y recirculación.8 La prefiltración consiste en un filtro convencional de malla autolimpiable o manual, cuya eficacia irá en función de si sirven a una unidad de MF o de UF. Una vez se haya hecho la prefiltración, el efluente se introduce en módulos tubulares. El permeado pasa a procesos de regeneración posteriores (adsorción y desinfección), siendo el rechazado recirculado de nuevo a través del reactor biológico, o almacenamiento previo a la filtración.1 En la Figura 48 se observa el funcionamiento de la unidad de módulos tubulares:1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 278, 281. 33 Los procesos que intervienen son sólo físicos y mecánicos, siendo los de naturaleza biológica un inconveniente hacia el mantenimiento del sistema. Sin embargo, forzosamente tendremos que prever algún tipo de fenómeno biológico paralelo.1 Los módulos de membrana sumergida o MBR surgen a principios de los años noventa del siglo XX. Funcionan con membranas en forma de lámina porosa, con estructura portante tubular, operando sumergidas en el propio afluente. Éstas ahorran 10 veces más energía que las de tipo tubular.1 En la Figura 46 se observa la técnica de membrana sumergida:1 Estos elementos consisten en una serie de módulos en paralelo introducidos en un reactor biológico aireado, desde donde el afluente es succionado en vez de impulsado. El mantenimiento de las membranas es pasivo, permitiendo que la propia inyección de aire ejerza su función biológica. El reactor funcionará como clarificador secundario y terciario, por lo que existe una retirada periódica de fangos.1 Este sistema es tan novedoso porque el espacio donde se introducen las membranas hace a su vez de reactor biológico tipo OT. Esto da lugar a una reducción del espacio necesario, unificando las tres fases de la instalación de reciclaje: tratamiento base, pozo de bombeo y filtración por membrana.1 Li et al. (2008) evaluaron la idoneidad del sistema de membrana sumergida en el tratamiento del agua gris. El estudio reveló que la filtración directa del sistema de membrana UF tenía una tasa de eliminación media de 83,4%. El permeado tenía niveles de turbidez bajos (por debajo 1 NTU), estaba libre de sólidos en suspensión y tenían una excelente apariencia física. El rechazado generado en este sistema puede ser tratado en un digestor anaeróbico en una etapa posterior para la producción de biogás o compost.8 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 278, 282. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 4. 34 En la Figura 49 se observa el funcionamiento de la unidad de membrana sumergida:1 El MBR es la única tecnología capaz de conseguir la eliminación de sustancias orgánicas, surfactantes y contaminantes microbianos sin ninguna etapa de filtración y desinfección. Las cualidades del efluente MBR cumplen los requisitos más estrictos de reutilización de agua no potable urbana (Pidou, 2006). Debido a la excelente calidad del efluente, el MBR parece ser una atractiva solución para el reciclaje de aguas grises, sobre todo en colectivos de edificios residenciales urbanos (Lazarova et al., 2003).8 Liu et al. (2005) usaron una MBR sumergida de Mitsubishi Rayon (polietileno, tamaño de poro de 0,4 micras) para el tratamiento de las aguas grises del baño. Este estudio reveló que la DQO se redujo de 130 a 322-18 mg/l en permeado y la DBO se redujo de 99-221mg/l a menos de 5 mg/l. Los tensioactivos aniónicos (AS) se redujeron de 3,5-8,9 mg/l a menos de 0,5 mg/l en el efluente. Este estudio demostró que la degradación biológica eliminó la mayor parte de los contaminantes y la membrana limpió el resto, lo que garantiza una calidad del afluente excelente.8 Se requiere una desinfección final de las aguas grises para asegurar el cumplimiento con los estándares microbianos y evitar un riesgo para la salud y una estética negativa y efectos ambientales (Li et al., 2009).3 Sin embargo, la alta eliminación de los compuestos orgánicos reduce considerablemente la demanda de desinfectante químico (Friedler et al., 2006; Winward et al., 2008).12 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 283. 3 Carme Santasmasas, Miquel Rovira, Frederic Clarens, César Valderrama, Grey water reclamation by decentralized MBR prototype, Resources, Conservation and Recycling 72 (2013) 102– 107, p. 4. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 7, 9. 12 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Ronnie Frazer-Williams, Marc Pidou, Paul Jeffrey, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, A study of the microbial quality of grey water and an evaluation of treatment technologies for reuse, Ecological Engineering 32 (2008) 187–197, p. 10. 35 En la Tabla 6 se resume la viabilidad de las tecnologías de filtración expuestas:1 Observamos que el sistema de MF por membranas tubulares y MF por membranas sumergidas son una buena solución en el caso de boques de viviendas, mientras que su aplicación en viviendas unifamiliares no es rentable. La utilización de estos sistemas depende mucho de la escala de intervención. 3.4.3_ Desinfección de las aguas grises regeneradas. Independientemente del destino de las aguas regeneradas, deberán someterse a un tratamiento de desinfección.9 Es necesario que los tratamientos anteriores consigan una reducción considerable de la carga orgánica, ya que éstas aumentan la demanda desinfectante del efluente tratado, lo que reduce la eficacia de la desinfección (LeChevallier et al., 1981), además de proporcionar un sustrato para la regeneración del agente patógeno (Narkis et al., 1995). La eliminación de sólidos en suspensión también es importante ya que pueden restar eficacia a la desinfección (Dietrich et al., 2003; Winward et al., 2008).12 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 283, 313. 9 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, Chlorine disinfection of grey water for reuse: Effect of organics and particles, Water Research 42 (2008) 483 – 491, p. 1. 12 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Ronnie Frazer-Williams, Marc Pidou, Paul Jeffrey, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, A study of the microbial quality of grey water and an evaluation of treatment technologies for reuse, Ecological Engineering 32 (2008) 187–197, p. 2. 36 Existen varias técnicas desinfectantes, entre las que destacamos: CLORACIÓN Es una técnica utilizada desde principios del siglo XX hasta nuestros días. Sin embargo, debido a causas como la resistencia de algunos microorganismos, se ha ido sustituyendo por otras más eficientes.1 Este proceso consiste en la generación de ácido fuerte (hipocloroso, etc.) mediante una disolución de pequeña cantidad de cloro mezclada con agua. Es lo que conocemos como cloro libre disponible, con una gran eficacia germicida.1 Sin embargo, hay que tener en cuenta que al ser una sustancia reactiva hace que, antes de la desinfección, reaccione con otros compuestos que se encuentran en el agua. El contenido orgánico presente en las aguas residuales demandará una cantidad de cloro, lo que reducirá la disponibilidad de cloro libre para la desinfección (LeChevallier et al., 1981).9 Por ello es muy importante calcular la proporción de cloro que reacciona con estos compuestos y la restante que queda para desinfectar.1 En la Tabla 12 se muestra la dosificación necesaria en función de los tratamientos previos sometidos:1 Existen dos puntos clave en la utilización de cloro para el tratamiento de aguas grises:9 a) La concentración orgánica afecta a la demanda de desinfectante pero no influye en la resistencia microbiana a la inactivación. b) La eficacia del cloro en la desinfección está muy estrechamente vinculada al tamaño de las partículas de la materia en el agua gris. Dietrich et al. (2003) determinaron que el grado en que el cloro penetra en las partículas está influenciado por la concentración inicial de cloro. La concentración de cloro inicial y tiempo de contacto pueden incrementarse para mejorar la penetración en las partículas; sin embargo, las altas concentraciones de cloro y tiempos de contacto largos no son opciones prácticas para la reutilización de aguas grises.9 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 313, 315. 9 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, Chlorine disinfection of grey water for reuse: Effect of organics and particles, Water Research 42 (2008) 483 – 491, p. 2, 7. 37 Hay dos maneras de aplicación de esta técnica:1 a) Inyección de cloro gas (≥2.000 mg de cloro activo/litro de agua) en una solución previa que más tarde se incorpora al caudal de agua. Es la forma más eficaz y cara. Sin embargo, es una técnica arriesgada y requiere una mano de obra y coste económico importante, por lo que sólo se utilizará en instalaciones de envergadura. b) Inyección de hipocloritos por disolución (≥ 500 mg de cloro activo/litro), para caudales más pequeños. En tal caso, estará constituido por bombona dosificadora y un inyector. Esta técnica se considera la menos idónea debido a que la reacción del cloro inicial con los compuestos orgánicos del agua produce olores y productos peligrosos, que se sospecha que pueden afectar a la seguridad, habitabilidad, salud y medio ambiente, terminando por la influencia negativa que origina en la aceptación social de la instalación de reciclaje.1 Además, otro inconveniente es el caso de tratamiento de aguas de alta carga orgánica. De todos modos, los compuestos orgánicos no limitan la desinfección siempre que la concentración de cloro inicial se ajuste para satisfacer cualquier demanda de cloro adicional y mantener una cantidad aceptable de cloro libre, pero una incorrecta dosificación de cloro puede acarrear problemas.9 El rebrote de partículas puede presentar un riesgo para la salud tras la desinfección por cloro (Dixon et al., 1999). Por esta razón, la eliminación de sólidos en suspensión, y por lo tanto de las partículas más grandes de las aguas grises, es un requisito clave para lograr una desinfección eficaz posterior.9 De todas formas, hay que aclarar que este tratamiento nunca puede ser único, siempre deberá ir acompañado de otro proceso de desinfección adicional.1 OZONIZACIÓN La ventaja con respecto a la cloración es que, con la misma cantidad de ozono inyectado se requiere un menor tiempo de contacto.1 Sin embargo, al igual que la cloración, es necesario que las dosis de ozono deban incrementarse a valores de 8-20 mg O3/litro, con contactos de seguridad de 10 a 30 minutos máximo. Este tiempo de contacto requiere que la instalación incorpore un tanque de reacción, con un dispositivo para la recogida y expulsión controlada del ozono que se escapa.1 El sistema se compone de tres elementos: el productor de ozono conectado a la red eléctrica y a un flujo de aire u oxígeno comercial; un tanque de contacto-reacción; y uno o varios filtros de desonización.1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 313, 316, 317. 9 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, Chlorine disinfection of grey water for reuse: Effect of organics and particles, Water Research 42 (2008) 483 – 491, p. 7. 38 En la Figura 69 se observa el esquema de las etapas de la ozonización:1 Esta tecnología no es la más idónea para su aplicación en edificaciones individuales, debido a la complejidad del sistema, el coste energético en la producción artificial de ozono y la necesidad de un mantenimiento exhaustivo. Únicamente es rentable su utilización en tipologías con grandes caudales a tratar.1 En el caso de caudales importantes, se considera que la aplicación de una dosis de ozono de 15 mg/l es un proceso de post-tratamiento asequible con los costes de 0,05-0,20 euros/m3 (inversión y operación) (Joss et al., 2008).13 RADIACIÓN ULTRAVIOLETA Los rayos UV se clasifican en cuatro categorías, de las que destacamos las de onda corta (UV-C). Existen varias maneras de producir la radiación UV-C. Lo difícil es crearla durante un período de tiempo largo con un bajo consumo energético. Ésta radiación se genera a partir de una lámpara de mercurio, dividiendo, a su vez, éstas según sean de baja o media-alta presión. Con bajos caudales, las lámparas utilizadas son las de baja presión.1 En cuanto a las dosis máximas necesarias para la inactivación de los microorganismos patógenos, los valores van de los 4.000 µW.s/cm2 para ciertas bacterias, 8.000-11.000 µW.s/cm2 para los virus, hasta los 100.000 µW.s/cm2 para los protozoos.1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 318, 319, 320, 321. 13 L. Hernández-Leal, H. Temmink, G. Zeeman, C.J.N. Buisman, Removal of micropollutants from aerobically treated grey water via ozone and activated carbon, Water Research 45 (2011) 2887-2896, p.9 39 La mayor desventaja del sistema es que a las 36 h después de la esterilización tiene una nula capacidad desinfectante, por lo que será necesario recircular los afluentes cada cierto tiempo, o bien utilizar conjuntamente una pequeña dosis de cloro.1 Sin embargo, a diferencia de los dos casos anteriores, la desinfección de las aguas residuales mediante este sistema sí parece estar demostrada.15 De todas formas, es conveniente disponer de más de una unidad, bien en paralelo, bien en serie:1 a) Dos unidades colocadas en paralelo permiten la continuidad de funcionamiento de la instalación cuando una de ellas falla, tal y como se observa en la Figura 76:1 b) Dos o más unidades en serie aumentan la dosis de irradiación. El coste de la lámpara supone el 95-98% del gasto total, por lo que las necesidades energéticas son mínimas, sobre todo si todos los aparatos conectados a la red se suministran a partir de placas fotovoltaicas.1 Cuanto mayor sea el caudal a tratar, menor tiempo necesitará la instalación para amortizarse: en una agrupación de 10 viviendas unifamiliares, el gasto unitario es 5 veces menor que en una individual; y en el caso de los bloques urbanos, el coste es la mitad que en agrupaciones unifamiliares.15 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 322, 325, 326. 15 Víctor Matamoros, Victòria Salvadó, Evaluation of a coagulation/flocculation-lamellar clarifier and filtration-UV-chlorination reactor for removing emerging contaminants at full-scale wastewater treatment plants in Spain, Journal of Environmental Management 117 (2013) 96-102, p. 1. 40 En las Figuras 77 y 78 se muestra una comparativa de los costes iniciales de cada uno de los sistemas y de los costes de mantenimiento y explotación, respectivamente:1 El coste inicial de la desinfección mediante UV se reduce únicamente al equipo, disminuyendo mucho la inversión en comparación con los otros métodos analizados. La desinfección por ozono es sin duda la menos rentable en cualquier caso. A pesar de la rentabilidad de sistema UV, la desinfección por cloro es la más común. Esto se debe a que es una técnica relativamente sencilla y tiene una mayor rentabilidad de comercialización.9 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 327, 329. 9 Gideon P. Winward, Lisa M. Avery, Tom Stephenson, Bruce Jefferson, Chlorine disinfection of grey water for reuse: Effect of organics and particles, Water Research 42 (2008) 483 – 491, p. 1. 47 TRAMO DE REGENERACIÓN DE LAS ANTIGUAS AGUAS GRISES La filtración bajo presión (granular o por membrana) requiere disponer siempre de un local exclusivo, localizado en el exterior o en el interior de la edificación.8 Al igual que el caso anterior, no existe normativa que contemple las instalaciones de tratamiento de agua en el interior de la edificación. Consideraremos que las características que debe cumplir son las que se requiere en una sala de instalaciones.1 Consideraciones espaciales: Tenemos que tener en cuenta que cada aparato se colocará, al menos, a 0,60 m de tres de los cuatro paramentos verticales del local de instalaciones donde se ubica, y a más de 0,80 m del techo. Su fijación al suelo debe ser lo más horizontal posible, salvando la pendiente del solado con bases antivibratorias. La distancia entre aparatos nunca será inferior a los 0,30 m, o aquella que se considere suficiente para su manipulación. La sala de este tipo tendrá una superficie útil mínima de 9,00 m2.1 En la Figura 61 se observa una sala de instalaciones de regeneración de aguas:1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 297, 303. 8 Fangyue Li, Knut Wichmann, Ralf Otterpohl: Review of the technological approaches for grey water treatment and reuses, Science of the Total Environment, 407 (2009) 3439–3449, p. 5. 48 Es necesario que los accesos a la sala se ejecuten con hoja practicable hacia el exterior, con aquella anchura como para que cualquiera de los aparatos pueda atravesarlo. En caso de comunicar con zonas de aparcamientos, se realizará un vestíbulo previo con la consiguiente compartimentación y distancias exigidas por la normativa de protección contra incendios.16 El solado ha de ser antideslizante e impermeable, con una pendiente suficiente como para desalojar rápidamente cualquier fuga.16 Iluminación: Debe ser suficiente para cubrir las necesidades de mantenimiento del sistema (250-500 lux, en horizontal). Se aconsejan lámparas fluorescentes, compactas y estancas.1 Protección frente a incendios: Por analogía con salas de instalaciones convencionales, las consideramos de Riesgo Bajo.1 Este tipo de salas requerirán una resistencia al fuego de paredes y techos (RF-90), estabilidad de la estructura (EF-90), materiales de paredes y techos (M-1) o suelos (M-2) y puertas (RF-60 o dos RF-30 si por motivos de diseño existe vestíbulo previo).16 En cuanto a las instalaciones de protección, se recomienda como mínimo la colocación de un extintor de CO2 de 5 kg de capacidad, de eficacia 21B.1 Ventilación: Las necesidades son las de un cuarto de máquinas convencional, que es el aporte del aire frío necesario para que la temperatura interior no supere los 35ºC, así como para prevenir alguna producción de humos por fallo de los aparatos.1 La ventilación directa se realiza mediante huecos al exterior, de superficie de hueco no menor de 1/40 de la superficie útil en planta del local (y nunca inferior a 700 cm2). Aunque se indica que ambas aperturas (de entrada y salida) deben colocarse de forma que su borde superior no esté a una distancia mayor de 1,00 m del techo, la mejor solución es la de localizar la entrada del aire en la parte inferior de la pared (en la puerta, si es un local exterior y exento) y la superior en la parte alta del paramento, optando por el patio inglés si el local se encuentra semienterrado; cuando no se tengan dos paramentos enfrentados que den al exterior, la salida se ejecuta mediante conducto vertical a cubierta, con tramos previos horizontales si el diseño lo exige. En tal caso, las canalizaciones horizontales no tendrán una longitud superior a los 10 m, con una superficie nunca inferior a los 700 cm2.16 Ruido y vibraciones: La ubicación inicial del cuarto de instalaciones influye en gran medida en la reducción del ruido. En caso necesario, se colocarán los equipos generadores de ruidos y vibraciones (filtros, bombas, inyectores, etc.) sobre bases antivibratorias.1 Salubridad: Será necesario dotar al local de un sistema de evacuación de aguas en caso de fugas o filtraciones. Realizando un solado con pendiente hacia un sumidero, las aguas se canalizarán hacia una arqueta sifónica.1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 302, 304, 305, 309. 16 Código Técnico de la Edificación (CTE), SUA2. Seguridad frente a riesgo de caídas, p. 8, 9. Código Técnico de la Edificación (CTE), SI1. Propagación interior, p. 12, 13. Código Técnico de la Edificación (CTE), HS3. Calidad del aire interior, p. 66. 49 3.7_ Aceptación social. Hay poca importancia social del verdadero sentido del recurso del agua. Por ello es complicado un asentamiento de las tecnologías de reciclaje de la misma.5 En España se tiene la falsa concepción de que el agua es un recurso barato e inagotable. El gasto excesivo de agua se relacionaba con un alto nivel de vida. Plantear, pues, actuaciones relacionadas con la reutilización de aguas residuales domésticas conllevaría una disminución del nivel de vida que hemos llevado hasta ahora.1 No se entiende que normalmente usamos agua de calidad para usos que no la necesitan, y esto conlleva y malgasto del recurso.5 Por todo ello, parece que al menos en nuestro país todavía no es viable la reutilización de aguas residuales domésticas. En otros países occidentales (Estados Unidos, Canadá, Alemania o Suecia) la iniciativa pública comenzó hace años, logrando avances en este campo, y una mayor concienciación medioambiental de la población.1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 152. 5 Noémie Neverre, Patrice Dumas, Projecting and valuing domestic water use at regional scale: A generic method applied to the Mediterranean at the 2060 horizon, Water Resources and Economics 11 (2015) 33–46, p. 2. 50 3.8_ Relación coste-beneficio. La capacidad económica del usuario será la que permita o no realizar el sistema de reciclaje, por lo que el coste de la instalación es un factor a tener en cuenta.13 En España existe una ligera dispersión de precios en función del precio final a pagar, que está relacionado con la disponibilidad del recurso.1 En la Figura 6 podemos observar los precios globales en España:1 Ya que el agua se paga por recipiente y no por contenido, se abonan cantidades similares en zonas españolas con déficit hídrico y las que no lo tienen. A partir de la nueva Ley del Agua, este recurso deja de valorarse como un simple <<recipiente>>, para comenzar a considerarlo un bien económico y, sobretodo, medioambiental.1 Los 1,38 euros de media nacional que se pagaban por metro cúbico de agua doméstica se han visto totalmente modificados tras la reestructuración del nuevo <<precio>> del agua (EMASESA fija su cuota en 2,01 euros por metro cúbico de agua). Por otro lado tenemos el coste energético para mantener todas estas instalaciones. Dichos sistemas requieren elementos de bombeo, soplantes, dosificadores, lámparas UV, etc., que consumen energía. En la Figura 7 observamos el precio del kW/h durante el año 1999:1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 153, 154. 13 L. Hernández-Leal, H. Temmink, G. Zeeman, C.J.N. Buisman, Removal of micropollutants from aerobically treated grey water via ozone and activated carbon, Water Research 45 (2011) 2887-2896, p.1 51 Una solución para minimizar el gasto eléctrico puede ser utilizar un sistema de placas fotovoltaicas, ya que el sol es una energía renovable con gran futuro en nuestro país.1 En la Tabla 5 se comparan los precios del agua doméstica en los países del Mediterráneo alrededor del año 2000. Las tarifas del suministro energético sitúan a España entre las más altas de los países occidentales:5 Teniendo en cuenta esto, podemos preguntarnos si sería rentable una instalación de poca envergadura (de vivienda o pequeño bloque urbano): En España, debido a la baja demanda, la carga económica inicial sería difícilmente amortizable a medio plazo, por lo menos tal y como se han venido planteando estas técnicas.1 En 1989, el Servicio Federal de Salud de Alemania, en colaboración con el Standtökologisches Modelvorhaben, Blok 103, de Berlín, junto a otra investigación paralela del Instituto de Higiene de la Universidad Politécnica de Berlín, pusieron en marcha una serie de experiencias, con objeto de dotar a los bloques de viviendas de Berlín (50-60 personas, es decir, entre 12 y 20 domicilios), de un sistema que recicle unos 70 litros/hab.día para suministrar a las demandas no potables. La intención, dentro de una política general de ahorro de recurso de calidad, pretende suplir la problemática originada en los cascos urbanos alemanes, donde la capacidad de abastecimiento de las redes municipales está desbordada (crecimiento de la población y del nivel de vida, rehabilitación de centros históricos como política socioeconómica, etc.).1 Según estos estudios, la instalación se vería amortizada a corto-medio plazo. Esto se debe a que el precio del agua en este país es más del doble que en España, por lo que merece la pena una inversión inicial mayor si se consiguen reducciones importantes.1 1Ignacio Javier Palma Carazo, Las aguas residuales en la arquitectura sostenible. Medidas preventivas y técnicas de reciclaje, 2003, p. 148, 154, 155. 5 Noémie Neverre, Patrice Dumas, Projecting and valuing domestic water use at regional scale: A generic method applied to the Mediterranean at the 2060 horizon, Water Resources and Economics 11 (2015) 33–46, p. 6. 52 VIABILIDAD DEL RECICLAJE DEL AGUA EN BARRIOS: PROYECTO DEL BARRIO LAS HUERTAS, SEVILLA. Se trata de una propuesta desarrollada por el grupo GTAR que pretende transformar el barrio en un lugar sostenible, mediante estrategias que luchan contra el cambio climático para conseguir un “Barrio sin CO2”. Se llevan a cabo numerosas actuaciones entre las que destaca la reutilización de las aguas grises de las viviendas para cubrir necesidades de riego, mediante sistemas naturales perfectamente integrados en los propios jardines ya existentes.17 La principal ventaja que permite la viabilidad del proyecto es su escala: 600 viviendas que comparten gastos de gestión y mantenimiento, minimizando los costes por vivienda.18 El sistema se compone de tramos de canal tipo, de 10 m de longitud y 1 de anchura y profundidad que se pueden conectar en serie hasta alcanzar la longitud necesaria para una determinada calidad de agua de salida. Cada tramo se rellena con piedra angulosa organizada por tamaños (200 a 50 mm), de modo que la piedra de mayor granulometría ocupa los primeros metros para ir dando paso a menores tamaños y por tanto a una disminución progresiva del hueco por el que pasa el agua conforme es transportada. Este hecho da lugar a pequeños aumentos de velocidad en el agua (mayores cuanto mayor es el caudal circulante), que origina pequeñas depresiones en la misma favoreciendo la circulación del aire procedente del exterior por el interior del canal, evitando procesos anaeróbicos severos en la masa de agua circulante. Los pozos situados en el primer y último metro de cada uno de los tramos que componen el canal permiten el mantenimiento del mismo, que debe realizarse anualmente. Dicho mantenimiento consistirá en la extracción de los fangos depositados en la base tras una inyección de agua a contracorriente por medio de una manguera. Los canales están sembrados con plantas que intervienen en la depuración del agua y les confieren un aspecto agradable a la vista, por lo que se integran a la perfección en los jardines comunitarios del barrio.17 Se ha demostrado que es viable obtener mediante estos sistemas la calidad necesaria para su reutilización en el riego de especies que no den frutos comestibles, ya que no se contempla la eliminación de patógenos.17 En la siguiente tabla se muestra el consumo de agua por persona, vivienda y bloque:18 17 GTAR. Barrio sin CO2, http://aula.aguapedia.org/mod/resource/view.php?id=3992, p. 1, 6, 9, 20. 18 Del Moral, L. et al, Propuestas de intervención en el caso de estudio barrio de las huertas (Sevilla). Propuestas para la gestión económicamente eficiente de los recursos agua y energía, Proyecto de Investigación AQUA-RIBA, 2014, p. 4. 53 Por otra parte, la calidad de agua requerida para cada uno de los destinos es:18 El consumo de agua del WC es aproximadamente 14 litros por descarga y la ducha en 47,5 litros/uso. Si se reduce la descarga a 10 litros, el agua de la ducha sería suficiente para suministrar al inodoro.18 En estas condiciones, el ahorro sería el siguiente:18 En cuanto a los costes:18 Los ahorros anuales por vivienda, bloques y barriada se muestran a continuación:18 Sólo con la reutilización de aguas grises podrían alcanzarse ahorros de más de 47.000 euros al año en toda la barriada. Estos ahorros se deben fundamentalmente a la estructura de precios de la factura, debido a que al disminuir el consumo por hab./viv./mes por debajo de los 3 m3 la tarifa que se aplica al agua consumida pasa de 0,5 euros/m3 a 0,37 euros/m3, por lo que el ahorro no sólo proviene de una disminución del volumen de agua consumida, sino también de la reducción de precios unitarios establecidos por la empresa suministradora.18 La mayor debilidad que muestra la propuesta se centra en el ámbito social, debido a la necesidad de poner de acuerdo a toda la barriada para que acepten el proyecto. Por otra parte, su mayor fortaleza reside en que van a pagar menos por los mismos servicios y su colaboración sólo consistiría en abonar las cuotas mensuales.18 18 Del Moral, L. et al, Propuestas de intervención en el caso de estudio barrio de las huertas (Sevilla). Propuestas para la gestión económicamente eficiente de los recursos agua y energía, Proyecto de Investigación AQUA-RIBA, 2014, p. 4, 6, 7, 10, 21. 54 3.9_ Otras aplicaciones de las aguas grises. Recuperación de energía. 3.9.1_ Energía térmica. En los EE.UU., el sector de la edificación residencial representó el 20% de la demanda de energía primaria y el 20% de las emisiones de dióxido de carbono en 2006.19 En los edificios residenciales de los EE.UU., el mayor consumo de energía procede de la calefacción y refrigeración, así como de los sistemas de calentamiento de agua, tal y como observamos en la Figura 1:20 La calefacción representa alrededor del 45% del consumo de energía, que es casi la mitad del total en edificios residenciales. El calentamiento de agua consume el 18% de la energía total, mientras que la refrigeración constituye un poco menos de la mitad de energía utilizada en calefacción. Obviamente, la calefacción, refrigeración y calentamiento de agua juegan papeles esenciales en el ahorro de energía.20 Únicamente el 8,3% de los hogares utilizan la bomba de calor para la calefacción y refrigeración. La utilización de calderas de electricidad y gas natural para el calentamiento de agua es lo más frecuente en edificios residenciales (38,8% y 52,8%, respectivamente).19 19 L. NI, S.K LAU, H. LI, T. ZHANG, J.S STANSBURY, JONATHAN SHI, JILL NEAL, Feasibility study of a localized residential grey water energy-recovery system, Applied Thermal Engineering 39 (2012) 53-62, p. 1. 20 XIAOYU LIU, SIU-KIT LAU, HAORONG LI, Optimization and analysis of a multi-functional heat pump system with air source and gray water source in heating mode, Energy and Buildings 69 (2014) 1– 13, p. 1, 2. 55 Existe una cantidad enorme de energía presente en las aguas residuales que se vierten al medio sin ser adecuadamente recuperadas. Ha habido algunos intentos de utilizar el calor de las aguas residuales residenciales, tales como la recuperación de calor del agua de la ducha utilizando un intercambiador de calor con un flujo a contracorriente en edificios residenciales de gran altura, o la recuperación de calor del lavavajillas a través de un intercambiador de calor en espiral. Sin embargo, sigue sin ser un tema muy desarrollado.19 Se han llevado a cabo estudios que se centran en el ahorro de energía en la producción de agua caliente. Las bombas de calor utilizadas para el calentamiento de agua tienen desventajas como la producción de un volumen bajo de agua caliente, la necesidad de un tanque de almacenamiento y la disposición de un calefactor eléctrico auxiliar.20 Para mejorar el rendimiento de las bombas de calor, se ha investigado un sistema de bomba multi-funcional que no sólo proporciona agua caliente, sino que también cubre las necesidades de calefacción y refrigeración. Mediante un sistema de bomba de calor utilizando una fuente de calor de aire y de agua gris puede mejorarse la eficiencia energética global en edificios residenciales.20 Un esquema del sistema de recuperación de calor de aguas residuales puede ser el recogido en la Figura 1:19 El diagrama consta de un sistema integrado con un serpentín que intercambia calor con el aire exterior incorporando una fuente de calor complementaria. Para drenar el exceso de agua del tanque se utiliza un tubo de desagüe. En cuanto al calor requerido por la bomba, si la energía de las aguas residuales del tanque no proporcionan calor suficiente en el modo calefacción, se abrirán las válvulas del solenoide V4 y V5 y el calor requerido se extraerá del aire exterior mediante un serpentín. En el modo refrigeración, el calor del condensador se obtiene mediante el intercambiador de calor del aire exterior, excepto en períodos de alta temperatura.19 19 L. NI, S.K LAU, H. LI, T. ZHANG, J.S STANSBURY, JONATHAN SHI, JILL NEAL, Feasibility study of a localized residential grey water energy-recovery system, Applied Thermal Engineering 39 (2012) 53-62, p. 1, 2. 20 XIAOYU LIU, SIU-KIT LAU, HAORONG LI, Optimization and analysis of a multi-functional heat pump system with air source and gray water source in heating mode, Energy and Buildings 69 (2014) 1– 13, p. 2. 56 El agua gris tratada puede ser reutilizada para el riego y otros fines. En el caso de que el volumen de las aguas grises regeneradas no sea suficiente para el abastecimiento del riego, se complementará con agua potable. Con temperaturas exteriores elevadas, si hay una demanda de riego, el agua potable puede actuar como un disipador de calor antes de la irrigación.19 Si comparamos este nuevo sistema con sistemas convencionales como el horno de gas para calentar el espacio, el aparato de aire acondicionado y un calentador de agua eléctrico para calentar el agua caliente, concluimos:19 a) El innovador sistema de recuperación de energía del agua gris tiene un alto ahorro energético así como de agua potable. Este nuevo sistema es más adecuado para lugares con una temperatura exterior moderada. b) A partir de un estudio realizado para el caso de una vivienda que consta de una familia de cuatro miembros y tres dormitorios en Nueva York, se extrajo que los consumos de energía disminuyen un 23,5%, 2,7% y 76,0% para la calefacción, la refrigeración y el calentamiento de agua caliente, respectivamente. De esta forma, si lo comparamos con un sistema energético convencional, el ahorro podría alcanzar un 33,9% del total. La propuesta también reduce el consumo de agua potable el 27,2% del agua total consumida. c) Otras 14 ciudades fueron seleccionadas para un estudio en diferentes zonas climáticas en los EE.UU. Entre las 15 ciudades, el ahorro total de energía fue del 17-57.9%. El calentamiento de agua tiene los ahorros energéticos más significativos, con más del 60% de reducción. Los resultados demuestran un gran ahorro de energía utilizando el sistema propuesto. Por otra parte, el ahorro de agua potable es del 15%-34.1%. Las ciudades con climas calientes son las que tienen ahorros de agua más alto. 3.9.2_ Energía eléctrica. En EE.UU., los edificios residenciales y comerciales consumen casi el 70% de la electricidad total generada. Así que todas las medidas destinadas a un ahorro del recurso son bienvenidas. El reciclaje y reutilización de aguas grises como método de obtención de electricidad en edificios altos tiene resultados prometedores. Por edificios altos entendemos aquellos que tienen una altura media de más de 22 m. El agua gris que cae desde una cierta altura podría ser una fuente potencial de generación de electricidad.21 19 L. NI, S.K LAU, H. LI, T. ZHANG, J.S STANSBURY, JONATHAN SHI, JILL NEAL, Feasibility study of a localized residential grey water energy-recovery system, Applied Thermal Engineering 39 (2012) 53-62, p. 2, 7. 21 Prabir Sarkar, Bhaanuj Sharma, Ural Malik, Energy generation from grey water in high raised buildings: The case of India, IRAN, Renewable Energy 69 (2014) 284-289, p. 1. 63 En cuanto al sistema de tratamiento planteado, consideraremos que se aplica un sistema Decantación-Digestión-Biofiltración (DB) con una filtración física y una etapa final de desinfectante mediante cloro. La empresa REMOSA comercializa sistemas que integran las tres etapas: Con una cantidad de agua regenerada de 147,90 litros/día., necesitaremos el sistema GREM 300 V, con un precio de 4.952 euros. 64 AHORROS DE AGUA Y AMORTIZACIÓN DEL SISTEMA El gasto total de la instalación es el siguiente: UNIDAD COSTE (euros) Red de saneamiento 44,92 Red de abastecimiento 22,32 Sistema de tratamiento 4.952 TOTAL 5.019,24 En España el precio del agua actual es de 2,01 euros/m3 (Fuente: EMASESA). Además, la empresa suministradora establece un impuesto de 0,50 euros por un abastecimiento de agua > 3 m3 hab./mes y 0,37 euros por un abastecimiento de agua < 3 m3 hab./mes. - Consumo de un habitante sin recuperación de aguas grises: 117,20 litros/hab.día. (Ver pág. 13, Tabla 2. Volumen de aguas residuales domésticas por habitante equivalente, Palma Carazo, 2003). 117,20 litros/hab.día. = 0,117 m3/hab.día. = 3,51 m3/hab.mes. > 3m3 (impuesto de 0,5 euros/m3). Impuesto 1 = 1,76 euros/mes. - Consumo de un habitante con recuperación de aguas grises (- inodoro) = 92,20 litros/hab.día. 92,20 litros/hab.día. = 0,092 m3/hab.día. = 2,76 m3/hab.mes. < 3m3 (impuesto de 0,37 euros/m3). Impuesto 2 = 1,02 euros/mes. AHORRO MENSUAL = 0,74 euros/viv. AHORRO ANUAL = 8,88 euros/viv. Si el inodoro tiene una demanda de 25 litros/hab.día, el ahorro total de la vivienda (4 habitantes) será de 100 litros/día. 100 litros = 0,10 m3. Por tanto, en el total de la vivienda se ahorra una cantidad de 0,20 euros/día. Al mes se producen ahorros de 6,00 euros y al año de 72,00 euros. A esto se le suma el ahorro del impuesto de abastecimiento, con lo que el ahorro final en un año completo es de 81,24 euros. Teniendo en cuenta el coste de la instalación, el sistema se amortizaría en 69,71 años. Comprobamos que en el caso de una vivienda única no merece la pena la implantación de un sistema de este tipo porque el tiempo de amortización es demasiado largo. 65 4.1.2_ Bloque residencial urbano. COSTE DE LA INSTALACIÓN Suponemos un edificio residencial lineal de 7 plantas. Si hay 4 viviendas por planta tendremos un total de 28 viviendas. Si todas las viviendas son más o menos similares podemos mantener el coste por vivienda calculado anteriormente: - Red de evacuación de aguas grises: 44,92 euros. - Red de abastecimiento de las aguas regeneradas: 22,32 euros. Este valor lo tenemos que multiplicar por las 28 viviendas que componen el bloque: - Red de evacuación de aguas grises: 1.257,76 euros. - Red de abastecimiento de las aguas regeneradas: 624,96 euros. Sólo nos quedará añadir el precio de los bajantes de la red de evacuación de aguas grises y suministro de las nuevas aguas tratadas: consideramos que hay tres bajantes de saneamiento, tal y como se muestra en la figura. Del mismo modo que en el caso anterior, extraemos el diámetro del bajante mediante la tabla 4.3 del CTE-HS5: Un baño tenía un total de 6 uds., así que el bajante 2 deberá acoger un total de 12 uds. (2 baños), mientras que los bajantes 1 y 3 seguirán evacuando el mismo caudal que antes. Con una pendiente del 2%, le corresponde un diámetro de 75 mm en el primer caso y 50 mm en los otros dos restantes. 1 D e s a n e a m i e n t o 2 D e s a n e a m i e n t o 3 D e s a n e a m i e n t o 66 Un edificio de 7 plantas con una distancia a ejes de forjado de unos 4 m requiere una bajante de unos 28 m. Ya que el suministro es de tuberías de 4 m, necesitaremos 7 tuberías: COSTE (50 mm) = 11,23 euros/m. (x2) COSTE (75 mm) = 25,43 euros/m. Multiplicando estos precios por los 28,00 m necesarios para nuestra instalación, tendremos un gasto total de 1.340,92 euros. La red de evacuación completa (viviendas + bajantes) tendrá un coste total de 2.598,68 euros. En este caso, al tratarse de un bloque urbano volveremos a plantear como único destino el inodoro, debido a la inexistencia de jardines y parques privados. Con una cantidad de agua regenerada de 36,975 litros/hab.día tal y como expusimos en el apartado anterior, y teniendo en cuenta que el edificio lo componen 112 personas (4 habitantes por casa), el volumen total de agua regenerada será de 4.141,20 litros/día. El inodoro exigirá una demanda de 2.800 litros/día, con que sobrarán litros para cubrir otras demandas como la limpieza del hogar, etc. Por otro lado, la red de abastecimiento de agua se compone de dos bajantes: 1 D e s a n e a m i e n t o 2 D e s a n e a m i e n t o 67 El CTE-HS5. Evacuación de aguas, establece el caudal instantáneo mínimo para cada aparato: En el caso anterior el diámetro de 12 mm para el inodoro cumplía muy holgadamente. Vamos a comprobar si ese diámetro sirve para el abastecimiento del doble de caudal mediante la verificación de las velocidades de las tuberías:  * 0,20= 0,12 V= 1,06 Como observamos, también cumple con el diámetro establecido para un único baño, ya que la restricción está en 0,5 > v > 3,5 para tuberías de polipropileno. Consideramos los 28 m de longitud de bajante comentados anteriormente: COSTE (20 mm) = 1,86 euros/m. (x2) Multiplicando el precio por los 28 m de longitud de suministro del producto y teniendo en cuenta que hay dos bajantes, tendremos un gasto total de 104,16 euros. 68 La red de abastecimiento completa (viviendas + bajantes) tendrá un coste total de 729,12 euros. En cuanto al sistema de tratamiento: Con una cantidad de agua regenerada de 4.141,20 litros/día, necesitaremos el sistema GREM 10000, con un precio de 20.940 euros. AHORROS DE AGUA Y AMORTIZACIÓN DEL SISTEMA El gasto total de la instalación es el siguiente: UNIDAD COSTE (euros) Red de saneamiento 2.598,68 Red de abastecimiento 729,12 Sistema de tratamiento 20.940 TOTAL 24.267,80 En España el precio del agua actual es de 2,01 euros/m3 (Fuente: EMASESA). Si el inodoro tiene una demanda de 25 litros/hab.día, el ahorro total del edificio (112 habitantes) será de 2.800 litros/día. 2.800 litros = 2,80 m3. Por tanto, en el total de la vivienda se ahorra una cantidad de 5,63 euros/día. Al mes se producen ahorros de 168,90 euros y al año de 2.026,80 euros. A esto se le suma el ahorro del impuesto de abastecimiento calculado en el apartado anterior (8,88 euros/año/viv.), con lo que el ahorro final es de 2.274,72 euros. Teniendo en cuenta el coste de la instalación, el sistema se amortizaría en 10,97 años. En un edificio residencial sí se puede llegar a amortizar en un período medio de tiempo. Con el precio anterior del agua (1,38 euros/m3, según Palma Carazo, 2003) la amortización se produciría en un período mayor de tiempo. Cuanto más cara está el agua menos se tarda en amortizar el sistema. 69 4.1.3_ Barrio residencial. COSTE DE LA INSTALACIÓN Consideramos una barriada compuesta por 20 edificios de similares características al descrito anteriormente (en total 560 viviendas). En este caso, el agua regenerada se puede destinar a aplicaciones más interesantes como es el riego de la vegetación comunitaria. El Art 10 LOUA establece: “Son necesarios parques, jardines y espacios libres públicos en proporción adecuada a las necesidades sociales actuales y previsibles, que deben respetar un estándar mínimo entre 5 y 10 metros cuadrados por habitante o por cada 40 m2 de techo destinado a uso residencial, a determinar reglamentariamente según las características del municipio [Actualmente se establece el coeficiente de dos con cuatro (2,4) habitantes por vivienda, para el cálculo de la población derivada de las viviendas previstas en los instrumentos de planeamiento urbanístico].” Por tanto, aunque para el estudio hayamos considerado una media de 4 habitantes por vivienda, a efectos urbanísticos consideraremos la cifra de 2,4 hab./viv., que aplicado al ejemplo de una barriada de 560 viviendas equivale a 1.344 habitantes. Si suponemos que se han destinado una media de 7 m2 por cada habitante, tendremos un total de 9.408 m2 de superficie destinada a parques, jardines y espacios libres públicos. Además, si consideramos que el 70% de esta superficie se encuentra cubierta por especies vegetales que necesitan ser regadas, la superficie final será de 6.585,60 m2. La demanda de agua que requiere un manto de césped fluctúa entre 0,60-3,60 litros/m2día de media anual. Tomaremos un valor medio de 2,1 litros/m2día. En total, sería necesario un suministro de 13.829,76 litros diarios. Con una cantidad de agua regenerada de 36,975 litros/hab.día y teniendo en cuenta que el barrio lo componen 2.240 personas (4 habitantes por casa), el volumen total de agua regenerada será de 82.824,00 litros/día. El inodoro exigirá una demanda de 56.000 litros/día. Comprobamos que del total de agua regenerada puede servir perfectamente a inodoros y a zonas verdes. El coste de la red de saneamiento y abastecimiento un edificio es: - Red de evacuación de aguas grises: 2.598,68 euros. - Red de abastecimiento de las aguas regeneradas: 729,12 euros. Este valor lo tenemos que multiplicar por los 20 edificios que componen el barrio: - Red de evacuación de aguas grises: 51.973,60 euros. - Red de abastecimiento de las aguas regeneradas: 14.582,40 euros. 70 En cuanto al sistema de tratamiento: Con una cantidad de agua regenerada de 82.824,00 litros/día, necesitaremos ocho sistemas GREM 10000 y un sistema GREM 3500, con un precio total de 254.782 euros. AHORROS DE AGUA Y AMORTIZACIÓN DEL SISTEMA El gasto total de la instalación es el siguiente: UNIDAD COSTE (euros) Red de saneamiento 51.973,60 Red de abastecimiento 14.582,40 Sistema de tratamiento 254.782 TOTAL 321.338,00 En España el precio del agua actual es de 2,01 euros/m3 (Fuente: EMASESA). Si el inodoro tiene una demanda de 25 litros/hab.día, el ahorro total de la barriada (2.240 habitantes) será de 56.000 litros/día. 56.000 litros = 56 m3. Por tanto, en el total de la vivienda se ahorra una cantidad de 112,56 euros/día. Al mes se producen ahorros de 3.376,80 euros y al año de 40.521,60 euros. A esto se le suma el ahorro del impuesto de abastecimiento (8,88 euros/año/viv.), con lo que el ahorro final es de 46.057,20 euros. Teniendo en cuenta el coste de la instalación, el sistema se amortizaría en 7,93 años. En este caso sí es muy rentable hacer un sistema de regeneración de aguas, ya que el tiempo de amortización es bajo. Sin embargo plantea problemas como que, al ser un barrio, los espacios verdes son de dominio público y los habitantes no tienen que costear el agua destinada al riego. Esto sería más aplicable a cualquier conjunto de bloques de viviendas situados en la periferia y que tengan jardines en propiedad. Sin embargo, se comprueba que la mayor parte del volumen de agua regenerada se destina al abastecimiento de inodoros, por lo que es una buena solución en cualquier caso. 71 4.2_ Resultados. El estudio realizado muestra que la viabilidad de aplicación del sistema depende de la cantidad de personas a las que suministra la red, siendo una práctica totalmente inviable en el caso de una única vivienda unifamiliar y más aceptable para su aplicación en un edificio residencial. Aunque la barriada reporta unos mejores resultados, es improbable su implantación debido a que las superficies verdes exteriores suelen ser de dominio público y por tanto su pago no lo afronta el usuario. Este sistema tiene mayor futuro en agrupaciones de viviendas unifamiliares o bloques con zonas verdes en los que el usuario afronte el coste del riego de los mismos. 72 5_ CONCLUSIONES El tratamiento de aguas grises puede ser una buena alternativa para el ahorro de agua en la actualidad. Sin embargo requiere unos costes iniciales y de mantenimiento muy elevados en muchos casos que no los hace rentable, debido a que todavía no se ha desarrollado lo suficiente para que su comercialización salga económica. De todos modos ya se encuentran aplicaciones de estas técnicas, sobretodo en otros países de Europa. Sus aplicaciones son, sobre todo, el abastecimiento de inodoros y el riego de zonas verdes. Las viviendas urbanas plantean problemas de espacio para albergar la instalación, por lo que este factor será un inconveniente a tener en cuenta. Su aplicación está enfocada no tanto a la búsqueda de un ahorro importante de la factura del agua, si no más bien a un cambio de conciencia con respecto al aprovechamiento del recurso y su protección como un bien natural. Es necesario que abramos la mente hacia nuevas tecnologías para conseguir un mundo más sostenible.