Ciclo Integral del Agua, referente de la Economía Circular

La creciente necesidad de sostenibilidad en el desarrollo humano, ha llevado a la necesidad de planificar estrategias a largo plazo basadas en la economía circular, donde el objetivo es disminuir tanto el uso de recursos como la producción de residuos, cerrando los ciclos mediante las 3 R (Reducción de consumo, y la Reutilización y Reciclado).

El principal referente de la Economía Circular es el Ciclo Integral del Agua, por el que los hombres interactúan con el ciclo natural del agua, describiendo el camino circular que sigue el agua desde que es captada en la naturaleza hasta que es devuelta (si es que se llega a devolver), pasando por todas las fases: Captación, Desalación, Potabilización, Distribución, Abastecimiento, Evacuación, Saneamiento, Depuración, Reutilización y Vertido.

Ilustración 2: Ciclo integral del agua.

La primera fase del ciclo integral del agua es la captación del agua del medio natural, que puede ser superficial (embalses, ríos, lagos, manantiales), subterránea (de acuíferos) o incluso del mar, todo ello mediante presas, azudes, galerías, pozos y aducciones. En España los gestores de distribución de agua potable en baja captan anualmente unos 4.642 Hm³, de los que el 67% es de procedencia superficial, 28% subterránea y sólo un 5% marina, que transportan por 23.789 km de redes el agua a las plantas de tratamiento.

El agua captada debe ser tratada para su consumo humano con sistemas que se clasifican según se considere que el agua captada es dulce o salada, en potabilizadoras o desaladoras. Estas últimas a su vez se clasifican según el agua salada proceda del mar (IDAM o Instalación desaladora de agua de Mar) o simplemente sea agua salobre (IDAS o Instalación desaladora de agua salobre o desalobradora) y que pueden utilizar métodos como:

• Ósmosis inversa: que es el sistema más utilizado y que separa el agua de la salmuera ejerciendo alta presión sobre el líquido para que pase a través de membranas, consumiendo energía y agua.
• Desalinización térmica mediante evaporación y condensación.
• Destilación por etapas, en las que el agua salada se evapora y se condensa en agua dulce.
• Congelación, pulverizando agua salada en una cámara refrigerada que forma cristales que se lavan.
• Evaporación donde gotas de agua en cámara a baja presión, se vaporizan y son condensadas.
• Electrodiálisis donde se pasa corriente eléctrica por una solución iónica para conseguir agua dulce.

En la actualidad en España se producen alrededor de 5 Hm₃/día de agua desalada para abastecimiento, riego y uso industrial, mediante desaladoras de las que 765 son con producciones superiores a los 100 m₃/día, de las que 360 son IDAM y 405 IDAS.

Por otra parte, las potabilizadoras (ETAPs o Estaciones de tratamiento de agua potable) tratan el agua dulce superficial por el grado de calidad del agua captada según los siguientes tipos de tratamientos:

• TIPO A1: Tratamiento físico simple y desinfección. (En España un 24% de la potabilización).
• TIPO A2: Tratamiento físico normal, tratamiento químico y desinfección (51%).
• TIPO A3: Tratamiento físico y químico intensivo, afino y desinfección (12%).
• Más que Tipo A3: tratando Sulfatos, Manganeso, Cloruros, Hierro y otros (13%).

Para acercar el agua desde las plantas de tratamiento hasta los municipios (8.131 en España), se usan las redes de abastecimiento, principalmente con redes de hormigón y fundición, que abastecen unos 4.080 Hm³ al año (88 m³/hab./año o 240 l/hab./día) a los depósitos de cabecera de las redes municipales, que tienen una capacidad media de 530 l/hab. (unos 2 días de reserva).

Desde esos depósitos parten las infraestructuras de distribución compuestas principalmente por:

• EBAP: Estaciones de bombeo de agua potable, que pueden tomar de un depósito o directamente de la red y pueden estar controladas por presiones, tiempo, variadores de frecuencia…
• Tuberías de transporte y de distribución: unos 225.000 km de redes (4,6 m/hab.) principalmente de Polietileno, fibrocemento y fundición, con una presión media de 41 m.c.a.
• Elementos de la red como válvulas de sectorización, ventosas, descargas, bocas de riego, hidrantes…
• Válvulas reguladoras de presión, para controlar la presión según cotas, horario, caudal demandado.
• Acometidas, que conectan las tuberías de distribución con los edificios.
• Contadores de los usuarios (unos 21.000.000), que registran el volumen consumido por los usuarios.

Estas redes de distribución en España tienen un 22% de ANR (Agua NO Registrada) debida a pérdidas reales (un 12%), a imprecisión de contadores (un 5,7%), a consumos autorizados no medidos (un 2,7%) y a consumos no autorizados (un 1,6%), todo ello debido a unas redes muy antiguas (un 58% con más de 20 años) en las que se llevan años haciendo muy poca renovación (0,6% anual de las redes en 2016 cuando debería ser mayor del 2% anual). A través de esas redes se distribuyen en España a los usuarios finales unos 3.172 Hm³ al año (187 l/hab./día).

El Consumo del agua potable distribuida se realiza en las instalaciones interiores de edificios y parcelas por los procesos industriales (11%); por los domicilios (74%) para beber, cocinar, lavar, aseo; y por otros usos (11%) como comercios, oficinas, y municipales de edificios públicos, riego de jardines, baldeo calles, etc.

Una vez usada por las personas, se recoge el agua contaminada de las ciudades en los sistemas de Evacuación que pueden estar compuestas por Redes unitarias (en España un 75% de las existentes y con unos 165.000 km de hormigón y PVC principalmente), con único conducto para la evacuación de aguas residuales domésticas e industriales y aguas pluviales); Redes separativas (con dos canalizaciones separadas de manera independiente para aguas residuales y pluviales); Redes pseudo-separativas (tienen conductos separados para aislar las aguas residuales y las pluviales en la calle, pero no en los domicilios de particulares y empresas), Redes doblemente separativas (Una red para las aguas residuales domésticas, otra para residuales comerciales e industriales y otra para las aguas pluviales). En España un 75% tiene más de 20 años y sólo se renueva anualmente un 0,62% y se componen de los siguientes elementos:

• Acometidas que incorporan a la red las aguas vertidas por un edificio mediante arqueta de arranque, albañal o conducción y entronque con la red (directo o por arqueta o pozos).
• Imbornales y rejillas, que interceptan el caudal de aguas pluviales de las calles.
• Alcantarillas de pequeña sección que transportan agua desde acometidas e imbornales hasta colectores.
• Colectores, de mayor sección, que recogen aguas de las alcantarillas hasta destinos finales.
• Pozos de registro cada máximo de 50 metros en colectores y alcantarillas, para inspección y conexiones.
• EBAR, Estaciones de Bombeo de Aguas Residuales, que la elevan de cota.
• Tanques de tormenta, que acumulan los primeros minutos de lluvia contaminada por los arrastres de calles, para bombearlos después del vertido del resto a cauce público.
• Aliviaderos y Emisarios que vierten a cauce el caudal que no se va a tratar.

La siguiente fase es la depuración en las EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales) donde se eliminan residuos, aceites, grasas, arenas, sólidos sedimentables, fósforo, amoniaco, y se transforman los residuos en lodos estables, todo ello mediante tratamientos Físico-químicos (en el que se le añaden al agua reactivos químicos para favorecer la decantación de sólidos en suspensión presentes en el agua) y/o tratamientos Biológicos (donde microorganismos actúan sobre la materia orgánica e inorgánica en suspensión presente en el agua, transformándola en sólidos sedimentables más fáciles de separar). En las depuradoras españolas se dispone de una capacidad máxima de tratamiento de 8.130 Hm³/año (94,8 Millones de habitantes equivalentes), aunque el volumen tratado depende de la volumetría y en el año 2016 fue 3.769 Hm³ con un 96% de rendimiento en Sólidos en Suspensión, un 97% en DBO5 y un 92% en DQO. En la línea de agua de las EDAR el proceso es secuencial progresivo en las siguientes etapas:

• Pretratamiento: compuesto por pozo de gruesos, desbaste de gruesos, desbaste de finos, y desarenado-desengrasado, donde se eliminan los sólidos grandes, arenas y grasas.
• Tratamiento primario (5% de las EDAR de España): tratamiento fisicoquímico dónde se eliminan sólidos en suspensión mediante Decantadores primarios por gravedad, mediante Flotadores que separan de las partículas en suspensión por burbujas de aire, y mediante tratamientos Químicos que aumentan la formación de sólidos sedimentables por adición de reactivos.
• Tratamiento secundario (63%): tratamiento biológico que transforma la materia orgánica del agua residual en materia celular, gases, energía y agua, a través de una o varias de las siguientes subetapas:

1. Cultivo en suspensión bajo condiciones aerobias: de forma individual o agregada como en lagunas de estabilización, lagunas facultativas, lagunas aireadas y fangos activados.
2. Cultivo fijo: sobre un soporte forman una biopelícula en medio no saturado (Lechos bacterianos), o en medio sumergido, o en medio intermitente sumergido (contactores biológicos rotativos).
3. Decantación secundaria: separa por gravedad el agua y el fango.

• Tratamiento terciario (33%): con eliminación de nutrientes mediante dosificación de reactivos que facilitan precipitarlos y con desinfección que reduce la cantidad de microorganismos patógenos en el agua mediante luz ultravioleta o dosificación de desinfectante.

En la línea de fangos de las EDAR, en España, en 2016, se ha producido 701.751 tn de fangos de los que un 85% se utiliza en agricultura y las posibles etapas secuenciales progresivas son:

1. Espesamiento por gravedad y/o flotación que reduce el volumen de fangos eliminando agua.
2. Digestión o Estabilización, eliminando olores, materia orgánica, organismos patógenos para reducir los riesgos sobre la salud, por digestión aerobia, anaerobia y procesos químicos.
3. Deshidratación y secado, disminuyendo el agua para facilitar el manejo de los lodos, mediante eras de secado, filtros de banda, centrifugadora y/o Secado térmico.

Esta agua regenerada, cada vez más es objeto de reutilización en Agricultura (45%), industria (10%), riegos y ocio (36%), limpieza de alcantarillado y baldeo calles (2%) y otros (7%), e incluso en reutilización directa mediante el rehúso doméstico, cerrando el ciclo urbano del agua (paradigma de la economía circular) sin volver a interactuar con el ciclo natural del agua. En España en 2016 se ha reutilizado sólo 268 Hm³ (7% del agua depurada y un 6,5% del agua Suministrada), de los que 131 Hm³ son en la Comunidad Valenciana que reutiliza un 24% del agua potable suministrada, y 52 Hm₃ en la Comunidad Murciana que reutilizan un 48% del agua potable suministrada.

Finalmente, mediante el vertido a cauce público por aliviaderos y emisarios, y la infiltración en el terreno por pozos, zanjas y SUDS (Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenibles), se retorna el agua usada al medio natural, dejando que el agua siga su ciclo natural.

En la imagen siguiente se resumen los datos sobre el balance del ciclo integral del agua en España según el XIV estudio nacional de AEAS 2018.