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La reutilización de agua regenerada, una alternativa que aún necesita de optimización en el campo

Mejora de Cultivos y Herramientas
Riego y Fertilización
El Proyecto ANBAGENS busca establecer los parámetros de calidad de estas fuentes para el regadío en un contexto de búsqueda de recursos hídricos 'no convencionales'
Este estudio pretende solventar deficiencias detectadas en estudios previos sobre prácticas de reutilización de aguas urbanas regeneradas en riego agrícola

  • Samira Nahim
    Samira Nahim-Granados Investigadora de Tratamiento Solar de Aguas en CIEMAT
  • María Jesús Abeledo
    María Jesús Abeledo-Lameiro Investigadora del grupo de Tratamiento Solar de Aguas de la Plataforma Solar de Almería-CIEMAT
  • Inmaculada Polo López
    Inmaculada Polo López Investigadora del grupo de Tratamiento Solar de Aguas de la Plataforma Solar de Almería-CIEMAT.
  • Isabel Oller
    Isabel Oller Responsable de la Unidad de Investigación de Tratamientos Solares del Agua en la Plataforma Solar de Almería (CIEMAT)
  • Sixto Malato
    Sixto Malato Profesor de Investigación de CIEMAT en la Plataforma Solar de Almería.
  • Patricia Plaza Bolaños
    Patricia Plaza Bolaños Responsable del Laboratorio de Espectrometría de Masas de CIESOL (Centro de investigación en Energía Solar. Instituto mixto de la Universidad de Almería y el CIEMAT)
  • Ana Agüera
    Ana Agüera Catedrática del Departamento de Química y Física de la Universidad de Almería (UAL).

La escasez de recursos hídricos es ya una realidad a nivel mundial. Independientemente de la falta de homogenización en su distribución, diversos factores aceleradores han llevado en los últimos años a que el planeta encare una situación de reducción real del acceso a recursos de agua dulce. 

Entre estos factores cabe destacar la creciente demanda del ser humano para cubrir las necesidades diarias más básicas, como el agua potable para consumo (2-4 litros), el agua para uso doméstico (50-100 litros) o el consumo en la agricultura, que se estima entre 2.000-5.000 litros de agua necesarios para cubrir las necesidades diarias de una dieta. 

Por otro lado, la contaminación de los recursos hídricos, como consecuencia de las actividades antropogénicas (domésticas, industriales y agrícolas), es otro factor importante a considerar para un uso seguro posterior. 

Finalmente, cabe destacar la intensificación de la escasez hídrica como consecuencia del cambio climático que, en determinadas zonas del planeta, es ya una realidad provocada por fenómenos meteorológicos extremos de sequias prolongadas, así como lluvias torrenciales e inundaciones.  

En este contexto, la búsqueda de recursos ‘no convencionales’ de agua dulce para satisfacer estas necesidades se ha intensificado en las últimas décadas. 

Entre las diferentes alternativas, destaca la reutilización de aguas residuales urbanas, previamente regeneradas, principalmente para su uso en la agricultura

La reutilización permite disponer de un caudal de agua sin variación estacional, disminuir la sobreexplotación de acuíferos, disminuir los costes de producción asociados al empleo de fertilizantes y reducir el impacto ambiental de la descarga de efluentes, entre otros

Figura 1. El agua regenerada procedente de la depuración de residuales se utiliza en la agricultura.

 

La regeneración y reutilización del agua residual urbana está legislada en España a través del Real Decreto 1620/2007

En este RD se establece el marco legal para su explotación, así como los límites máximos permitidos con respecto a diferentes parámetros físico-químicos y microbiológicos que debe cumplir para su posterior reutilización, límites que varían en función de su uso final: urbano, industrial, agrícola, recreativo o ambiental (RD 1620/2007)

No obstante, en los últimos años, no solo a nivel nacional, sino también europeo y mundial, ha quedado patente que la regeneración y reutilización del agua residual urbana presenta su mayor potencial de aplicación en el sector agrícola, aproximadamente el 70 % del consumo mundial de agua dulce. Las principales ventajas son: 

  • requerimientos de calidad menores que el resto de usos, 
  • aplicación de tratamientos de bajo coste y efectivos para alcanzar la calidad exigida y 
  • una mayor producción de los cultivos, gracias al amplio espectro químico y no-contaminante del agua regenerada (principalmente materia orgánica, sales minerales y nutrientes). 

La creciente presión social y económica para hacer uso de este recurso ha sido tal, que recientemente se ha consolidado y publicado una nueva regulación comunitaria de regeneración y reutilización de agua residual urbana centrada exclusivamente en la actividad de riego en agricultura (Regulación EU 2020/741)

Reutilización de agua regenerada en la provincia de Almería

La provincia de Almería es una de las zonas más áridas de Europa y cuyo principal motor económico es la agricultura intensiva bajo plástico

En Almería es donde se concentra gran parte del déficit hídrico (>55 %) de la Cuenca Mediterránea Andaluza

Las principales fuentes tradicionales de agua dulce empleadas en la agricultura proceden de dos grandes acuíferos y embalses. Sin embargo, actualmente los acuíferos están sobreexplotados, lo que ha conllevado su salinización por intrusión marina y, además, una preocupante contaminación por nitratos procedentes fundamentalmente de la propia agricultura. 

Por estas razones, durante las dos últimas décadas, se ha potenciado la implantación de nuevas fuentes de suministro de agua, que incluyen tanto la desalinización como la reutilización de agua regenerada, para paliar los efectos de la escasez hídrica. 

No obstante, el volumen de agua residual que actualmente se regenera y se destina al cultivo intensivo en la provincia de Almería está lejos de ser considerado como óptimo, y por ello, ésta es una asignatura que, a pesar de su adecuado progreso, sigue requiriendo de nuestro esfuerzo. 

Entre los esfuerzos que se están realizando en este sentido, cabe destacar que el agua residual procedente de la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) El Bobar se ha convertido en una fuente prioritaria de abastecimiento de las explotaciones de la comarca del Bajo Andarax. 

El principal cultivo de dichas explotaciones es el tomate, cuyo riego se lleva a cabo utilizando aguas regeneradas mediante filtración y cloración.

Figura 2. Explotación de un cultivo intensivo de tomates con agua regenerada en la comarca del bajo Andarax (Almería) y objeto de estudio en ANBAGENS.

Riesgos asociados a la reutilización de agua regenerada

A pesar de los claros beneficios de la reutilización del agua regenerada, existen determinados factores que se deben continuar evaluando con el objetivo de incrementar el conocimiento y, por extensión, la seguridad de esta práctica, tanto para el ser humano como para el medio ambiente. 

En particular, se ha demostrado que los efluentes de agua regenerada pueden contener pequeñas concentraciones de diferentes microcontaminantes orgánicos (MCO), como antibióticos y otros fármacos de uso común, que llegan hasta el cultivo, alcanzando tanto la planta como el suelo circundante. 

En general, el comportamiento de estos MCO, tanto en suelos receptores como en tejidos vegetales (raíces, hojas y fruto), es difícil de rastrear y cuantificar, dado que las concentraciones a las que se encuentran en el agua regenerada son muy bajas y la calidad del agua tratada fluctúa a lo largo del tiempo de cultivo o “campaña”. 

Es por ello que, hasta el momento, la presencia de estos MCO no está regulada. Sin embargo, aún queda mucho por investigar sobre el comportamiento y presencia de dichos MCO en suelo y cultivos regados con agua residual regenerada, teniendo en cuenta, además, la necesidad de mejorar las técnicas y protocolos analíticos para su correcta detección.

Desde el punto de vista microbiológico, el agua regenerada debe cumplir con unos límites estrictos y contemplados en las normativas de regulación que, aunque con ciertas variaciones, se centran fundamentalmente en la monitorización de determinados indicadores, como son el de contaminación fecal, Escherichia coli, Enterovirus, y ooquistes de Cryptosporidium spp

No obstante, actualmente se tiene constancia del importante papel del agua residual urbana como foco de generación y propagación de las denominadas bacterias resistentes a antibióticos (ARB) y sus correspondientes genes de resistencia a antibióticos (ARG), una de las mayores amenazas emergentes para la salud mundial, la seguridad alimentaria y el desarrollo sostenible 

A pesar de contar con un amplio conocimiento acerca de la eficiencia y capacidad para inactivar bacterias patógenas (E. coli) y ARB mediante los tratamientos terciarios comercialmente disponibles, los estudios enfocados a evaluar el comportamiento de los ARG en las plantas de regeneración de agua residual son prácticamente inexistentes. 

Este desconocimiento se extiende a lo largo de la línea de distribución y almacenaje, y su posterior presencia en plantas y suelo regados con dicha agua. 

Otro de los aspectos menos conocidos y evaluados de la reutilización de agua regenerada es el recrecimiento y recontaminación microbiana que puede producirse desde la salida de la planta de regeneración hasta su punto de aplicación final en riego. 

A lo largo del sistema de distribución, a menudo se encuentran embalses de recepción y almacenaje del agua regenerada para su posterior uso en riego, el cual se hace a demanda del cultivo y de las condiciones climáticas, que varían a lo largo de la campaña de cultivo. 

Esta práctica constituye un importante punto crítico a considerar en la evaluación de la seguridad microbiológica en un esquema global de reutilización de agua regenerada. 

Figura 3. El agua regenerada debe someterse a un seguimiento estricto y constante. 

 

En consecuencia, y para evitar los posibles riesgos asociados a esta actividad, es necesario aportar información relevante que permita asegurar la protección, tanto del medio ambiente como del consumidor, y disminuir el recelo social asociado al empleo de aguas regeneradas en agricultura. 

Se debe llevar a cabo un seguimiento estricto y constante del agua regenerada durante todo el proceso de reutilización y profundizar sobre la presencia y comportamiento en el nexo agua-suelo-planta de estos contaminantes químicos (antibióticos), así como de microorganismos patógenos (bacterias y genes resistentes a antibióticos). 

Los objetivos del proyecto ANBAGENS

En el contexto previamente descrito se ha gestado el proyecto ANBAGENS (Reutilización de agua regenerada en cultivos reales de agricultura intensiva: evaluación de la transmisión de antibióticos, bacterias y genes resistentes en el nexo agua-suelo-planta), financiado por el programa operativo de ayudas de la Junta de Andalucía (FEDER Andalucía 2014-2020)

El proyecto está liderado por un grupo pluridisciplinar de investigadores pertenecientes a la unidad de ‘Análisis Ambiental’ del Centro de Investigación CIESOL (centro mixto del CIEMAT y la Universidad de Almería) y que acumula una amplia experiencia en la monitorización medioambiental de contaminantes orgánicos (como antibióticos) en aguas residuales

Este proyecto se cuenta con la colaboración de investigadores de la unidad de Tratamientos Solares de Agua de la Plataforma Solar de Almería (CIEMAT-PSA), con una amplia experiencia en monitorización y eliminación de contaminantes, bacterias y genes de resistencia a antibióticos

El objetivo principal del proyecto es abordar, de forma integral, el estudio de la contaminación química y microbiológica en el nexo agua-suelo-planta de un esquema completo de reutilización de agua regenerada en cuatro explotaciones agrícolas de cultivo intensivo de tomate en la provincia de Almería

Los contaminantes monitorizados (antibióticos, bacterias y genes resistentes) durante el sistema completo de reutilización han sido seleccionados en base a su presencia en agua urbana regenerada y a su impacto ambiental

Para ello se ha tenido en cuenta los antibióticos de amplio uso en España y la Lista de Patógenos Prioritarios de la Organización Mundial de la Salud (OMS) que presentan Prioridad Crítica o Alta, como Pseudomonas aeruginosa (resistente a carbapenémicos) y Enterobacteriaceae (resistente a carbapenémicos y a cefalosporinas de 3ª generación). 

Este estudio pretende solventar deficiencias detectadas en estudios previos sobre prácticas de reutilización de aguas urbanas regeneradas en riego agrícola y cubrir vacíos de conocimiento, siendo sus principales objetivos específicos: 

  • Proporcionar herramientas analíticas y microbiológicas mejoradas para la determinación de antibióticos, bacterias y genes resistentes en agua, suelo y plantas. 
  • Determinar la presencia/ausencia de los contaminantes en estudios de campo en explotaciones agrícolas reales.
  • Proporcionar información sobre el destino de los contaminantes objetivo en un esquema real de regeneración y distribución de aguas urbanas regeneradas, detectando puntos de mejora en las diferentes etapas del sistema (tratamiento, almacenamiento y transporte hasta el punto de riego).
  • Proporcionar información sólida sobre los posibles riesgos para la salud pública derivados de la reutilización de agua regenerada para riego.

Actualmente, el proyecto se encuentra en ejecución de las diferentes tareas necesarias para dar cumplimiento a los objetivos. La monitorización de todos los citados contaminantes de preocupación emergente (químicos y microbiológicos) se está analizando de manera regular durante la campaña 2020/2021 del cultivo de tomate en Almería (desde septiembre-2020 a junio-2021)

Para ampliar la visión global de esta actividad se seleccionaron cuatro fincas independientes y localizadas en la comarca del Bajo Andarax. Todas ellas utilizan el agua regenerada procedente de la comunidad de regantes ‘Cuatro Vegas’

Entre ellas se detectaron pequeñas diferencias en las prácticas agrícolas, variedad de tomate y esquemas de riego. Por tanto, esta variabilidad permitirá obtener una mejor información y una visión más amplia de la realidad del cultivo intensivo para conocer el impacto, en escenarios reales, de la aplicación de agua regenerada. 

Figura 4. Esquema representativo de los puntos de monitorización de agua regenerada y fincas de cultivo intensivo de tomate (incluyendo análisis de suelo, planta y agua de riego) objeto de estudio en ANBAGENS.

Impacto esperado de ANBAGENS 

Los resultados que se obtengan contribuirán a cubrir el vacío de información en aspectos como: la eficacia de los tratamientos de regeneración en la eliminación de la resistencia a antibióticos, el posible recrecimiento bacteriano a lo largo del sistema de riego (almacenamiento y transporte), el efecto, a largo plazo, de la exposición de los cultivos a mezclas de antibióticos

De esta forma, se pretende contribuir, con datos científicos obtenidos en condiciones reales de cultivo, al establecimiento de futuras políticas relativas a la gestión de las aguas regeneradas para su uso en actividades agrícolas. 

La investigación se realizará en el contexto de dos de los grandes Retos de la Sociedad identificados en la Estrategia de Innovación de Andalucía 2020: “Seguridad, calidad alimentaria; actividad agraria productiva y sostenible; sostenibilidad de recursos naturales, investigación marina y marítima” y “Acción sobre el cambio climático y eficiencia en la utilización de recursos y materias primas”.

Agradecimientos: Proyecto ANBAGENS (UAL18-FQM-B001-B), financiado por el programa operativo FEDER Andalucía 2014-2020 (Convocatoria 2018 de Proyectos de I+D+i en el marco del programa Operativo FEDER Andalucía 2014-2020). A la comunidad de regantes Cuatro Vegas (Almería) y a las cuatro explotaciones de cultivo intensivo de tomate por el acceso a las instalaciones para la ejecución del proyecto.   


08 septiembre 2022
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