1. Educación

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MONITOREO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES UTILIZANDO
SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
Reducindo Ruiz Shaula Melissa1, Ávila Sandoval Claudia Ivetthe1, González Trinidad Julián2,
Chávez Carlos Dagoberto2 y Júnez Ferreira Hugo Enrique2
1
Estudiante, Maestría en Ingeniería Aplicada con Orientación en Recursos Hidráulicos. Universidad Autónoma de
Zacatecas. Av. Ramón López Velarde No. 801, Carretera a la Bufa, Zacatecas, Zacatecas, México. C.P. 98000
2
Universidad Autónoma de Zacatecas. Av. Ramón López Velarde No. 801, Carretera a la Bufa, Zacatecas,
Zacatecas, México. C.P. 98000
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected],
[email protected]
INTRODUCCIÓN
Desde los inicios mismos de la civilización humana se ha
observado una tendencia hacia el establecimiento de las
poblaciones cerca de las fuentes de agua, a lo largo de ríos, al
lado de lagos o cerca de manantiales naturales. En realidad, en
los lugares donde vive la gente, se dispone normalmente de
cierta cantidad de agua para beber, uso doméstico y otros usos.
La relación entre humanos, agua y saneamiento ha sido
substancialmente cambiada,
gracias a la influencia de
aspectos culturales, sociales y religiosos. Satisfacer la
demanda de agua potable es uno de los más importantes
servicios para la subsistencia de la población humana y de
todos los seres vivos que habitan en el planeta. Se estima que
solo el 3 por ciento del agua del planeta es agua dulce, de esta
sólo el 0.6 por ciento se encuentra disponible para su
aprovechamiento (Lofrano, 2010).
Considerando la importancia y significado del agua para la
humanidad, se dice que es para muchos países un recurso
estratégico de gran valor, ya que cada vez menos personas
tienen agua potable debido al crecimiento de la población. En
este contexto el 40% de la humanidad está compitiendo con la
naturaleza por el agua (Vladut, 2013).
La sostenibilidad en la gestión del recurso agua se está
convirtiendo día a día más necesaria debido a sus niveles de
contaminación y la frecuencia de la escasez. De hecho, el
entorno está experimentando repetidamente fenómenos
altamente destacados y relacionados con las aguas residuales y
las deficientes o inexistentes plantas de tratamiento,
comprometiendo la accesibilidad al agua y el saneamiento con
los problemas de salud (Libralato, 2012).
El agua procedente de las actividades diarias constituye un
posible deterioro al ambiente por lo que se tiene como
alternativa sustentable el tratamiento de las mismas para su
descontaminación y posterior reutilización. El Estado de
Zacatecas tiene un grado de contaminación severo en sus ríos
y arroyos, debido a la baja cobertura de tratamiento. El
tratamiento de las aguas residuales es en sí, una medida de
remediación de la contaminación.
De hecho, la población es consciente de que los procesos de
tratamiento están en curso continuo y por lo general están
garantizados por una autoridad pública que se encarga de la
gestión de las PTAR, así como de la recogida de las mismas
en un sistema que requiera un pago correspondiente a la tarifa
por unidad de volumen. Esto significa que el tratamiento de
aguas residuales es operado por terceros; es decir, los
productores de aguas residuales no están directamente
involucrados en el tratamiento y, probablemente, la mayoría
de ellos no deseen participar (Libralato, 2012).
Debido a esta problemática se realizó un inventario de las
plantas de tratamiento con la finalidad de ubicarlas en un
Sistema de Información Geográfica (SIG), que permita
conocer con que sistema operan, las condiciones en que se
encuentran, determinar el reúso del agua tratada, entre otras
características.
Por todo lo anterior y tomando en cuenta que la gestión
integrada de los recursos hídricos representa las formas
prácticas en las que se logra un desarrollo sostenible en el
ámbito del agua, incluida la gestión de aguas residuales, y es
también la responsabilidad de todas las partes interesadas: el
Estado, las comunidades locales, usuarios y operadores
(Vladut, 2013). Se propone que la creación de un SIG que
contenga la información acerca de las plantas de tratamiento
del estado y su situación actual nos proporciona la facilidad
para la planeación de obras futuras así como el control de las
ya existentes esto contribuye a una mejor gestión de los
recursos.
Actualmente el estado de Zacatecas tiene una cobertura de
saneamiento del 34.6%, con 60 plantas de tratamiento de
aguas residuales de diferentes procesos, ubicándose 29 de
ellas en cabeceras municipales y las restantes en zonas rurales,
sin embargo no se cuenta con una adecuada operación de las
mismas debido a que los organismos y las propias localidades
son responsables de llevar a cabo la operación y
mantenimiento de dichas plantas, por otro lado, se presentan
varios problemas, como dejar de operar ya sea por
desconocimiento, por falta de recursos ya que aún no se cobra
por el servicio de tratamiento la falta de personal capacitado y
dedicado a ello.
ANTECEDENTES
Para Lofrano (2010) hay una falta correspondiente de
información sobre la gestión de aguas residuales. Esto es
sorprendente, ya que la falta de saneamiento afecta al
desarrollo de los humanos de la misma forma o incluso en
mayor medida que la falta de agua potable. Si bien puede
haber un estigma para discutir el tratamiento de residuos, el
saneamiento es ampliamente percibido como merece un
reclamo significativo en recursos financieros y políticos, así
como en la evolución de la humanidad. Sin importar su origen,
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las aguas residuales tienen una huella asociada que hace a
cualquier discusión un tabú social.
Sin embargo, la importancia del saneamiento adecuado para la
protección de la salud pública no era comprendido por las
ciudades modernas hasta el siglo XIX esto es evidente por las
numerosas epidemias que se produjeron en toda Europa hasta
ese siglo (Lofrano, 2010).
Los sistemas que permiten a los usuarios almacenar y
recuperar datos espaciales, prevén análisis, y ofrecen una
presentación muy detallada de la información, se denominan
SIG. Desde su uso inicial en la década de 1960, han
evolucionado como una forma de reunir y analizar datos
diversos pertenecientes a zonas geográficas específicas, con
localizaciones espaciales de los datos que sirven de base
organizacional para los sistemas de información. La estructura
de los SIG´s se construye alrededor de los identificadores
espaciales y los métodos utilizados para codificar datos para el
almacenamiento y la manipulación (Atkinson, 2011).
Las últimas tres décadas han experimentado de hecho una
creciente atención en la recuperación de aguas residuales y su
reutilización en diferentes partes del mundo según la
Comisión Nacional del Agua (CONAGUA, 2013).
La Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al
Ambiente (LGEEPA, 2014) señala que para la prevención y
control de la contaminación del agua se consideran los
siguientes criterios, la prevención y control de la
contaminación del agua es fundamental para evitar que se
reduzca su disponibilidad y para proteger los ecosistemas del
país, corresponde al Estado y la sociedad prevenir la
contaminación de ríos, cuencas, vasos, aguas marinas y demás
depósitos y corrientes de agua, incluyendo las aguas del
subsuelo, el aprovechamiento del agua en actividades
productivas susceptibles de producir su contaminación
conlleva la responsabilidad del tratamiento de las descargas,
para reintegrarla en condiciones adecuadas para su utilización
en otras actividades y para mantener el equilibrio de los
ecosistemas, las aguas residuales de origen urbano deben
recibir tratamiento previo a su descarga en ríos, cuencas,
vasos, aguas marinas y demás depósitos o corrientes de agua,
incluyendo las aguas del subsuelo y la participación y
corresponsabilidad de la sociedad es condición indispensable
para evitar la contaminación del agua.
De igual manera en la Ley de Aguas Nacionales las aguas
residuales son aguas de composición variada que provienen de
las descargas de usos municipales, industriales, comerciales,
agrícolas, pecuarios, domésticos y en general de cualquier uso
e incluso la mezcla entre las anteriores (CONAGUA, 2013).
De acuerdo con la Ley Federal de Derechos, Disposiciones
Aplicables en Materia de Aguas Nacionales, respecto al
tratamiento de las aguas residuales obliga a los Organismos
Operadores a cumplir con la normatividad establecida en lo
que se refiere a las descargas que son vertidas a los cuerpos de
aguas nacionales (CONAGUA, 2013).
El hecho sorprendente es que, mientras la medida de la
eficiencia es una cuestión de estudio de largo plazo en el
campo, su aplicación en el tratamiento de aguas residuales
sigue siendo muy baja. Una revisión a la literatura indica que
la eficiencia en la mayoría de los estudios existentes sigue
siendo limitada en su alcance y la metodología, en
comparación con otras áreas relacionadas, tales como el
suministro de agua. Además, para mejorar el proceso de toma
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de decisiones no es suficiente con identificar PTAR eficientes
sino que también se deben clasificar en términos de eficiencia
(Sala-Garrid, 2012).
Las tecnologías de tratamiento deben ser eficientes y fiables,
con bajos costos de construcción, gestión, mantenimiento y
operación que soporten la autosuficiencia y la aceptación por
las partes interesadas y el público en general (Libralato, 2012).
METODOLOGÍA
Este trabajo se realizó mediante una recopilación de
información de las plantas de tratamiento que se han
construido en los últimos 10 años en el estado de Zacatecas;
los datos se obtuvieron de la Secretaría de Agua y Medio
Ambiente (SAMA), CONAGUA, Organismos Operadores,
Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), entre
otros.
Se desarrolló un SIG cuyo objetivo fue organizar, actualizar el
inventario, estado físico y los parámetros físico-químico
relacionados con el funcionamiento de las plantas del estado,
de esta manera los usuarios tendrán una herramienta de fácil
manejo y mantenimiento, que permita un registro confiable y
oportuno de la información, se utilizó el software ArcView en
su versión 9.3.
Según el análisis de las necesidades y con el conocimiento de
las áreas de estudio se llevó a cabo el diseño del sistema,
conformado por una base de datos de ubicación,
características físicas, análisis de laboratorio e imágenes,
presentadas a través de hipervínculos que facilitan la
evaluación en las actividades de seguimiento, vigilancia y
control de las plantas de tratamiento.
Este estudio contiene la georeferenciación y los atributos de
cada una de las plantas de tratamiento con el fin de
automatizar, organizar y actualizar el inventario, el estado
físico y los análisis del laboratorio necesarios para determinar
su funcionamiento.
Se toma como prioridad manejar información que permitiera
el registro y la evaluación del funcionamiento tal que soporte
la toma de decisiones futuras con la ayuda de los Sistemas de
Información, como una herramienta para la organización de
información que permita su manejo ágil y eficaz. (Báez y
Santomo, 2002).
RESULTADOS
El estado de Zacatecas se ubica geográficamente entre las
coordenadas: 21° 01’- 25° 07’ norte y 100° 43’- 104° 22’
oeste. Colinda al norte con los estados de Durango y Coahuila
de Zaragoza; al este con Coahuila de Zaragoza, Nuevo León y
San Luis Potosí; al sur con Guanajuato, Jalisco y
Aguascalientes y al oeste con Jalisco, Nayarit y Durango.
(INEGI, 2012).
Zacatecas tiene una población de 1,490,668 habitantes y una
superficie de 75,539.30 km2 (INEGI, 2010). El clima
predominante es semiseco templado con clave BS1kw, de las
cuales tres cuartas partes del territorio zacatecano
corresponden a zonas áridas y semiáridas ofreciendo, el 14%
condiciones favorables para la agricultura, el 79% para la
ganadería y el 7% están cubierta de bosques maderables y no
maderables, datos de la Comisión Nacional para el
Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (CONABIO, 2012).
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CONAGUA (2012) reporta en el estado una precipitación
media anual de 486.9 mm y temperatura media anual de 26.4
°C.
Las características principales de cada una de ellas como gasto
de diseño, gasto de operación, cuerpo receptor del agua
tratada, proceso de tratamiento, ubicación por municipio y
localidad, y situación actual es decir, si se encuentran
operando o no o con algunas deficiencias (Figura 3).
Figura 3. Características por PTAR.
Otra herramienta de mucha utilidad con la que cuentan estos
sistemas de información geográficas es la vinculación con
imágenes, esto permite identificar las características físicas de
las PTAR, coadyuvando con ello a establecer las políticas de
mantenimiento (Figura 4).
Figura 1. Zona de Estudio.
Con la información recopilada de las dependencias
gubernamentales mencionadas anteriormente, a través del
ArcView se obtienen los mapas temáticos de las PTAR, en la
figura 2 se observan la ubicación y las corrientes superficiales,
a las cuales descargan las plantas estudiadas.
Figura 4. Fotografías por PTAR.
En el Cuadro 1 se presentan los sistemas de tratamiento
empleados por las PTAR, así como la situación actual.
Cuadro 1. Sistemas de Tratamiento.
Figura 2. PTAR en el estado de Zacatecas.
Sistema de
Tratamiento
No. de
Plantas
Operando
Sin
Operar
1
7
Operando
con
Deficiencias
0
3
Filtros Biológicos
Lagunas de
Estabilización
Lodos Activados
Reactor Anaerobio
Biofiltro Estático
Reactor Anaerobio
de Flujo
Ascendente
Reactor Anaerobio
de Flujo
Ascendente con
Humedales
1
10
4
4
4
2
0
1
0
1
7
4
3
0
3
0
2
1
0
0
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Sistema de
Tratamiento
No. de
Plantas
Operando
Sin
Operar
2
Operando
con
Deficiencias
8
Reactor
Bioenzimático
Sistema Dual
(RAFASedimentador
Secundario)
Sistema Dual:
Lagunar con
Biofiltro Estático
Sistema Dual:
Lagunar con Lodos
Activados
Sistema Lagunar
Sistema Lagunar
con Humedales
Sistema Lagunar
Parcialmente
Aereado
Sistema R.A.F.A Reactor
Bioenzimatico/Biofi
ltro Estático
16
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
5
1
4
1
0
0
1
0
5
5
0
0
1
0
1
0
6
Los conjuntos de datos deben mantenerse actualizados y
contener la información integral es decir, la extensión
geográfica, precisión espacial y el nivel de detalle de los datos
deben ser apropiadas y en función de la información del
atributo que ésta debe ser correcta y completa para la
fiabilidad de los mismos. Sin embargo, estos aspectos de
calidad de datos no siempre son alcanzables, y las
inconsistencias de datos e incertidumbres en la evaluación no
siempre son evitables (González et al., 2011).
DISCUSIÓN
Los SIG se han convertido en la última parte del siglo XX en
una tecnología de la información integradora que incluye la
gestión de bases de datos, análisis espacial, y las capacidades
de visualización del mapa para plasmar las relaciones
geoespaciales en forma de mapa. A mediados de la década de
los 90´s, los investigadores comenzaron a cuestionar la
intención general de la tecnología y su aparente sesgo hacia
las organizaciones más grandes, demostrando que su uso
privilegiado a ciertos grupos de personas mayores de otros
grupos de la sociedad. Algunos dirían que el continuo
desarrollo de los SIG y su uso daría lugar a una mayor
"colonización" tecnológica de la vida cotidiana de la gente
haciendo "objetos" de nuevos poderes gubernamentales y
comerciales (Sahay y Robey, 2001).
Un debate sobre el lado "bueno" y el lado "malo" de los SIG
continúa, pero los problemas se vuelven más combinados,
sobre todo cuando estos temas son más plenamente
investigados y construidos en múltiples sectores de la sociedad
(Doherty y King, 2005).
Desde una perspectiva política, los resultados de los índices de
eficiencia deberían ser de utilidad tanto para los usuarios de
las PTAR así como para la dependencia responsable. Por lo
tanto al ser identificadas las fortalezas y debilidades
comparativas de las PTAR permite la adopción de medidas
para la eficiencia y la asignación de los recursos disponibles.
La adopción de esta práctica en los próximos proyectos, sería
potencialmente importante para minimizar los costos de
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operación y contribuir al mantenimiento oportuno de las
plantas.
Las tecnologías de la información, al igual que otros sistemas
de conocimiento, están sujetas a la construcción social ya que
las interpretaciones sociales resultantes pueden dar forma a su
implementación y uso. Guiados por una vinculación en un
marco o contexto social con los procesos organizativos, la
investigación utilizó métodos inductivos para describir el
significado construido en un marco social perteneciente al
SIG. Los hallazgos revelan sorprendentemente diferentes
patrones de aplicación y las consecuencias sociales de la
misma tecnología. Estos resultados demuestran el papel de las
interpretaciones sociales en la aplicación de tecnología de la
información. Las interpretaciones sociales median entre el
contexto de la organización y el proceso de aplicación para
producir consecuencias particulares de la tecnología. Los
resultados apoyan la noción de causalidad emergente y la
importancia del proceso en la comprensión de las
consecuencias sociales de la tecnología. Las tecnologías de
información son creaciones humanas que encarnan fines
sociales, y su potencial para mejorar la condición social es
enorme (Doherty y King, 2005).
Además, el SIG puede ser utilizado como una herramienta de
monitoreo de impacto de seguimiento, gestión de proyectos, y
de manejo adaptativo, en concreto los SIG, pueden ser
utilizados para incorporar de manera efectiva información de
localización, la relación con el énfasis inicial es establecer
límites tanto temporales y espaciales para el estudio
(Atkinson, 2011).
Por otra parte, los SIG tienen la oportunidad de aumentar las
técnicas convencionales de evaluación, actuando como
mediadores visuales de conocimiento espacial y
proporcionando una herramienta eficaz para el análisis
espacial y temporal de los impactos ambientales. Sin embargo,
los resultados también confirmaron que los SIG tienen el
potencial para aumentar la objetividad y la exactitud de la
evaluación, mejorar tanto la comprensión ambiental y
consideraciones de planificación y la entrega de información,
y, por lo tanto, ayudar a mejorar la efectividad de la práctica
(González et al., 2011).
Los SIG se utilizan cada vez más para apoyo en la toma de
decisiones de planificación espacial. Dado que el desarrollo de
planes comúnmente relacionan el uso de la tierra, la ubicación,
la evidencia espacial y los enfoques que pueden beneficiarse
significativamente del plan de decisiones; los SIG también
facilitan la elaboración de mapas y, por lo tanto, presentan un
soporte como herramienta para ilustrar y analizar datos, la
presentación de los datos de referencia en forma gráfica
mejora la entrega de información, la mejora relativa de la
comprensión entre los patrones de distribución, y los vínculos
del medio ambiente. Con base en los hallazgos del caso de
estudio se podría argumentar que los SIG mejoran la
"eficiencia operativa" (González et al., 2011).
La característica principal de la literatura en el ámbito de SIG
hasta la fecha ha sido el predominio de un "enfoque de los
factores", en el que las condiciones en que se estudian impide
la ejecución o activación. Este enfoque ha sido criticado por
omitir detalle y ser demasiado estática y simplista, puesto que
la aplicación de los SIG es intrínsecamente dinámica y
compleja en la naturaleza. En este orden de ideas Sahay and
Robey (2001) señalaron "la urgente necesidad de casos de
estudios profundos que evalúen la experiencia de los usuarios
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en relación con la aplicación de los procesos vitales”. Críticas
similares se han expresado en la literatura más general sobre
sistemas de información. Esta investigación responde
directamente a esta demanda y demuestra la importancia de la
interpretación social a la comprensión de la operación correcta
de los sistemas de tratamiento para que estos funcionen
adecuadamente y no sea en vano las inversiones que el
gobierno estatal está realizando, es necesario hacer conciencia
en la población de la importancia del tratamiento de las aguas
residuales ya que es responsabilidad de todos y en este sentido
resulta un factor importante la aceptación del público hacia la
reutilización del agua.
A medida que el número de plantas de tratamiento de aguas
residuales se ha incrementado, la economía asociada a su
gestión se ha vuelto más relevante. La evaluación de la
eficiencia obtenida a través de los SIG es una herramienta útil
para la reducción de costos (Sala-Garrido, 2012).
AMH
DOHERTY N. F. y KING, M. From technical to sociotechnical change: tackling the human and organizational
aspects of systems development projects. European Journal of
Information Systems, Vol. 14 (2005), pp. 1–5.
GONZÁLEZ, A., GILMER, A., FOLEY, R., SWEENEY, J. y
FRY J. Applying geographic information systems to support
strategic environmental assessment: Opportunities and
limitations in the context of Irish land-use plans.
Environmental Impact Assessment Review, Vol. 31 (2011),
pp. 368–381.
CONABIO, Portal de Geoinformación. Sistema Nacional de
Información sobre Biodiversidad, (2012). Disponible para
World Wide Web:
http://www.conabio.gob.mx/informacion/gis/
CONAGUA, Estadísticas del agua en México, 2013.
Ley de Aguas Nacionales, 2013.
CONCLUSIONES
Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al
Ambiente, 2014.
Uno de los principales problemas de las plantas de tratamiento
es la operación de las mismas ya que el personal encargado de
la operación y mantenimiento (organismos y localidades) no
cuenta con la capacitación necesaria para darle seguimiento a
la operación aunado a la falta de recursos económicos.
LIBRALATO, G., VOLPI GHIRARDINI A. y AVEZZÙ F.
To centralise or to decentralise: An overview of the most
recent trends in wastewater treatment management, Journal of
Environmental Management, Vol. 94 (2012), pp. 61-68.
La calidad completa de los datos y la escala de inconsistencias
puede ser rectificada mediante la actualización, la corrección o
la mejora de la información pertinente, pero el tiempo y el
esfuerzo adicional requerido pueden dificultar la
incorporación oportuna de los conjuntos de datos en la
evaluación.
Los Sistemas de Información Geográfica son una herramienta
que permite identificar el funcionamiento de las plantas de
tratamiento, coadyuvando con ello a minimizar los costos de
operación y generar información para el diseño de plantas
futuras.
LOFRANO, G. y BROWN J. Wastewater management
through the ages: A history of mankind. Science of the Total
Environment, Vol. 408 (2010), pp. 5254–5264.
RIVERA, A. Inventario y Situación Actual de las Plantas de
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Planeación de Recursos Hidráulicos. Universidad Autónoma
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Urban Water Management.
Procedia Economics and
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