Estados Unidos cuenta con más de 84,000 embalses, que varían en tamaño desde grandes, como el Lago Mead, ubicado en Arizona y Nevada, hasta pequeños embalses municipales. Su capacidad de almacenamiento combinada supera los 600 millones de acres-pie de agua. Estos embalses cumplen diversos propósitos, incluidos el suministro de agua potable, áreas recreativas, fuentes de riego, control de inundaciones y generación hidroeléctrica. Algunos son exclusivamente para agua potable, otros para recreación, y muchos son de uso múltiple.

Como servicios públicos, los embalses están sujetos a normas de gestión más estrictas y deben cumplir con requisitos de una variedad de parámetros de calidad del agua que normalmente no son una preocupación en cuerpos de agua recreativos. Los responsables de hacer cumplir estas normas incluyen agencias federales (por ejemplo, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., la Oficina de Reclamación), gobiernos estatales, distritos municipales de agua y organizaciones privadas. Los embalses de agua potable suelen estar bajo la jurisdicción de las compañías locales de agua y los departamentos de salud.

Para estas agencias, mantener una calidad del agua constante es esencial para el funcionamiento eficaz de las plantas de tratamiento. Los cambios estacionales, como la estratificación de la columna de agua, pueden provocar reducciones en los niveles de oxígeno disuelto; aumentos en el pH y en los niveles de metales disueltos, como el hierro y el manganeso; problemas de sabor y olor debido a las geosminas; y aumentos en el contenido orgánico total, los niveles de algas y, en casos extremos, brotes tóxicos de cianobacterias.

Los brotes de algas pueden liberar toxinas como las microcistinas, que contaminan los suministros de agua potable. Esta contaminación puede causar interrupciones en el tratamiento del agua, aumentar los costos y generar riesgos para la salud como daños hepáticos o enfermedades gastrointestinales. Entre los incidentes notables se encuentra la crisis de 2014 en Toledo, Ohio, donde los residentes no pudieron usar el agua del grifo durante varios días.

Con una mayor volatilidad en el clima, los cambios estacionales en la calidad del agua son cada vez más frecuentes y pronunciados. Esto deja a muchos operadores de plantas de tratamiento luchando por responder y adaptarse. Muchos ahora buscan activamente soluciones que minimicen las fluctuaciones en la consistencia de la calidad del agua, reduzcan los costos químicos, eliminen los tiempos de inactividad por lavado de filtros y ayuden a cumplir con los estándares de agua potable.

Brotes de Algas

Los brotes de algas son más comunes en áreas con alta escorrentía de nutrientes, como las regiones agrícolas del Medio Oeste y el Sureste. Se han reportado brotes anuales en Florida, Ohio, Oregón y California, con una frecuencia creciente debido al aumento de temperaturas y a la contaminación por nutrientes.

Altos niveles de algas en la parte superior de la columna de agua y agua desoxigenada en la parte inferior pueden crear numerosos problemas. En la parte superior, un exceso de plantas acuáticas y algas puede obstruir las tomas de la planta y el equipo de filtración. En la parte inferior, las geosminas, altos niveles de metales disueltos, alto contenido orgánico y sulfuro de hidrógeno pueden generar problemas de sabor y olor que resultan en quejas de los usuarios. El problema puede volverse tan severo que el agua extraída de compuertas más profundas se vuelve intratable a pesar del tratamiento.

Los cambios en la calidad del agua cruda pueden provocar niveles elevados de algas que bloquean los filtros de las plantas de tratamiento, requiriendo lavados frecuentes que interrumpen la producción y aumentan el uso de químicos y los costos. El aumento de la cloración produce subproductos de desinfección que pueden afectar negativamente el cumplimiento normativo. Las floraciones de algas también contribuyen a la acumulación de sedimentos, así como a la muerte de peces, lo cual afecta la fauna local en la cadena alimenticia y puede impactar actividades recreativas como la pesca.

La Búsqueda de Soluciones Eficaces

A pesar de importantes inversiones financieras durante muchos años, ha habido poca mejora en el estado de los lagos de EE. UU. De hecho, según un informe de la Oficina de Responsabilidad Gubernamental publicado en junio de 2022 titulado Calidad del Agua: Las agencias deberían tomar más medidas para gestionar los riesgos de las floraciones de algas nocivas e hipoxia, la salud de nuestros lagos se ha deteriorado de forma constante durante las últimas dos décadas. Los enfoques convencionales para abordar la calidad del agua inconsistente suelen implicar el uso de productos químicos y procesos de tratamiento auxiliares, lo que puede aumentar los costos operativos de las plantas y, en el caso del uso de productos químicos, generar subproductos potencialmente dañinos.

Los productos químicos también pueden generar un ciclo perjudicial que acelera la degradación del ecosistema de un embalse. La eliminación de algas provoca la liberación de toxinas, lo que conduce a la destrucción de organismos beneficiosos y favorece la proliferación y el dominio de organismos dañinos en el lago. Con el tiempo, la aplicación continua de alguicidas empeora las floraciones de algas en los lagos. En otras palabras, se tratan los síntomas temporalmente, pero el paciente nunca mejora.

Afortunadamente, existen procesos más eficaces, naturales y libres de químicos que pueden implementarse para abordar las causas fundamentales de la degradación de la calidad del agua, no solo los síntomas. El enfoque debe centrarse en mantener el equilibrio del embalse en cuanto a nutrientes, materia orgánica y oxígeno disuelto, promoviendo organismos acuáticos beneficiosos que ayuden a mantener un equilibrio natural en el ecosistema del embalse que asegure la eliminación de nutrientes. Para garantizar que un embalse sea adecuado para el suministro público de agua, su calidad debe ser constante en toda la columna de agua y a lo largo del año, con un equilibrio adecuado de nutrientes y oxígeno disuelto distribuido uniformemente.

La acumulación de sedimentos, que puede formar parte de la morfología permanente del lago, también debe abordarse. Simplemente eliminar físicamente los sedimentos y desecharlos en otro lugar mediante técnicas de dragado no permite que los nutrientes se reciclen dentro del ecosistema del lago. La bioaumentación, que implica el uso de enzimas para descomponer la materia orgánica como en una pila de compost, es una mejor solución. También pueden introducirse micronutrientes críticos para estimular el crecimiento de organismos que forman la base de una red alimentaria productiva. La buena noticia es que el uso constante de estos productos con el tiempo reduce la disponibilidad de nutrientes y ayuda a mantener el agua limpia y saludable.

En aplicaciones en Estados Unidos y otros países, se han documentado mejoras en los niveles de pH; aumentos en el oxígeno disuelto; y reducciones en los niveles de manganeso, hierro, algas, turbidez, carbono orgánico total, carbono orgánico disuelto, nitratos, nitritos, sulfuro de hidrógeno y geosminas en solo unos meses. El resultado es una calidad de agua del embalse más constante, menor uso de productos químicos y menores costos operativos para las plantas de tratamiento.

ESTUDIO DE CASO: Embalse de Agua Potable en Bowling Green, Ohio

Para proporcionar agua potable segura a sus ciudadanos, la ciudad de Bowling Green, Ohio, extrae agua del río Maumee hacia su embalse antes del tratamiento. En los meses de verano, el río Maumee suele estar saturado de cianobacterias tóxicas. Debido a que el embalse solo almacena un suministro de aproximadamente 30 días, la ciudad se ve obligada a introducir esta agua cargada de cianobacterias en el embalse.

Durante varios años, esto fue un problema, ya que las cianobacterias comenzaron a dominar el perfil ficobiológico del embalse al mismo nivel que en el río. Para resolver el problema, a finales de la década de 2000, se instaló un sistema de aireación en el fondo del embalse, pero esto no logró controlar las cianobacterias. Para 2016, se volvió necesario agregar un alguicida a base de peróxido al embalse.

Estas dos intervenciones combinadas no pudieron controlar la situación. A finales de 2016, la proporción de dominio de las cianobacterias en el río y el embalse seguía siendo aproximadamente la misma, alrededor del 68 por ciento. La cantidad absoluta de células se redujo ligeramente en el embalse debido a la aplicación del alguicida, pero esto no logró limitar el dominio de las cianobacterias.

En abril de 2017, la ciudad de Bowling Green decidió instalar un sistema de restauración de oxígeno disuelto de acción rápida. Numerosos estudios han demostrado que niveles altos y estables de oxígeno reducen los nutrientes y minerales en la columna de agua y pueden mantener el fósforo atrapado en los sedimentos orgánicos. Al aumentar los niveles de oxígeno disuelto en toda la columna de agua, el sistema de restauración de oxígeno inicia una secuencia de eventos que remueven sedimentos fangosos, controlan las malezas acuáticas, mejoran la calidad del agua y reducen los sedimentos orgánicos, nutrientes, olores, gases nocivos y bacterias coliformes. Esto ayuda a restaurar la capacidad de depuración de nutrientes de la cadena alimenticia mediante la mejora del crecimiento y la salud de los peces.

Los sistemas de restauración de oxígeno pueden diseñarse utilizando compresores de varios tamaños según el lago y la aplicación, junto con tuberías autohundibles y difusores que mantienen una oxigenación completa desde el fondo hasta la superficie del agua.

Los datos recopilados un año después mostraron que el recuento total de células ficobiológicas se redujo en aproximadamente un 75 por ciento, y las cianobacterias prácticamente fueron eliminadas. Para 2018, el recuento total de células y los niveles de cianobacterias estaban bien controlados en el embalse, incluso cuando contenía agua extraída del río en un momento en que los niveles de cianobacterias eran extremadamente altos.

“La implementación del sistema de restauración de oxígeno disuelto de acción rápida mejoró la calidad del agua, y es una herramienta importante para la gestión del embalse,” dijo Daryl Stockburger, subdirector de servicios públicos de la Ciudad de Bowling Green.

ESTUDIO DE CASO: Embalse de Agua Potable en Toa Vaca, Puerto Rico

El embalse Toa Vaca en Puerto Rico fue construido en 1972, cubre 836 acres y tiene más de 51 metros de profundidad cuando está lleno. Para 1985, el embalse mostraba síntomas serios de deterioro en la calidad del agua debido a la eutrofización.

La torre de captación consta de seis compuertas, numeradas del uno al seis de abajo hacia arriba. Para 2009, debido a la eutrofización, solo los dos puntos superiores de captación (compuertas cinco y seis) podían usarse para extraer agua para tratamiento.

El agua de las compuertas más profundas era intratable debido a las altas concentraciones de manganeso y contaminantes como geosminas y sulfuro de hidrógeno, que generaban sabores y olores desagradables. Sin embargo, extraer agua de los niveles superiores también presentaba problemas, ya que la gran cantidad de algas obstruía los filtros y requería el uso de mayores cantidades de floculantes y cloro en el proceso de purificación, generando niveles excesivos de trihalometanos (TTHMs), un subproducto cancerígeno de la cloración.

Para 2012, mayores niveles de manganeso, sulfuro de hidrógeno y cianobacterias tóxicas en la parte superior de la columna de agua hacían cada vez más difícil producir agua potable que cumpliera con los estándares regulados. El pronóstico del embalse era negativo; las muertes masivas de peces eran tan frecuentes que los pescadores recreativos y aves rapaces habían abandonado el lugar. Al reconocer que la aireación convencional no lograría las mejoras necesarias debido al tamaño, profundidad y problemas químicos y biológicos del embalse (incluyendo altos niveles de manganeso y cianobacterias), la empresa operadora buscó ingeniería especializada y tecnología avanzada.

“Al buscar una solución para los problemas en Toa Vaca, sabíamos que la aireación convencional no lograría las mejoras necesarias. Los problemas eran tanto químicos como biológicos, con graves floraciones de algas y cianobacterias. Necesitábamos ingeniería con experiencia y tecnología especializada,” dijo Carlos González de Green Innovation Technologies Puerto Rico.

El análisis batimétrico inicial reveló que el embalse alcanza hasta 51 metros de profundidad, pero la sequía puede hacer que el nivel del agua baje más de 20 metros. Garantizar la oxigenación total a lo largo de estas variaciones requería tecnología de oxigenación. Varios parámetros clave fueron monitoreados durante los primeros tres meses, y se observaron mejoras significativas casi de inmediato en la calidad del agua potable producida por las dos plantas de purificación que extraían agua del embalse.

Específicamente, el objetivo de aumentar los niveles de oxígeno disuelto a al menos cuatro miligramos por litro en la superficie se alcanzó en aproximadamente un mes y se mantuvo desde entonces. La meta también se logró y mantuvo a una profundidad de 21 metros dentro de los primeros tres meses de operación.

Establecer niveles adecuados de oxígeno disuelto es un requisito fundamental para poder abordar otros problemas existentes, como los altos niveles de nutrientes disueltos y manganeso, además de los problemas de sabor y olor. La capacidad de desestratificar y oxigenar rápidamente la columna de agua de un cuerpo de agua grande y profundo como este es lo que distingue a la tecnología de restauración de oxígeno disuelto de acción rápida de la aireación convencional.

Los niveles excesivos de metales como el hierro y el manganeso son un problema común en los embalses donde los niveles de oxígeno disuelto están agotados. En Toa Vaca, el problema era la alta concentración de manganeso, y se logró y mantuvo un nivel objetivo de no más de 0.05 miligramos por litro después de aproximadamente dos meses de operación. Los niveles iniciales de manganeso eran más altos en profundidad debido a la desoxigenación de la columna de agua, pero el objetivo también se logró y mantuvo a 21 metros dentro de los primeros tres meses.

Dentro del primer año de implementación de la solución de restauración de oxígeno disuelto de acción rápida, las floraciones de cianobacterias y algas se redujeron hasta tal punto que los costos de tratamiento químico en la planta de purificación de agua se redujeron a la mitad, al igual que los niveles de TTHMs.

Abordar los complejos desafíos que enfrentan los embalses de agua potable requiere un cambio hacia soluciones sostenibles y sin químicos que ataquen las causas raíz de la degradación de la calidad del agua. Las floraciones de algas y los desequilibrios de nutrientes representan riesgos importantes no solo para la salud pública, sino también para la viabilidad a largo plazo de estas fuentes vitales de agua. Al implementar procesos naturales que restauran el equilibrio del ecosistema, las agencias de gestión del agua pueden mejorar la calidad del agua en los embalses y reducir la dependencia de tratamientos químicos costosos.

Con resultados comprobados en la mejora de la salud de los embalses, estos enfoques ofrecen un camino hacia la protección del suministro de agua potable limpia para las comunidades, al tiempo que fomentan ecosistemas más saludables. Es hora de que las agencias de gestión del agua prioricen estas soluciones innovadoras y basadas en la naturaleza para asegurar el suministro hídrico de nuestra nación.

Sobre el autor

Dave Shackleton es presidente de Clean-Flo International.

Sobre la empresa

Clean-Flo International es una empresa con sede en EE. UU. especializada en soluciones biológicas para la gestión de la calidad del agua en entornos como plantas de tratamiento de aguas residuales, ríos, lagos y embalses. Para más información, visite www.clean-flo.com, escriba a [email protected] o llame al 1-800-328-6656.