Los Estados Unidos tienen más de 84,000 embalses, que varían 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 sirven para diversos propósitos, que incluyen suministros de agua potable, áreas recreativas, fuentes de riego, control de inundaciones y generación de energía hidroeléctrica. Algunos son exclusivos para agua potable, algunos son recreativos y muchos son de uso múltiple.

Como servicios públicos, los embalses están sujetos a estándares de gestión más estrictos y deben cumplir con requisitos para una variedad de parámetros de calidad del agua que generalmente no son preocupantes para cuerpos de agua recreativos. Aquellos responsables de hacer cumplir estos estándares incluyen agencias federales (por ejemplo, Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., Oficina de Recuperación), gobiernos estatales, distritos de agua municipales y organizaciones privadas. Los embalses de agua potable a menudo están bajo la jurisdicción de servicios de agua locales y departamentos de salud.

Para estas agencias, mantener una calidad de agua consistente es esencial para el funcionamiento efectivo de las plantas de tratamiento de agua. Cambios estacionales, como la estratificación de la columna de agua, pueden resultar en reducciones en los niveles de oxígeno disuelto; aumentos en el pH y niveles de metales disueltos, como hierro y manganeso; problemas de sabor y olor debido a geosminas; y el aumento del contenido orgánico total, niveles de algas y, en casos extremos, eventos de floraciones tóxicas 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 de salud como daños en el hígado o enfermedades gastrointestinales. Incidentes notables incluyen la crisis en 2014 en Toledo, Ohio, donde los residentes no pudieron usar el agua potable durante días.

Con una mayor volatilidad en el clima y el tiempo, los cambios estacionales en la calidad del agua se están volviendo más frecuentes y pronunciados. Esto deja a muchos operadores de plantas de tratamiento luchando por responder y adaptarse. Muchos ahora están buscando activamente soluciones que puedan minimizar las fluctuaciones en la consistencia de la calidad del agua y reducir los costos químicos, eliminar el tiempo de inactividad de la planta para el lavado a contracorriente y ayudar a cumplir con los estándares de cumplimiento para el agua potable.

Brotes de Algas

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

Los altos niveles de algas en la parte superior de la columna de agua y el agua desoxigenada en la columna inferior pueden crear numerosos problemas. En la parte superior, las plantas acuáticas y algas excesivas pueden obstruir las entradas de las plantas y el equipo de filtración. En la columna 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 clientes. El problema puede ser tan grave que el agua extraída de compuertas más profundas puede volverse intreatable a pesar del tratamiento de purificación.

Los cambios en la calidad del agua cruda pueden resultar en niveles elevados de algas que bloquean los filtros de la planta de tratamiento, lo que requiere un lavado a contracorriente frecuente que interrumpe la producción y aumenta el tratamiento químico y los costos. El aumento de la cloración produce subproductos de desinfección que pueden afectar negativamente el cumplimiento. Las floraciones de algas también contribuyen a la acumulación de sedimentos, así como a la mortandad de peces que impacta la fauna local en la cadena alimentaria y puede afectar actividades recreativas, como la pesca.

La Búsqueda de Soluciones Efectivas

A pesar de inversiones financieras significativas durante muchos años, ha habido poco mejoramiento en la condición de los lagos de EE. UU. De hecho, según un informe de la Oficina de Responsabilidad del Gobierno de EE. UU. sobre la calidad del agua publicado en junio de 2022 titulado Calidad del Agua: Las Agencias Deben Tomar Más Medidas para Gestionar los Riesgos de las Floraciones de Algas Nocivas y la Hipoxia, la salud de nuestros lagos ha ido deteriorándose de manera constante en las últimas dos décadas. Los enfoques convencionales para abordar la calidad de agua inconsistente a menudo implican el uso de productos químicos de tratamiento y procesos de tratamiento auxiliares, que pueden aumentar los costos de operación de la planta y, en el caso del uso de químicos, pueden generar subproductos potencialmente dañinos.

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

Afortunadamente, existen procesos más efectivos, naturales y libres de químicos que se pueden implementar para abordar las causas raíces de la degradación de la calidad del agua, no solo los síntomas. El enfoque debe ser mantener el equilibrio de nutrientes, materia orgánica y oxígeno disuelto del embalse, y promover organismos acuáticos deseables que ayuden a mantener un equilibrio natural en el ecosistema del embalse que asegure la limpieza de nutrientes. Para que un embalse sea adecuado para el suministro de agua público, su calidad debe ser consistente a lo largo de la columna de agua y durante todo el año, con un equilibrio adecuado de nutrientes y oxígeno disuelto distribuido uniformemente.

La acumulación de sedimentos, que puede convertirse en parte de la morfología permanente del lago, también debe ser abordada. Simplemente eliminar físicamente y volcar sedimentos en otro lugar a través de 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 sedimentos orgánicos como un montón de compost, es una mejor solución. También se pueden introducir 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 a lo largo del tiempo reduce la disponibilidad de nutrientes y ayuda a mantener agua limpia y saludable.

En aplicaciones en los Estados Unidos y otros países, se pueden documentar 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 pocos meses. El resultado es una calidad de agua más consistente en el embalse, un uso reducido de productos químicos y costos operativos más bajos para las plantas de tratamiento.

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

Para suministrar 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 verse abrumado por cianobacterias tóxicas. Dado que el embalse solo tiene capacidad para aproximadamente 30 días de suministro, la ciudad se ve obligada a extraer agua cargada de cianobacterias hacia el embalse.

Durante varios años, este fue un problema, ya que las cianobacterias comenzaron a dominar el perfil filológico del embalse hasta el grado en que lo hacen en el río. Para resolver el problema, a fines de la década de 2000, se instaló un sistema de aireación en el fondo del embalse, pero esto no controló las cianobacterias. En 2016, se hizo necesario añadir un algicida a base de peróxido al embalse.

La combinación de estas dos intervenciones no pudo controlar la situación. A finales de 2016, la dominancia proporcional de las cianobacterias en el río y el embalse seguía siendo aproximadamente la misma, alrededor del 68 por ciento. Los números absolutos en términos de conteo celular se redujeron ligeramente en el embalse debido a la aplicación de algicida, pero esto no hizo nada para restringir la dominancia 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 los niveles elevados y estables de oxígeno reducen 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 bio-dragan los sedimentos fangosos; controlan las malezas acuáticas; mejoran la calidad del agua; y disminuyen el material orgánico, nutrientes, olor, gases dañinos y bacterias coliformes. Esto ayuda a restaurar la capacidad de limpieza de nutrientes de la red alimentaria al mejorar el crecimiento y la salud de los peces.

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

Los datos recopilados un año después mostraron que el conteo total de células filológicas se redujo en alrededor del 75 por ciento, y las cianobacterias fueron casi eliminadas por completo. Para 2018, el conteo total de células y los niveles de cianobacterias estaban bien controlados en el embalse, a pesar de que el embalse contenía agua extraída del río en un momento en que los niveles de cianobacterias estaban 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 de su embalse”, dijo Daryl Stockburger, director asistente de servicios públicos de la ciudad de Bowling Green.

Embalse Toa Vaca en Puerto Rico

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

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 serios síntomas de deterioro de calidad del agua debido a la eutrofización.

La torre de entrada consiste en seis compuertas, numeradas del uno al seis de abajo hacia arriba. Para 2009, debido a la eutrofización, solo se podían utilizar los dos puntos de extracción superiores (compuertas cinco y seis) para extraer agua para el tratamiento de purificación.

El agua de las compuertas más profundas no era tratable debido a la alta cantidad de manganeso y contaminantes como geosminas y sulfuro de hidrógeno que causaban malos sabores y olores. Sin embargo, extraer agua de los niveles superiores también presentaba problemas, ya que grandes cantidades de algas obstruían los filtros y requerían el uso de mayores cantidades de floculantes y cloro en el proceso de purificación, generando niveles excesivos de trihalomethanos (TTHMs), un subproducto carcinogénico de la cloración.

Para 2012, más manganeso, sulfuro de hidrógeno y cianobacterias tóxicas en la columna de agua superior hacían cada vez más difícil producir agua potable que cumpliera con los estándares regulados. El pronóstico para el embalse era malo; las muertes de peces se volvieron tan comunes que los pescadores recreativos y las aves de presa habían abandonado el embalse. Reconociendo que la aireación convencional no lograría las mejoras necesarias debido al tamaño, profundidad y problemas químicos y biológicos del embalse, que incluían problemas severos de manganeso y cianobacterias, la empresa de servicios públicos buscó ingeniería experimentada y tecnología especializada.

“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 problemas severos de algas y cianobacterias. Necesitábamos ingeniería experimentada y tecnología especializada,” dijo Carlos González de Green Innovation Technologies Puerto Rico.

Un análisis batimétrico inicial reveló que el embalse tiene hasta 51 metros de profundidad, pero la sequía puede hacer que el nivel del agua caiga más de 20 metros. Asegurar una oxigenación completa a través de la escala y el alcance de estas variaciones requería tecnología de oxigenación. Varios parámetros clave fueron monitoreados de cerca 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 extraen agua del embalse.

Específicamente, el objetivo de aumentar los niveles de oxígeno disuelto a al menos cuatro miligramos por litro en la superficie se logró en aproximadamente un mes y se mantuvo después. El objetivo 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 crítico para poder abordar otros problemas que se están encontrando, como altos niveles de nutrientes disueltos y manganeso, así como problemas de sabor y olor. La capacidad de desestratificar y oxigenar rápidamente la columna de agua de un gran cuerpo de agua profundo como este es lo que distingue la tecnología de restauración de oxígeno disuelto de acción rápida de la aireación y oxigenación convencionales.

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

Dentro del primer año de implementación de la solución de restauración de oxígeno disuelto de acción rápida, las cianobacterias y las floraciones de algas se redujeron tanto 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 libres de químicos que aborden las causas profundas de la degradación de la calidad del agua. Las floraciones de algas y los desequilibrios de nutrientes representan riesgos significativos no solo para la salud pública, sino también para la viabilidad a largo plazo de estas fuentes de agua vitales. Al implementar procesos naturales que restauren el equilibrio del ecosistema, las agencias de gestión del agua pueden mejorar la calidad del agua del embalse y reducir la dependencia de tratamientos químicos costosos.

Con resultados probados en la mejora de la salud de los embalses, estos enfoques ofrecen un camino hacia adelante para salvaguardar agua potable limpia para las comunidades mientras se 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 de agua de nuestra nación.