Tema Central – Filtración En Lecho De Río

Filtración En Lecho De Río

Una antigua y vigente tecnología de captación de agua. La experiencia en desarrollo en la ciudad de Cali, pionera para Colombia y América del Sur.



Por: Luis Darío Sánchez Torres y Edgar Leonardo Quiroga Rubiano
Profesores adscritos al Grupo de Investigación en Abastecimiento de Agua del Instituto Cinara de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle.





Múltiples son las dificultades, restricciones y variables que inciden para garantizar la adecuada captación de agua de un río o fuente superficial, destinada a proveer el servicio de suministro de agua potable a una ciudad, localidad o comunidad. La calidad, cantidad, continuidad y disponibilidad del recurso hídrico, entre otros, son aspectos que normalmente determinan las condiciones y procesos a definir y adoptar para garantizar la potabilización y distribución segura y confiable del agua para sus usuarios, según las normas y regulaciones vigentes sobre la materia.

El caso de la ciudad de Santiago de Cali del departamento del Valle del Cauca es un ejemplo aleccionador de las enormes dificultades y retos que cada día debe afrontar la entidad responsable del servicio de suministro de agua potable para los casi tres millones de habitantes de la ciudad. Las Empresas Municipales de Cali, EMCALI EICE ESP, capta agua proveniente principalmente del Río Cauca para su posterior potabilización en las plantas de tratamiento de Puerto Mallarino y Río Cauca, las cuales abastecen a cerca del 80% de la población.

Sin embargo, la disponibilidad del agua del Río Cauca se ha venido limitando por el creciente deterioro de su calidad fisicoquímica y microbiológica, lo cual se ha hecho más evidente desde el año 2000. La acelerada urbanización, la falta de integración entre la gestión del agua y la planificación espacial, el uso inadecuado de la tierra, la deficiente protección de las cuencas, las descargas de aguas residuales domésticas, industriales y pluviales, unido a procesos de deforestación, erosión y la minería, están generando que los riesgos sanitarios sean cada vez más críticos, lo que demanda de unos procesos de tratamiento más exigentes y costosos para lograr cumplir la normatividad del suministro de agua potable, además de poner en riesgo la seguridad hídrica de la ciudad de Cali.

En particular, se puede destacar que variables como las elevadas turbiedades del agua en la época de lluvias, donde se han registrado valores superiores a 3000 UNT (Unidades Nefelométricas de Turbiedad), por períodos de más de 8 horas, o en las épocas de sequía, donde el oxígeno disuelto en el agua es menor a 3 miligramos por litro por periodos de hasta de 12 horas, asociados a la disminución en la capacidad de dilución del río, han ocasionado que la operación de las plantas de tratamiento deba ser suspendida de manera reiterada y por largos periodos de tiempo, ya que la capacidad de los procesos de tratamiento es ampliamente superada para enfrentar los valores y duración de los picos de contaminación que reciben. Esta situación ha obligado a construir dos reservorios con capacidad de 180 mil metros cúbicos, cuyo objetivo es evitar la suspensión del servicio de suministro de agua potable a la población, aunque los problemas de calidad del agua del río generan elevados costos económicos, sociales y ambientales.





Ante este enorme y creciente reto, a lo largo de muchos años, las diversas administraciones de la ciudad y de EMCALI EICE ESP, han tenido que definir y adoptar medidas preventivas y correctivas para asegurar el suministro de agua actual y futuro, entre ellas, la búsqueda de fuentes alternativas y de opciones tecnológicas para el abastecimiento de agua. En este marco, la participación de la Universidad del Valle, a través del Instituto de Investigación y Desarrollo en Abastecimiento de Agua, Saneamiento Ambiental y Gestión del Recurso Hídrico, CINARA, de la Facultad de Ingeniería, ha sido muy importante, ya que específicamente, su Grupo de Investigación en Abastecimiento de Agua, desde hace más de 10 años inició la búsqueda y estudio de opciones tecnológicas que posibilitaran contar con potenciales soluciones a este problema.

Entre las opciones encontradas, se identificó la tecnología de Filtración en Lecho de Río, FLR, la cual es una opción con desarrollos exitosos a escala real en muchos países. En la revisión de experiencias, se encontró que la FLR ha sido utilizada por más de 100 años en Europa para el abastecimiento de agua a nivel público e industrial, usando como fuentes de abastecimiento ríos como el Rin, Elba, Sena y Danubio, entre otros. En los Estados Unidos y México, la FLR se ha utilizado durante más de medio siglo, debido a las altas variaciones de temperatura y turbiedad, y a la preocupación por los subproductos de la desinfección; y en países asiáticos como India, China, Corea del Sur y Malasia, se está implementando la FLR para el suministro de agua potable en muchas de sus ciudades, donde sus beneficios económicos, ambientales y sociales están plenamente demostrados y verificados.

La Filtración en Lecho de Río es una solución basada en la naturaleza, porque aprovecha la filtración a través de la estratigrafía subterránea debajo del fondo del rio, por lo que es una buena opción para captar agua en ríos de planicie o valle con formaciones aluviales. Esta tecnología consiste en la construcción modular de pozos verticales u horizontales, conectados hidráulicamente con tuberías perforadas laterales dirigidas hacia el centro del rio para la extracción del agua superficial a través del subsuelo. A medida que los pozos de producción bombean el agua proveniente del lecho aluvial, el agua superficial fluye hacia el subsuelo para recargar el pozo, mientras que los diferentes estratos filtrantes que están debajo de la superficie del río funcionan como un filtro natural que va removiendo significativamente contaminantes, patógenos, turbiedad y sólidos suspendidos, mediante procesos de degradación, adsorción, filtración, oxidación, etc, produciendo agua de mejor calidad que la superficial, por lo que la tecnología de FLR es considerada como un sistema de pretratamiento, requiriendo en algunos casos de la aplicación de métodos de postratamiento, pero ello se traduce finalmente en menores costos de tratamiento y de generación y manejo de lodos.

La ciudad de Santiago de Cali, al estar localizada entre las cordilleras Occidental y Central, está asentada geológicamente en un valle que, según Ingeominas-DAGMA, tiene un basamento de rocas ígneas volcánicas, rocas sedimentarias terciarias, y con rellenos y depósitos aluviales sueltos conformados por materiales homogéneos que varían entre gravas, arenas, limos y arcillas, predominando la mezcla entre ellas, transportados por el Río Cauca y sus tributarios a lo largo de su evolución y divagación de su cauce. Esta planicie aluvial del río es considerada entonces una zona con un gran potencial para localizar estructuras de FLR, ya que posee propiedades estratigráficas de medio granular con una alta conductividad hidráulica.

Aunque la tecnología de la FLR había demostrado exitosos resultados en otras latitudes, en Colombia, esta opción aún no había sido estudiada, y por ello se inició un proceso de promoción y gestión de apoyo a nivel local y regional para desarrollar una investigación que posibilitará la adaptación crítica y creativa de la tecnología a nuestro contexto y condiciones hidrogeológicas locales en el Río Cauca. La idea inicial surge en el año 2006, a partir de un estudio sobre Galerías Filtrantes en Lechos Aluviales en la República de Bolivia, que fue una tesis de grado en la Maestría en Ingeniería Sanitaria y Ambiental de la Universidad del Valle, dirigida por el profesor Luis Darío Sánchez. En el año 2010, Colciencias avaló el desarrollo de un trabajo de doctorado sobre FLR en la Universidad Tecnológica de Delft de los Países Bajos, culminado por el Ing. PhD. Juan Pablo Gutiérrez; en el año 2014, entre la Universidad Tecnológica de Delft y la Universidad del Valle se realizó un análisis del potencial de FLR a partir del Río Cauca. En el año 2017, a través del proyecto de investigación Estrategias para la Recuperación y Manejo Integrado del Recurso Hídrico en las Cuencas de los ríos Cauca y Dagua en el Valle del Cauca, y con el aval de la Unidad Estratégica de Negocios de Acueducto y Alcantarillado, UEENAA de EMCALI EICE ESP, se hizo un pozo piloto exploratorio para monitorear la calidad del agua del acuífero freático, a una distancia de 20 metros de la margen izquierda del Río Cauca, en inmediaciones de la bocatoma de la Planta de Tratamiento de Agua Potable de Puerto Mallarino. Los estudios, durante los ensayos de la investigación, mostraron una mejor calidad del agua, con un comportamiento estable, y una buena capacidad de amortiguación de picos de turbiedad, tal como se muestra en la Figura 2. La remoción de microorganismos (coliformes totales, E-coli y coliformes fecales) igualmente fue satisfactoria mostrando grandes diferencias, donde la calidad microbiológica del agua extraída del pozo piloto de FLR fue siempre superior a la del río Cauca, y por tanto presentó bajo riesgo microbiológico.





El proceso para el desarrollo de la investigación y transferencia de la tecnología ha recorrido un largo camino, que incluye la realización de múltiples reuniones institucionales en instancias como el Concejo Municipal, la Personería y la Contraloría Municipal de Santiago de Cali, y con la Comisión para la recuperación de la cuenca alta del Río Cauca. También se tuvieron reuniones de discusión y concertación con la Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, ACODAL, Seccional Occidente, con la Cámara Colombiana de la Infraestructura, Seccional Occidente, entre otros, que generaron un ambiente receptivo y positivo para la concreción de esta iniciativa.

Con base en estas gestiones y los desarrollos del pozo piloto, finalmente se logró el respaldo a un proyecto de investigación para desarrollar un primer módulo de FLR de prueba a escala real en predios de la planta de potabilización de agua de Puerto Mallarino, a cargo del Grupo de Investigación en Abastecimiento de Agua del Instituto Cinara, en equipo con la Escuela de Ingeniería Civil y Geomática de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle. Esta iniciativa fue avalada y apoyada por la administración municipal, en cabeza del alcalde Maurice Armitage, del Gerente General de EMCALI EICE ESP, Ing. Gustavo Jaramillo y del Gerente de la UEENAA, Ing. Francisco Burbano, con quienes a finales del año 2017 se visitó el sistema con FLR para la captación de agua del Río Ohio que abastece la ciudad de Louisville-Kentucky en los Estados Unidos, donde se verificó las bondades y beneficios de esta opción tecnológica para garantizar un adecuado y seguro suministro de agua potable. Igualmente, el Ministerio de Vivienda y Desarrollo Territorial, bajo la orientación del Dr. Camilo Sánchez Ortega, aprobó la iniciativa de contar con un prototipo de prueba de la FLR en la ciudad.

A finales del año 2018, el grupo de investigadores y diseñadores del Instituto Cinara y la Escuela de Ingeniería Civil y Geomática, entregaron los resultados de los estudios, que incluían la modelación geotécnica, hidráulica y sísmica, el análisis de escenarios y los diseños para la construcción de un prototipo de prueba a escala real, como alternativa para la captación de agua para la ciudad de Cali con sus respectivas recomendaciones. Dada la terminación del período de la administración municipal y de EMCALI EICE ESP, sumada a la situación generada con la pandemia del COVID 19, la nueva administración, en cabeza del Dr. Jorge Iván Ospina y el Gerente General de EMCALI EICE ESP, Dr. Juan Diego Flórez, realizó la licitación para la construcción del proyecto, siendo favorecido el Consorcio Pozo Radial S.A, quienes en febrero de 2021 iniciaron el proceso constructivo que se espera finalizar y poner en funcionamiento a principios del año 2023.

Este es el primer proyecto con el uso de la tecnología de FLR, no solo en Colombia, sino en la América del Sur, que marcará una pauta y generará experiencias y recomendaciones para transferir este desarrollo tecnológico a otras regiones y localidades en el país y la región, que enfrentan situaciones similares a las que por muchos años ha tenido la ciudad de Cali. La atenuación de picos de turbiedad facilitará operar en condiciones mucho más estables las plantas de tratamiento, que deberán ser menos complejas de controlar, garantizando un mejor producto final. Al reducirse la turbiedad del agua, se bajará el contenido de materia orgánica natural, la concentración de sólidos suspendidos totales y el número de microorganismos, lo que conllevará a la reducción del consumo de insumos químicos y a una menor producción de lodos, que tienen un impacto considerable en el ambiente y sobre el costo de producción de un metro cúbico de agua potable. Pero sin duda, uno de los aspectos más importantes y de mayor impacto hacia el futuro, dadas las graves consecuencias del cambio climático y la variabilidad climática que estamos enfrentando, es su contribución a la seguridad hídrica para el sistema de abastecimiento de agua para la ciudad de Cali, por la mejoría en la calidad del agua captada, que es uno de los limitantes frente a la sostenibilidad en el largo plazo.

El desarrollo de este módulo de prueba permitirá comprender las condiciones de extracción del agua en términos de la cantidad y calidad, lo cual contribuirá a definir una mayor escala de aplicación de la tecnología en las variables técnicas, ambientales, sociales y económicas, así como consideraciones normativas de uso. Para la ciudad de Santiago de Cali es fundamental continuar con las investigaciones, para definir los sitios de ubicación de nueva infraestructura y conservar las franjas de vegetación ribereñas o riparianas del Río Cauca, que permitan el uso potencial de la tecnología para el consumo humano y otros usos que sean priorizados. Es crucial incluir este tipo de recomendaciones en el Plan de Ordenamiento Territorial de la ciudad, de tal forma que a futuro con esta opción se tenga garantía de la seguridad hídrica y la sustentabilidad del recurso hídrico que es tan valioso y esencial para garantizar la vida y el bienestar de la población.








Construcción del sistema de laterales para captación de agua en el primer módulo de FLR.
Fuente: Consorcio Pozo radial Puerto Mallarino 2020, EMCALI EICE-ESP.


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