¿Qué provoca el desbordamiento de las estaciones de bombeo de aguas residuales?

Las bombas de aguas residuales son esenciales en el camino hacia la contaminación cero

Las empresas de suministro de agua de todo el mundo se han comprometido activamente a poner fin a los vertidos de aguas residuales al medio ambiente. Sus esfuerzos de prevención abarcan todas las partes del sistema de aguas residuales, desde las tuberías que inicialmente reciben los residuos de hogares y empresas hasta el final del ciclo de tratamiento en la planta depuradora. En este artículo, nos centramos en las numerosas bombas de la red de alcantarillado que mantienen el agua sin tratar en movimiento a través del sistema. Hemos utilizado datos de investigación de Inglaterra para enmarcar la conversación, pero los problemas (y las soluciones) son relevantes para las empresas de suministro de agua de todo el mundo.

1. ¿Cómo pueden las estaciones de bombeo de aguas residuales provocar desbordamientos del alcantarillado?

Cuando las bombas de la red de alcantarillado fallan, el agua que deben bombear se acumula en su lugar. Al no tener adónde ir, estas aguas residuales se desbordan a los alrededores. Hay varias razones por las que las estaciones de bombeo de aguas residuales (EBAR) pueden fallar, pero las cuatro siguientes son responsables de la gran mayoría de los incidentes de contaminación.

1.1 Toallitas húmedas y aceite de cocina

Los artículos como toallitas húmedas, pañales, productos de higiene femenina, bastoncillos de algodón y otros materiales no biodegradables no se descomponen fácilmente, por lo que tirarlos por el inodoro puede provocar obstrucciones en el sistema de alcantarillado.

La grasa y el aceite son otros de los principales culpables. Muchas personas (y empresas como restaurantes) no se dan cuenta de que las grasas y aceites se solidifican al pasar por la red, acumulándose con el tiempo en "fatbergs" que bloquean el flujo de aguas residuales.

Tanto las tuberías como las bombas de aguas residuales pueden obstruirse con estos residuos. Una bomba obstruida no puede funcionar a plena velocidad y, en el peor de los casos, puede dejar de funcionar por completo.

1.2 Desgaste de los equipos

Las estaciones de bombeo contienen muchos componentes mecánicos y eléctricos, como bombas, motores, válvulas y sistemas de control. Si no se mantienen adecuadamente, estos componentes se deterioran y acaban fallando.

Las estaciones de bombeo de aguas residuales son especialmente difíciles de mantener. En Inglaterra hay más de 30.000 [2], y están constantemente expuestas a residuos que pueden dañarlas: no sólo toallitas húmedas y aceite de cocina, sino también objetos duros como piedras, ramas e incluso juguetes que se cuelan en las alcantarillas. Esto significa que necesitan atención frecuente, pero suelen estar muy repartidas por una amplia zona geográfica, por lo que el tamaño del personal y el tiempo de desplazamiento son un factor limitante. Una vez que llega el personal, debe entrar en espacios confinados donde está expuesto a aguas residuales sin tratar, gases tóxicos y agentes patógenos potencialmente dañinos, lo que exige protocolos de seguridad que requieren mucho tiempo. Todos estos factores dificultan la prestación de servicios a cada SPS en un horario adecuado.

1.3 Cortes de electricidad

Los fallos en la red eléctrica paralizan las estaciones de bombeo. Los generadores de emergencia ayudan a mitigar el problema, pero hay que tener en cuenta la frecuencia con que se necesitan y el enorme coste de su instalación y mantenimiento. Alquilarlos en lugar de comprarlos puede ayudar a controlar este coste, pero introduce un retraso posiblemente inaceptable para su entrega y puesta en marcha en caso de emergencia.

Además, estos sistemas dependen de un combustible fósil para funcionar, lo que significa que la empresa de suministro de agua debe tener una conexión a la red de gas en cada SPS o almacenar una reserva de propano, gasóleo o gasolina en las proximidades. Muchas estaciones de bombeo se encuentran en zonas residenciales, lo que supone un riesgo para la seguridad y limita el espacio disponible para almacenar combustible. Si el corte de electricidad dura más que el combustible, la estación de bombeo acabará dejando de funcionar y el alcantarillado se desbordará.

1.4 Clima extremo y crecimiento demográfico

El cambio climático y el crecimiento demográfico han incrementado drásticamente el flujo de aguas no tratadas en sistemas diseñados para mucho menos, y ese desajuste no hará sino empeorar. Ambos factores ponen a prueba las infraestructuras de aguas residuales existentes, provocando no solo incidentes inmediatos de contaminación, sino también fallos del sistema a largo plazo.

Aunque el problema es urgente, no hay una solución rápida. Una solución completa será una empresa de gran envergadura que abarcará décadas y en la que participarán no sólo las empresas de suministro de agua, sino también las compañías tecnológicas, los fabricantes de equipos y los gobiernos locales y nacionales.

2. ¿Cómo pueden las compañías de aguas reducir a cero los vertidos de las estaciones de bombeo de aguas residuales?

Las empresas de suministro de agua se esfuerzan por evitar los desbordamientos de los SPS, pero tres de las cuatro causas principales escapan a su control. Aun así, las empresas de suministro de agua deben encontrar la manera de evitar que se produzcan vertidos de aguas residuales (en las estaciones de bombeo y en cualquier otro lugar). ¿Qué opciones tienen?

2.1 Mejores infraestructuras

La única solución para el cambio climático y el crecimiento demográfico es aumentar la resistencia del sistema de aguas residuales. A corto plazo, eso significa tanques de tormenta adicionales para captar el exceso de agua durante los periodos de sobrecarga hidráulica. A largo plazo, significa rediseñar la red para separar las aguas pluviales de las residuales, diseñar infraestructuras verdes como los sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDS) para captar la escorrentía superficial y construir más instalaciones de tratamiento, alcantarillas y estaciones de bombeo, o de mayor tamaño.

2.2 Alcantarillas más inteligentes

Las empresas de suministro de agua sólo pueden influir indirectamente en la eliminación de materiales inadecuados mediante campañas de sensibilización y educación. Hasta que los consumidores cambien su comportamiento, la única solución directa es detectar y resolver los atascos en las estaciones de bombeo antes de que provoquen un desbordamiento. Afortunadamente, existen sensores inteligentes que pueden detectar un atasco de la bomba antes de que sea crítico forman parte de la supervisión y el análisis en tiempo real que están haciendo inteligentes los sistemas de alcantarillado actuales.

2.3 Mejor copia de seguridad

Para evitar los desbordamientos provocados por los cortes de electricidad, un sólido plan de reserva de energía es fundamental. Un plan de este tipo aborda todas las facetas de un apagón, desde la comunicación con la compañía eléctrica hasta la preparación para cortes generalizados y de larga duración.

2.4 Mantenimiento más inteligente

Para hacer frente a los fallos de los equipos por envejecimiento o deterioro -el único factor que está directamente bajo el control de las empresas de suministro de agua-, todas las empresas analizadas ya están poniendo en marcha... estrategias proactivas de mantenimiento en vigor. Casi todas ellas incluyen medidas preventivas (basadas en calendarios) y/o mantenimiento predictivo (basado en la condición) en sus planes de reducción de incidentes de contaminación. El mantenimiento preventivo mejora las estrategias reactivas tradicionales revisando periódicamente los equipos para mantenerlos en buen estado. Mantenimiento predictivo va un paso más allá, utilizando inteligencia artificial para analizar continuamente los datos de los sensores entrantes y evaluar el estado real de la máquina. Al determinar qué máquinas necesitan atención y cuáles siguen en buen estado, una estrategia predictiva reduce la carga de trabajo diaria, lo que disminuye el impacto de la escasez de personal y el tiempo de desplazamiento en la capacidad de las empresas de servicios públicos para mantener todas las estaciones de bombeo en buen estado de funcionamiento.

Tabla resumen de causas de desbordamiento del SPS y soluciones

Notas a pie de página

[1] T. Giakoumis y N. Voulvoulis, Desbordamientos del alcantarillado combinado: relación entre los datos de seguimiento de la duración de los sucesos y la capacidad de los sistemas de aguas residuales en Inglaterra (Environ. Sci.: Water Res. Technol., 2023, 9, 707).

[2] S. Purnell, N. Mills, K. Davis y C. Joyce, Evaluación de los resultados de las empresas de suministro de agua y alcantarillado de Inglaterra en materia de incidentes de contaminación. (PLoS ONE 16(10): e0251104, 2021).