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Introducción
El acceso a agua para consumo humano (ACH), la disposición adecuada de excretas (DAE) y la educación, son factores esenciales para mejorar la salud pública y la calidad de vida de los seres humanos (Heller, 1997; (Junkin, 1996; Heymann, 2005; Mora, 2005). En el caso del ACH, la protección y adecuada captación de las fuentes de agua (pozos, nacientes y aguas superficiales), son fundamentales para garantizar la calidad de los servicios de agua potable en cinco aspectos conocidos como las “cinco C” (cantidad, continuidad, calidad, costo y cobertura) (Mora, 2012).
Para evaluar las fuentes de agua superficiales (ríos, quebradas y embalses) en Costa Rica, existe el “Reglamento para la Evaluación y Clasificación de la Calidad de Cuerpos de Agua Superficiales” (Decreto Ejecutivo N° 33903, 2007). Con respecto a las fuentes subterráneas para potabilización (pozos y nacientes) el Laboratorio Nacional de Aguas (LNA, 1978), del Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados (AyA), implementó desde la década de los 70 los “Criterios de Calidad de Aguas para Pozos y Nacientes” (Decreto Ejecutivo N° 26066S, 1997), que se presentan en el cuadro 1.
Cuadro 1 Criterios de calidad de las aguas de pozos y nacientes para potabilización en Costa Rica
| Características | Unidad | Calidad físico-química y microbiológica | |||
|---|---|---|---|---|---|
| - | - | Excelente | Buena | Regular | Mala |
| Coliformes totales | NHP/100 mL | ≤ 20 | 21-69 | 70-150 | >150 |
| Coliformes fecales | NHP/100 mL | <6 | 7-21 | 22-50 | >50 |
| pH | ----- | 6,5-8,5 | 5-9,0 | 4-10 | - |
| Cloruros | mg/L | <200 | 200-400 | >400-500 | >500 |
| Floruros | mg/L | <1,0 | 1-1,5 | 1,5-2,5 | >2,5 |
| Color | Unidades | 0-10 | >10-20 | >20-30 | >30 |
| Turbiedad | UNT | 0-10 | >10-20 | >10-20 | >20 |
Fuente: Laboratorio Nacional de Aguas.
Por otro lado, en el caso de la evaluación de la calidad del ACH, se aplica el Reglamento para la Calidad del Agua Potable (Decreto Ejecutivo N°38924-S, 2015). Además el LNA, en el marco del Programa Nacional de Mejoramiento y Sostenibilidad de la Calidad de los Servicios de Agua Potable: 2007-2015 (PNMSCSAP) (Decreto Ejecutivo N° 33958-S-MINAE, 2007), estableció, entre otros aspectos, el Sistema para Evaluar la Calidad el Servicio de Agua Potable (SECSAP) (Mora & Feoli, 2006), usando las anteriormente mencionadas “cinco C”.
El LNA ha identificado, hasta ahora, 4.580 fuentes de agua, que abastecen a 2.138 acueductos que son operados por el AyA (180 sistemas), municipios (236), la Empresa de Servicios Públicos de Heredia (ESPH) (12 acueductos) y acueductos comunales administrados por ASADAS y/o Comités Administradores de Acueductos Rurales (CAARs) (1890) (Mora & Portuguez, 2011). De estas 4.580 fuentes de agua 321 son superficiales y abastecen al 35% de la población, 4.259 son subterráneas, 965 son pozos y 3.292 son nacientes (Mora, Mata & Portuguez, 2011).
En el caso específico de los criterios relativos a aguas subterráneas para potabilización, en las últimas cuatro décadas se han usado los parámetros microbiológicos y físico-químico indicados en el cuadro 1 de manera uniforme, tanto para pozos como para nacientes. Los autores de este trabajo consideran que esto es inconveniente, al menos en cuanto a los aspectos microbiológicos, para diferenciar ambos tipos de fuentes subterráneas.
Dicha diferencia se fundamenta en que, si bien es cierto que los dos tipos de fuentes tienen en común su origen subterráneo, y que por su naturaleza tanto los pozos como las nacientes están en general purificados en el aspecto microbiológico, cuando el manantial o naciente aflora debe ser bien captado, para evitar la contaminación con bacterias u otros microorganismos terrestres o de excretas de animales o seres humanos. En este sentido, los pozos -sobre todo los profundos- tienen mayor pureza que las nacientes.
Con respecto a las características físico-químicas la vulnerabilidad es muy semejante para pozos y nacientes. El presente estudio se enfoca en la actualización de los criterios microbiológicos para pozos y manantiales por separado y, aunque los parámetros físico-químicos son muy semejantes, el número de variables se ampliará a 15 en ambos tipos de fuentes de agua.
Objetivos
General
Actualizar los criterios microbiológicos y fisicoquímicos de las aguas de pozos y nacientes para potabilización, mediante el análisis de datos de 965 pozos y 3.292 nacientes durante el periodo 1996-2010.
Específicos
Inventariar los diferentes tipos de fuentes de agua para potabilización en Costa Rica.
Determinar los promedios geométricos de CF/100mL y E. coli/100 mL de cada uno de los 965 pozos y 3.292 nacientes estudiados.
Realizar análisis estadísticos de la información de CF/100 mL y E. coli/100 mL, mediante datos estadísticos básicos como la media, la moda, la mediana, la desviación estándar (DS), la varianza, el mínimo, el máximo, el rango y la distribución de los datos para ambos indicadores por percentiles, en el periodo 1996-2010.
Actualizar y ampliar los parámetros físico-químicos para ambos tipos de fuentes.
Establecer lineamientos para aplicar los nuevos criterios de calidad.
Metodología
Para cumplir con los objetivos de este estudio se aplicaron los siguientes pasos:
Inventario de fuentes de agua para potabilización
Con los datos históricos del LNA se realizó el inventario de las diferentes fuentes de agua a saber pozos, nacientes y superficiales (ríos, quebradas y embalses), en el periodo 1996-2010.
Promedios geométricos de las bacterias indicadoras
Para determinar los promedios geométricos de CF/100mL y E. coli/100mL de los 965 pozos y 3.292 nacientes, se estudiaron 16.446 y 10.859 muestras de agua, respectivamente, en un periodo de 15 años.
Análisis estadísticos de los datos microbiológicos
A los datos de CF/100mL y E. coli/ 100 mL de los pozos y nacientes se les aplicó un análisis estadístico básico, que es un insumo para establecer los nuevos criterios microbiológicos por separado para ambos tipos de fuente. Dichas variables fueron la media, la mediana, la moda, la DS, la varianza, el coeficiente de asimetría, el mínimo, el máximo y el rango.
Además, para definir la clasificación de la calidad microbiológica de ambos tipos de fuentes de agua según las categorías excelente, buena, regular, mala y muy mala calidad para la potabilización, se establecieron los siguientes pasos:
El ordenamiento de los datos promedio de CF/100 mL y E. coli/100 mL en aguas de pozos y manantiales.
Luego, los datos se agruparon por percentiles (deciles) y se determinaron los valores estadísticos básicos antes mencionados.
Con fundamento en estos datos se definieron los siguientes clasificaciones:
El agua de pozo o naciente se calificará de calidad “excelente”, para la potabilización, si los datos de la moda y la media del color son iguales a “cero” o negativos por CF/100 mL y E. coli/100 mL.
El agua de pozo o naciente se calificará como de “buena” calidad, para la potabilización, cuando los resultados del color arrojen datos superiores a “cero” y menores o iguales a la moda y la media; de igual manera se procede con las variables de CF/100mLy E. coli/100mL
El agua de pozo o naciente de calidad “regular” para la potabilización, se define en el intervalo que va de los valores mayores a la media más el valor de la DS, fundamentado en que este es el “punto de quiebre”, donde los datos para ambos tipos de fuente tienen mayor varianza y coeficiente de asimetría; es decir, los datos de CF/100mL y E. coli del valor de la media hacia abajo prácticamente tienen una DS muy baja o menor a un dígito.
El agua de calidad “mala” para la potabilización se ubica en el valor máximo del intervalo de la calidad regular al valor máximo obtenido en los CF/100 mL y E. coli/100mL, en el percentil 100.
El agua de pozo y naciente de calidad “muy mala”, es aquella que supera el valor máximo obtenido en los 965 y 3.292 pozos y nacientes, en el periodo 1996-2010.
Definición en los valores de los parámetros fisicoquímicos
Para efectos prácticos, los parámetros físico-químicos seleccionados se definen por sus características organolépticas y su afectación a la salud del consumidor. Los parámetros seleccionados son:
Conductividad (MS/cm) Nitratos (mg/L)
Color aparente (U.Pt.Co) Plomo (µg/L)
Turbiedad (UNT) Cadmio (µg/L)
Temperatura (ºC) Arsénico (µg/L)
Dureza total (mg/L) Hierro (mg/L)
Manganeso (mg/L) Plaguicidas (µg/L)
La definición de los valores recomendados y máximos permisibles se realizó de acuerdo con los datos históricos del LNA, la realidad hidrogeológica del país y el aporte científico de las Guías para la Calidad del Agua de Bebida de la OMS (2011).
Lineamientos para la aplicación de los criterios de calidad
Para aplicar los criterios de calidad físico-química y microbiológica para la potabilización, es necesario separar la evaluación en análisis puntuales o el promedio de CF/100mL y E. coli/100mL y los valores físico-químicos, en un periodo de al menos un año o cuatro análisis de laboratorio como mínimo.
Resultados
Inventario de los diferentes tipos de fuentes de agua
En el cuadro 2 se presenta el detalle, por tipo de fuente de agua para potabilización, de los 2.138 acueductos inventariados hasta el año 2010.
Cuadro 2 Fuentes de abastecimiento de los acueductos operados por el AyA, municipios, ASADAS y/o CAARs y la ESPH: 2010
| Ente operador | Pozos | Naciente | Fuentes superficiales con y sin Planta de tratamiento Con Sin | Subtotales Nº % | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AyA | 229 | 188 | 32 | 19 | 468 | 10,2 | |
| ASADAS y/o CAAR´s | 672 | 2.793 | 13 | 220 | 3.698 | 80,7 | |
| Municipalidades | 47 | 309 | 3 | 29 | 388 | 8,5 | |
| ESPH | 19 | 2 | 0 | 5 | 26 | 0,6 | |
| Totales | 967 | 3.392 | 48 | 273 | 4.580 | 100 | |
Fuente. Laboratorio Nacional de Aguas.
En los anexos A y B se presentan, en orden creciente, los promedios de CF/100 mL y E. coli/100 mL para aguas de pozos. Por su parte, en los anexos C y D se presenta la misma información para las nacientes, ambos para en el periodo 1996-2010.
Distribución estadística de los resultados promedio de CF/100mL y E. coli/100 mL en agua de pozos.
Distribución estadística de CF-100Ml y propuesta de Clasificación de calidad para potabilización.
En el cuadro 3 se presentan los resultados de los datos promedio de CF/100 mL de los 967 pozos, en el periodo 1996-2010.
Cuadro 3 Distribución estadística de los datos promedio de CF/100 mL de pozos usados para potabilización: 19962010
| Nº | Mediana | Media | Moda | DS | Varianza | Coef. de asimetría | Mín. | Máx. | Rango |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 967 | 0 | 2,70 | 0 | 27,37 | 746,37 | 24,53 | 0 | 750 | 750 |
Fuente: Elaboración de los autores. DS: Desviación estándar.
En el cuadro 4 se presenta la distribución de los CF/100 mL promedios de las aguas de los pozos.
Cuadro 4 Percentiles (deciles): distribución de los promedios de CF/100 mL de los pozos en el periodo 1996-2010
| Percentiles | Valores de CF/100 mL |
|---|---|
| 10 | 0 |
| 20 | 0 |
| 30 | 0 |
| 40 | 0 |
| 50 | 0 |
| 60 | 0 |
| 70 | 0 |
| 80 | 1,22 |
| 90 | 1,79 |
| 100 | 750,0 |
Fuente: Elaboración de los autores.
Propuesta de clasificación de la calidad del agua según los CF/100 mL
De conformidad con los lineamientos planteados en la metodología sobre el análisis estadístico, en el cuadro 5 se presenta la propuesta sobre criterios microbiológicos, según CF/100 mL, en 967 pozos.
Cuadro 5 Propuesta de criterios microbiológicos, según CF/100 mL en las aguas de pozos en Costa Rica
| Clasificación de la calidad | Intervalos | Observaciones |
|---|---|---|
| Excelente | O (negativo) | En concordancia con los valores de la moda y la mediana |
| Buena | > 0 a 2,7 | El valor máximo de acuerdo con el valor de la media |
| Regular | > 2,7 a 30,0 | El valor máximo se calcula sumándole a la media el valor de la DS de los 967 datos |
| Mala | > 30 a 750 | El valor máximo de 750 se ubica en el percentil 100 |
| Muy mala | > 750 | Cualquier dato que supere el valor máximo de 750 CF/100 mL |
Fuente: Elaboración de los autores.
Propuesta de clasificación de la calidad del agua de los pozos según E. coli/ 100 mL.
En el cuadro 6 se presenta la distribución estadística de los 967 datos, dos promedios de E. coli/100 mL en aguas de pozos.
Cuadro 6 Distribución estadística de los datos promedio de CF/100 mL de E. coli/100 mL en aguas de pozos: 1996-2010
| Nº | Mediana | Media | Moda | DS | Varianza | Coef. de Asimetría | Mín. | Máx. | Rango |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 967 | 0 | 2,16 | 0 | 26,95 | 727 | 25,01 | 0 | 750 | 750 |
Fuente: Elaboración de los autores.
En el cuadro 7 se presenta la distribución de los 967 datos promedio de E. coli/100 mL por percentiles o deciles.
Cuadro 7 Distribución de los 967 datos promedio de E. coli/100 mL por percentiles o deciles
| Percentiles | Valores de CF/100 mL |
|---|---|
| 10 | 0 |
| 20 | 0 |
| 30 | 0 |
| 40 | 0 |
| 50 | 0 |
| 60 | 0 |
| 70 | 0 |
| 80 | 1,15 |
| 90 | 2,52 |
| 100 | 750,0 |
Fuente: Elaboración de los autores.
En el cuadro 8 se presenta la propuesta de clasificación de la calidad microbiológica según E. coli/100 mL.
Cuadro 8 Propuesta de criterios microbiológicos según E. coli/100 mL para aguas de pozos
| Clasificación de la calidad | Intervalos | Observaciones |
|---|---|---|
| Excelente | O (negativo) | De conformidad con los valores de la moda y la mediana |
| Buena | > 0 a 2,3 | El valor máximo es la media de los 967 datos |
| Regular | > 2,2 a 29 | El valor máximo se calcula sumando a la media la DS de 26,95 |
| Mala | > 29 a 750 | El valor máximo de 750 E. coli/100 mL se encuentra el percentil 100 |
| Muy mala | > 750 | Cualquier dato que supere el valor máximo obtenido en los 967 datos históricos. |
Fuente: Elaboración de los autores.
Distribución estadística de los resultados promedio de CF/100 mL y E. coli/100 mL en aguas de nacientes
Distribución estadística de los datos promedio de CF/100 mL de las nacientes y propuesta de clasificación de calidad
En el cuadro 9 se presenta la distribución estadística de los datos promedio de CF/100 mL de 3292 nacientes analizadas en el periodo 1996-2010.
Cuadro 9 Distribución estadística de los datos promedio de CF/100 mL de las aguas de nacientes: 1996-2010
| Nº | Mediana | Media | Moda | DS | Varianza | Coef. de asimetría | Mín. | Máx. | Rango |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3292 | 1,87 | 23 | 0 | 153,97 | 23,71 | 12 | 0 | 2400 | 2400 |
Fuente: Elaboración de los autores.
En el cuadro 10 se presentan los datos de CF/100 mL distribuidos por percentiles.
Propuesta de clasificación de la calidad del agua según CF/100 mL en nacientes
En el cuadro 11 se presenta la propuesta de clasificación microbiológica, según CF/100 mL en aguas de nacientes.
Cuadro 11 Propuesta de criterios microbiológicos según CF/100 mL en aguas de nacientes
| Clasificación de la calidad | Intervalos | Observaciones |
|---|---|---|
| Excelente | O (negativo) | En concordancia con el valor de la moda |
| Buena | > 0 a 23 | El valor máximo de 23 es el obtenido como mediana en 3.292 nacientes |
| Regular | > 23 a 177 | El valor máximo se calcula sumando al valor de la media la DS de los 3.292 datos |
| Mala | > 177 a 2400 | El valor máximo de 2.400 se ubica en el percentil 100 |
| Muy mala | > 2400 | Cualquier dato que supere el valor máximo de 2400 CF/100 mL. |
Fuente: Elaboración de los autores.
Distribución estadística de E. coli/100 mL para aguas de nacientes y propuesta de clasificación de calidad
En el cuadro 12 se presenta la distribución estadística de los promedios de E. coli/100 mL de las 3.292 nacientes estudiadas de 1996 a 2010.
Cuadro 12 Distribución estadística de los datos promedio de E. coli/100 Ml de las nacientes utilizadas para potabilización
| Nº | Mediana | Media | Moda | DS | Varianza | Coef. de asimetría | Mín. | Máx. | Rango |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3292 | 1,38 | 19,59 | 0 | 149,42 | 22,23 | 13,31 | 0 | 2400 | 2400 |
Fuente: Elaboración de los autores.
En el cuadro 13 se presenta la distribución de los valores promedio de las 3292 nacientes, por percentiles o deciles.
Propuesta de clasificación de la calidad del agua, según E. coli/100 mL en aguas de nacientes
Cuadro 14 Propuesta de criterios microbiológicos, según E. coli/100 mL en aguas de nacientes
| Clasificación de la calidad | Intervalos | Observaciones |
|---|---|---|
| Excelente | O (negativo) | En concordancia con el valor de la moda de los 3292 datos |
| Buena | > 0 a 20 | El valor máximo de 20 es el obtenido como mediana |
| Regular | > 20 a 170 | El valor de 170 se obtiene de la suma de la media más la DS |
| Mala | > 170 a 2400 | El valor máximo de 2400 se ubica en el percentil 100 |
| Muy mala | > 2400 | Cualquier valor que supere el valor máximo de 2400 E. coli/100 mL. |
Fuente: Elaboración de los autores.
Parámetros fisicoquímicos recomendados en cada clase
Contrariamente a las variables microbiológicas, que tienen valores diferentes para aguas de pozo y nacientes, los parámetros fisicoquímicos son semejantes para ambos tipos de fuente.
En el cuadro 15 se resumen tanto las variables microbiológicas como los 15 parámetros fisicoquímicos seleccionados.
Cuadro 15 Criterios de Calidad para Potabilización en Aguas de Pozos y Nacientes Costa Rica: 2012
| Pozos | Nacientes | Parámetros | Calidad Microbiológica y Fisicoquímica | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| - | Excelente | Buena | Regular | Mala | Muy Mala | ||
| x | - | CF/100 mL | O (Negativo) | >0 a 2,7 | >2,7 a 30 | >30 a 750 | >750 |
| x | - | E.coli/100 mL | O (Negativo) | >0 a 2,2 | 2,2 a 29 | <29 a 750 | >750 |
| - | x | CF/100 mL | O (Negativo) | >o a 23 | >23 a 177 | >177 a 2400 | >2400 |
| - | x | E.coli/100 mL | O (Negativo) | >0 a 20 | >20 a 169 | >169 a 2400 | <2400 |
| x | x | Color ( Pt-Co) | <1,0 | 1 a <5 | 5a <10 | 10 a <15 | ≥15 |
| x | x | Turbiedad (UNT) | <1,0 | 1 a < 3 | 3a< 5 | 5 a < 10 | ≥10 |
| x | x | Temperatura (ºC) | <18,0 | 18 a 25 | 25a<28 | 28 a <50 | ≥50 |
| x | x | Conductividad (µs/cm) | <400 | 400 a <500 | 500 a <600 | 600 a <700 | ≥ 700 |
| x | x | Dureza Total (mg/L) | <200 | 200 a <300 | 300 a <400 | 400 a <500 | ≥500 |
| x | x | Floruros (mg/L) | <0,7 | 0,7 a <1,0 | 1,0 a <1,5 | 1,5 a <20 | ≥20 |
| x | x | Hierro (mg/L) | <0,2 | 0,2 a < 0,3 | 0,3 a <0,4 | 0,4 a <0,5 | ≥0,5 |
| x | x | Manganeso (mg/L) | <0,05 | 0,05 a <0,10 | 0,10 a <0,5 | 0,5 a <10 | ≥1,0 |
| x | x | Nitratos (mg/L) | <10 | 10 a <25 | 25 a <40 | 40 a <50 | ≥50 |
| x | x | Plomo µg/L | <5,0 | 5 a <10 | 10 a <15 | 15 a <20 | ≥20 |
| x | x | Cadmio µg/L | <3,0 | 3,0 a <5,0 | 5,0 a <7,0 | 7 a <10 | ≥10 |
| x | x | Arsénico Total (µg/L) | <5,0 | 5 a <10 | 10 a <20 | 20 a <30 | ≥30 |
| x | x | Cloruros (mg/L) | <25 | 25 a<50 | 50 a <100 | 100 a <200 | ≥200 |
| x | x | Plaguicidas Total (µg/L) | ND 0,0 | 0,0 a <0,5 | 0,5 a <1,0 | 1,0 a <1,5 | ≥1,5 |
| x | x | Valor de pH | 6,5-7,5 | 6,0-<6,5 o >7,5 a <8,0 | 5,5 a <6,0 >8,0<8,5 | 5,0 a <5,5 o 8,5 a 9,0 | <5,0 o>9,0 |
Fuente: Elaboración de los autores.
Lineamientos para aplicar los criterios fisicoquímicos y microbiológicos para potabilización en aguas subterráneas.
Evaluaciones puntuales
Las evaluaciones puntuales son aquellas que se realizan con un solo análisis fisicoquímico y microbiológico.
En el caso de las aguas de pozos, se recomienda utilizar en forma indiferente los indicadores bacterianos del Grupo Coliforme Fecal y la bacteria E. coli/100 mL, debido a que los intervalos propuestos son muy semejantes.
En el caso de las aguas de las nacientes, se recomienda usar la E. coli/100 mL, debido a que existen diferencias en los intervalos y esta bacteria es más específica de la contaminación fecal.
Con respecto a los parámetros fisicoquímicos, se deben aplicar las 15 variables seleccionadas en conjunto con una adecuada inspección sanitaria de la zona y hacer una evaluación de riesgo de la naciente.
Evaluaciones periódicas
En las evaluaciones periódicas en al menos un año se recomienda realizar dos muestreos en verano y dos en invierno para las variables microbiológicas. En el caso de los muestreos para parámetros fisicoquímicos, se recomienda una muestra en verano e invierno en los 15 parámetros seleccionados.
Con respecto a la evaluación microbiológica, es necesario sacar el promedio de CF/100 mL y E. coli/100 mL de las cuatro muestras realizadas. Además, se deben utilizar, en forma complementaria, los indicadores bacterianos de CF/100mL y E. coli/100mL en las aguas de nacientes. En el caso de los pozos, se recomienda usar la E. coli/100 mL.
Al igual que las evaluaciones puntuales, es necesario hacer adecuadas inspecciones sanitarias en los pozos y las nacientes, para hacer una evaluación de riesgo sanitario y tomar medidas correctivas de las respectivas fuentes de agua.
