Evaluation of the Potential for Riverbank Filtration in Colombia

Abstract

A first approach to the potential of riverbank filtration (RBF) to be used in Colombia as an alternative in the treatment of drinking water was the main focus of this dissertation. This technology involves removing water from a surface current through a well on the floodplain and use the aquifer as a physical, chemical and biological filter. RBF has been used in Europe for over a century, but its systematic study is relatively recent and so far, besides the United States, few countries have used, or even explored, its potential. In view of the high costs associated with conventional surface water treatment techniques used in the country, plus the fact that more than half the population has no access to water of good quality, and that apparently there are appropriate settings for the implementation of technical but there is no documentation about its use, it was decided to approach the problem from three different points of view that would enable an overall assessment to the real possibilities of applying RBF in the country in a successful manner. Stream-reach geomorphology was used in order to compare sites where RBF is currently operating to determine the existence of common features that could be employed to evaluate the potential of a new site with scarce information. In addition, an attempt was made to establish whether the high load of suspended sediments of Colombian rivers could be a limitation to the use of the technique. Secondly, two sites were chosen in Antioquia with wells located in floodplains and where the existence of a direct connection between aquifers and currents had been established. There, water sampling campaigns were carried out for quality analysis in the light of the current regulations to establish the degree of removal of certain compounds in the river water compared with the well water. In addition, the percentage of river-borne water in the well was determined using a chemical tracer. Finally, the potential of RBF in the removal of some pesticides currently used in Colombia was evaluated through column experiments and numerical modeling of contaminant transport. Overall positive results were obtained, suggesting that the implementation and use of RBF in the country are possible, and therefore the technique is considered a promising alternative in the treatment of drinking water. It is necessary, however, to do more research in order to understand more precisely some of the mechanisms behind the technique and the possible limitations associated with specific characteristics of the country and the local rivers, especially what has to do with climatic events, suspended sediment load and current dynamics.

Resumen: Una primera aproximación al potencial de la técnica de filtración de ribera (o RBF por sus siglas en inglés) para ser utilizada en Colombia como alternativa en el tratamiento de agua para consumo humano fue el principal foco de esta tesis de doctorado. La técnica de RBF consiste en extraer agua de una corriente superficial a través de un pozo perforado en la llanura aluvial de la misma y utilizar el acuífero como filtro no sólo físico sino también químico y biológico. RBF se ha utilizado en Europa por más de un siglo pero su estudio sistemático es relativamente reciente y hasta ahora, además de Estados Unidos, son pocos los países que han aprovechado, o incluso explorado, su potencial. En vista de los altos costos asociados con las técnicas convencionales de tratamiento de aguas superficiales que se utilizan en el país, sumado al hecho de que más de la mitad de la población no cuenta con acceso a agua de buena calidad y a que, aparentemente, se cuentan con escenarios apropiados para la implementación de la técnica pero no hay documentación sobre su uso, se decidió entonces abordar el problema desde tres puntos de vista diferentes que permitieran una evaluación global a las posibilidades reales de aplicar RBF en el país de una manera exitosa. En primer lugar se utilizó la geomorfología fluvial de tramo con el objetivo de comparar sitios donde actualmente se utiliza RBF y determinar la existencia de características comunes que puedan ser utilizadas para evaluar el potencial de un sitio nuevo con información escasa. Adicionalmente, se trató de establecer si la alta carga de sedimentos en suspensión de los ríos Colombianos podría ser una limitante a la utilización de la técnica. En segundo lugar, se escogieron dos sitios en Antioquia donde existían pozos localizados en llanuras aluviales y donde se había establecido la existencia de una conexión directa entre el acuífero y las corrientes. Allí se realizaron campañas de muestreo de agua para análisis de calidad a la luz de la normatividad vigente para establecer el grado de remoción de ciertos compuestos presentes en el agua del río en comparación con el agua del pozo. Además, se determinó el porcentaje de agua del río en el pozo utilizando un trazador químico. Finalmente, se evaluó el potencial de RBF en la remoción de algunos pesticidas que se emplean actualmente en Colombia, mediante ensayos de laboratorio y modelación numérica de transporte de contaminantes. En términos generales se encontraron resultados positivos que apuntan a que la implementación y uso de RBF en el país son posibles y se considera que la técnica es una alternativa promisoria en el tratamiento de agua potable. Es necesario, sin embargo, realizar más trabajo de investigación para poder entender de una manera más precisa algunos de los mecanismos detrás de la técnica y las posibles limitaciones asociadas a características particulares del país y los ríos locales, en especial lo que tiene que ver con fenómenos climáticos, carga de sedimentos en suspensión y dinámica de las corrientes.