Contaminación de las aguas. Resumen.

Contaminación y tratamiento de aguas
v. 0.3 mayo de 2013
Tipos de contaminación
—Contaminación física
• Contaminación térmica. Por calor, que deriva sobre todo de la refrigeración, especialmente en centrales térmicas, incluidas señaladamente las nucleares. Favorece la eutrofización.
• Contaminación acústica, complicada por la incompresibilidad de agua. produce problemas serios a los cetáceos (sonar, maniobras navales,…).
—Materia particulada en suspensión: turbiedad.
• Afecta a la transparencia, y por ende a la fotosíntesis y a la visión.
• Afecta a los animales filtradores, tan variados y ecológicamente tan importantes.
• Favorece el aterramiento (colmatación) de ciertas obras hidráulicas (embalses) y lagos.
—Variaciones del pH, salinidad,… El problema mayor es la acidificación del océano por el aumento del CO2.
—C. química. especialmente importantes:
• Los metales pesados: Pb, Hg, Cd, Cr, As…
• Compuestos orgánicos:
•• Purines.
•• Hidrocarburos policíclicos aromáticos, usados como pesticidas, y que confunden a los
sistemas endocrinos.
•• Otros pesticidas.
••Fármacos —especialmente antibióticos, que promueven la resistencia bacteriana— y
productos intermediarios de la industria farmacéutica y química.
—Abonos químicos y relacionados: proncipalmente nitrato y fosfato. Tienen una elevada solubilidad y son arrastrados (lixiviación) desde los suelos a los cursos, capas freáticas y al mar. Producen eutrofización y degradan la calidad del agua de consumo.
—Contaminación biológica.
• Cont. bacteriana, importante sobre todo la que se produce con especies y cepas que provocan enfermedades gastrointestinales, que provocan deshidratación (diarreas). Ejemplos:
coli (Escherichia coli), cólera, tifus.
• Contaminación por quistes de parásitos eucariontes:
•• Unicelulares: disentería amebiana y otros.
•• Pluricelulares (animales): oncocercosis, esquistosomiasis y otras parasitosis graves,
con altas tasas de morbilidad y mortalidad en poblaciones agrarias de los trópicos.
Contaminación de mares y océanos
—Puntual,
• Por vertidos costeros. Por la industria o de residuos urbanos, domésticos.
• Accidentales, por naufragio u otro accidente. A menudo catastróficos a escala local.
—Lineal, asociada al transporte.
—Contaminación difusa, por ejemplo derivada del arrastre por las precipitaciones de la contaminación atmosférica.
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Causas
Naturales:
—Emisiones volcánicas (como en El Hierro).
—Afloramiento minerales.
—Emanaciones naturales de hidrocarburos (lago Maracaibo).
—Mareas rojas; explosiones demográficas (blooms) de microorganismos eucarióticos como los
dinoflagelados, a menudo tóxicos.
Antropógenas:
—Hidrocarburos (un 5% por accidentes y el resto por procesos «normales», como el lavado de
tanques).
—Residuos tóxicos y radiactivos vertidos voluntariamente, como forma económica de eliminación.
—Abonos químicos y relacionados, arrastrados por la escorrentía continental.
Distribución
Se concentra donde los vertidos son más intensos, la profundidad menor o la circulación más restingida:
—Costas, sobre todo las muy urbanizadas o de mayor actividad económica (turismo, acuicultura, comercio).
—Mares epicontinentales (sobre el banco continental).
—Golfos, ensenadas y estuarios, en general espacios donde la circulación es limitada.
Contaminación del agua continental
Puede ser natural, por las mismas o parecidas causas que la costera, o antropógena. La contaminación antropógena de ríos, lagos y acuíferos:
—Como la atmosférica, se produce dede la Antigüedad.
—La moderna, desde la Revolución Industrial, es cualitativamente más grave, por la movilización de
recursos y por la superpoblación.
Fuentes o causas
A. Contaminación agraria.
—Nitratos y fosfatos, que alcanzan los acuíferos y los ríos, afectan a la calidad del agua de consumo y provocan la eutrofización de ríos y lagos.
—Contaminación orgánica, principalmente por purines, mezclas orgánicas derivadas sobre todo
de la avicultura y la ganadería intensiva.
B. Contaminación urbana.
—Vertidos domésticos, llamados aguas negras (aguas fecales).
—Limpieza viaria, también la natural, por la escorrentía, que arrastra también contaminantes
atmosféricos (aguas pluviales).
C. Contaminación industrial.
—Industrías de producción y transformación. I. química y farmacéutica. I. metalúrgica. Papeleras.
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—Industria extractivas, mineras (lavado y refino del mineral), incluida la cantería y la extracción de áridos (gravas y arenas para construcción).
—Industria energética.
• Refino de petróleo.
• Industria nuclear: contaminación térmica y accidentalmente contaminación radiactiva.
• Energía geotérmica.
• I. hidroeléctrica, que altera gravemente los cursos de agua.
D. Navegación y transporte fluviales.
Eutrofización
En sentido amplio es el enriquecimiento del medio en nutrientes. El medio puede ser el suelo o, como en el tema que nos ocupa, un ecosistema acuático. Distinguimos medios:
—Oligotrofos, pobres en nutrientes.
—Mesotrofos, intermedios.
—Eutrofos, especialmente ricos en nutrientes, a menudo hasta la saturación.
Los nutrientes pueden ser minerales, y entonces provocarán el florecimiento de los autótrofos, u orgánicos, en cuyo caso lo que se multiplica son los detrítívoros (protozoos y pequeños animales) y los
descomponedores, que en las aguas son casi exclusivamente bacterias.
Los factores limitantes para la productividad primaria (fotosintética) de los ecosistemas acuáticos y
para la biomasa relativa (masa de materia viva por unidad de volumen o superficie) son aquellos
suministros que los que los autótrofos requieren para su metabolismo:
—Determinadas sustancias, cuyo aporte excesivo producirá eutrofización:
• Nitrógeno, en forma de nitrato. Se requiere para las proteínas, los ácidos nucleicos y otras
biomoléculas.
• Fosfato, componente importante de los ácidos nucleicos y los fosfolípidos.
• oligoelementos, como el magnesio, el hierro, el zinc, y otros.
—Luz. Favorece la proliferación de algas, principalmente unicelulares, pero con ello disminuye
la transparencia.
La eutrofización tiene efectos más o menos radicales sobre:
—El ecosistema acuático. La biota (lista de especies) es sustituida por otra mucho más pobre.
—Las propiedades organolépticas (para los sentidos), uno de los aspectos principales de la calidad del agua para consumo.
—La transparencia del agua, que se carga de organismos en suspensión. Los fotosintetizadores
quedan limitados a la capa más superficial; por debajo de ellos, en el ambiente oscuro inferior,
la abundancia de materia orgánica (primaria, como contaminante, o secundaria, producida
por los autótrofos) da lugara a la proliferación de heterótrofos, que explotan rápidamente el
oxígeno disponible, creando condiciones anóxicas (anaerobias, sin oxígeno).
La eutrofización es un resultado frecuente de la contaminación por:
—Abonos químicos, especialmente nitratos, porque son muy solubles y son arrastrados masivamente haciua los acuíferos, los cursos de agua y los embalses.
—Detergentes, sobre todo los que contienen fosfato, un uso que ha ido siendo limitado.
—Residuos orgánicos, urbanos o agrarios.
—Lluvia ácida.
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Autodepuración
Los cursos de agua, pero no los acuíferos, tienen la capacidad de autodepurarse, como la atmósfera,
de manera eficaz y rápida. Sin embargo, nuestros vertidos exceden cada vez más esa capacidad, saturándola y provocando degradaciones irreversibles a corto plazo.
La autodepuración se basa sobre todo en:
—La decantación espontánea de los materiales sólidos de densidad diferente del agua.
—Reacciones fotoquímicas, que ocurren gracias al sol.
—Procesos biológicos, producidos por los microorganismos del suelo y el agua, y por las plantas.
Biorremediación
Lo que se produce de manera natural, la depuración por la actividad fisiológica de plantas y microorganismos, se puede también promover activamente, sembrando o inoculando con especies, a veces
cepas seleccionadas, apropiadas para la tarea. Lo que se logra es acelerar procesos naturales. Destaca
el uso que se ha hecho para mejorar la recuperación despiués de vertidos accidentales de hidrocarburos después de desastres como el del Prestige.
Calidad del agua
Se evalúa examinando ciertos parámetros:
—Organolépticos; la calidad subjetiva que deriva de su olor y sabor.
—Físico-químicos; pH, temperatura, conductividad eléctrica (indicadora de la salinidad)…
—Químicos; contaminantes disueltos que alteran la salubridad del agua (toxicidad) o su calidad
subjetiva.
—Microorganismos; especialmente estreptococos y colis (coli fecal, Escherichia coli, que sirve de
indicador del grado de contaminación por residuos humanos).
Algunos parámetros pueden medirse o estimarse fácilmente, midiendo directamente sobre mmuestras del agua. A la vez se usan indicadores, que proporcionan estimaciones indirectas creíbles a partir
de parámetros fáciles de medir u observaciones cualitativas.
Este último es el caso de los indicadores biológicos; por ejemplo ciertas ninfas o larvas de distintos
grupos de insectos y ciertos protozoos comunes permiten distinguir fácilmente las aguas oligotrofas,
limpias, de las aguas contaminadas, eutrofas.
Dos parámetros de fácil medición en el laboratorio encuentran gran aplicación:
—DBO, demanda biológica de oxígeno. Mide mediante cultivo en el laboratorio la concentración de
sustancias orgánicas susceptibles de ser metabolizdas (hasta CO2) por los aerobios presentes. Se mide en oscuridad y durante un lapso de tiempo determinado. Por ejemplo, DBO5 implica que se ha
dejado actúar al sistema 5 días.
—DQO, demanda química de oxígeno. Mide la cantidad (concentración) de sustancias orgánicas
susceptibles de oxidarse con el O2 del aire de manera abiótica (sin que intervengan organismos).
Tratamiento de aguas
Se requiere el tratamiento del agua cuando sus cualidades no la hacen apta para el consumo, o cuando se quieren evitar los efectos negativos que derivan de su contaminación.
Potabilización
La potabilización o purificación es el tratamiento que busca hacer el agua apta para el consumo humano directo.
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Depuración
Es el tratamiento que trata de reducir la contaminación de las aguas usadas hasta el grado en que
liberarlas al ambiente no sea nocivo, y pueda confiarse en que los procesos de autodepuración completarán el proceso.
Depuración de aguas residuales
Se realiza en plantas industriales llamadas estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR) y
moderan antes del vertido, sin eliminarla por completo, la contaminación de las aguas urbanas, que
son principalmente aguas negras (aguas fecales derivadas del uso doméstico) pero también aguas
cuya contaminación deriva en buena parte de la atmosférica, procedentes de la lluvia o del lavado de
calles (aguas pluviales), y que terminan igualmente en la red del alcantarillado.
El desarrollo urbano habría sido difícil si desde la Antigüedad no se hubieran dotado las ciudades de
redes colectoras, redes de desagüe que recogen las aguas contaminadas y las conducen subterráneamente, limitando la incomodidad y la insalubridad de su circulación en superficie. Las redes colectoras deben estar bien aisladas de las redes de distribución, para evitar la contaminación del agua potable. Funcionan por gravedad (cuesta abajo), a diferencia de las redes modernas de distribución, en
las que la circulación en algunos casos requiere bombeo.
El aumento de tamaño, junto con el consumo masivo de productos industriales por las poblaciones
urbanas, han terminado por hacer inviable la depuración natural que los ríos realizan. No queda
más remedio que ayudar a la naturaleza.
La depuración de las aguas urbanas se basa en la realización forzada con volúmenes masivos de
aguas negras, en instalaciones de dimensiones limitadas, de los mismos procesos, responsables de la
autodepuración, que los ríos sólo son capaces de completar sin ayuda con volúmenes limitados de
residuos y a lo largo de muchos kilómetros. Para ello se hace el agua a través de una serie de compartimentos, en los que las etapas del tratamiento se realizan de manera sucesiva.
Los procesos puesto en e juego en las EDAR son:
—Procesos físicos simples de separación por gravedad: decantación o flotación.
—Procesos fisicoquímicos coomplejos, como la adsorción.
—Procesos biológicos, por medio de seres vivos.
Las fases del tratamiento son:
0. Pretratamiento. Es la separación pasiva de parte importantes de las fases sólidas por flotación
(produciendo un sobrenadante) y sedimentación.
1. Tratamiento primario. Consiste en métodos activos de decantación y flotación, que se consigue por
ejemplo inyectando aire. Se aplican también métodos de floculación/coagulación de los residuos
orgánicos en suspensión.
2. Tratamiento secundario. Se basa en promover sucesivamente distintos procesos biológicos mediante aireación (que promueve gracias al O2 la oxidación respiratoria del carbono orgánico, reducido) en lagunas aireadas; anoxia (que promueve la eliminación anaerobia del N); clarificación,
mediante lodos activos y lechos o películas bacterianas (biofilms) a veces sobre soportes sólidos artificiales (biodiscos).
3. Tratamiento terciario. Se basa en procesos de química heterogénea (química de superficies), la que
se produce entre sustancias adsorbidas [con d] por superficies; también por aplicación de sistemas
de intercambio iónico. Son procesos complicados y caros, pero es la manera de eliminar sustancias
disueltas que los organismos no metabolizan, a menudo muy tóxicas. Los lodos activos empleados
deben ser recuperados, separando las sustancias tóxicas, para su reutilización.
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