Calidad Del Agua En Areas Urbanas Y Rurales

Universidad Tecnológica Nacional (UTN)
Facultad Regional Córdoba
MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
Módulo Tecnologías de Ingeniería Ambiental
Seminario AGUA
Aspectos asociados a la
calidad del agua en el medio
rural y urbano
Cuerpo Docente:
Dr. Ing. Juan Carlos BERTONI
MSc. Ing. Leticia VICARIO
I. Caracterización de los manantiales
urbanos
II. Abastecimiento de agua
III. El ciclo de contaminación en los
sistemas hídricos urbanos
IV. Enfermedades de vinculación hídrica
V. Estándares de calidad de agua
VI. Orígenes del agua y su calidad
VII.Procesos de tratamientos de aguas
Los principales manantiales de abastecimiento para la población son las aguas
superficiales y subterráneas
Distribución de la disponibilidad de agua a nivel mundial
Sólo el 2,5 % del agua del planeta es dulce
Sólo el 1 % está disponible para el uso
Valor medio de los RRHH en el planeta equivale
lámina de 84 mm de espesor
América del Sur y Asia poseen los mayores recursos hídricos del planeta.
675 mm
300 mm
Promedio medio anual de agua dulce per cápita en el mundo
30.000 m³/hab/año
Grandes variaciones epaciales y estacionales
Perú 1548 m³/hab/año
Paraguay 57720 m³/hab/año
Se considera que por debajo de 1000 m³/hab/año se sufre de escasez
crónica de agua. Impide el desarrollo y afecta la salud humana
(ONU, 1994)
Representan el 0,6 % de las reservas mundiales
América del Sur tiene reservas muy importantes
pero muy profundas
Su utilización promedio en el mundo es muy pequeña
lámina de 1 mm de espesor
El uso de acuíferos subterráneos depende de la
disponibilidad de agua superficial
Agua superficial
Ríos
Se evalúa la disponibilidad
a través de datos de caudales
Regulación
Permanencia
Regulación
Curva de permanencia típica
en un curso de agua
Curva de regulación típica
en un curso de agua
Agua subterránea
acuíferos
Condiciones geológicas de cada región
Calidad (minerales)
Acceso al agua potable en los medios rurales y urbanos de países de
América del Sur. (Fuente: GWP-SAMTAC, 2000)
Datos de Argentina. Fuente: Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable de la Nación.
(www.ambiente.gov.ar)
Manantial urbano es la fuente de abastecimiento
Debe mantener calidad y cantidad adecuada para su uso
Efluentes pluviales (fuente difusa) transportan contaminantes
desde distintos puntos de la ciudad, a través del sistema de
alcantarillas a los cauces
Efluentes cloacales e industriales (fuente concentrada) conducidos
por una red y tratados en planta
Ciclo típico de contaminación del agua en áreas urbanas
Porcentaje de aguas residuales urbanas recolectadas por red correspondientes a
varios países de América del Sur. (Fuente GWP- SAMTAC, 2000)
Datos de Argentina. Fuente: Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable de la Nación.
(www.ambiente.gov.ar)
Impermeabilización del suelo
Aceleración del escurrimiento
Obstáculos al escurrimiento
La contaminación de los medios receptores
(Chocat, 1997 a)
Relación entre la impermeabilización y el aumento del escurrimiento superficial
(Fuente: Stream Corridor Restoration: Principles , Processes and Practice; FISRWG, 2001)
Impermeabilización del suelo (urbanización, pavimentación, reducción de
espacios verdes) = aumento de escurrimientos pluviales
Impacto hidrológico de la
urbanización:
variaciones en el hidrograma
Según la UNESCO, 1987
La sedimentación producida por un incremento de la erosión llena
los tramos de remanso en los cauces , impactando directamente la
vida acuática y el número y tipos de organismos que se encuentran
La cantidad de contaminantes que entran al sistema fluvial durante
y después de la urbanización se incrementa en un orden de
magnitud
La temperatura de un cauce urbano puede incrementarse en 0,08°C
por cada 1% de incremento de la impermeabilidad
Reducción de la evapotranspiración
Recarga de las napas freáticas por incorporación de líquidos
contaminados “importados”
Según la Tucci, 2001
Aumento de temperatura, incremento de la radiación , cambios
climáticos puntuales
Aumento de sedimentos (colmatación de sistemas de drenaje
y transporte de contaminación)
Incremento de los residuos sólidos (obstrucción de sistemas de
drenaje)
Decaimiento en la calidad del escurrimiento pluvial (es similar al
de un efluente cloacal con tratamiento secundario)
Contaminación de acuíferos (vertederos sanitarios, fosas sépticas,
pérdidas en los conductos pluviales)
Comparación entre países desarrollados y en vías de desarrollo
Escenarios que caracterizan el agua en el medio urbano para los países
desarrollados y en desarrollo (adaptado de Tucci, 2001)
Se pueden clasificar según White et al.,1972
Enfermedades con fuente en el agua: Donde el agua es el vehículo
para el agente de infección ( cólera, salmonella)
Enfermedades debido a la falta de higiene: Dependen de la
educación de la población y el acceso a agua segura (infecciones de
piel, oído y ojos)
Enfermedades relacionadas con el agua: El agente necesita del agua
para desarrollarse (malaria, dengue)
Los contaminantes en el agua pueden clasificarse como
Biológicos (bacterias, hongos, virus, parásitos y algas)
Químicos (hidrocarburos, detergentes, plásticos, arsénico,
metales pesados, derivados del azufre, etc.)
Físicos (color, temperatura, turbiedad, olor, etc)
Síntesis de enfermedades transmitidas por el agua
Fuente: Verzeri y Troiano, 2004. Síntesis elaborada por la Ing. Cifuentes
Relación entre el acceso a agua potable y la tasa de mortalidad
infantil. SAMTAC, 2000.
Desarrollos en:
www.obraspublicas.gov.ar/hidricos/documentos/calidad
Técnicas analíticas en:
www.obraspublicas.gov.ar/hidricos/calidad_del_agua_actividades.htm
Normativa en Córdoba
Origen:
Lluvia
Superficial
Subterránea
La contaminación de las aguas puede proceder de fuentes
naturales o de actividades humanas. En la actualidad la más
importante, sin duda, es la provocada por el hombre.
Fuentes naturales de contaminación del agua.
El mercurio que se encuentra naturalmente en la corteza de
la Tierra y en los océanos contamina la biosfera mucho más
que el procedente de la actividad humana. Algo similar pasa
con los hidrocarburos y con muchos otros productos.
Normalmente las fuentes de contaminación natural son muy
dispersas y no provocan concentraciones altas de polución.
La contaminación de origen humano, en cambio, se
concentra en zonas concretas y, para la mayor parte de los
contaminantes, es mucho más peligrosa que la natural.
Fuentes antrópicas de contaminación del agua (4 tipos)
1.-
Industria: Según el tipo de industria se producen distintos tipos de residuos. Normalmente
en los países desarrollados muchas industrias poseen eficaces sistemas de depuración de las
aguas. En algunos países en vías de desarrollo la contaminación del agua por residuos
industriales es muy importante.
2.-
Vertidos urbanos: La actividad doméstica produce principalmente residuos orgánicos,
pero el alcantarillado arrastra además todo tipo de sustancias: emisiones de los
automóviles (hidrocarburos, plomo, otros metales, etc.), sales, ácidos, etc.
La Directiva 91/271/CEE de la Unión Europea sobre el Tratamiento de las Aguas
Residuales Urbanas, aprobada en mayo de 1991, urge a los estados miembros a tomar las
medidas para lograr que todas las aguas residuales sean adecuadamente recogidas y
sometidas a tratamientos secundarios o equivalentes antes de ser vertidas.
3.-
Navegación: Produce diferentes tipos de contaminación, especialmente con
hidrocarburos. Los vertidos de petróleo accidentales o no, provocan importantes daños
ecológicos.
Convenios como el Marpol (Disminución de la polución marina procedente de tierra) de
1974 y actualizado en 1986 y otros, han impulsado una serie de medidas para frenar este
tipo de contaminación.
4.-
Agricultura y ganadería: Los trabajos agrícolas producen vertidos de pesticidas,
fertilizantes y restos orgánicos de animales y plantas que contaminan de una forma difusa
pero muy notable las aguas.
La Directiva Comunitaria 91/676/CEE incide en los vertidos de nitratos de origen
agrario, sobre todo en las denominadas zonas vulnerables, las aguas subterráneas, los
embalses, lagos y otros ecosistemas acuáticos que se encuentren en estado eutrófico o en
peligro de estarlo.
Pretratamiento
Pretratamiento:: Las aguas residuales que entran en una
depuradora contienen materiales que podrían atascar o dañar las bombas
y la maquinaria. Con un pretratamiento se pretende separar del agua
residual tanto por operaciones físicas como por operaciones mecánicas,
la mayor cantidad de materias que por su naturaleza (grasas, aceites, etc.)
o por su tamaño (ramas, latas, etc.) crearían problemas en los
tratamientos posteriores
Se debe tener en cuenta:
La procedencia del agua residual ( doméstica, industrial, etc).
La calidad del agua bruta a tratar
El tipo de tratamiento posterior
La importancia de la instalación
Algunas operaciones son: Separación de grandes sólidos, Tamizado,
Dilaceración, Desarenado, Desaceitado-desengrasado
Tratamiento primario o tratamiento físicofísico-químico
químico::
busca reducir la materia suspendida por medio de la precipitación o
sedimentación, con o sin reactivos, o por medio de diversos tipos de
oxidación química.
Tratamiento secundario o tratamiento biológico
biológico:: se
emplea de forma masiva para eliminar la contaminación orgánica
disuelta. Consisten en la oxidación de la materia orgánica (Por ej.:
lagunas de oxidación) o su eliminación anaeróbica en digestores
cerrados. Ambos sistemas producen fangos en mayor o menor
medida que, a su vez, deben ser tratados para su reducción,
acondicionamiento y destino final.
Tratamiento terciario, de carácter físico
físico--químico o
biológico:: desde el punto de vista conceptual no aplica técnicas
biológico
diferentes que los tratamientos primarios o secundarios, sino que
utiliza técnicas de ambos tipos destinadas a pulir o afinar el vertido
final, mejorando alguna de sus características. Si se emplea
intensivamente pueden lograr hacer el agua de nuevo apta para el
abastecimiento de necesidades agrícolas, industriales, e incluso
para potabilización
Operaciones comunes en los distintos tratamientos
Sedimentación
Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación
donde se depositan los materiales orgánicos, que son retirados para su eliminación. El
proceso de sedimentación puede reducir de un 20 a un 40% la DBO5 y de un 40 a un 60%
los sólidos en suspensión.
La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas de tratamiento industrial
incorporando procesos llamados coagulación y floculación químicas al tanque de
sedimentación.
Coagulación/floculación:
Es proceso para acelerar la sedimentación de los sólidos dispersos en un solvente. La
coagulación es un proceso que consiste en añadir productos químicos como el sulfato de
aluminio, el cloruro férrico o polielectrolitos a las aguas residuales; esto altera las
características superficiales de los sólidos en suspensión de modo que se adhieren los unos
a los otros y precipitan. La floculación provoca la aglutinación de los sólidos en suspensión.
Ambos procesos eliminan más del 80% de los sólidos en suspensión
Filtración
Después de los pasos anteriores, el agua contiene únicamente sólidos finos y materia
soluble. Para eliminar esta materia es preciso realizar un proceso de filtración. Los
filtros contienen capas de arenas (o antracita) y grava clasificada. La filtración por
arena se puede clasificar en rápida o en lenta.
Desinfección
La desinfección de los abastecimientos públicos de agua representa el proceso más
importante usado en la obtención de agua de calidad sanitaria adecuada. La
desinfección significa una disminución de la población de bacterias hasta una
concentración innocua. Por ello, se debe prestar mucha atención a la selección y
operación del equipo clorador, ya que debe satisfacer a las necesidades particulares de
cada abastecimiento de agua.
Aunque en el pasado se han ensayado otros desinfectantes, que no se suelen usar en la
actualidad, los mejores resultados se han obtenido con el uso del cloro, ya sea en
forma de gas o de alguno de los diversos compuestos que lo contienen.
Pozo y reja para la separación de grandes sólidos
Vista lateral de un filtro de arena
Ejemplos de esquemas de tratamientos
1º Esquema
Captación -------Filtración
-------Filtración lenta----lenta-----Desinfección
Desinfección
Este primer esquema se utiliza solo en casos de que el
agua superficial esté perfectamente controlada y
tenga una turbiedad no muy elevada, como lo es
cuando proviene de un gran embalse, de una
vertiente, o de ríos o arroyos que durante todo el año
tienen poca turbiedad.
consiste en las construcciones, bombas, y
conducciones que acercan el agua a la etapa siguiente que
indican los esquemas.
Captación:
La Filtración lenta se puede realizar mediante un Manto
filtrante. Consiste en una capa de arena fina de graduación
granulométrica determinada de, aproximadamente, 1 metro de
espesor, que descansa sobre una capa de 0,40 mts, de arena
gruesa, denominada "manto de sostén“. Debajo del manto sostén
se colocan las cañerías de drenaje que conducen al agua a la
cámara de salida.
La Desinfección es posible realizarla con cloro, ya que es la
manera más utilizada dada su fácil obtención y aplicación. El
cloro es un gas que si bien no es corrosivo por sí mismo, lo es
cuando está húmedo. Reacciona con la mayoría de los
compuestos orgánicos y es irritante para las vías respiratorias,
por lo que en el tratamiento del agua no se lo usa en estado
gaseoso sino en compuesto líquidos o sólidos que lo contienen,
los cuales se denominan clorógenos
2º Esquema
Captación---Sedimentación
Captación--Sedimentación -----Coagulación
Coagulación----Filtración rápida--rápida---Desinfección
Desinfección
Cuando la turbiedad es excesiva los filtros lentos se
ensucian rápidamente, se puede recurrir a la
sedimentación simple antes de la filtración
El coagulante más común en nuestro medio es el sulfato de
aluminio.
La sedimentación consiste en almacenar el agua en reservorios
en los que durante un tiempo el agua se mantiene estática para
facilitar el precipitado de los sólidos en suspensión.
Un filtro rápido consiste en una caja de hormigón dentro del
cual tiene colocados de arriba hacia abajo: El lecho filtrante de
arena uniforme de 80 cm. Un lecho sostén de unos 30 cm de
espesor formado por grava graduada y un sistema de drenaje
constituido por canales o cañerías y también boquillas de
filtración de diversas características que garantizan un desagüe
regular.
Procesos avanzados de tratamiento de agua
Consisten en una serie de procesos químicos y físicos
especializados, que se utilizan para disminuir la cantidad de
contaminantes específicos que quedan todavía en el agua
después de los tratamientos primario y secundario.
Dependen del tipo de contaminantes que contenga el agua.
Son muy costosos.
Se pueden nombrar, entre muchos otros: la ósmosis inversa, la
electrodiálisis y el de adsorción con carbono activado.
En el proceso de ÓSMOSIS INVERSA se requiere de una membrana semipermeable (cuando están en
contacto con la solución, permite el paso de pequeñas moléculas de disolvente y bloquea el paso de
moléculas o iones de mayor tamaño como el soluto) que solamente permita el paso del agua. Este
proceso puede llevarse a cabo mediante la aplicación de una presión sobre la solución con lo cual el agua
es forzada a fluir de la solución hacia la otra parte del sistema (el agua dulce)
El fenómeno de la ósmosis inversa es útil para la desmineralización del agua y para la eliminación de
materia orgánica y nutrientes disueltos en el agua. La ósmosis inversa puede llegar a lograr una
desmineralización del 90 % con una pérdida de aproximadamente el 25 % del agua de alimentación en
forma de salmuera.
Se le considera como uno de los métodos de tratamiento terciario más prometedor para el tratamiento
del agua contaminada. La isla de Malta que se localiza en el mar Mediterráneo, está formada
principalmente por piedra caliza y por eso existe poca agua dulce subterránea. La planta desalinizadora
está en Ghar Lapsi y produce la cantidad diaria demandada por la población de agua desalinizada.
El método de la ELECTRODIÁLISIS utiliza una celda eléctrica en la que se coloca un tipo especial de
membranas dializantes selectivas frente a los electrodos. Al aplicar el potencial eléctrico los iones fluyen
hacia la celda de cada uno de los electrodos de acuerdo a su carga eléctrica. El agua purificada (contiene
menor cantidad de iones) se conduce al recipiente de almacenamiento.
El método de ADSORCIÓN CON CARBONO ACTIVADO se utiliza para eliminar materia orgánica
disuelta en el agua y consiste en hacer pasar por columnas rellenas de carbono granular activado al agua.
Como el carbono es muy poroso y tiene una gran superficie de contacto, los contaminantes orgánicos se
adhieren en la superficie del carbono. Además sirve para eliminar los sólidos en suspensión. El carbono
se puede reutilizar mediante un horno en el que se quema el material orgánico adsorbido.