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I. Tejero/J. Suárez/A. Jácome (^) T10/P
TEMA 10
LA CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS:
AGUAS RESIDUALES
10.1.- CONTAMINACIÓN. TIPOS 10.2.- AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 10.2.1.- Gérmenes patógenos 10.2.2.- Materia orgánica 10.2.3.- Sólidos 10.2.4.- Nitrógeno 10.2.5.- Detergentes 10.3.- AGUAS RESIDUALES PECUARIAS 10.4.- CONTAMINACIÓN DE ORIGEN AGRARIO 10.5.- AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES 10.5.1.- Metales pesados 10.6.- AGUAS DE ESCORRENTÍA URBANA 10.7.- AGUAS RESIDUALES URBANAS 10.7.1.- Componentes de las A.R.U. 10.7.2.- Cargas de contaminación en las A.R.U. 10.7.3.- Habitante equivalente
10.1.- CONTAMINACIÓN. TIPOS
La contaminación de las aguas naturales puede ser considerada como una impurificación artificial, ya directa o indirecta, producida por el hombre o sus actividades. Así, es normal estudiar la contaminación atendiendo a las causas o actividades que la originaron. Se habla de:
- Aguas residuales domésticas.
- Aguas residuales pecuarias.
- Contaminación de origen agrícola.
- Aguas residuales industriales.
- Aguas de escorrentía urbana.
- Aguas residuales urbanas.
Se puede hablar también de aguas contaminadas en función del tipo de "impureza" concreta que aparece en valores anormales y que es consecuencia de alguna actividad humana. Se habla de contaminación por mercurio, contaminación por cadmio, etc.
10.2.- AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS
Son las aguas generadas en las viviendas o en instalaciones comerciales, públicas y similares. Están compuestas por aguas fecales y aguas de lavado y limpieza. Los principales contaminantes que van a contener son gérmenes patógenos, materia orgánica, sólidos, detergentes, nitrógeno y fósforo, además de otros en menor proporción. 10.2.1.- GÉRMENES PATÓGENOS
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Desde un punto de vista de ingeniero sanitario, interesan los gérmenes patógenos de origen fecal que se eliminan con el agua porque producen enfermedades (enfermedades hídricas). De todos los gérmenes que son evacuados una parte es entérica, es decir, proceden del aparato digestivo, y de éstos una parte pueden ser patógenos.
La medida directa de los gérmenes patógenos en un agua residual es impracticable, debido al gran número de especies o familias que pueden haber. Sería necesario realizar una amplia batería de análisis, lo cual resultaría poco práctico y antieconómico.
La técnica que se emplea es una medida indirecta. Son técnicas presuntivas. Lo que se busca en el agua son microorganismos indicadores de contaminación. Estos microorganismos deben ser fecales exclusivamente, aunque no necesariamente deben ser patógenos, y no deben poder desarrollarse en los ambientes naturales. La presencia del indicador nos dice que hay contaminación fecal, y por lo tanto, que existe la posibilidad de que haya gérmenes patógenos.
Como indicadores de contaminación fecal se usan gérmenes fáciles de detectar, de medir, y que aparezcan en grandes cantidades. Además, estos gérmenes deben tener en el medio natural un comportamiento similar o de evolución más favorable que el de los patógenos. La tendencia general de los gérmenes entéricos en el medio natural es a desaparecer, ya que su ambiente idóneo es el intestino.
En calidad de aguas se utilizan sobre todo tres tipos de indicadores:
- Coliformes: Son bacterias con forma de bastoncillo. Los Coliformes también aparecen en el medio de forma natural. Se habla de Coliformes totales. Para tener un indicador exclusivamente entérico, se estableció un indicador biológico denominado Coliformes fecales , CF. Para detectarlos en laboratorio, se realizan siembras en medios nutritivos específicos, y al cabo de un determinado tiempo se cuenta el número de colonias formadas (técnica del filtro de membrana) o se observa el efecto de producción de gas consecuencia del proceso de fermentación de la lactosa (técnica de tubos múltiples). Si no hay Coliformes entonces se tiene la seguridad de que no hay gérmenes o contaminación de origen fecal. Los resultados de los análisis se pueden expresar de dos formas: en Ud/100 mL (Ud se refiere a unidades formando colonias o simplemente colonias) cuando se emplea la técnica de filtro de membrana, o en NMP/100 mL (NMP es el número más probable ) cuando la técnica de tubos múltiples es la utilizada. El NMP puede obtenerse mediante la aplicación de criterios estadísticos, según la fórmula de distribución de Poisson:
⎡ (^) − λ − λ = − − λ − λ − − λ − λ − 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 1 1 1
(^1) n q e n p e n q e n p e n q e n p e a
y
donde: y = probabilidad de ocurrencia de un resultado determinado a = constante asociada a las condiciones del ensayo.
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10.2.2.- MATERIA ORGÁNICA (MO)
Se considera materia orgánica a aquellos compuestos que contienen Carbono, C, Oxígeno, O, e Hidrógeno, H; combinado con Nitrógeno, N, Fósforo, P, o Azufre, S. En las diferentes cadenas tróficas de la naturaleza la podemos encontrar viva o muerta, en forma de residuos. La primera es aprovechada por los depredadores y la segunda por los saprófagos (detritívoros, recicladores). La materia orgánica transportada por un agua residual puede constituir la base de una cadena trófica.
Hay tres tipos fundamentales de materia orgánica presentes en las aguas residuales domésticas, que tienen importancia en los procesos de depuración:
- Compuestos nitrogenados (CHONS): cuya composición es carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y ocasionalmente azufre. Los principales compuestos de este grupo son las proteínas, que son moléculas muy complejas, los aminoácidos, que son los bloques que constituyen las proteínas, cuyo peso molecular es elevado, y la urea, que es la forma en que se eliminan fundamentalmente los compuestos nitrogenados del metabolismo. Generalmente están presentes en forma coloidal. En estos compuestos el nitrógeno se libera como amoníaco en la oxidación. Están presentes en el agua residual doméstica en porcentajes que van desde un 40 a un 60 por ciento.
- Carbohidratos (CHO): están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno. Los ejemplos más comunes son los azúcares, como la glucosa C 6 H 12 O 6 , el almidón y la celulosa. Representan entre un 25% y un 50% de la materia orgánica presente en el ARD. Suelen estar en forma disuelta.
- Grasas y aceites (CHO): en su composición intervienen carbono, hidrógeno y un poco de oxígeno. Representan un 10% de la MO de las aguas residuales domésticas. Son poco solubles en agua por hidrófobas, y solubles en disolventes orgánicos. Se van a concentrar en las interfases. Su biodegradación es muy lenta. Los ácidos grasos se pueden alcalinizar dando lugar a jabones.
La medida directa de los diferentes compuestos en los que puede presentarse la materia orgánica es poco práctico. Sí suele realizarse la medida directa de las grasas. Los métodos que se utilizan corrientemente cuantifican la materia orgánica de forma indirecta. Estos métodos se basan en la oxidación de la MO, midiendo la cantidad de oxidante consumido o de subproductos de la oxidación.
Las técnicas de medida se basan en diferentes formas de conseguir la oxidación. Se utiliza oxidación térmica, química y bioquímica.
- Métodos basados en la oxidación térmica : Consisten fundamentalmente en proporcionar oxígeno y subir la temperatura hasta que se desprende CO 2 y H 2 O. Se puede medir el O 2 consumido o el CO 2 producido.
MO [ CHO ] +O 2 +Calor ⎯⎯→ CO 2 +H 2 O+Residuos Las técnicas más utilizadas son la determinación de:
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COT , o Carbón Orgánico Total, que mide la producción de CO 2 , debido a la oxidación de la materia orgánica a alta temperatura (∼ 900 ºC) en presencia de un catalizador y se mide en un analizador infrarrojo. La medida se expresa como mg C/L en el agua. Puede ocurrir que existan carbonatos en el agua y que en la oxidación pasen a CO 2 ; deben ser eliminados previamente.
DTO , o Demanda Total de Oxígeno, que mide el O 2 consumido en oxidar térmicamente la MO del agua. La expresión de medida es como mg O 2 /L.
- Métodos basados en la oxidación química: En estos métodos es necesario utilizar un reactivo químico con un alto poder oxidante. Será el reactivo quien proporcione el oxígeno:
MO CHO^ [^ ] + Oxidante químico ⎯ →⎯ CO 2 + H 2 O +Residuos oxidante, otros[ ]
Podrá medirse la cantidad de reactivo consumido y por lo tanto la cantidad de oxígeno consumido. Las técnicas más utilizadas son la determinación de:
DQO , o Demanda Química de Oxígeno, en la que se usa como reactivo oxidante el dicromato potásico (Cr 2 O 7 K 2 ). Se multiplica la cantidad de dicromato gastada por el factor adecuado, el equivalente de oxígeno, y se obtienen los mg O 2 /L de DQO. En el ensayo son necesarios un catalizador y una temperatura adecuada (∼150 ºC). Este parámetro expresa la cantidad de materia orgánica oxidable, pero, además, también la presencia de otras sustancias reductoras, como Fe++, es decir, materia inorgánica oxidable. Las aguas no contaminadas tienen valores de DQO de 1 a 5 ppm, o algo superiores. Las aguas residuales domésticas suelen contener entre 250 y 1000 ppm. En las aguas residuales industriales la concentración depende del proceso de fabricación de que se trate.
MO , "Materia orgánica" u Oxidabilidad al Permanganato (MnO 4 K). Este tipo de ensayo se realiza con aguas naturales sin mucha materia orgánica.
- Oxidación bioquímica: La oxidación en vez de ser realizada térmica o químicamente se realiza mediante microorganismos. Los microorganismos procesan la MO y producen CO 2 y H 2 O. El proceso es de características bioquímicas. La técnica más utilizada es la determinación de la DBO:
DBO , o Demanda Bioquímica de Oxígeno. Se mide el O 2 consumido por microorganismos para oxidar la materia orgánica, mg O 2 /L. Es comparable con la DQO y la DTO, pero se diferencia en que en este tipo de análisis lo que se mide es la materia orgánica susceptible de degradarse biológicamente (materia biodegradable). No se mide la MO no biodegradable ni los microorganismos que se oxiden. En general se refiere al oxígeno consumido en 5 días (DBO 5 ). Las aguas subterráneas suelen tener menos de 1 ppm. Un contenido superior es indicativo de contaminación. En las aguas superficiales el contenido es muy
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Una vez formada una población adecuada de microorganismos, la velocidad de reacción está controlada por la cantidad de alimento disponible, esto es:
dL
dt
= − KL
en donde: L = concentración de DBO presente. t = tiempo K = constante cinética de orden 1 del proceso.
Factores que afectan al ensayo y normalización del mismo:
- Temperatura : Condiciona la actividad biológica. A bajas temperaturas el metabolismo de los microorganismos es más lento y, por lo tanto, también lo es el oxígeno consumido por unidad de tiempo. La temperatura de incubación normalizada es de 20 ºC. - Luz: La luz tiene influencia si en el agua que se ensaya existen micro-algas. Las algas pueden producir OD y falsear las medidas de referencia que se tomaron. El ensayo debe realizarse en total oscuridad.
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- Dilución: La dilución del agua problema con agua destilada es importante, ya que el OD disponible puede llegar a agotarse antes de oxidar toda la materia orgánica, o desaparecer antes de cinco días. Para la dilución se utiliza agua destilada, con OD a saturación (8-10 ppm). La dilución se debe calcular para que sobre oxígeno disuelto al final del ensayo, pero no se debe diluir tanto que el consumo de OD apenas se aprecie. - Microorganismos: Es necesario que en la muestra a ensayar existan los microorganismos capaces de metabolizar las sustancias orgánicas presentes. Si no, es necesario realizar una siembra o inoculación. En aguas residuales domésticas no suele ser necesario realizar siembras. - Nutrientes: Las sustancias presentes en la prueba deben ofrecer un balance nutricional razonable. Se deben aplicar los criterios del substrato limitante o del mínimo. En el ensayo sólo debe ser limitante la presencia de MO. A menudo el nitrógeno o el fósforo no aparecen en las proporciones mínimas necesarias. En estos casos es necesario añadir uno u otro, o los dos, para que la metabolización se realice con normalidad. Las proporciones necesarias son:
N
DBO
P
DBO
≥ 5 ≥^5
Las aguas residuales domésticas cumplen estas proporciones habitualmente. Las aguas industriales suelen presentar problemas en este aspecto.
- Nitrificación: Además del oxígeno necesario para estabilizar la materia carbonosa, también se presenta una considerable demanda de oxígeno durante la nitrificación de los compuestos nitrogenados. El nitrógeno presente en el agua residual se encuentra en forma de nitrógeno orgánico y amoniacal. Aunque puede haber pequeñas cantidades de nitrógeno oxidado.
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La DBO y la DQO han sido los ensayos más utilizados tradicionalmente. Normalmente, la DQO es bastante mayor que la DBO. Hay compuestos orgánicos que no son biodegradables. En aguas residuales domésticas casi toda la materia orgánica suele ser biodegradable. Un agua con una relación DQO/DBO de 5 es fundamentalmente de origen industrial. Si la relación DQO/DBO es de 1.5 a 2 se dice que es un agua biodegradable (p.ej.: agua residual doméstica).
En la actualidad, debido fundamentalmente a la fiabilidad y rapidez de los ensayos, se está generalizando el uso del COT como medida de la materia orgánica.
10.2.3.- SÓLIDOS
La medición de los sólidos que transporta un agua es una de las formas de medir su contaminación. Los Sólidos Totales (ST) que contiene un agua es uno de los parámetros físicos más importantes para caracterizar las aguas.
Los ST son equivalentes al residuo seco que se producía cuando evaporábamos un agua natural o potable a una temperatura de 105 ºC. El residuo seco se expresaba en mg/L. En aguas naturales los ST suelen ser, por tanto, sales disueltas.
Clasificación e intervalo de tamaños de partículas presentes en el agua
μ μ μ μ μ^ μ μ
SALES DISUELTAS COLOIDES SUSPENSIONES
Sedimentables
Algas Bacterias Virus
En aguas residuales es común hablar de Sólidos Totales (ST). Los sólidos suelen estar presentes en tres formas: como sales disueltas, como coloides y como Sólidos en Suspensión (SS). Para diferenciar estas formas, y si son sólidos orgánicos o inorgánicos, se siguen diferentes técnicas. Las principales se citan a continuación:
- Evaporación : Al evaporar se obtienen los ST o el residuo seco. En las aguas residuales la evaporación debe realizarse entre 103 y 105 ºC. Al final quedan en el recipiente todos los tipos de sólidos.
- Filtrando : Se hace pasar el agua por un filtro, normalmente de poro 1 μm (los poros suelen oscilar entre 0.45 y 1.2 μm). Se determina el peso de lo que ha quedado retenido en el filtro y se expresa en mg/L. Por el filtro pasan los coloides y los sólidos disueltos, por lo que se puede decir que los SS son sólidos no filtrables. A la parte de los sólidos que ha atravesado el filtro se la denomina Sólidos Disueltos (SD) de forma genérica.
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- Sedimentando: El ensayo normalizado de sedimentación consiste en la introducción del agua bruta en un recipiente en forma de cono (llamado cono Imhoff) y dejarla en reposo durante un período de 1 hora. Durante este tiempo sedimentará, se acumulará, en el fondo del recipiente, una parte de los Sólidos en Suspensión a la que se denomina Sólidos en Suspensión Sedimentables (SSs). Se expresarán en ml/L.
- Calcinando : La calcinación de los sólidos de un agua se consigue elevando la temperatura a unos 550 ºC ± 50 ºC. Con este proceso se consigue volatilizar la materia orgánica. Tendremos dos fracciones diferenciadas: los Sólidos Fijos (SF) (material inorgánico) y los Sólidos Volátiles (SV) (material orgánico). Este proceso se puede aplicar a cualquier fracción de sólidos que ya hubiésemos obtenido anteriormente, podremos tener: STF, SSV, SDF , etc.
Una forma indirecta de estimar la concentración de sólidos en suspensión de un agua es medir su Turbidez, ya que ambos parámetros tienen relación directa.
10.2.4.- NITRÓGENO
El nitrógeno se encuentra principalmente en forma amoniacal (disuelta) y orgánica (disuelta y en suspensión). El N orgánico en suspensión estará incorporado en la materia orgánica y en los microorganismos. El agua residual doméstica/urbana puede contener hasta 60 mg/L de N amoniacal. La presencia de nitrógeno oxidado (nitritos y nitratos) en el agua residual es casi siempre nula, y cuando se da es debido a la composición del agua de abastecimiento.
10.2.5.- DETERGENTES
Los detergentes son sustancias tensoactivas sintéticas, que producen espuma en el agua.
Los primeros detergentes que se fabricaron fueron los B.A.S., o Sulfonato Alquilo Benceno, de cadenas ramificadas. Este tipo de detergentes no son biodegradables. Supusieron un grave problema de contaminación. En los ríos las espumas se mantenían durante mucho tiempo. Posteriormente, se utilizaron los denominados L.A.S., o Sulfonato Alquilo Lineal, que con una estructura diferente, lineal, ya eran atacables por los microorganismos y, por lo tanto, biodegradables.
Otro problema ambiental creado por los detergentes es el fósforo que contienen como aditivo. En capítulos posteriores se profundizará en los problemas de contaminación que puede generar la presencia de fósforo en los sistemas acuáticos.
Para medir los detergentes se utiliza el sistema denominado M.B.A.S., o "sustancias activas al azul de metileno".
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El contenido de detergentes es variable en estas aguas, dependiendo de los sistemas de limpieza utilizados.
Un problema especial puede suponer la existencia de gran cantidad de flotantes en el caso del ganado herbívoro. Habrá que disponer los sistemas adecuados para no tener obstrucciones al flujo en los sistemas de evacuación y tratamiento. Otro problema singular es la incorporación a las aguas residuales de las camas de los animales.
Se suelen utilizar diferentes términos para describir la consistencia de estos vertidos: sólidos, semisólidos (lisier) y líquidos (purines). El lisier es habitualmente de las granjas de cerdos.
La cantidad de heces que elimina cada animal y sus características específicas depende de muchas variables: especie, raza, edad, estación climática, alimentación, etc. En condiciones normales de explotación se aceptan cifras como las que se presentan en la tabla siguiente:
*Cargas contaminantes de los residuos de animales ** (Fuente: Organic Waste Recycling, Polpresert, CH.; adaptada de Lohani y Rejagonal) ANIMAL PESO MEDIO DEL ANIMAL (Kilos)
RESIDUOS TOTALES (Kg/cab.día)
DBO 5 (Kg/cab.día) Ganado bovino 363 18 - 27 0.45 - 0. Vacas 590 44 0. Pollos ---^ 0.050^ 0.0044** Gallinas --- 0.059 0.0044** Cabras y ovejas ---^7 0. Pavos 6.8 0.41 0. Patos 1.6^ ---^ 0.005 - 0. Caballos --- 37 0. * Las cargas se refieren a residuos totales, incluyendo heces y orina. ** Las unidades de DBO 5 están en libra/libra de ave/día.
10.4.- CONTAMINACIÓN DE ORIGEN AGRÍCOLA
El origen de la contaminación agrícola está en el arrastre, por las aguas de lluvia y las de riego, de productos usados en la agricultura. El agua residual se incorpora a las fases del ciclo hidrológico (escorrentía superficial, subsuperficial, subterránea, etc.) llevando consigo los contaminantes. Los acuíferos, ríos y embalses serán las masas de agua receptoras que sufrirán los problemas de este tipo de contaminación.
Las actividades agrícolas pueden generar dos tipos muy diferentes de contaminación en función de si los compuestos son utilizados como abono o lo son como pesticidas.
Por el uso de abonos la contaminación de origen agrario se caracteriza por contener compuestos:
- Orgánicos: Proceden de la aplicación al terreno de abonos, fertilizantes o acondicionadores: compost (procedente de los residuos sólidos urbanos), estiércol, fangos de estación depuradora de aguas residuales urbanas (E.D.A.R.U.). Los contaminantes que los acompañan son variados (materia orgánica, gérmenes patógenos, nitrógeno, fósforo), pero los principales y de más interés son el nitrógeno y el fósforo.
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- Inorgánicos: Proceden de la incorporación al terreno de fertilizantes (N, P, K, etc.). De nuevo se consideran contaminantes principales nitrógeno y fósforo. Ciertos elementos y compuestos limitan el crecimiento de las algas, pero los de mayor importancia son el N y el P, que habitualmente se presentan como nutrientes limitantes. La presencia en abundancia, y en proporciones mínimas, puede aumentar la productividad de las algas y desequilibrar la cadena trófica.
Por el uso de pesticidas (insecticidas, rodenticidas, plaguicidas, herbicidas, fungicida.) la contaminación de origen agrario se caracteriza por contener compuestos:
- Órgano - clorados: DDT, aldrín, ...
- Órgano - fosforados: Malatión, ...
- Órgano - metálicos
El uso de este tipo de compuestos permite aumentar la producción agrícola, pero tiene efectos muy negativos en las cadenas tróficas y son muy persistentes en el medio natural. Algunos, como el DDT, son bioacumulables. La tendencia es la búsqueda de nuevos compuestos alternativos.
10.5.- AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
Las aguas residuales industriales proceden de la variada actividad industrial. Aparecen tantos tipos de aguas industriales como tipos de industrias. Dentro de cada industria, el agua de abastecimiento, que luego se transformará en una gran proporción en agua residual, se utiliza fundamentalmente como:
- Aguas de proceso
- Aguas de limpieza
- Aguas asimilables a domésticas
- Aguas de refrigeración y calefacción
Cada una de estas aguas van a generar las correspondientes aguas residuales, que reciben los mismos nombres. A éstas hay que añadir las aguas de escorrentía superficial que se producen en la zona industrial, que pueden llegar a incorporar gran cantidad de materiales (p.e. arrastres en los parques de almacenamiento de carbón).
Cada uno de los tipos de aguas residuales citadas va a incorporar una contaminación diferente. De forma general se puede decir que las aguas residuales industriales se caracterizan por su variedad y por su variabilidad.
Alta variedad porque cada tipo de industria va a constituir un caso especial. Incluso dentro de cada sector, es tal la variedad de procesos, que es casi imposible tratar de hacer una caracterización por sectores. Estudiando caso a caso se va adquiriendo experiencia en el análisis y en el desarrollo de estrategias para mitigar la generación, y conseguir tratamientos eficaces, de cada tipo de agua residual industrial.
Alta variabilidad porque en cada industria podemos encontrar técnicas de producción diferentes que utilizan volúmenes y caudales de agua diferentes (vertidos de baños agotados, limpieza de circuitos de refrigeración, vaciado de circuitos de lavado), así como concentraciones de productos muy diferentes. En cada proceso industrial los vertidos de agua residual pueden ser continuos o periódicos (una vez al día, una a la semana, una al mes, anuales, etc.).
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La contaminación radiactiva también puede aparecer como consecuencia de problemas graves en la explotación de las centrales nucleares o la industria nuclear en general.
Tienen vertidos con elevada carga inorgánica la industria de limpieza y recubrimiento de metales, las explotaciones mineras y salinas, las químicas, etc. En las refinerías y petroquímicas, coquerías y fábricas de textiles las aguas residuales incorporan tanto materia orgánica como inorgánica en elevadas concentraciones.
Lavaderos de carbón y mineral, instalaciones de corte y pulido de mármoles, e instalaciones de laminación en caliente y colada continua, aportan en sus aguas residuales una gran cantidad de sólidos en suspensión.
10.5.1.- METALES PESADOS
Los metales pesados son sustancias necesarias para los ecosistemas en pequeñas cantidades, son micronutrientes, pero si superan una determinada cantidad (acumulación) o una determinada concentración (toxicidad) los efectos resultan perjudiciales.
Los elementos metálicos son utilizados por la industria en grandes cantidades y para una variada gama de aplicaciones (catalizadores, pinturas, detergentes, materiales de construcción, aditivos, pesticidas,…). Una parte de la cantidad utilizada acaba teniendo como destino final el medio natural; si esta incorporación es en forma iónica entonces la capacidad de migración, y por tanto de contaminación, a través del medio es mayor.
Actividades que generan metales pesados:
- Minería: As, Cu, Cd, Pb, Mn, Hg.
- Tratamiento de superficies: Cd, Cr, Cu, Ag, Zn.
- Industria en general: B, Cd, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Mo, Zn, Ni.
- Aguas residuales urbanas: Cu, B, Al, Fe, Pb, Zn,Ni.
Metales como el cadmio (Cd), el cobre (Cu) ó el plomo (Pb) en su forma iónica, soluble, forman complejos estables con otras sustancias que impiden el transporte a través de las paredes de la célula.
Una vez en el medio acuático los iones metálicos se pueden encontrar en forma libre ó formando complejos, ya sea con elementos inorgánicos (Cl-, OH-, CN-,…) u orgánicos. Los metales pueden incorporarse a los sedimentos ya sea al precipitar o por quedar adsorbidos por ellos.
A continuación se comenta brevemente la evolución y problemática del mercurio, el plomo y el cadmio en los sistemas acuáticos:
- Mercurio : El mercurio entra en el medio a través de diversas actividades del hombre: como catalizador en la industria cloro-álcali, como pigmento de pinturas, en la fabricación del papel, como elemento activo en pilas y baterías, en amalgamas dentales, en algunos pesticidas, etc. El mercurio generalmente está en el medio en forma iónica libre, pero en presencia de determinadas bacterias, ya sea en ambiente aerobio o anaerobio, se puede
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generar dimetilmercurio. Una característica de este ion es que es transferido rápidamente a los organismos vivos, acumulándose en los animales superiores a través de la cadena trófica.
- Cadmio: Se utiliza en la industria de la galvanotecnia, como aditivo de plásticos y pigmentos, sí como en baterías y en equipos electrónicos. Su toxicidad es elevada.
- Plomo: Se utiliza en baterías, como material de construcción, como aditivo de pinturas y cerámicas, como catalizador, etc. Una vía de acceso del plomo al medio acuático es por precipitación desde la atmósfera. En este caso la fuente es la combustión de carburantes, que incorporan plomo como antidetonante.
10.6.- AGUAS DE ESCORRENTÍA URBANA
Se entiende por aguas de escorrentía urbana aquellas que proceden de las precipitaciones de nieve o lluvia sobre una cuenca urbana. Son aportaciones de carácter intermitente. Los caudales en un área urbanizada suelen ser del orden de 50 a 200 veces superiores en volumen a los de vertidos domésticos, comerciales e industriales.
La superficie de una ciudad que recibe la lluvia es de dos tipos: impermeable y permeable. Las que predominan son las impermeables de edificios, pavimentos, calzadas, aceras, azoteas, etc.; mientras que las superficies permeables las constituyen los jardines, algunos patios interiores, solares sin edificar, etc. El alto porcentaje de superficies impermeables es una característica de las zonas urbanas.
Es erróneo pensar que las aguas de escorrentía son esencialmente limpias. De la lluvia caída, una fracción se emplea en mojar las superficies; otra se evapora y otra queda atrapada en huecos y depresiones del suelo. Si sigue lloviendo, el agua se moviliza hacia los puntos de recogida, drenando por superficies impermeables, y a su vez, limpiando y transportando en suspensión y disolución, los contaminantes acumulados sobre el suelo.
0
100
200
300
400
500
600
0:00 1:12 2:24 3:36 4:48 6:00 7:12 8:24 9: Hora del día (29/03/98)
Sólidos en suspensión
(mg/L)
0
1
Caudal (m3/s)
Sólidos en suspensión (mg/L) Caudal (m3/s)
Contaminación de un suceso de rebose de alcantarillado unitario en la ciudad de Santiago de Compostela (Cagiao, et al., 1998)
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10.7.- AGUAS RESIDUALES URBANAS (A.R.U.)
Se entiende por aguas residuales urbanas aquellas que circulan por las redes de alcantarillado de los núcleos urbanos y que son el resultado de la mezcla de las aguas residuales domésticas (ARD), de aguas residuales industriales (ARI); de aguas de infiltración y, en función del tipo de red de alcantarillado, de aguas de escorrentía superficial urbana.
10.7.1.- COMPONENTES DE LAS A.R.U.
Las redes de alcantarillado pueden ser unitarias o separativas. Cuando la red es unitaria todos los tipos de aguas anteriormente citados circulan por los mismos conductos. Si la red es separativa es necesario que exista una red que reciba todas las aguas de escorrentía urbana, aguas pluviales.
A la red de alcantarillado llega del orden del 80 % de las aguas del abastecimiento.
Las aguas residuales industriales que aparecen en los sistemas de alcantarillado urbano suelen proceder de industria, de mediano y pequeño tamaño, que se encuentra dentro de los cascos urbanos. Cuando existen polígonos industriales, o la industria es muy grande, se suele disponer de redes especiales para sus aguas, que normalmente son tratadas en estaciones de tratamiento de aguas residuales industriales (E.T.A.R.I.).
Aguas de infiltración son aquellas que proceden del subsuelo y penetran en la red de alcantarillado a través de las juntas, tuberías defectuosas, conexiones y paredes de pozos de registro. La presencia de agua con un nivel freático elevado produce infiltraciones en las alcantarillas, y un aumento de la cantidad de las aguas residuales. La calidad de los materiales de la red y el grado de mantenimiento son también factores que determinan la importancia de las infiltraciones. La infiltración puede oscilar entre 0.01 y 1.0 m 3 /d.mm.km, e incluso más. El número de milímetros- kilómetros de una red es la suma de los productos de los diámetros de las alcantarillas, expresados en milímetros, por las longitudes expresadas en kilómetros, de las alcantarillas correspondientes a esos diámetros.
Hay que diferenciar dos tipos de fenómenos de contaminación asociados con las aguas pluviales o de tormenta: el agua de escorrentía contaminada que llega directamente o a través de las redes de alcantarillado separativas a las masas de agua receptoras, y un segundo tipo, el vertido por rebosamiento, o rebose, de alcantarillados unitarios, RAU, (CSO en la literatura anglosajona) con aguas que son mezcla de aguas pluviales y aguas residuales domésticas. En estas últimas redes hay que tener muy en cuenta el fenómeno de resuspensión de los sedimentos existentes, resultado de la sedimentación de partículas y contaminación, permitida por el régimen hidráulico existente durante el período seco. La punta de caudal de aguas residuales también puede llegar a la depuradora y, si supera su capacidad de tratamiento, también produce un rebose en tal punto. Estos tipos de descargas se diferencian tanto en los volúmenes vertidos, en las concentraciones de contaminantes, como en las fases y períodos de descarga.
A las redes de alcantarillado unitario puede ocurrir que también se viertan lixiviados de vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU).
TEMA10-rev121103-ajb.doc INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL
T10/P20^ I. Tejero/J. Suárez/A. Jácome
10.7.2.- CARGAS DE CONTAMINACIÓN EN LAS A.R.U.
Al igual que se realiza en la estimación de los caudales de abastecimiento de una población, en vez de hacer un cálculo para cada tipo de consumo se estima una dotación global de abastecimiento por persona y día, se utiliza una dotación de carga contaminante. Las unidades de estas dotaciones son gramos por habitante y día (g/h·d) de cada contaminante.
En aguas residuales urbanas, sin una gran incidencia de la industria, se pueden adoptar las siguientes dotaciones de contaminación, expresadas en g/h/d:
DBO 5 SS
RED SEPARATIVA Zona residencial (^) 50 50 Núcleo de población (^) 60 75 RED UNITARIA Núcleo de población (^) 75 90
A lo largo del día, al igual que lo hacen los caudales, las concentraciones de contaminantes de un agua residual urbana varían. Siguen una forma similar a la que describe la variación de caudales, con puntas casi simultáneas. Son habituales coeficientes puntas de valor 1.5 en las concentraciones de DBO 5.
COEFICIENTES DE VARIACIÓN DE CAUDALES SOBRE EL Qmedio DURANTE UN DÍA
HORA DEL DÍA
COEFICIENTES
(^01234567891011121314151617181920212223)
M eruelo
COEFICIENTES DE VARIACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE DBO SOBRE LA DBOmedia DURANTE UN DÍA
HORAS DEL DÍA
COEFICIENTE
(^01234567891011121314151617181920212223)
VIVEROS M ERUELO
