1 FENÓMENO DE EUTROFICACIÓN 1. INTRODUCCIÓN Debido a

EUTROFIZACIÓN DE CUERPOS DE AGUA
FENÓMENO DE EUTROFICACIÓN
1. INTRODUCCIÓN
Debido a su poder erosivo, los ríos arrastran sales, materia orgánica y sólidos en
suspensión. A todo esto la acción humana añade residuos provenientes de actividades
domésticas, industriales (sólidos y metales de actividades mineras) agrícolas y ganaderas
(nitratos, fosfatos, pesticidas, etc), que la capacidad de autodepuración que poseen no puede
asumir, por lo que se desencadenan procesos de contaminación, cuyos efectos más
importantes son :
¾ restricciones en el uso del agua
¾ alteraciones en la fauna y /o flora acuáticas
¾ apariencia y olor desagradables.
La principal defensa que los ríos tienen para contrarrestar la contaminación es su dinámica.
Sin embargo, la contaminación de los lagos es de mayor magnitud, puesto que se trata de
masas de agua estáticas. En las aguas sin contaminar existe un equilibrio biológico entre la
fauna y flora, que se rompe por la presencia de contaminantes, dando lugar a que algunas
especies desaparezcan, mientras que otras se desarrollan demasiado. Un ejemplo de esto es el
proceso conocido como eutrofización.
En los lagos, el principal factor limitante es el fósforo. Los aportes de este elemento
procedentes de abonos y detergentes hacen que el P pierda su efecto limitante, siendo
utilizado por las algas del plancton , cuyas poblaciones crecen desmesuradamente hasta
agotar el Nitrógeno. Esto provoca la proliferación de algas cianofíceas, que lo fijan de la
atmósfera. Como consecuencia del aumento de los organismos fotosintéticos, el agua se
vuelve verdosa y turbia, aumentando la cantidad de oxígeno en el agua superficial. La muerte
del fitoplancton provoca su acumulación en el fondo y la aparición de bacterias aerobias que
consumen grandes cantidades de oxígeno y generan condiciones anerobias aptas para la
aparición de procesos de fermentación (www.ctv.es/clean _world/)
Figura 1: Eutrofización de cuerpos de agua (www.ctv.es/clean _world/)
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EUTROFIZACIÓN DE CUERPOS DE AGUA
2. OBJETIVOS
2.1 GENERAL
Conocer los procesos de eutrofización en cuerpos de agua superficiales, por los componentes
mayoritarios
2.2 ESPECIFICOS
¾ Clasificación de cuerpos de agua según el grado de eutrofización.
¾ Estudiar los factores, que producen la eutrofización en cuerpos de agua superficiales
¾ Efectos en cuerpos eutróficos
3. REVISIÓN BIBLIOGRAFICA
3.1 Clasificación de los cuerpos de agua
Los cuerpos de agua se clasifican en dos grandes grupos:
a) Superficiales: Lagos, lagunas ríos y mares.
b) Subterráneos: Acuitardos, acuicludos
El fenómeno de eutrofización se da principalmente en aguas superficiales, en los grandes
reservorios (lagos y lagunas), y últimamente en ríos que atraviesan ciudades.
3.2 Definición de eutrofización
El término Eutrofía, se originó a partir del adjetivo alemán eutrophe, el cual refería a la riqueza
de nutrientes en una cierta región; Naumann (1919), fue quien introdujo el concepto general de
Oligotrofía y Eutrofía, tomando como referencia la poca o gran existencia de algas planctónicas
en el lugar de estudio, donde el primer término refería a los lagos que contenían pocas algas
planctónicas en una región dominada por rocas primarias; un lago Eutrófico, era todo lo
contrario, ya que el mismo contenía una gran riqueza en fitoplancton, en regiones bajas y fértiles,
donde existía una gran actividad humana que a su vez proporcionaba e incrementaba la cantidad
de nutrientes. Al poco tiempo Thienemann (1925), adopto el concepto de Naumann y estudio a
las especies de ambos tipos de lagos encontrando, caracterizándolos desde el punto de vista
biológico, por ejemplo, en el agua hipolimnética de los lagos eutróficos, existían especies que
requerían bajas concentraciones de oxígeno.
La caracterización de los lagos de ambos estudiadores, al pasar el tiempo se volvió muy
complicada, ya que tomaban muchos aspectos para la clasificación de los mismos, que eran
llevadas al extremo por su especialización, finalmente se volvió a la idea original, sobre la
clasificación de los lagos entre oligotróficos y Eutróficos, bajo los conceptos básicos de
Naumann, de abundancia de algas y deficiencia de oxígeno de Thienemann. ( 1925 ).
Etimológicamente, del griego, se puede hacer referencia a que oligotrófico significa poco
alimentado y eutrófico, bien alimentado.
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EUTROFIZACIÓN DE CUERPOS DE AGUA
Durante los últimos veinte años, la palabra eutrofización, ha sido utilizada, cada vez más para
designar el aporte artificial e indeseable de nutrientes tales como el fósforo, el nitrógeno y el
carbono. Sin embargo este concepto puede llevar a cierta confusión, ya que en algunos casos, el
ingreso de nutrientes a un lago o pantano puede resultar muy favorable, dependiendo el fin y el
uso de las aguas del sistema en cuestión.
Según la Organización para la Cooperación Económica y Desarrollo ( OCDE, 1982 ), define a
la eutrofización como “ el enriquecimiento en nutrientes de las aguas, que provoca la
estimulación de una serie de cambios sintomáticos, entre los que el incremento en la producción
de algas y macrófitas, el deterioro de la calidad de agua y otros cambios sintomáticos resultan
indeseables e interfieren con la utilización del agua “.
Originalmente, la eutrofización se consideraba como un proceso natural, que se llevaba a cabo
durante millones de años, en el cual un lago o pantano recibía los aportes de su cuenca de
drenaje, los mismos que consistían en nutrientes, sedimentos y otros materiales alóctonos, con el
tiempo sucedía que el sistema acuoso del lago se transformaba en una ciénaga, la cual al
consolidarse se convertía en un sistema terrestre. Este proceso toma lugar en cientos de miles de
años y es irreversible.
Actualmente es posible hablar de una “Eutrofización Cultural”, determinada por la
intervención del hombre, el cual debido a su necesidad de extensión transforma su entorno. Las
descargas de aguas servidas por ejemplo, son una de las más antiguas causas de la eutrofización
cultural, ya que estas son ricas en nutrientes contribuyendo al cambio trófico cuerpo receptor;
otro ejemplo son los excesos de fertilizantes, los cuales son ricos en fósforos, sean estos naturales
o químicos. La deforestación también influye en la carga de nutrientes, ya que los escurrimientos
al pasar por una tierra que no tiene protección, “lavan” la capa fértil y se llevan consigo los
nutrientes de la misma.
Figura 2: Pirámide trófica de los ríos
Fuente: www.fao.org
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La eutrofización tiene su aspecto positivo en la cría de peces, para producir proteínas para la
alimentación, sin embargo el balance y la calidad de los mismos puede cambiar, si no se estudia
la manera de optimizar esta producción.
3.3 El problema de la eutrofización
Como es conocido, la demanda de agua de buena calidad en el mundo aumenta día a día, en
muchos países industrializados y en vías de desarrollo se sufre de este problema, en muchos
casos la evaporación excede a la precipitación y es entonces que surge una escasez ; aún más en
lugares donde se tiene un balance positivo, debido a los cambios climáticos, es difícil predecir la
cantidad de agua disponible.
En muchos países el problema de la Eutrofización, se hace patente, sobre todo en áreas
densamente pobladas, lo cual produce una mayor producción de aguas servidas; a veces los
sistemas de alcantarillado y de tratamiento no son lo suficientemente efectivo, por lo cual se
produce una contaminación de las fuentes y en consecuencia se atrae una problemática que incide
en la calidad y en los costos del agua tratada.
Se debe hacer notar que la calidad de agua no es afectada por el aumento de en la
concentración de nutrientes o de la productividad del lago, sino por los efectos resultantes de
estos aspectos.
3.3.1 Características generales de la eutrofización
Los estudios históricos mostraron que muchos lagos pequeños de la zona templada
(antiguamente glaciales), se define una sucesión desde los sedimentos más inorgánicos, que
contienen fósiles indicadores de oligotrofía, a los sedimentos más orgánicos, que contienen
fósiles indicadores de eutrofía ( Hutchinson, 1973). Parece ser que una vez establecida la
sedimentación orgánica, después de una fase inicial oligotrófica, se llega a una especie de
equilibrio trófico. Esto implica que la entrada de nutrientes desde la cuenca de drenaje es
relativamente constante durante largos periodos de tiempo, experimentando sólo cambios
mínimos con las oscilaciones climáticas y las entradas procedentes de la cobertura vegetal y la
erosión.
Según sea el estado trófico del lago en estudio, es posible observar ciertas características
generales que diferencian una situación oligotrófica, de un estado eutrófico.
Tabla 1: Características Generales de Lagos y Pantanos Oligotróficos y Eutróficos
PARAMETRO
Producción de plantas y animales
TIPO DE MASA DE AGUA
OLIGOTRÓFICA
EUTRÓFICA
I.- BIOLÓGICO
Baja
Número de especies de plantas y
animales
Numerosas
Niveles generales de biomasa en la
reserva de agua
Bajos
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Alta
Muchas; pueden estar reducidas
sustancialmente en aguas
hipertrofias
Altos
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Aparición de Proliferación de algas
Cantidad relativa de algas verdes y
verde-azuladas
Rara
Frecuente
Baja
Alta
En el hipolimnio, en masas de agua
Por lo general sólo en las aguas
estratificadas térmicamente
superficiales
Puede ser escaso o abundante; si
Con frecuencia abundante;
Crecimiento de plantas acuáticas
ocurre consiste por lo general en
generalmente aumento de algas
en el área poco profunda de la línea
vegetación sumergida y en
filamentosas y disminución de
costera ( Litoral )
desarrollo
macrófitas
Emigración diaria de algas
Grande
Limitada
Peces que viven en las
Peces que viven en la superficie y
Tipos característicos de peces
profundidades y agua fría ( salmón, agua caliente ( lucio, perca, róbalo
trucha, cisco )
etc. )
Grado distribución de algas
II.- QUÍMICO
Contenido en oxígeno de las aguas
del fondo del hipolimnio
Alto todo el año
Puede ser bajo o estar ausente
durante el periodo de
estratificación térmica.
Contenido total de sal (
conductancia específica )
Generalmente bajo
A veces muy alto
PARAMETRO
TIPO DE MASA DE AGUA
OLIGOTRÓFICA
EUTRÓFICA
III.- FÍSICO
Profundidad media de la masa de
agua
Volumen del hipolimnio
Frecuentemente profunda
Frecuentemente poco profunda
Frecuentemente grande
Puede ser pequeño o grande
Generalmente el agua fría es
mínima, excepto en las masas de
agua eutróficas
Temperatura de las aguas del
hipolimnio
Generalmente fría
IV.- QUÍMICO
Calidad del agua para la mayoría
de los usos domésticos e
industriales
Buena
Frecuentemente pobre
Inadecuación de un uso múltiple
Normalmente poco deterioro
Frecuentemente deterioro
considerable
Fuente: Adaptación de OLMOS GARCIA, 2000
Cuando el equilibrio trófico se rompe, ya sea por razones naturales o antropogénicas y se dan
las condiciones para que el sistema se convierta en eutrófico, es posible detectar este cambio con
una serie de indicadores y la observación de algunos síntomas que presenta el lago o pantano en
estudio, además de los cambios que se producirían en las características generales que se
describieron en la tabla anterior.
3.3.2 Indicadores de la eutrofización
Los principales indicadores de la eutrofización, son básicamente cuatro: El fósforo, el
nitrógeno, la clorofila a- y la profundidad de Secchi.
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Las siguiente tabla muestra los valores límite, de los indicadores nombrados, los cuales realizar
una clasificación trófica de los embalses en estudio, según la OCDE.
Tabla 2: Valores Límites de la OCDE para un Sistema Concreto de Clasificación Trófica
CATEGORÍA
TRÓFICA
Ultraoligotrófico
Oligotrófico
Mesotrófico
Eutrófico
Hipertrófico
TP
Chl
Media
Chl
Máxima
MEDIA DE
SECCHI
MÍNIMO DE
SECCHI
< 4.0
< 10.0
10 – 35
35 – 100
> 100
< 1.0
< 2.5
2.8 – 8
8 – 25
> 25
< 2.5
< 8.0
8 – 25
25 – 75
> 75
> 12.0
> 6.0
6–3
3 – 1.5
< 1.5
> 6.0
> 3.0
3 – 1.5
1.5 - .7
< 0.7
Fuente: Adaptación de OLMOS GARCIA, 2000
Explicación de términos:
TP
= media anual de la concentración de fósforo total en el lago ( ug/l )
Chl media = media anual de la concentración de clorofila a en las aguas superficiales ( ug/l )
Chl máxima = pico anual de la concentración de clorofila a, en las aguas superficiales ( ug/l )
Media de Secchi = media anual de transparencia de la profundidad de Secchi ( m )
Mínimo de Secchi = mínimo anual de transparencia de la profundidad de Secchi ( m )
En la siguiente tabla se muestra la Clasificación de cuerpos de agua de acuerdo al contenido de
fósforo y clorofila
Tabla 3: Clasificación de acuerdo al contenido de P y clorofila
Fósforo Clorofila
Ultra-oligotrófico
10%
6%
Oligotrófico
63%
49%
Mesotrófico
26%
42%
Eutrófico
1%
3%
Hipertrófico
0%
0%
100%
100%
Fuente: www.ctv.es/clean _world/
3.3.3 Síntomas y efectos de la eutrofización
Debido a la existencia de una gran variedad de formas de vida y a las interrelaciones que se
dan dentro de un lago, se puede asemejar al mismo como a una forma viva, la cual, al cambiar
sus condiciones internas o externas, presenta una acción de respuesta al mencionado estímulo; de
esta manera entonces, es posible hablar sobre los síntomas que presenta una laguna, cuando sube
su grado de eutrofización.
El cambio de un sistema oligotrófico a uno eutrófico, presenta ciertas respuestas del lago en
estudio, las cuales pueden ser detectadas, si se realiza un monitoreo periódico en la cuenca de
drenaje y en el mismo cuerpo de agua. En la tabla, se presenta un resumen de los síntomas que un
lago o pantano puede presentar en este proceso de cambio.
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Tabla 4: Criterios Tróficos y sus Respuestas a una Eutrofización Creciente
FÍSICO
QUÍMICO
Concentración de nutrientes (I)
Transparencia, por ejemplo
profundidad de Secchi (D)
Clorofila a- (I)
Conductancia eléctrica (I)
Sólidos disueltos (I)
Sólidos en suspensión (I)
Déficit de oxígeno hipolimnético
(I)
Sobresaturación de oxígeno
epilimnético (I)
BIOLÓGICO 2
Frecuencia de proliferación de
algas (I)
Diversidad de especies de algas
(D)
Biomasa de fitoplancton (I)
Vegetación en el litoral (I) 3
Zooplancton (I)
Peces (I) 4
Fauna del fondo (I) 5
Diversidad de la fauna del fondo
(D)
Producción primaria (I)
Fuente: Adaptación de OLMOS GARCIA, 2000
1. (I) Significa que el valor del parámetro aumenta generalmente con el grado de eutrofización;
(D) Significa que el valor disminuye generalmente con el grado de eutrofización
2. El criterio biológico muestra importantes cambios cualitativos ( por ejemplo en especies ), así
como cambios cuantitativos (por ejemplo en biomasa ), al aumentar el grado de eutrofización.
3. Las plantas acuáticas en áreas poco profundas y cercanas a orilla pueden disminuir por la
presencia de una alta densidad de fitoplancton.
4. Los peces pueden disminuir en número y especies en las aguas del fondo (hipolimnio) más
allá de un cierto grado de eutrofización, como resultado de una reducción de oxígeno
hipolimnético.
5. La fauna del fondo puede disminuir en número y especies a altas concentraciones de H2S,
CH4, CO2, o a bajas concentraciones de O2 en aguas hipolimnéticas.
(Ref. 1, pg. 71)
En resumen, los síntomas y efectos de la eutrofización son:
Los síntomas y efectos de la eutrofización son los siguientes:
¾ Aumento de la producción y biomasa de fitoplancton, algas asociadas y
macrofitas.
¾ Modificación de las características del hábitat debida a la transformación del
conjunto de plantas acuáticas.
¾ Sustitución de especies ícticas deseables (por ejemplo, salmónidos en los
países occidentales) por otras menos cotizadas.
¾ Producción de toxinas por determinadas algas.
¾ Aumento de los gastos de operación de los sistemas públicos de
abastecimiento de agua, además de problemas de gusto y olor, especialmente
durante los períodos de proliferación de algas.
¾ Desoxigenación del agua, especialmente al finalizar las situaciones de
proliferación de algas, lo que normalmente da lugar a una mortandad de peces.
¾ Colmatación y obstrucción de los canales de riego por las malas hierbas
acuáticas (el jacinto acuático puede presentar problemas de introducción, no
necesariamente de eutrofización).
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¾ Reducción de las posibilidad de utilización del agua para fines recreativos,
debido al lodo, infestación de malas hierbas y olores molestos producidos por
la descomposición de las algas.
¾ Impedimentos a la navegación debido al crecimiento de densas masas de malas
hierbas.
¾ Pérdidas económicas debidas a la modificación de las especies ícticas,
mortandad de peces, etc.
3.3.3.1 Contribución de la agricultura a la eutrofización
En el resumen sobre la repercusión de los fertilizantes en la calidad del agua que aparece en el
documento FAO/CEPE (1991) se citan los siguientes problemas:
· La fertilización de las aguas superficiales (eutrofización) da lugar, por ejemplo,
al crecimiento explosivo de algas, que ocasiona trastornos en el equilibrio
biológico [incluyendo mortandades de peces]. Así ocurre tanto en las aguas
continentales (acequias, ríos, lagos) como costeras.
· El agua subterránea se contamina fundamentalmente por la presencia de
nitratos. En todos los países el agua subterránea es una reserva importante de agua
potable. En varias zonas, este recurso hídrico está contaminado hasta el punto de
que ya no reúne las condiciones establecidas en las normas actuales para el
consumo humano.
Si bien, según FAO/CEPE (1991), estos problemas se deben fundamentalmente a la presencia de
fertilizantes minerales, en algunos lugares la situación está especialmente asociada a la aplicación
extensiva e intensiva de fertilizantes orgánicos (estiércol).
3.3.4 Control de nutrientes
El nitrógeno y el fósforo son los principales nutrientes de importancia en el vertido de aguas
residuales tratadas. Los vertidos que contienen nitrógeno y fósforo pueden acelerar los procesos
de eutrofización de lagos y embalses, y estimular el crecimiento de algas y plantas acuáticas
arraigadas en cursos de agua poco profundos. Además de resultar estéticamente desagradable, la
presencia de algas y plantas acuáticas puede interferir en con los usos beneficiosos de los
recursos hidráulicos, especialmente cuando se emplean para el abastecimiento de agua,
crecimiento ictiológico, y usos recreativos. Las elevadas concentraciones de nitrógeno en
efluentes tratados, también pueden tener otros efectos negativos, como son la reducción de la
concentración de oxígeno disuelto en las aguas receptoras, toxicidad para la vida acuática, efectos
negativos sobre la efectividad de la desinfección con cloro, peligro para la salud pública, y
efectos sobre el potencial de un agua residual para ser reutilizada. Por lo tanto, el control del
nitrógeno y del fósforo esta ganando importancia en la gestión de la calidad del agua y en el
proyecto de las plantas de tratamiento (METCALF & EDDY, 1995).
a) Nitrógeno:
La principal fuente de nitrógeno es de origen antropogénico, de las aguas residuales domesticas ,
esta principalmente en forme de amoniaco y nitrógeno orgánico.
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El amoniaco (NH3) es producido en procesos anaerobios, tanto por reducción del nitrógeno
orgánico, como por el lodo béntico.
Reacciones
El amoniaco soluble se disocia para formar el ión amonio:
NH3 + H+
NH4+
La oxidación del ion amonio se efectúa por la acción de las bacterias autrópicas nitrosomonas y
nitrobacterias para producirlo en forma respectiva y secuencial a nitritos y nitratos. En este
proceso la concentración de los nitritos es siempre pequeña
NH4+ + 3/2 O2
NO-2 + + 1/2 O2
nitrosomas
nitrobacter
NO-2 + 2 H+ + H2O
NO-3
Figura 3: Ciclo del nitrógeno
www. Bilboveb. Com/biodepur/campos.htm
Efecto:
El nitrógeno en todas sus formas puede estimular el crecimiento (eutrofización de las aguas)
¾ Amoniaco : toxico y consumidor de oxigeno
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¾ Nitritos : toxico a muy bajas concentraciones
¾ Nitratos : relacionado con la calidad del agua potable
¾ N-Orgánico : consumidor de oxigeno
Fósforo:
El fósforo Estimula el crecimiento ( eutrofización)
¾ Orto-fosfato
¾ Fósforo orgánico
4. Bibliografía
METCALF & HEDY, INC : Ingeniería de Aguas Residuales Tratamiento Vertido y
Reutilización, 1995
YÁNEZ COSIO, FABIAN : Lagunas de Estabilización, Teoría, Diseño, Evaluación y
Mantenimiento, 1993
SANS. MAZON, CARMEN; Tratamiento Biológico de Residuos, 2002
www. FAO. Org/docrep/w25985
www. ctv.es/clear-world-hispanic
OLMOS GARCIA, CARLOS, Eutrofización en embalses de altura, Incachaca-jhampaturi.
Problemática del siglo XXI, 2000
www. Bilboveb. Com/biodepur/campos.htm
ADRIANUS, C. van Haandel, LETTINGA, Gatze. Tratamento anaeróbio de esgotos. Um
manual para regioes de clima quente. Gráfica Epgraf Universidade Federal da Paraíba,
Brasil .1994.
GIRALDO GÓMEZ, Eugenio. Tratamientos anaerobios de las aguas residuales domesticas,
limitaciones y potencialidades. UNIANDES, Perú, 1990.
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