La degradación de la calidad de las aguas subterráneas

La degradación de la calidad de las
aguas subterráneas: importancia y
causas
Dr. Ricardo Hirata
Instituto de Geociências
Brasil
[email protected]
Clasificación de los problemas de calidad del agua
subterránea y su suministro como agua potable
Tipo de problema
Causa subyacente
Contaminante de interés
Contaminación del
acuífero
Protección inadecuada de
acuíferos vulnerables contra
fuentes potenciales de
contaminación
Patógenos, NO3, NH4, Cl, SO4,
As, metales pesados, COD,
Hidrocarburo aromáticos y
halogenados, pesticidas
Contaminación de la
cabeza del pozo
Construcción/diseño
inadecuado del pozo
Principalmente patógenos
Intrusión salina
Aguas subterráneas saladas
inducida a fluir hacia acuífero
resultado de extracción
excesiva
Principalmente NaCl, y otros
contaminantes antrópicos
Contaminación que
ocurre naturalmente
Relacionado con la evolución
química del agua subterránea
y la solución de minerales
Principalmente Fe y F, a veces
MgSO4, As, Mn, Se, Cr y otras
especies inorgánicas
1
Una revisión de la contaminación de las aguas
subterráneas permite algunas conclusiones importantes:
„
Una gran cantidad de
actividades antrópicas,
pero sólo algunas son
generalmente
responsables de la
mayoría de los casos
importantes de
contaminación del
acuífero
Número de estados en USA y los casos más comunes de
contaminación de acuíferos
2
„
La cantidad de sustancias potencialmente contaminante
no tiene una relación directa con su ocurrencia en las
aguas subterráneas.
„
La presencia de las sustancias en los acuíferos es
controlada por su movilidad y persistencia en suelos y
acuíferos.
USA National Priority List (1985), sustáncias más
comunes detectadas en acuíferos
Compuesto
N de caso
Compuesto
N de caso
Tricloroetileno
33
Cromo
15
Plomo
30
1,1,1,triCl-etano
14
Tolueno
28
Zn & compuesto
14
Benzeno
26
Etilbenzeno
13
Bifeniles poliaromáticos
22
Xileno
13
Cloroformio
20
Cl-metila
12
Tetracloreto Carbon
16
Trans-1,2-diCl-etileno
11
Fenoles
15
Mercurio
10
Arsenico
15
Cu & compuestos
9
Cadmio
15
Cianeto
9
3
Lista contaminantes prioritarios que figuran como de
mayor peligro a la calidad de las aguas subterráneas
(> 10 estados de USA) (USEPA 1990)
Contaminación de las aguas subterráneas
„
Relativamente una pequeña cantidad de sustancias muy
tóxicas y persistentes es capaz de generar una pluma
de contaminación muy grande, particularmente en
acuíferos con alta velocidad de flujo.
4
(Mckey & Cherry)
Una buena moraleja ......
„
Es posible clasificar las cargas contaminantes
potenciales en términos de su peligro, basado en tipo de
sustancias que manejan y tipo de actividad (que
producen o que hacen).
5
Entonces cuales son estas actividades: algunos
ejemplos de fuentes difusas o multipuntuales
„
Áreas residenciales urbanas sin red de alcantarillado
…
„
Nitrógenos y microorganismos patogénicos, con presencia de
algunos solventes halogenados (productos de limpiezas)
Actividad agrícola
…
Intensificación del uso de abonos nitrogenados y plaguicidas
Fuentes potenciales de contaminación
urbana
basurero
fuga de
red alcarrillado
laguna de
tratamiento
6
Contaminación por sistema de saneamiento in situ
Fosa séptica
o letrina
Pluma
contaminante
Contaminación por fosas negras
7
N
NO
NE
O
E
SO
SE
S
SÃO PAULO
Urânia (SP)
8
Problema de contaminación de pozos en interior de
São Paulo (Brasil)
9
„
„
„
„
„
En USA, programa de
monitoreo de aguas
subterránea en 68.824
pozos de producción.
Nitrato elevado en 2530% dos pozos.
Pesticidas detectados
en 8-15% y mayor que
MCL en 1% de los
casos.
Estratificación de los
resultados
Casos relatados
aumentan
10
Ejemplo de problemas de calidad provocados por
fuentes puntuales
„
„
„
„
Actividad industrial
Áreas abandonadas con actividades potenciales de
contaminación pretéritas
Estaciones gasolineras
Áreas de disposición de basura y desechos sólidos
Fuentes potenciales de origen industrial
Inyección de
efluentes
Resíduos sólidos
Matéria prima
Efluentes líquidos
11
Industrial Potential Contaminant Load
1-Iron and Steel
12-Pharmaceutical
Pharmaceutical Manufacturing
Manufacturing
2-Metal Products
13-Gum and Wood Chemicals
3-Mechanical Products
14-Pulp Paper Industry
4-Non-Ferrous Metal Manufacturing
15-Soap and Detergent
5-Non Metalic Industry
16-Textil and Mill
6-Petroleum Refining Industry
17-Leather Tanning and Finishing Industry
7-Plastic Materials & Synthetic Industries
18-Agroindustry
8-Rubber Processing
19-Pesticide Manufacturing
9-Organic Chemicals Manufacturing
20-Fertilizer Industry
10-Inorganic Chemicals Manufacturing
21-Power Plant
11-Paint and Ink
22-Electric and Electronics
12-Waste water composition of pharmaceutical manufacturing
Concent. (mg/L)
Metals
Max.
Med.
Arsenic
0,12
0,01
Beryllium
0,01
Cadmium
0,03
0,03
Chromium
0,15
0,03
Copper
0,18
0,18
Cyanide
1,00
0,18
Lead
0,05
0,01
Mercury
0,001
0,000
Nickel
0,20
0,04
Selenium
0,06
0,01
Silver
Thallium
0,02
0,003
Zinc
0,30
0,12
Phtalates
BIS (2-ethylhexyl)
0,20
phtalates
DI-N-Butylphtalates
0,05
-
Concent. (mg/L)
Aromatics
Benzene
0,40
Chlorobenzene
0,01
Dichlorobenzene
Ethylbenzene
0,07
Hexachlorobenzene
Toluene
17
Trichlorobenzene
Dinitrotoluene
0,05
Polyciclic Aromatic Hydrocarbons
Anthracene
Benzopyrene
Chrysene
Fluorene
Naphthalene
Pyrene
-
Concent. (mg/L)
Halogenated Aliphatics
Carbon Tetrachloride
6,00
Chloroform
1,60
1,2 Dichloropropane
Methylene Chloride
850
1,1,1 Trichloroethane
360
1,2 Dichloroethylene
0,55
Thrichloroethylene
0,06
Tetrachloroethylene
0,04
Vinil Chloride
Phenols
2-4-Dichlorophenol
0,01
Pentachlorophenol
Phenol
17,00
Polychlorinated Biphenyls
Aroclor
-
12
Dense nonaquous phase liquid (DNAPL):
sustancias halogenadas más densas que el agua
En muchos casos, la contaminación
de acuíferos por DNPL es
irreversible.
Predicción del flujo del contaminante
es difícil cuando estos compuestos
están presentes en medios
fracturados.
Reutilización de áreas abandonadas
contaminadas
13
Reutilización de áreas abandonadas
contaminadas
„
„
„
Uno de los grandes problemas en áreas urbanas es
el re-uso de los terrenos ocupados por antiguas
áreas contaminadas. La contaminación del suelo y
aguas subterráneas muchas veces no es analizada,
poniendo en riesgo la populación.
Existen 4238 áreas industriales abandonadas y
inventariadas en la Región Metropolitana de São
Paulo (RMSP), de los cuales 2076 tienen potencial
contaminador (1997).
El órgano de control ambiental apunta solamente 243
áreas confirmadas en la RMSP
Contaminación de agua subterránea por fuga de
estaciones gasolineras
14
Comportamiento de compuestos menos densos
que el agua (LNPL)
Fase libre de combustible
gasolina
agua
15
Cómo una estación gasolinera puede contaminar un área?
Caja separadora de aceite
Derrumbre
de combustible
Tanque de aceite
Tanque de combustible
Bombas de distribución
Fugas de tuberías
Impactos de escapes de estaciones gasolineras
„
contaminación de suelo e de las
aguas subterráneas por
compuestos
tóxicos/carcinogénicos
constituyentes de combustibles
16
Impactos en la vecindad
„
riesgo de incendios y
explosiones debido a la
presencia de combustibles en
gases y liquido, en garajes
subterráneas y obras civiles
Impactos en alrededor
„
riesgos a la salud humana por la
posible ingestión de agua
contaminada, contacto dérmico
con suelo y agua subterránea
contaminada y por inhalación de
vapores de compuestos
orgánicos volátiles
17
Potenciomentría y flujo de las aguas subterráneas
Gasolinera
Pozos donde se detectó la gasolina
en fase libre
Pluma de fase libre de diesel
18
Fugas asociadas a la conexión de la bomba de
diesel
Local probable
de fuga de la
estación de
servicio
19
Otra buena moraleja ......
„
„
„
Cualquier carga contaminante debe ser analizada en
términos de:
Sustancias que manejan (mirando su toxicidad,
concentración, persistencia y movilidad) y
Modo de disposición (carga hidráulica asociada,
profundidad de descarga y duración de la descarga) .
Cual es la salida del problema ?
20
Dificultades en proteger el acuífero
„
Dentro de un programa de protección de las aguas
subterráneas, una de las mayores dificultades es
establecer cuáles son las actividades antrópicas que
requieren mayor atención ambiental, debido a la gran
cantidad y complejidad de actividades existentes,
sumada a los elevados costos de investigación
detallada.
21
Programa de protección de las aguas
subterráneas frente a la contaminación antrópica
Un análisis de los diferentes programas de protección de
acuíferos nos muestra que muchos son basados en el
control del uso del suelo (actividades) frente a:
… Mapeo
de la vulnerabilidad de acuíferos
… Perímetro de protección de pozo y manantiales
… Inventario y clasificación de actividades
potencialmente contaminante
Peligro basado en la
vulnerabilidad de
acuífero y fuentes
contaminantes
(método POSH)
Vulnerabilidad de acuífero
Carga contaminante
baja
elevada moderada reducida
„
3
media
3
alta
2
2
2
1
2
1
1
22
pozo
+
Area de protección de manantial
elevada moderada reducida
D
Carga contaminante
Peligro de
contaminación
basado en área
de protección de
manantial/pozo y
fuentes
contaminantes
(método POSH)
3
C
3
B
A
0
1
no
aceptable
3
2
1
0
1
0
aceptable
2
1
no
aceptable
ACUÍFERO
contaminación
heredada
fuentes
potenciales
fuentes
futuras
?
priorizar áreas
contaminadas para
estudios de
remediación
priorizar áreas
para estudios de
detalle y
monitoreo
compatibilizar
nueva actividad
con capacidad
de terreno
23
Compatibilizazión de
actividades antrópicas
y vulnerabilidad de
acuíferos
A: aceptable con padrones normales de diseño.
PA: probablemente aceptable sujeto a estudio y diseño específico
PN: probablemente no aceptable
N: inaceptable en prácticamente todos los casos
Compatibilizazión
de actividades
antrópicas y
perímetro de
protección de
pozos
Tabla de permiso para
vulnerabilidad y ppp
A: aceptable con padrones normales de diseño.
PA: probablemente aceptable sujeto a estudio y diseño específico
PN: probablemente no aceptable
N: inaceptable en prácticamente todos los casos
24
Foco: Protección de acuífero
1:100.000 – 250.000
Foco: Protección de pozo y
manantial
1:25.000 – 100.000
Agencias reguladoras y ambientales
estaduales y nacionales
Empresas de agua y
municipalidades
Evaluación socio-económica de la
importancia de recurso agua subterránea
Perímetro de protección de pozos
(incl. Integridad sanitaria del pozo)
Mapa de vulnerabilidad a la contaminación
de acuíferos
Evaluación de vulnerabilidad del acuífero
ante a la contaminación
Reconocimiento de las mayores fuentes
de contaminación potencial
Evaluación de fuentes potenciales de
contaminación en detalle
Evaluación de peligro de la contaminación
de acuífero
Evaluación del peligro de contaminación
de pozo y manantial
Estrategia de monitoreo y medidas de
control del peligro de contaminación
Principal Aplicación
Planeamiento/políticas de desarrollo/
conscientización de la población
Principal Aplicación
Protección de fuentes de agua y
planeamiento/control del uso de
suelo
Foco y aplicación en diferentes niveles de evaluación del peligro de
contaminación de acuíferos
Reconocimiento
regional y
catastro de pozos
y usuarios
Mapeo
geológico
Manejo de recursos
hídricos subterráneo
Mapeo hidrogeológico
Determinación de
propiedades del
acuífero y recarga
Determinación de
régimen de flujo
de acuíferos
Catastro de
Manejo
de la
usuarios
de agua
subterránea
Evaluac. preliminar
cantidad
de rec. hídricos
subterráneos
Áreas críticas potenciales - sobre-exploración
Mapa da
vulnerabilidad de
acuífero
Catastro y clasificación
de carga contaminante
potencial
Perímetro de
protección de pozo
Manejo de la calidad
Peligro de contaminación
de acuífero
Evaluación de acuíferos
(por monitoreo operacional)
Investigación de actividad contaminante
Política de manejo de aguas subterráneas
(control de perforación y caudal)
Medidas de protección de acuíferos
(tratamiento efluente, control de uso de suelo)
Rutina de monitoreo de niveles potenciométricos y de calidad de agua
25
Hidrogeología &
Contaminación ambiental
Laboratorio de Modelos Físicos - LAMO
Dr. Ricardo Hirata
Instituto de Geociências
[email protected]
www.igc.usp.br/pessoais/rhirata
26