Contaminación por actividades urbanas

Contaminación por actividades urbanas
Procesos contaminantes
La contaminación por lixiviación de vertederos mal controlados o por
vertidos de aguas residuales se han considerado como fuentes puntuales
de contaminación y, de hecho, así pueden considerarse en la mayor parte
de los casos. Sin embargo, el medio urbano también origina cargas
contaminantes de carácter difuso que por vía directa o indirecta puede
afectar a la calidad de las aguas.
• Contaminación contenida en el agua de lluvia
• Erosión de suelos permeables
• Acumulación de partículas atmosféricas (polvo atmosférico) y suciedad
en las calles, y el subsiguiente lavado en áreas impermeables. Las
fuentes de estos contaminantes son la deposición seca, las emisiones
de tráfico, acumulación de residuos en la calle, residuos orgánicos de
vegetación y animales, etc.
• Acumulación de sólidos en alcantarillas
• Lixiviado de fosas sépticas o vertederos
• Aplicación, almacenamiento y lavado de sustancias utilizadas para el
deshielo, y otros compuestos químicos.
• Aplicación de plaguicidas y fertilizantes
• Descarga de contaminantes (aceites de coche, detergentes y otros
compuestos químicos)
• Conexiones entre aguas residuales industriales y urbanas, y fallos en las
fosas sépticas
Residuos sólidos urbanos (RSU)
Todo material resultante de un proceso de fabricación, transformación, utilización,
consumo o limpieza, cuando su poseedor o productor lo destina al abandono. Asimismo
se entiende por desecho cualquier producto deficiente , inservible o inutilizado que su
poseedor destina al abandono o del que quiere desprenderse.
Tasa de producción (RSU)
>1.000.000 hab
1.000.000 – 100.000 hab
100.000 – 20.000 hab
< 20.000 hab
0,90 kg/hab/día
0.75 kg/hab/día
0.65 kg/hab/día
0.55 kg/hab/día
Características de los RSU
Materiales inertes: vidrio, tierras, cenizas, etc
Materiales fermentables: materia orgánica
Materiales combustibles; papel, cartón, madera, trapos
Lixiviados
Generación de gases
Producto de la fermentación de la materia orgánica
CO2, CH4, compuestos nitrogenados y sulfurados
1
Principales contaminantes de los RSU
Lixiviados.
•
•
Los residuos al ser compactados por
maquinaria pasada liberan agua y líquidos
orgánicos, contenidos en su interior. Por otra
parte, la descomposición anaeróbica produce
cambios en la materia orgánica, primero de
sólidos a liquido y luego de liquido a gas, pero
es la fase de licuefacción la que ayuda a
incrementar el contenido de liquido en el
relleno, y a la vez su potencial contaminante.
En ese momento se puede considerar que las
basuras están completamente saturadas y
cualquier agua, ya sea subterránea o
superficial, que se infiltre en el relleno, lixiviara
a través de los desechos arrastrando consigo
sólidos en suspensión, y compuestos orgánicos
en solución. Esta mezcla heterogénea, de un
elevado potencial contaminante, es lo que se
denomina lixiviados.
•
•
•
•
•
•
Contaminantes biológicos
Contaminantes inorgánicos
Detergentes
Pesticidas
Hidrocarburos
Salmueras
Sustancias radioactivas
Aceites y grasas
Impacto ambiental de los RSU
•
•
•
•
•
•
•
•
Contaminación de aguas superficiales
Contaminación de aguas subterráneas
Formación de gases que pueden originar incendios
Incendios provocados o producidos en las basuras (contaminación
atmosférica)
Contaminación estética y paisajística
Molestia de olores, humos y dispersión de materiales sueltos
Aterramiento de cauces (inundaciones)
Desprendimientos
HIDROLOGÍA DE LOS VERTEDEROS DE RSU
L=(P + Wgw+Wd)-(R+ EVP+ Li)± Ss±
P
EVP
Sr
INTERÉS DE LA REUTILIZACIÓN DE AGUAS
RESIDUALES
P
R
• Recursos hídricos alternativos
Ss
L = P - EVP ±
Ss ±
• Forman parte del ciclo hidrológico
Sr
• La depuración previa mejora su calidad y abre notablemente las
posibilidades de su utilización
Wd
Wgw
Sr
Nivel freático
Canal de drenaje
• Evita su vertido a cauces o al mar
Li
• Los recursos hídricos convencionales se pueden dedicar a cubrir aquellas
demandas que exigen una calidad más elevada del agua
L es la cantidad de lixiviados generados, EVP la evapotranspiración, y Ss y
el cambio de humedad almacenada en el suelo, o material de cubrición, y
en los residuos, respectivamente.
Sr
• La depuración en la zona no saturada puede ser incluida, como un nivel
más, en el proceso general de depuración
2
USOS DE LAS AGUAS RESIDUALES
AGUAS RESIDUALES URBANAS
• riego agrícola (cultivos y semilleros)
RIEGO
• riego de parques y jardines (campos de golf, cementerios, medianas,
cinturones verdes)
RECARGA
ARTIFICIAL
BALSAS
POZOS
Planta
• reutilización industrial (refrigeración, alimentación de calderas)
Suelo
• recarga artificial (recarga de acuíferos, control de la intrusión marina,
control de subsidencias)
MIGRACIÓN
• usos urbanos no potables (riego de zonas verdes, lucha contra
incendios, sanitarios, aire acondicionado, lavado de coches, riego de
calles
Aguas subterráneas
• uso medio ambiental (caudales ecológicos, zonas húmedas)
• otros (acuicultura, fusión de nieve, construcción, eliminación de polvo,
limpieza de ganado)
REALIDAD DE LA REUTILIZACIÓN
LIMITACIONES POTENCIALES AL USO DE LAS
AGUAS RESIDUALES EN AGRICULTURA
•
Proyectos han sido generalmente promovidos por los propios
usuarios
•
Contexto ajeno a la planificación general a medio o largo plazo
•
Falta de marco
responsabilidades)
regulador
(concesiones,
régimen
económico,
•
Ausencia de normas de calidad
•
La reutilización planificada no ha sido incorporada de forma efectiva en
la gestión de los recursos hídricos
•
efectos sobre la calidad del agua superficial o subterránea
•
efectos sobre la salinidad del suelos
•
efectos sobre los propios cultivos
•
algunos aspectos relacionados con la salud pública (transmisión
de patógenos)
•
aspectos estéticos
•
dificultades de aceptación social
3
ASPECTOS TEÓRICOS DE LA REUTILIZACIÓN PARA RIEGO
Las mayores barreras para la
reutilización de aguas residuales en
•
requiere en muchos casos un nivel de calidad menos estricto
•
el agua tratada representa una fuente constante y segura de agua
aún en los años más secos
•
es un aporte continuo de nutrientes para las plantas
agricultura son psicológicas,
•
el contenido de nutrientes del agua residual (N, P, K
microelementos) representa un ahorro en gastos de fertilización
no técnicas
•
se contribuye a la conservación de los recursos hídricos
•
representa una posible reducción del coste económico del agua
destinada a riego ya que aguas de otra procedencia pueden resultar a
mayor precio
y
CARACTERÍSTICAS A TENER EN CUENTA:
PROCESOS FÍSICOS, QUÍMICOS Y BIOLÓGICOS
• Filtración
• Adsorción
• Absorción
• Cambio iónico
• Precipitación
• Coprecipitación de metales pesados con carbonatos, sulfuros e
hidróxidos
• Hidrólisis
• Descomposición microbiológica aerobia y anaerobia
4
Metales pesados y elementos traza
• intercambio iónico con arcillas y materia orgánica
• adsorción con minerales
• reacciones con moléculas orgánicas
Elemento
Conc.
Aporte
anual
con 1200
mm/año
mg/l
Kg/ha
<5
5-15
>15
<5
5-15
>15
0,005
0,06
5
10
20
82
167
333
Boro
Aporte sugerido,
kg/ha, con CIC
Años para alcanzar
ese aporte, con un
CIC
• adsorción por hidróxidos de Fe y Al, hidróxidos de Mg, óxidos de Fe y
Al y minerales micáceos
• como ácido bórico no es retenido por el suelo
Cd
Hierro y manganeso
Cu
0,1
1,2
125
250
500
104
208
416
Ni
0,02
0,24
125
250
500
521
1042
2083
Zn
0,15
1,8
250
500
1000
139
278
556
Pb
0,05
0,6
500
1000
2000
833
1667
3333
• como óxidos son insolubles
• en medio reductor con presencia de sulfuros pueden precipitar
Cu, Li, Ni, Zn y Cr
• adsorción por el terreno
Arsénico
• compuestos muy insolubles en medio aerobio pero existen algunas
formas solubles
Algunos datos
Nitrógeno
Metal
Agua
residual
Agua
recuperada
Zinc
193
35
Cobre
123
16
Cadmio
77
7
Plomo
88
66
• adsorción del amonio (intercambio iónico)
• nitrificación (oxígeno atmosférico, bacterias nitrificantes)
• desnitrificación (condiciones anaerobias, carbono orgánico, bacterias
desnitrificantes)
Fósforo
• Precipitación
fosfato de hierro y aluminio (suelos ácidos)
fosfato de calcio ( suelos alcalinos)
• intercambio iónico con iones OH• fijación en lechos bacterianos
5
Compuestos orgánicos
•adsorción
•volatilización
•biodegradación
Actividad bioquímica (reacciones de disimilación-mineralización más
significativas durante la infiltración)
isoterma de adsorción
Oxidación de la materia orgánica
C5H7O2N + 5O2
H2O + 4CO2 + NH4+ + HCO3Oxidación del amonio (nitrosomonas)
NH4++ 3/2O2 + H2O
NO2-+ 2H3O+
Oxidación del NO2 (nitrobacter)
NO2 + ½ O2
NO3
Oxidación del hierro (ferrobacterias)
4Fe2++ 6O2
2 Fe2O3
Oxidación del manganeso
2Mn2+ + 2O2
2 MnO2
La velocidad de biodegradación depende de (Wolfe et al., 1980):
1.tipo de microorganismos (bacterias, actinomicetos y hongos)
2.características del suelo
3.estructura molecular
•bioaccumulación
Los compuestos orgánicos se destruyen por oxidación en el terreno o por
degradación en medio anaerobio.
Reducción de la DBO (90 - 100 %), DQO (85-90%) y COT (85%)
Produce CO2 que, al incorporarse al agua, le confiere mayor agresividad que
puede incrementar la dureza y la alcalinidad del agua.
Factores que afectan a la movilidad de bacterias
Factor
Todas las reacciones (simplificadas) producen CO2 durante el proceso
consumiendo O2:
Oxidación de la materia orgánica: 2.0 ppm ratio
Oxidación del amonio: 3.6 ppm ratio
Oxidación del hierro: 0.14 ppm ratio
Oxidación del manganeso: 0.29 ppm ratio
Algunos datos sobre pervivencia de bacterias
Tipo de agua
Efectos
Coliformes fecales
Arena franca
fina a grava
9,1
Tratamiento primario
vertida en lechos de
infiltración
Estreptococos fecales
Arena limosa y
grava
183
Agua inoculada y agua
residual inyectada bajo
la superficie
Bacillus
stearothermophilis
Lecho rocoso
cristalino
28,7
Agua residual en
letrinas enterradas en
el nivel freático
Bacillus coliformes
Arena y arcilla
arenosa
10,7
Agua de canal en
balsas de infiltración
Escherichia coli
Dunas de arena
3,1
Temperatura
A
mayor
supervivencia
pH
Valores inferiores a 6 ó superiores a 8
afectan desfavorablemente a la mayoría de
las bacterias
Insolación
La luz solar es letal (desecación y rayos
UV)
Materia orgánica
Fuente de carbono
heterótrofas
Organismos
antagónicos
Protozoos, bacterias parasitarias, hongos
y actinomicetos producen enzimas líticos
y antibióticos
de
las
menor
bacterias
Distancia
máxima
recorrida (m)
6,1
Tratamiento terciario
Tratamiento secundario
vertida en lechos de
percolación
temperatura,
Medio
filtrante
Arena fina a
media
A mayor humedad, mayor supervivencia
Humedad del suelo
Organismo
Coliformes
6
Factores que afectan a la movilidad de los virus
Factor
Observaciones
pH
pH bajo favorece la adsorción; pH elevado favorece la
inactivación
Cationes
Los cationes neutralizan o reducen el potencial
electrostático de repulsión de las partículas virales
(cargas negativas) y los componentes del suelo,
favoreciendo la adsorción
Arcillas
Incrementa la adsorción de virus
Materia orgánica
Incrementa la adsorción de virus
Capacidad de cambio
Una CIC elevada promueve la adsorción de virus
Permeabilidad
Baja permeabilidad (<0,6 m/d) favorece la eliminación
de los virus
Materia en suspensión
La materia orgánica soluble compite con los virus por
los puntos de adsorción de las partículas coloidales
del suelo y dificulta la inactivación de los virus en el
agua residual
Agua de lluvia
Promueve la liberación de los virus previamente
adsorbidos
Tratamiento de aguas residuales para reuso
Algunos datos sobre la pervivencia de virus
Distancia
recorrida
(m)
Tipo de virus
Tipo de agua
Medio
filtrante
Eliminación
%
Poliovirus 2
Efluente
secundario
Grava
arenosa
60
100
T7
Efluente
secundario
Bosque
arenoso
20
99,6
Virus
entéricos
autóctonos
Efluente
secundario
Arena
franca
3-9
100
CONCLUSIONES
Desde el punto de vista de la gestión de recursos hídricos
MCHNCIEIBE
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Constituyen un recurso alternativo valioso
Desde el punto de vista de la preservación de los recursos hídricos
Riesgos de salinización y contaminación
Desde el punto de vista de la preservación de los suelos
Riesgo de salinización y sodificación
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Desde el punto de vista agrícola
Sólo problemas sanitarios
7
ASPECTOS TEÓRICOS DE LA REUTILIZACIÓN
EN RECARGA ARTIFICIAL
Pozo de
bombeo
Balsa de
recarga
Pozo de
observación
• supone una depuración final para el agua residual previamente
tratada con métodos convencionales
• permite obtener un agua recuperada con unas características
físicas, químicas y biológicas que cumplen los requisitos
agrícolas, estéticos y sanitarios necesarios para ser utilizada
como agua de riego sin ningún tipo de restricción
Sistema SAT
Soil - aquifer treatment
Abastecimiento
n.p.
Zona SAT
Impermeable
Esquema de la recarga del acuífero de la región de Dan (Israel)
utilizando aguas residuales (Idelovich, 1984)
La mejora de la calidad del agua depende de :
•
Calidad del agua que se infiltra
•
Naturaleza del terreno
•
Tiempo de circulación del agua
•
Duración de la operación de recarga y modo de operación
•
Procesos de colmatación, crecimiento de algas etc., durante la
infiltración
•
Grado de dilución del agua durante el paso por la zona no saturada y
saturada
8