Contaminación de
aguas subterráneas
PRINCIPALES
AGENTES CONTAMINANTES
Los
contaminantes químicos son muy variados y
se pueden clasificar en iones normales, iones nitrogenados, materia orgánica,
metales pesados y compuestos tóxicos.
El
grupo genérico de iones normales comprende
los iones cloruro, sulfato, bicarbonato, sodio, calcio, magnesio y los
parámetros derivados: residuo seco y dureza.
El
principal efecto de la dureza en las aguas de uso doméstico es el incremento en
el gasto de jabón, detergentes o productos de ablandamiento de las aguas para
evitar incrustaciones, aparte de las dificultades en la cocción de verduras y
otros alimentos. En cuanto a los iones
nitrogenados, sobre todo se trata de los nitratos derivados
de la utilización de fertilizantes. La presencia de nitritos y amonio puede
indicar que proceden de la descomposición de la materia orgánica de algún
vertido de residuos y que puede venir acompañada de organismos patógenos.
Los
principales inconvenientes que puede causar la materia
orgánica en aguas destinadas al consumo humano son los
de color, olor y sabor, la posibilidad de existencia de microorganismos
patógenos que se nutren de ella y la presencia de ciertas sustancias orgánicas
no biodegradables que permanecen en el agua y cuyos efectos sobre la salud humana
aún no son suficientemente conocidos.
Se
incluyen bajo la denominación de metales
pesados los iones metálicos que, aunque suelen aparecer
como trazas en las aguas subterráneas, pueden ser indicio fundado de
contaminación cuando sus concentraciones son anormalmente altas. Compuestos
tóxicos y trazadores, los plaguicidas organoclorados son los más peligrosos
por su elevada toxicidad, por ser acumulativos y difícilmente degradables. Los organofosforados
y carbonatados presentan en general menos peligro aunque los posibles efectos
de todos ellos son escasamente conocidos.
Los
detergentes comunican espuma y mal sabor.
El
cianuro es altamente tóxico a elevadas concentraciones.
El
principal problema que puede entrañar la contaminación microbiológica de las
aguas subterráneas consiste en la posible propagación de enfermedades
producidas por bacterias o virus que sean introducidas en el acuífero por los
vertidos de productos fecales de origen humano o animal.
MECANISMOS DE INTRODUCCION Y PROPAGACION DE LA CONTAMINACION EN
EL ACUIFERO
Los
principales mecanismos de llegada de contaminantes son los de propagación
a partir de la superficie, que incluyen los casos de
arrastre de contaminantes desde la superficie del
terreno por las aguas de infiltración (vertidos
sobre el terreno, uso de fertilizantes, etc..) y los de
infiltración de aguas superficiales
contaminadas desde ríos, acequias, etc.., provocados por la
acción humana; los de
propagación desde la zona no saturada cuyos ejemplos más típicos
son los derivados de los sistemas de
tratamiento de aguas residuales domésticas y de
embalsamiento superficial de residuos líquidos
de diversa procedencia y, finalmente, los de propagación
originados en la zona saturada cuyos casos más
típicos son los pozos de inyección
y la progresión de la intrusión salina por alteración del régimen de flujo.
I. Arrastre de contaminantes desde la superficie
II. Inyección directa al acuífero
CAUSAS
DE CONTAMINACIÓN
-
por actividades urbanas
-
por actividades agrícolas
-
por actividades industriales
-
por aguas salinas
-
por actividades mineras
-
por vertidos de origen urbano
-
otros
MIGRACIÓN
DE CONTAMINANTES
Es
el conjunto de procesos de transporte,
almacenamiento, intercambio y transformación (transferencia),
que por causas físicas, químicas y biológicas afectan a los solutos en el suelo
y las aguas subterráneas
El
transporte de solutos o de contaminantes en medios porosos, saturados,
homogéneos e isótropos está regido por una ecuación de conservación de masa,
que tiene en consideración que el flujo está afectado por los siguientes
mecanismos:
a)
movimiento convectivo (desplazamiento medio)
b)
dispersión aparente (difusión molecular y dispersión mecánica)
c)
reacciones geoquímicas (cambio iónico, adsorción,...)
d)
procesos bioquímicos, radiológicos (degradación biológica, decrecimiento
radioactivo,..)
Los
medios porosos constituyen sistemas heterogéneos formados por una matriz
sólida, con constituyentes minerales y orgánicos, y un complejo sistema de
poros interconectados que están rellenos de fluidos (aire o agua).
TRANSPORTE
DE SOLUTOS EN EL ACUÍFERO
Las
sustancias disueltas, contaminantes o no, una vez incorporadas al sistema de
flujo del acuífero, pueden ser transportadas bien por el propio movimiento del
agua bien por difusión molecular, o por ambos medios simultáneamente.
Cuando
son transportadas por el agua en movimiento, tienden a moverse en la dirección general
del flujo y, si no existen interacciones con el terreno, a una velocidad que es
igual a la velocidad media del agua subterránea. Sin embargo, a causa de las
tortuosidades del terreno, los solutos tienden a separarse de la trayectoria
ideal del agua y a moverse con diferente velocidad. Esta desviación de la
trayectoria ideal se denomina dispersión
mecánica o hidráulica. Cuando la dispersión se produce,
además, a consecuencia de una difusión molecular, simultánea al movimiento del
agua, se denomina dispersión hidrodinámica.
En
la difusión no
se produce movimiento de solutos a través del movimiento del agua. El movimiento
es debido sólo a la existencia de un gradiente de concentración, no hidráulico.
Su efecto es la tendencia a la igualación de concentración en cualquier parte
del sistema.
Advección
El
transporte advectivo o flujo másico advectivo se refiere al movimiento pasivo
de solutos disueltos en el agua.
Difusión
El
transporte difusivo es debido al movimiento de iones disueltos y moléculas
debido a la existencia de gradientes de concentración y a la agitación térmica
de las moléculas.
Dispersión
Los
diferentes tipos, tamaños y orientación de los poros da lugar a velocidades que
difieren de unos puntos a otros. Además, también hay variaciones de velocidad
en un mismo poro, en donde la velocidad es más pequeña cerca de la pared del
poro. Este mecanismo es llamado dispersión
mecánica,
TIEMPO
DE TRANSITO DE CONTAMINANTES
t = tR + T
tR = H mr / R T = d m / k i
H
= espesor no saturado
R
= recarga local
mr
= humedad volumétrica media del perfil
d
= distancia horizontal foco - captación
m
= porosidad volumétrica total
k
= permeabilidad
i
= gradiente hidráulico
En el medio no saturado:
En el medio saturado:
TRANSFERENCIA
DE MASAS
Durante
el transporte de las sustancias disueltas, potencialmente contaminantes, a lo
largo del flujo subterráneo, éstas están sometidas a una serie de procesos que
tienden a atenuar sus efectos (autodepuración del agua subterránea). Los
principales procesos que pueden tener lugar son:
Procesos
físicos
Dispersión.
Provoca la dilución de contaminantes. La capacidad de dispersión de un medio depende
de su grado de heterogeneidad, velocidad del agua subterránea,.. En general, es
inversamente proporcional a la porosidad.
Filtración.
Elimina virtualmente todos los sólidos en suspensión. No es efectiva frente a
la mayoría de las especies químicas inorgánicas. Muy efectiva en medios
arcillosos.
Circulación
de gases. Favorece la descomposición de sustancias
orgánicas. La limitación de esta circulación puede provocar condiciones
anaerobias. Volatilización y fuga en estado de gas pueden afectar a nitratos y
sulfatos.
Procesos
geoquímicos
Formación
de complejos y fuerza iónica. Los complejos y
pares iónicos se forman en su mayoría por combinación de iones polivalentes. La
fuerza iónica es una medida del total de iones disueltos. Tanto una como otra
hacen aumentar la cantidad de especies disueltas que estarían limitadas por
oxidación, precipitación o adsorción.
Neutralización
- reacciones ácido-base. La mayoría de los constituyentes
de las aguas subterráneas son más soluble y, por tanto, más móviles cuando el
pH es bajo.
Oxidación
- reducción. Muchos elementos pueden presentar varios
estados de oxidación estando su movilidad estrechamente ligada a dicho estado.
En suelos no saturados y zonas de recarga de acuíferos suelen predominar
condiciones oxidantes o parcialmente reductoras, mientras que en la zona
saturada suelen predominar las reductoras, especialmente si existe materia
orgánica.
Precipitación
- disolución. Teóricamente casi cualquier constituyente que
se encuentre en solución puede precipitar. El calcio, magnesio, bicarbonatos y
sulfatos, especialmente, pueden estar sometidos a estos procesos.
Constituyentes traza como arsénico, boro, cadmio, cianuro, hierro, plomo,
mercurio, presentan una notable capacidad de precipitación en ciertas condiciones.
Adsorción
- desorción. El proceso de intercambio iónico puede
provocar la retención de cationes y aniones en la superficie de las arcillas.
La cantidad de cationes metálicos adsorbidos aumenta con el pH. Los elementos
adsorbidos pueden volver a la solución (desorción) cuando un agua con menor
concentración de estos elementos entra en contacto con el material adsorbente.
Procesos
bioquímicos
Degradación
biológica y asimilación. Muchas sustancias orgánicas
pueden ser extraídas del agua por actividad biológica: sulfatos, nitratos,
arsénico y mercurio pueden ser fijados biológicamente. El molibdeno es
fuertemente asimilado y fijado por las plantas.
Síntesis
celular. El nitrógeno, carbono, azufre y fósforo, así
como otra constituyente son necesarios para el crecimiento de los organismos y
pueden, por consiguiente, ser retirados en su movimiento desde los
emplazamientos de residuos.
PROCESOS
EN LA ZONA NO SATURADA
Las
entradas de agua son debidas a las lluvias, al riego, recarga artificial y
lixiviados de vertidos, cuyas características físico-químicas es necesario
conocer. Los procesos que en mayor medida afectan a esta zona son la evapotranspiración
que conlleva la concentración de las sales
disueltas y la absorción radicular selectiva,
cuya fase líquida forma parte de la evapotranspiración pero que puede jugar un
importante papel en la pérdida de algunos iones (nitratos fundamentalmente).
Degradación de
compuestos orgánicos, oxidación-reducción, precipitación-disolución y cambio iónico.
La
volatilización puede afectar al
amonio y aciertas sustancias orgánicas (plaguicidas).
Realmente,
en esta zona también tienen lugar la mayoría de los procesos que se indican en
la zona intermedia o zona no saturada propiamente dicha, e incluso con mayor
intensidad, como puede ser el caso de la adsorción de metales pesados o de
nitrificación del amonio.
Los
procesos de adsorción,
incluido el cambio iónico,
afectan fundamentalmente a cationes.
Son
típicos los intercambios entre calcio, sodio o amonio así como la adsorción de
potasio o metales pesados, aunque también pueden afectar a aniones (fosfatos).
Los
procesos de disolución - precipitación dependen
básicamente de la solubilidad de los compuestos y de su equilibrio respecto a
la saturación. Estos procesos, que afectan fundamentalmente a carbonatos
también pueden afectar a otras sales (fosfatos). El algunos casos, las sales
precipitadas pueden ser nuevamente puestas en disolución cuando se modifica la
fuerza iónica, como ocurre con el carbonato de cadmio en presencia de agua de cierta
salinidad.
Las
reacciones de oxidación en
ambiente aerobio, capaz de aportar oxígeno, son especialmente intensas en los
compuestos del nitrógeno (nitrificación del
amonio y nitrito) y en los sulfuros, que son transformados a sulfatos. Por el
contrario, las reacciones de reducción, en ambiente anaerobio y con presencia
de materia orgánica, conducen a la formación de amonio (desnitrificación)
y sulfuros (reducción de sulfatos).
La
biodegradación que afecta a las
sustancias orgánicas tiene lugar en los primeros centímetros del suelo donde
tanto la presencia de oxígeno como la actividad biológica son muy elevadas.
Esta biodegradación provoca una rápida disminución de la carga contaminante orgánica
existente en el agua, que se constata por descensos en los valores de los
parámetros que la caracterizan, como son la DBO5, DQO y materia orgánica.
Finalmente,
las sustancias solubles y que no han sido retenidas por los distintos procesos mencionados
alcanzan el acuífero con el agua de recarga.
