Tema 6: Hidrosfera y humanidad. AGUA como recurso El agua es un factor determinante para el...

Tema 6: Hidrosfera y humanidad

AGUA como recurso

•El agua es un factor determinante para el desarrollo de la vida la sociedad y la economía humanas.

•Es un recurso renovable pero limitado ya que tiene una desigual distribución en el espacio y en tiempo.

•Los problemas que se avecinan son: el aumento en su consumo y su escasez. Provocado por las prácticas agrícolas y las actividades industriales y urbanas, el aumento de población y la contaminación.

Disponibilidad de agua en la Tierra: 2000 millones de personas sufren estrés hídrico

Ciclo hidrológico: trayectorias del agua según LOCALIZACIÓN y ESTADO FÍSICO. Sistema Cerrado.

Balance hidrológico: Sistema de flujos de materia. Balance de cada subsistema?

Atmósfera

Continentes Océanos

Cuantificación en Km3 al año

Agua disponible (País, región…)

Existente + entradas - salidas

Vapor de agua

Agua líquida

Vapor de agua Vapor de agua

Agua líquida

106 332

69 419

-37 escorrentía +37

Influencia humana en el ciclo hidrológico??nunca interrumpiendo el funcionamiento normal del ciclo, solo modificando los desequilibrios en tiempo y espacio.

Modificaciones que tienden a aprovechar el agua dulce y aprovechar mejor el ciclo del agua.

•Construcción de presas y embalses.• Adecuación del consumo hídrico, ej. Sistemas de riego•Control de la explotación de acuíferos y recarga artificial de los mismos.•Trasvases de agua entre cuencas hidrográficas.•Desalación de agua de mar.

Usos del agua

•Uso consuntivo: si el agua no puede ser utilizada de nuevo.–Urbano –Industrial –Agrícola

• Uso no consuntivo:–Energético –Recreativo –Ecológico o Ambiental

Usos del agua

•Uso primario: (imprescindible) agrícola, doméstico, industrial.

•Uso secundario (prescindible) energético, navegación, recreación.

DEMANDA HÍDRICA: cantidad de agua que es necesario suministrar para satisfacer consumos determinados.

Caudal de Compensación, ecológico o mínimo: El que asegure un mantenimiento del equilibrio ecológico en el sistema acuático

Tendencia de la demanda de agua en el futuro en España???

-Actualmente con respecto al resto del mundo las tendencias coinciden, aunque en España se utiliza más agua en la agricultura.- La tendencia: Aumento de la demanda en general, pero se prevé un incremento del uso industrial y un descenso del agrícola.

http://www.mma.es/portal/secciones/

Modificado en 2004 y 2005

Exemplo de preguntas de selectividadeDurante as úItimas décadas, a xestión da auga en España tivo que superar graves problemas derivados da forte seca, a aplicación de políticas moi dispares – a miúdo equivocadas - e a omisión dos factores ambientais. Sen embargo ningún destes problemas tiveron a complexidade técnica que encerra a elaboración do PIan Hidrolóxico Nacional. A súa mision é ordena-los recursos hídricos en España, a través dunha adecuada racionalización no consumo e abastecemento. Na práctica, isto pasa por responder ás demandas de auga da poboación, dentro e fóra das áreas urbanas, e dos regadíos, o gran consumidor da auga española. Para isto, o Goberno debedeterminar, xunto cos sectores afectados, as actuacións que permitan dar de beber ás cuncas deficitarias” Diario Expansión, 16 de setembro de 2000.a. Explique brevemente a significación dun Plan Hidrolóxico Nacional. b. ¿Cales cre que deben se-las principais actuacións que debe incluir un Plan Hidrolóxico Nacional ás que alude o texto? c. Elixa e comente, desde o punto de vista ambiental, un dos puntos de debate do Plan Hidrolóxico Nacional que actualmente se atopa en fase de discusión en España. d. Explique brevemente o concepto de caudal de compensación (caudal minimo, ecolóxico ou medioambiental) e. Indique unha medida en cada un dos sectores (agrícola, industrial e doméstico) que poidan contribuír a unha reducción do consumo de auga.

Significación del PHN: * Lograr el buen estado de las aguas. * Gestionar la oferta del agua y satisfacer las demandas de agua presentes y futuras a través de un uso racional sostenible, equilibrado y equitativo, garantizando la suficiencia y la calidad del recurso para cada uso y protección a largo plazo de los recursos hídricos sostenibles.

B.1. Contesta a 3 das 5 cuestións que se formulan a continuación do texto.O programa das Nacións Unidas para o Medio Ambiente (PNUMA) establece en 50 litros por persoa e día a necesidade básica de auga. Os datos aportados pola Conferencia sobre Auga Doce, celebrada en Bonn (Alemania) do 3 ó 7 de decembro do 2001, subverten este reparto: mentres os países pobres consumen 10 litros por persoa e día os ricos sobrepasamos os 250. Ademais 1.200 millóns de persoas non dispoñen de auga potable, e a escaseza a contaminación deste recurso para a alimentación e a hixiene provocan a morte de 12 millóns de persoas ó ano. A reunión incidiu unha vez máis na necesidade de desenvolver estratexias que limiten esta desigualdade, incluído o financiamento do acceso á auga que evite o seu mercadeo nos países en desenvolvemento. BIOLÓGICA xaneiro 2002a. Analiza o texto anterior e comenta as causas que orixinan a problemática que se contempla.b. ¿Que vantaxes obtén o home ó intervir sobre o ciclo hidrolóxico? Indica dúas medidas de carácter técnico encamiñadas a palía-la crecente demanda de auga.c. Indica dúas medidas en cada un dos sectores (agrícola, industrial e doméstico) polas que se consiga unha reducción do consumo de auga.d. ¿Cal é a actividade que máis auga demanda actualmente en España? Explicar cál será a tendencia da demanda de auga por sectores no futuro en España.e. Diferencia o uso consuntivo e non consuntivo da auga e pon un exemplo de cada un.

+ CALIDAD Y CANTIDAD

Disponer de mayores cantidades de agua dulce y lograr una mayor eficiencia y aprovechamiento del ciclo hidrológico.Solucionar los desequilibrios en la distribución espacial y temporal.

Ventajas de la intervención humana en el ciclo hídrico

CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS

• El agua tiene unas propiedades únicas y excepcionales.

• Los ríos, lagos y mares recogen, desde tiempos inmemoriales, las basuras producidas por la actividad humana.

• El ciclo natural del agua tiene una gran

capacidad de purificación. Pero esta misma facilidad de regeneración del agua, y su aparente abundancia, hace que sea el vertedero habitual en el que arrojamos los residuos producidos por nuestras actividades.

• Gran parte del agua de nuestro planeta, alrededor del 98%, corresponde a agua salada que se encuentra en mares y océanos, el agua dulce que poseemos en un 69% corresponde a agua atrapada en glaciares y nieves eternas, un 30% está constituida por aguas subterráneas y una cantidad no superior al 0,7% se encuentra en forma de ríos y lagos.

Origen y tipos de contaminación.• Naturales: Algunas fuentes de contaminación del

agua son naturales. Por ejemplo, el mercurio y los hidrocarburos. Normalmente las fuentes de contaminación natural son muy dispersas y no provocan concentraciones altas de polución, excepto en algunos lugares muy concretos.

• De origen humano Hay cuatro focos principales de contaminación antropogénica :

• Industria. • Navegación.• Residuos urbanos.• Agricultura y ganadería

• 1. Industria. Según el tipo de industria se producen distintos tipos de residuos. Normalmente en los países desarrollados las industrias deberían poseer eficaces sistemas de depuración de las aguas.

Sector industrial Substancias contaminantes principales

Construcción Sólidos en suspensión, metales, pH.

Minería Sólidos en suspensión, metales pesados, materia orgánica, pH, cianuros.

Energía Calor, hidrocarburos y productos químicos.

Textil y piel Cromo, taninos, tensoactivos, sulfuros, colorantes, grasas, disolventes orgánicos, ácidos acético y fórmico, sólidos en suspensión.

Automoción Aceites lubricantes, pinturas y aguas residuales.

Navales Petróleo, productos químicos, disolventes y pigmentos.

Siderurgia Cascarillas, aceites, metales disueltos, emulsiones, sosas y ácidos.

Química inorgánica Hg, P, fluoruros, cianuros, amoniaco, nitritos, ácido sulfhídrico, F, Mn, Mo, Pb, Ag, Se, Zn, etc. y los compuestos de todos ellos.

Química orgánica Organohalogenados, organosilícicos, compuestos cancerígenos y otros que afectan al balance de oxígeno.

Fertilizantes Nitratos y fosfatos.

Pasta y papel Sólidos en suspensión y otros que afectan al balance de oxígeno.

Plaguicidas Organohalogenados, organofosforados, compuestos cancerígenos, biocidas, etc.

Fibras químicas Aceites minerales y otros que afectan al balance de oxígeno.

Pinturas, barnices y tintas Compuestos organoestámicos, compuestos de Zn, Cr, Se, Mo, Ti, Sn, Ba, Co, etc.

• 2. Vertidos urbanos. La actividad doméstica produce principalmente residuos orgánicos, pero el alcantarillado arrastra además todo tipo de sustancias: emisiones de los automóviles (hidrocarburos, plomo, otros metales, etc.), sales, ácidos, etc. La obligada construcción de depuradoras en los municipios está reduciendo de forma importante este tipo de contaminación, pero en España la depuración de aguas residuales es todavía insuficiente.

• 3. Navegación. Produce diferentes tipos de contaminación, especialmente con hidrocarburos. Los vertidos de petróleo , accidentales o no, provocan importantes daños ecológicos.

• 4. Agricultura y ganadería. Los trabajos agrícolas producen vertidos de pesticidas, fertilizantes y restos orgánicos de animales y plantas que contaminan de una forma difusa pero muy notable las aguas. La mayoría de los vertidos directos en España (el 65% de los 60 000 vertidos directos que hay), son responsabilidad de la ganadería.

• Se llama vertidos directos a los que no se hacen a través de redes urbanas de saneamiento, y por tanto son más difíciles de controlar y depurar.

Factores que influyen en la mayor o menor gravedad de la contaminación de las aguas:

*Características del Receptor:Tipo (aguas subterráneas o superficiales)Cantidad (+ o – diluido) y calidad ( efecto sumativo si es de mala calidad el receptor)Características dinámicas o estáticas (aguas estancadas o en

movimiento)Biocenosis presencia de organismos que degraden la materia

orgánicaZona del receptor: si tiene vertidos adicionales, índice de

pluviosidad (lluvias), relieve (afecta al movimiento o estancamiento de las aguas).* Usos previos que tuviera el agua

Contaminantes físicos del agua

Alteraciones físicas Características y contaminación que indica

Color El agua no contaminada suele tener ligeros colores rojizos, pardos, amarillentos o verdosos. debido, principalmente, a los compuestos húmicos, férricos o los pigmentos verdes de las algas que contienen..

Olor y sabor Compuestos químicos presentes en el agua como los fenoles, diversos hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición o esencias liberadas por diferentes algas u hongos pueden dar olores y sabores muy fuertes al agua, aunque estén en muy pequeñas concentraciones. Las sales o los minerales dan sabores salados o metálicos, en ocasiones sin ningún olor.

Temperatura Aumenta la velocidad de las reacciones del metabolismo, acelerando la putrefacción. Las centrales nucleares, térmicas y otras industrias contribuyen a la contaminación térmica de las aguas, a veces de forma importante.

Materiales en suspensión

Partículas como arcillas, limo y otras, aunque no lleguen a estar disueltas, son arrastradas por el agua de dos maneras: en disoluciones coloidales; o en suspensión que sólo dura mientras el movimiento del agua las arrastra.

Radiactividad Las aguas naturales tienen unos valores de radiactividad, debidos sobre todo a isótopos del K. Algunas actividades humanas pueden contaminar el agua con isótopos radiactivos.

Espumas Los detergentes producen espumas y añaden fosfato al agua (eutrofización). Disminuyen mucho el poder autodepurador de los ríos al dificultar la actividad bacteriana. También interfieren en los procesos de floculación y sedimentación en las estaciones depuradoras.

Conductividad El agua pura tiene una conductividad eléctrica muy baja. El agua natural tiene iones en disolución y su conductividad es mayor y proporcional a la cantidad y características de esos electrolitos. Por esto se usan los valores de conductividad como índice aproximado de concentración de solutos.

Partículas en suspensión: orgánicas o inorgánicas

Efectos de los CONTAMINANTES FÍSICOS:•Temperatura:

•Aumento de las reacciones metabólicas acelerando la putrefacción.•Disminución del O2 disuelto•Alteración de ciclos naturales de crecimiento y reproducción.•Desaparición de especies adaptadas a otras temperaturas.•Partículas radiactivas:•Cánceres.•Acumulación durante mucho tiempo en lodos y fondos oceánicos.•Partículas en suspensión (orgánicas o inorgánicas):•Turbidez = menos luz•Menor movilidad para los organismos•Modificación de las características del agua

Contaminantes químicos (orgánicos, inorgánicos y gases)

Orgánicos:Pesticidas y fenoles: toxicidadCarbohidratos-proteínas (olor y sabor) y grasas (cadenas tróficas).

Inorgánicos: Álcalis: variaciones del pH tóxicasSalesMetales pesados: Toxicidad y acumulación.Compuestos Nitrogenados: Eutrofización y ToxicidadCompuestos Fosfatados: Eutrofización.Compuestos azufrados.

Gases: Olores y sabores

EUTROFIZACIÓN Aumento excesivo de la producción primaria debido a la introducción de nutrientes que actuaban como factor limitante de la producción.

• Vertido (detergente o abonos)• Aumento desmesurado fitoplancton• Reducción de la luz y el O2 • Muerte de org. aerobios y fotosintéticos• Proliferan bacterias descomponedoras que consumen

todo el O2• Crecimiento de bacterias anaerobias y fermentación: H2S,

CH4 y NH3• Simultáneamente en superficie crecen cianofíceas

CONTAMINANTES BIOLÓGICOS

Alteraciones biológicas del agua Contaminación que indican

Bacterias coliformes Desechos fecales

Virus Desechos fecales y restos orgánicos

Animales, plantas, microorganismos diversos

Eutrofización

Bacterias: Fiebres, gastroenteritis, cólera, disentería, paludismo…Virus: hepatitis y PolioGusanos, parásitos y protozoos.

EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA

• RÍOS: Debido a su dinámica poseen capacidad de autodepuración, no obstante pueden aparecer problemas de restricción de agua, alteraciones de la biocenosis, apariencia y olor desagradables.

• LAGOS: Al ser masas estáticas los efectos de la contaminación son más severos y persistentes.

EUTROFIZACIÓN Aumento excesivo de la producción 1ª debido a la introducción de nutrientes que actuaban como factor limitante de la producción.

• Vertido (detergente o abonos)• Aumento desmesurado fitoplancton• Reducción de la luz y el O2 • Muerte de org. aerobios y fotosintéticos• Proliferan bacterias descomponedoras que consumen

todo el O2• Crecimiento de bacterias anaerobias y fermentación: H2S,

CH4 y NH3• Simultáneamente en superficie crecen cianofíceas

Un efecto esporádico que se produce en verano en zonas costeras

como consecuencia de esa proliferación excasiva: MAREAS ROJAS

• Es un fenómeno natural, caracterizado por el aumento de ciertos microorganismos del fitoplancton, no necesariamente asociado a un cambio de coloración del agua del mar.

• Estos organismos producen toxinas, creando problemas sanitarios y económicos.

CONTAMINACIÓN DE AGUAS SUBTERRANEAS

• Importante recurso hídrico (30% población y regadío)

• Baja renovación y capacidad depurativa.• Como? Sobreexplotación, contaminación y

salinización.• Origen:

Sobreexplotación de un acuífero (acumulación de agua subterránea):

Extracción de agua superior a su capacidad de recarga, con lo que se origina un descenso del nivel freático y como consecuencia una disminución de su utilidad como recurso.

Intrusión marina: salinización. Desalojo del agua dulce del acuífero por la del mar como consecuencia de la

sobreexplotación de éste.

Contaminación de los mares• Gran capacidad de depuración.• Volumen enorme, pero que en determinados

puntos crea graves problemas.

Vertidos de petróleo: Mareas negras

• Vertidos: 3 millones Tm• Gran daño a los ecosistemas: muertes de productores por

falta de luz, perdida de flotabilidad, envenenamiento, etc..

Por causas naturales 10%

Desde tierra 64%

Por funcionamiento de petroleros

7%

Por accidentes 5%

Por explotaciones petroleo en mar

2%

Por otros buques 12%

• Medidas Preventivas: legislación, naves de doble casco.

• M. Correctivas, barreras flotantes, geles químicas, succión, agentes dispersantes, siembra de bacterias “comedoras” de hidrocarburos.

Calidad del agua (se define en función del uso para el que sea destinada, mediante la medición

de determinadas cualidades o en relación a su estado original)• Físicos – color, sabor, olor y conductividad eléctrica.

• Químicos:– Oxígeno disuelto (OD)– Demanda biológica de O2 (DBO). Cantidad de O2 que necesitan los microorganismos para oxidar la materia orgánica.– Demanda química de O2 (DQO). Cantidad de O2 disuelto en el agua para oxidar la materia orgánica sin la participación de

los microorganismos.– Contenido total e carbono de los compuestos orgánicos (COT).– pH, alcalinidad (iones bicarbonato e hidroxilos), dureza iones Calcio y Magnesio)• Biológicos: microorganismos presentes en las aguas.

BIOINDICADORES O INDICADORES BIOLÓGICOS DE CONTAMINACIÓN.

Presencia de determinadas especies de seres vivos cuya presencia es orientativa sobre los niveles de contaminación. Las variaciones en sus poblaciones indican contaminación en el medio acuático.

SISTEMAS DE DEPURACIÓN Y TRATAMIENTO DE LAS AGUAS

1. Tratamiento de agua para consumo: Agua natural que se somete a tratamiento para convertirla en agua potable. En ETAP.

Tratamiento global: métodos físicos (decantación, filtrado y tamizado).

Tratamiento especial : desinfección , cloración y ozono y radiación uv. Tr. Afine (neutralización y ablandamiento)

Autodepuración:capacidad de algunas aguas

naturales para depurar las aguas: sedimentación de partículas y

degradación de materia orgánica a inorgánica, nutriente para las algas =

aumento de la fotosíntesis y el O2

SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES

(natural o blanda y artificial o dura)

Se trata de devolver al medio natural aguas contaminadas en el mejor estado posible.

• Sistemas de depuración natural o blanda: reproducen sistemas de autodepuración.– Lagunaje: acción del tiempo y microorganismos en lagunas

artificiales.Lagunas aerobias: extensas y poco profundas.Lagunas anaerobias. Pequeñas y profundas.Lagunas facultativas. Ambos procesos– Filtros verdes. Arenas y chopos.

Sistemas de depuración tecnológica o dura

• Tratamientos físicos, químicos y biológicos dependiendo del agua a tratar. Se realiza en EDAR Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales.

• Se distinguen los tratamientos, por:– Líneas de agua. Recorrido del agua residual.– Línea de Fangos, lodos o biosólidos. Resultante de

concentrar los contaminantes del agua. Camino distinto.

– Línea de gas … el gas resultante de la digestión de fangos puede ser utilizado para generar energía para abastecer a la planta depuradora.

Línea de agua• Pretratamiento: Separación de sólidos en

suspensión de tamaño grande.Desbaste o retención. Rejas.Desarenado. Decantación de arenas.Desengrasado. Mismos procesos que el

anterior.

• Tratamiento primario. Separación de sólidos en suspensión de menor tamaño, decantación primaria (Separar un líquido del poso que contiene, vertiéndolo suavemente en otro recipiente), floculación (formación de agregados de los contaminantes gracias a productos químicos) y neutralización.

• Tratamiento secundario: procesos biológicos complementados por decantación secundaria.-Fangos o lodos activos. Tanques aerobios con inyección de O2, y formación de lodos de microorganismos y materia orgánica.-Lecho o filtro bacteriano. Depósito de materia inerte con microorganismos descomponedores adheridos , a través del que pasa el agua residual pulverizada.

Tratamiento Terciario. Complementario. Extracción de Mat. Inorgánica o nutrientes no extraídos en los procesos anteriores.

Desinfección. Cloro, ozono, luz uv.

2. Línea de fangos

3. Línea de gas

1. Línea de aguas