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INGENIERÍA AMBIENTALCalidad de las aguas

Tema 13

Contaminación de lagos, embalses y acuíferos

David Sánchez Ramos

[email protected]

a) Conceptos generales

b) Residuos Sólidos y contaminación atmosférica

c) Calidad de las aguas8. Gestión del agua

9. El agua natural

10. Contaminación de las aguas

11. Calidad del agua y su control

12. Calidad del agua en ríos

13. Contaminación de lagos, embalses y acuíferos

d) Potabilización de aguas

e) Tratamiento de aguas residuales

INGENIERÍA AMBIENTAL

1. Contaminación de lagos y embalses

1. Características físicas de lagos y embalses

2. Efectos de la contaminación

3. Eutrofización

2. Contaminación de acuíferos

CONTAMINACIÓN DE LAGOS, EMBALSES Y ACUÍFEROS

Bibliografía principal utilizada:

Tejero et al., 2006. Introducción a la Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Universidad de La Coruña

1. CONTAMINACIÓN DE LAGOS Y EMBALSES

� Masas de agua superficiales de tipo lago o embalse

� Se caracterizan fundamentalmente por los altos tiempos de

retención hidráulica y la escasa renovación del agua → responden

de forma diferente a un vertido con contaminación a como lo hace

una corriente superficial

� Gran capacidad de dilución (habitualmente) considerando los

volúmenes que mezclamos

� La evolución de los contaminantes queda condicionada

fuertemente por el comportamiento físico de la masa de agua


1.1. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAGOS Y EMBALSES

� Características físicas de lagos y embalses

� Principales parámetros físicos que influyen en el funcionamiento

de las masas de agua: profundidad, superficie, volumen

� La combinación de estos parámetros tiene una gran importancia

en la cantidad de agua que es alcanzada por la radiación solar

� Profundidad media (volumen total / superficie total) → suelen

considerarse lagos (o embalses) profundos los que tienen una

profundidad media > 5 m

� El comportamiento de una masa de agua profunda se caracteriza

por los fenómenos que se producen a lo largo de la columna de

agua


La estratificación de la masa de agua no permite la mezcla entre las

capas superiores e inferiores → en cada una de ellas se producen

procesos totalmente diferentes → en la capa inferior se acumulan

sedimentos y MO, pudiendo consumirse todo el OD


� Estratificación en lagos y embalses

� Las aguas de la parte superior (epilimnio) se calientan como consecuencia

de la insolación, pero las aguas más profundas (hipolimnio) se mantienen

frías (a unos 4 ºC) al no recibir energía

� Entre ambas capas, totalmente diferenciadas, se establece una capa de

transición (termoclina) → fuerte gradiente de Tª

� En invierno la capa de agua superior puede llegar a congelarse pero el

hipolimnio permanecerá a unos 4 ºC (Tª a la que el agua alcanza su mayor

densidad) → se man2ene una capa de transición



� Estratificación en lagos y embalses

� La acción del viento sobre la superficie puede mantener mezclado el

epilimnio, pero no logra superar la termoclina

� La mezcla global de la masa de agua se produce en las épocas de

transición → debido al cambio de temperaturas de invierno a verano (o

viceversa) la Tª se iguala a lo largo de toda la columna de agua y dejan de

existir capas diferenciadas

� Este fenómeno se suele producir en la primavera o en el otoño → “ciclo

de vida del embalse”


1.2. EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN EN LAGOS Y EMBALSES

� Oxígeno disuelto

� Gran cantidad de agua y elevada reaireación (al existir una gran

superficie expuesta a la atmósfera) → las concentraciones de OD

en la masa de agua suelen ser elevadas

� Las demandas de OD ejercidas por posibles vertidos con MO se

ven satisfechas sin generar problemas de anoxia; los compuestos

nitrogenados se nitrifican casi en su totalidad

� Sólidos en suspensión

� Las escasas corrientes y los elevados tiempos de retención

permiten que las partículas en suspensión sedimenten y

desaparezcan de la columna de agua

� La acumulación de partículas de todo tipo en el fondo forma capas

de fangos que pueden alcanzar elevados espesores y que pueden

ser muy activas bioquímicamente



� Gérmenes patógenos

� Van desapareciendo por muerte, por efecto de las condiciones

extrañas y agresivas de la masa de agua y por efecto de la

radiación ultravioleta, que penetra a través de la gran superficie

de la masa de agua

� Su desaparición se suele describir a través de tasas, normalmente

con el parámetro T90

→ intervalo de 2empo necesario para que

una concentración determinada se reduzca a la décima parte



� Nutrientes

� Los ríos suponen una entrada natural de nutrientes a los lagos

→ aporte de N y P, factores limitantes de los productores

primarios (fundamentalmente algas)

� Otros elementos y compuestos (p.e. silicio, manganeso, vitaminas)

limitan el crecimiento de las algas, pero los nutrientes fundamentales

son el N y el P (el P suele ser el factor más limitante)

� La acción clorofílica (fotosíntesis) supone un abundante consumo

de CO2 → produce la alcalinización del agua

� Los vertidos contaminantes (EDAR, escorrentía procedente de

zonas agrícolas…) pueden aportar a los lagos y embalses grandes

concentraciones de nutrientes → supone un desequilibrio del

ecosistema (eutrofización)



� Exceso de nutrientes → eutrofización

� La disponibilidad de nutrientes favorece el crecimiento de las

algas, pudiendo alcanzar concentraciones muy elevadas

� En principio su crecimiento puede ser interesante ya que aumenta

la productividad del ecosistema → aumento de la vida piscícola


� La muerte de algas, la generación

de detritus y la abundancia de MO

degradándose favorece el

crecimiento de organismos

detritívoros

� Estos organismos consumen OD,

pudiendo agotar el disponible en el

agua → provocan la muerte casi

completa de la masa de algas y

organismos que llegaron a poblar el

embalse o el lago

1.3. EL PROCESO DE EUTROFIZACIÓN

� Eutrofización

� El estado eutrófico de un lago o embalse depende del grado de

enriquecimiento en nutrientes de la masa de agua

� Un excesivo enriquecimiento en nutrientes provoca repercusiones

generalmente negativas para la calidad del agua del embalse → 2

enfoques a la hora de definir el concepto de eutrofización:

� Enriquecimiento en nutrientes

� Consecuencias que para la calidad del

agua implica ese enriquecimiento



� Origen del término “eutrofización”

� “Aumento de los niveles nutricionales, especialmente con

respecto al fósforo y al nitrógeno” (Naumann, 1919)

� En las primeras investigaciones sobre calidad de agua en lagos, se

establecían 2 categorías:

� Weber (1907):


� Thienemann:


� Evolución del término “eutrofización”

� Relación entre eutrofización y calidad del agua: “enriquecimiento

en nutrientes, y subsiguiente deterioro progresivo de su calidad,

principalmente en lagos, debido a la proliferación vegetal con las

repercusiones subsiguientes en el metabolismo global de las aguas

afectadas” (Vollenweider, 1968)

� Definición de eutrofización aceptada en la actualidad:

“enriquecimiento en nutrientes de las aguas, que provoca la

estimulación de una serie de cambios sintomáticos, entre los que

se encuentra el incremento en la producción de algas y macrófitas,

el deterioro de la calidad del agua y otros cambios sintomáticos

que resultan indeseables e interfieren con la utilización del agua”

(O.C.D.E., 1982)


Se considera la eutrofización desde el punto de vista de los efectos inducidos en la masa de

agua → se enfa2zan las consecuencias que este fenómeno implica al hombre más que el

hecho de que el origen sea el incremento de la cantidad de nutrientes de esa masa de agua


� Eutrofización natural / antropogénica

� La eutrofización es un proceso natural asociado al envejecimiento

del lago o embalse, que se desarrolla con mucha lentitud, por

causas inherentes o externas a la propia masa de agua

� Causas inherentes a la propia masa de agua:

� Excreciones y descomposición de organismos muertos

� Descomposición de la vegetación litoral por oscilaciones del volumen

de agua

� Redisolución de sedimentos del fondo

� Concentración por evaporación

� Causas externas a la masa de agua:

� Cambios en la forma de la cubeta (consecuencia del llenado por

sedimentos producidos por la erosión)

� Aportaciones de materiales transportados por el viento

� Incorporación de restos de organismos → degradación natural

� Incendios



� Eutrofización natural / antropogénica

� El ser humano altera los procesos de eutrofización mediante

distintas acciones:

� Aportación de N y P en los vertidos de aguas residuales urbanas e

industriales

� Eliminación de cubierta vegetal y cambios en los usos del suelo

→ favorecen la escorrentía sobre las masas de agua

� Contaminación difusa por fertilizantes, pesticidas, vertidos de granjas,

etc.

� Este fenómeno se denomina eutrofización antropogénica, cultural

o artificial para distinguirla de la eutrofización natural


La eutrofización antropogénica puede acelerar

considerablemente el proceso de eutrofización natural


� Principales elementos que condicionan la eutrofización: aporte

de nutrientes, luz y algas → condicionan la disponibilidad de OD

en la masa de agua


� La penetración de la luz en la columna de

agua sigue una curva exponencial

decreciente

� El coeficiente de atenuación depende de forma

directa del grado de turbidez de las aguas

� La existencia de radiación solar (energía)

condiciona la existencia de las algas

� Las propias algas generan un fenómeno de

auto-ensombrecimiento que limita aún más la

penetración de la luz solar

� Un exceso de luz (como puede ocurrir en las

capas más superficiales) también puede resultar

letal para las propias algas


� Principales elementos que condicionan la eutrofización: aporte

de nutrientes, luz y algas → condicionan la disponibilidad de OD

en la masa de agua


� La capa colonizada por las algas sufre un

consumo intenso de nutrientes (N y P) → las

concentraciones son mínimas en esa zona

� Elevada acción fotosintética en el epilimnio

→ altas concentraciones de OD, incluso por

encima del valor de saturación

� En el fondo (hipolimnio) pueden darse

concentraciones superiores de N y P debido

a la inexistencia de OD y de algas


� Ciclo de eutrofización en lagos y embalses


� Aportes exteriores de N y P → sus

concentraciones van aumentando por

acumulación

� La abundancia de alimento permite el

desarrollo de algas, pudiendo alcanzar

concentraciones muy elevadas

� Se produce un fenómeno de auto-

ensombrecimiento → muerte de gran

parte de la masa de algas

� Las algas sedimentan en el fondo del

embalse → se acumulan MO, N y P en los

fangos del fondo

� Las bacterias saprófagas se alimentan de

los fangos y consumen OD, pudiendo

llegar a OD nulo (condiciones anaerobias)


� Ciclo de eutrofización en lagos y embalses


� Teniendo en cuenta la estratificación de

la masa de agua y los procesos de mezcla:

� En verano no hay mezcla y el hipolimnio

está muy estable

� En otoño se produce la mezcla de aguas

→ el N y P acumulado en el fondo llega a

la superficie, produciendo altas

concentraciones en toda la masa de agua

� Cambio estacional de primavera a verano

(abundancia de luz y temperaturas más

altas) → crecimiento desorbitado de algas

(“floración de algas” o “bloom de algas”)

� Reinicio del ciclo → si no hay grandes

salidas de agua y nutrientes de la masa de

agua, la mayor acumulación de nutrientes

agrava el fenómeno (si no se eliminan las

entradas)

2. CONTAMINACIÓN DE ACUÍFEROS� Masas de agua subterráneas → el tipo de circulación del agua a

través del terreno condiciona la evolución de la contaminación

que pueda recoger y transportar

� Zonas kársticas → la circulación puede ser rápida y en lámina libre,

muy similar a los ríos → transporte de contaminantes muy rápido

� Medios porosos permeables → problemas de contaminación e

impurificación del agua específicos de este tipo de medios

� Las aguas subterráneas están protegidas por el

sistema “suelo-acuífero”→ menos vulnerables

que las aguas superficiales

� Esta protección depende de varios factores (tipo

de suelo, profundidad a la que se encuentra el

acuífero...)

� El deterioro de las aguas subterráneas suele ser

lento y zonal


2. CONTAMINACIÓN DE ACUÍFEROS� Fuentes de contaminación en acuíferos

� Vertido de aguas residuales al terreno:


� El agua se va filtrando a través de la zona aireada → se

produce cierta depuración de la contaminación

� Esta capa actúa como filtro protector → los sólidos en

suspensión y gran parte de la contaminación

bacteriológica son retenidos

� Los gérmenes con el paso del tiempo van muriendo al

estar en un ambiente no adecuado

� La MO que estaba en suspensión queda retenida en la

superficie, enriqueciendo el suelo

� La MO disuelta es parcialmente asimilada por la

biocenosis de la superficie; otra porción avanza en el

medio poroso, pero se degrada en la zona aireada


� Vertido de aguas residuales al terreno:


� El nitrógeno orgánico pasa a amoniacal y

posteriormente es oxidado a nitratos. Parte del N es

consumido en superficie o en las capas superiores → a

la zona saturada llegan principalmente nitratos (es

típica la contaminación por nitratos de acuíferos)

� El fósforo es adsorbido por el suelo y en parte es

consumido por la vegetación de superficie; si hay P en

exceso puede lixiviar y alcanzar el acuífero

� Las concentraciones de otros contaminantes (metales

pesados, tóxicos...) se reducen también por el consumo

de la vegetación y por procesos físico-químicos

� Algunos metales se fijan al suelo por intercambio

iónico, acumulándose en él → es muy peligroso que

este tipo de contaminación alcance el acuífero


� Recarga de acuíferos por ríos contaminados:

� La contaminación alcanza el acuífero a través de medios saturados

� No hay oxígeno (no se atraviesa una zona aireada), las velocidades y

la mezcla y dilución son muy bajas

� En la zona de transición se producen fenómenos anaerobios y puede

producirse acumulación de metano → riesgo de explosiones

� La MO alcanza con más facilidad el acuífero



� Depósitos de materiales en el suelo:

� Entrada de contaminantes por infiltración que arrastra fertilizantes,

pesticidas, etc., o desde vertederos sin lixiviados controlados

� El uso de fertilizantes nitrogenados ha creado graves problemas de

contaminación por nitratos en España (Zonas vulnerables a

contaminación por nitratos) → las aguas de estos acuíferos llegan a

ser no potables al superar los 40-60 ppm de nitratos

� Impurificación natural:

� Las masas de agua subterráneas se cargan de determinadas

sustancias en contacto con rocas evaporíticas, arcillas lacustres y

otros materiales geológicos

� Las concentraciones de sales pueden llegar a aumentar hasta el punto

de generar aguas salobres o salinas, de difícil uso y tratamiento



� Mala explotación de acuíferos:

� Sobreexplotación de acuíferos en zonas costeras → genera intrusión

marina, con la consiguiente pérdida de calidad del agua

� La interfase de equilibrio (agua dulce flotando en agua salina) que se

origina en las zonas costeras permeables se ve alterada al verse

reducido el volumen de agua dulce por las extracciones que se

realizan a través de pozos


� La escorrentía subterránea no es

capaz de aportar agua dulce allá

donde se produce el déficit y es el

agua salada la que avanza

� Solución → pasa por la gestión

racional del acuífero y la posible

recarga con agua dulce (pueden

ser residuales o de baja calidad)

para hacer retroceder la interfase

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