INGENIERÍA AMBIENTAL Calidad de las aguas -...

INGENIERÍA AMBIENTALCalidad de las aguas

Tema 10. Contaminación del Agua

David Sánchez Ramos

[email protected]

a) Conceptos generalesb) Residuos Sólidos y contaminación

atmosféricac) Calidad de las aguas

8. Gestión del agua

9. El agua natural

10. Contaminación del agua

11. Calidad del agua y su control12. Calidad del agua en ríos

13. Contaminación de lagos, embalses y acuíferos

d) Potabilización de aguase) Tratamiento de aguas residuales

INGENIERÍA AMBIENTAL

1. Introducción 1. Tipos de contaminación

2. Aguas residuales domésticas1. Gérmenes patógenos2. Materia orgánica3. Sólidos

4. Detergentes5. Metales pesados6. Compuestos inorgánicos

3. Aguas residuales urbanas1. Aguas de escorrentía urbana2. Redes de alcantarillado3. Aguas de infiltración4. Carga contaminante en las aguas residuales urbanas

4. Aguas residuales agropecuarias5. Aguas residuales industriales

CONTAMINACIÓN DEL AGUA

Bibliografía principal utilizada:

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

1. INTRODUCCIÓN� Agua en estado natural → puede contener una gran diversidad

de sustancias de origen natural (“impurezas naturales” ≠

contaminantes) por el contacto con otros elementos en su

movimiento en el ciclo del agua

� Los gases e iones presentes en el agua natural se encuentran en

equilibrio dinámico con la atmósfera y con el sustrato sobre el que

se asienta

� Ac�vidad humana → contaminación: alteración de la

composición natural de las aguas y de los equilibrios existentes,

produciendo una pérdida de su calidad

� La contaminación de aguas naturales se considera una

“impurificación artificial” de tipo directa o indirecta

� Fuentes de contaminación muy diversas


1. INTRODUCCIÓN Impurificación natural

Impurificación artificial

1. INTRODUCCIÓN� Definiciones de contaminación:

� Contaminar: alterar nocivamente la pureza o las condiciones

normales de una cosa o un medio por agentes químicos o físicos

(RAE)

� “Cualquier alteración en la composición o estado del agua,

consecuencia directa o indirecta de las actividades humanas,

haciéndola menos conveniente para su uso” (Comisión Europea de

las Naciones Unidas para Europa)

� “La acción o efecto de introducir materiales o formas de energía o

inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto,

impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con

sus usos posteriores o con su función ecológica” (RD 1/2001, Ley

de Aguas)


1. INTRODUCCIÓN� Efectos de los contaminantes en el agua → dependen de:

� Toxicidad y naturaleza del compuesto

� Persistencia

� Carácter bioacumulativo

� Relaciones complejas con otros compuestos (antagónico, aditivo,

sinérgico)

� Factores dependientes del receptor hídrico

� Características hidrodinámicas

� Características geomorfológicas

� Características químicas

� Características biológicas (principalmente microbianas)


1.1. TIPOS DE CONTAMINACIÓN

� La contaminación puede clasificarse en función del origen o

actividad que lo genera, o según la naturaleza del contaminante

� Según la naturaleza:

� Contaminación física

� Contaminación química

� Contaminación biológica

� Según la actividad:

� Contaminación urbana

� Aguas residuales domésticas y urbanas

� Aguas de escorrentía urbana

� Contaminación agrícola

� Contaminación pecuaria

� Contaminación industrial



� Contaminación física

� Alteración hidromorfológica → caudales, desconexión aguas subterráneas

� Contaminación térmica → circuitos de refrigeración, ver�do A.R.

� Alteración de las propiedades ópticas → ver�do de colorantes,

resuspensión de partículas

� Contaminación química

� Según su naturaleza:

� Contaminantes orgánicos → hidrocarburos, halocarburos, nitroaromá�cos,

polímeros sintéticos

� Contaminantes inorgánicos → nitrógeno, fósforo, metales pesados

� Según su persistencia:

� Contaminantes biodegradables → nitrógeno, fósforo

� Contaminantes no biodegradables → compuestos de síntesis química

� Contaminación biológica

� Presencia de organismos patógenos o productores de toxinas

� Alteración de la estructura y dinámica de las poblaciones naturales



� Aguas residuales urbanas (ARU): incluyen la mayoría de las aguas

residuales asociadas a los usos urbanos (domésticos, comerciales,

industriales, etc.) y las aguas de escorrentía pluvial

� Aguas residuales domésticas (ARD): procedentes de zonas de

vivienda y de servicios, generadas principalmente por el

metabolismo humano y las actividades domésticas (fecales, lavado,

limpieza, preparación de alimentos…)

� Aguas residuales industriales (ARI): vertidas desde locales utilizados

para actividades comerciales o industriales, que no sean ARD ni

aguas de escorrentía pluvial (generalmente son producidas por

pequeña y mediana empresa)

� Aguas de infiltración: procedentes del subsuelo, penetran en la red

de saneamiento por defectos en la red, elevación del nivel freático…

� Aguas pluviales: recogidas por la red saneamiento, arrastran los

contaminantes depositados en el suelo urbano


2. AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS� Principales contaminantes:

� Gérmenes patógenos

� Materia orgánica (MO)

� Sólidos en suspensión (SS) y disueltos (SD)

� Detergentes

� Compuestos inorgánicos: nitrógeno (N), fósforo (P), cloro (Cl), sodio

(Na), potasio (K)…

� Metales pesados: mercurio (Hg), cadmio (Cd), plomo (Pb)

� Otros parámetros afectados:

� Propiedades organolépticas

� Temperatura

� Turbidez

� Oxígeno disuelto (OD)


2.1. GÉRMENES PATÓGENOS

� Microorganismos de origen fecal → parte de los gérmenes que

son evacuados son entéricos (proceden del aparato digestivo), y

de éstos una parte pueden ser patógenos

� Agente biológico patógeno → que puede producir enfermedad o

daño a la biología de un huésped (humano, animal o vegetal)

� Son los principales responsables de las enfermedades hídricas:

diarrea, gastroenteritis, cólera, disentería, etc.


� Gran variedad de especies y familias

de microorganismos en aguas

residuales → la medida directa de

gérmenes patógenos resulta

impracticable, ya que la

determinación detallada es compleja,

lenta y costosa (se necesitaría una

amplia batería de análisis)


� Medida indirecta → uso de “microorganismos indicadores de

contaminación”: aquellos que son abundantes y fácilmente detectables

� Los microorganismos deben ser fecales exclusivamente, aunque no

necesariamente patógenos, y no deben poder desarrollarse en los

ambientes naturales

� Técnica presuntiva: la presencia del indicador revela que hay contaminación

fecal → existe la posibilidad de que haya gérmenes patógenos

� Selección de indicadores de contaminación fecal → gérmenes fáciles de

detectar, de medir, que aparezcan en grandes cantidades

� Deben tener en el medio natural un comportamiento similar o de evolución más

favorable que el de los patógenos

� La tendencia general de los gérmenes entéricos en el medio natural es a

desaparecer, ya que su ambiente idóneo es el intestino

� Principales grupos de microorganismos indicadores:


� Bacterias mesófilas aerobias

� Coliformes

� Estreptococos

� Clostridios


� Bacterias mesófilas aerobias

� Bacterias quimioorganoheterótrofas, aerobias o anaerobias

facultativas

� Indicadores del contenido global de bacterias

� Consiste en determinar el nº de individuos (UFC = unidades

formadoras de colonias) capaces de crecer en un medio nutritivo

adecuado, en un rango de temperatura entre 20-37 oC durante un

determinado periodo de tiempo (2-3 días)



� Coliformes


facultativas, asociados a la presencia de materia orgánica

� Presentes en el medio natural, especialmente en zonas cálidas

� La ausencia de coliformes indica que no hay gérmenes o

contaminación de origen fecal

� Tipos:

� Coliformes fecales (CF) → bacterias de origen entérico exclusivamente;

se determinan a Tª = 44 oC, durante 48 h

� Indicadores principales: Enterococcus y Escherichia coli → se encuentra en

elevadas concentraciones en el intestino del ser humano y otros animales

de sangre caliente, no se desarrolla en el medio natural → indicador

biológico más ampliamente utilizado

� Coliformes totales (CT) → incluye a los coliformes presentes en el

medio natural; se determinan a Tª = 37 oC, durante 48 h



� Coliformes

� Técnicas de laboratorio para detección de coliformes:

� Técnica del filtro de membrana: se realizan siembras en medios

nutritivos específicos y a Tª concreta; tras un determinado tiempo se

cuenta el número de colonias formadas (UFC)

� Técnica de tubos múltiples: se observa el efecto de producción de gas

consecuencia del proceso de fermentación de la lactosa, realizando

una serie de ensayos simultáneos para contar el número de tubos

positivos (con producción de gas)

� Unidades: UFC/100 ml (filtro de membrana), NMP/100 ml (tubos

múltiples)

� NMP = número más probable → puede obtenerse mediante métodos

estadísticos (fórmula de distribución de Poisson) o con la ecuación de

Thomas:



� Estreptococos fecales (EF)


facultativas, asociados estrictamente a origen fecal

� La contaminación por EF produce enfermedades relacionadas con

las mucosas y por contacto en general

� La relación CF/EF permite discernir sobre el origen de la

contaminación → indicador secundario o complementario,

confirmativo de contaminación fecal procedente de humanos o de

animales de sangre caliente

� CF/EF > 1 → Origen humano (CF/EF ≈ 4,4)

� CF/EF < 0,4 → Origen animal



� Clostridios

� Bacterias quimioorganótrofas fermentadoras, anaerobias estrictas,

muy frecuentes en suelos, sedimentos lacustres y en el tracto

intestinal

� Forman endosporas en situaciones adversas (desecación, escasez

de nutrientes, Tª, salinidad), lo que les permite resistir durante

largo �empo en ambientes hos�les → indicador de contaminación lejana (en el tiempo), el resto de microorganismos indicadores

podrían haber desaparecido

� Productores de toxinas → botulismo

� Grupos más utilizados como indicadores:

� Clostridium sulfito-reductores

� Clostridium perfringens


Clostridium botulinum

2.2. MATERIA ORGÁNICA

� Materia orgánica (MO): compuestos con una estructura química

muy variable, constituida principalmente por C, H y O, y en menor

medida de N, P y S

� Producida por los organismos autótrofos (plantas, algas, bacterias) a

partir de materia inorgánica y energía (fotosíntesis/quimiosíntesis)


� Puede formar parte de organismos vivos

(biomasa) o encontrarse en forma de

restos o residuos

� Fuente de nutrientes y energía para los

organismos heterótrofos


� Tipos fundamentales de MO en aguas residuales:

� Compuestos nitrogenados (CHONS): 40-60 % de la MO en ARD

� Principales compuestos de este grupo: proteínas (moléculas muy

complejas), aminoácidos (bloques que constituyen las proteínas, cuyo

peso molecular es elevado) y urea (forma en que se eliminan

fundamentalmente los compuestos nitrogenados del metabolismo)

� Generalmente están presentes en el agua en forma coloidal. En estos

compuestos el N se libera como amoníaco en la oxidación

� Carbohidratos (CHO): 25-50 %

� Los ejemplos más comunes son los azúcares, como la glucosa (C6H12O6),

el almidón (C5H10O5) y la celulosa (C6H10O5)

� Suelen estar en forma disuelta en el agua

� Grasas y aceites (CHO): 10 %

� Poco solubles en agua por hidrófobas, y solubles en disolventes

orgánicos → se concentran en la superficie (interfase agua-aire)

� Su biodegradación es muy lenta

� Los ácidos grasos se pueden alcalinizar dando lugar a jabones



� MO en el agua → presente en aguas naturales debido a los ciclos

tróficos que se desarrollan en ella

� Altas concentraciones de MO en las aguas residuales de origen

doméstico, agropecuario y de algunas industrias

� Aunque se trate de elementos naturales, el exceso de MO supone

la contaminación del agua → los procesos de descomposición de la

MO requieren O2 disuelto en el agua, que deja de estar disponible

para la flora y fauna del medio → desequilibrio del ecosistema

� Medida de la MO: la determinación precisa de los diversos

compuestos es costosa y poco prác�ca → generalmente se

recurre a métodos indirectos basados en la oxidación de la MO:

� Oxidación térmica

� Oxidación química

� Oxidación bioquímica



� Oxidación térmica

� Consiste en someter una muestra de agua a alta temperatura, en

presencia de oxígeno, para favorecer su incineración → se mide el

O2 consumido o el CO2 producido

MO (CHO) + O2 + calor → CO2 + H2O + resíduo

� Métodos utilizados:

� COT (Carbón Orgánico Total) → mide la producción de CO2 a una Tª ≈

900 oC, mediante detección por infrarrojos; unidades: mg C/l

� DTO (Demanda Total de Oxígeno) → mide el O2 consumido en la

oxidación; unidades: mg O2 /l



� Oxidación química

� Se utiliza un reactivo químico con alto poder oxidante, que

proporciona el O2 → se mide la cantidad de reactivo consumido,

que se relaciona con la cantidad de O2 consumido

MO (CHO) + oxidante químico → CO2 + H2O + resíduo

� Método más utilizado: DQO (Demanda Química de Oxígeno)

� Se usa como reactivo oxidante el dicromato potásico (Cr2O7K2), o

permanganato (MnO4K) si la concentración esperada de MO es baja

(en aguas naturales)

� Unidades: mg O2 /l; se calcula multiplicando la cantidad de reactivo

usado por un factor (según reactivo), obteniendo el equivalente de O2

� Para el ensayo son necesarios un catalizador y una Tª ≈ 150 oC

� Expresa la cantidad de MO oxidable, pero también la presencia de

otras sustancias reductoras, como Fe++ (materia inorgánica oxidable)

� Valores habituales de DQO: Aguas no contaminadas → 1-5 mg O2/l;

ARD → 250-1000 mg O2/l ; ARI → depende del proceso industrial



� Oxidación bioquímica

� La oxidación la llevan a cabo los microorganismos presentes en el

agua → se mide el O2 consumido por la actividad microbiana

MO (CHO) + O2 + microorganismos → CO2 + H2O + resíduo

� Método más utilizado: DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno)

� Comparable con la DQO y la DTO, pero se diferencia en que la DBO

mide solo la MO susceptible de degradarse biológicamente (materia

biodegradable), no mide la MO no biodegradable ni los

microorganismos que se oxiden

� Unidades: mg O2/l

� El resultado está condicionado por el tiempo de duración del ensayo

→ en general se refiere al oxígeno consumido en 5 días: DBO5

� Valores habituales de DBO5: Aguas no contaminadas → < 5 mg O2/l

(aguas subterráneas → < 1 mg O2/l); ARD → 100-350 mg O2/l ; ARI →

depende del proceso industrial



� Oxidación bioquímica – DBO5

� Actualmente es utilizado como parámetro de referencia para

determinar la contaminación orgánica (junto a la DQO)

� Direc�va 91/271/CEE → define “habitante equivalente” como “la

carga orgánica biodegradable con una DBO5 de 60 g O2/día”


Fuente: Environment Agency, U.K. 2003. The river ecosystem classification system

� Relación DQO/DBO:

� Generalmente, DQO >> DBO → debido a la presencia en el agua de

compuestos orgánicos no biodegradables

� ARD → DQO/DBO ≈ 1,5-2 (“agua biodegradable”); ARI → ≈ 5



� Oxidación bioquímica – Ensayo de la DBO

� Consiste en realizar incubaciones de muestras de agua, con una

Tª controlada y manteniendo el agua agitada, y utilizar algún

método de medición del O2 consumido



� Factores que afectan el ensayo:

� Tiempo del ensayo → generalmente, valor alcanzado a los 5 días


� La oxidación biológica es relativamente lenta

→ normalmente no se completa en 5 días de

incubación

� Los compuestos orgánicos simples (p.e: glucosa),

se oxidan casi completamente en 5 días, pero en

ARD sólo se llega a oxidar un 65% de la MO

� Los compuestos orgánicos complejos pueden

oxidarse únicamente en un 40% en 5 días

� Cuando la descomposición de MO de una

muestra es tan completa como se pueda obtener

aeróbicamente, el OD consumido representa la

DBO total o última (DBOu)


�




� Factores que afectan el ensayo:

� Nitrificación → proceso microbiano que también consume OD, no

asociado a la oxidación de la MO

� Se produce en 2 etapas, protagonizadas por 2 grupos de bacterias

autótrofas → nitrosomonas y nitrobacter:

Nitrosomonas: 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O

Nitrobacter: 2NO2- + O2 + 2H+ → 2NO3

- + 2H+


� ARD → N principalmente como N orgánico y

amoniacal, pero también puede haber pequeñas

cantidades de N oxidado (NO2, NO3)

� En ARD la velocidad de crecimiento de las

bacterias nitrificantes es lenta → el efecto de

nitrificación en la curva de DBO solo se aprecia a

partir de 8-10 días

� Efluentes tratados → efectos en 1-2 días

(grandes cantidades de bacterias nitrificantes)


�


2.3. SÓLIDOS

� Sólidos presentes en el agua: diverso tamaño y naturaleza

(orgánicos/inorgánicos, disueltos/en suspensión, etc.)


� Concentración de sólidos que transporta un agua → indicador de

contaminación, uno de los parámetros físicos más importantes

para caracterizar las aguas

� Sólidos Totales (ST): residuo seco que se produce al evaporar una

muestra de agua; en aguas naturales los ST son principalmente

sales disueltas

� Unidades: mg/l o ml/l (menos frecuente)

2.3. SÓLIDOS

� Tipos de sólidos presentes en el agua:


Sólidos Disueltos (SD)

Sólidos en Suspensión (SS)

Sólidos Sedimentables (SSs)

Sólidos fijos (SF) – mat. inorgánica

Sólidos volátiles (SV) – mat.

orgánica

Sólidos Disueltos

S. Disueltos Fijos

S. Totales Fijos

Sólidos Totales

S. Disueltos Volátiles

S. Totales Volátiles

2.3. SÓLIDOS

� Técnicas para medir los sólidos presentes en el agua:

� Evaporación a 103-105 oC → se obtienen los ST o residuo seco (quedan en

el recipiente todos los tipos de sólidos)

� Filtración → se hace pasar el agua por un filtro, normalmente de poro 1

μm (0,45-1,2 μm)

� Se determina el peso de lo que ha quedado retenido en el filtro y se expresa en

mg/l (según volumen filtrado) → SS

� Sólidos que han atravesado el filtro → SD (aunque puede incluir una parte de SS

de tamaño coloidal)

� Sedimentación → se introduce el agua bruta en un recipiente en forma de

cono (cono Imhoff), dejándola en reposo durante 1 hora

� Una parte de los SS sedimentará y se acumulará en el fondo del recipiente →

Sólidos en Suspensión Sedimentables (SSs)

� Calcinación → se somete la muestra a una Tª de 550 ± 50 oC

� A esa Tª se vola�liza la materia orgánica, pero resiste la inorgánica → dos

fracciones diferenciadas: Sólidos Fijos (SF) (material inorgánico) y Sólidos

Volátiles (SV) (material orgánico)

� Este proceso se puede aplicar a cualquier fracción de sólidos que ya se haya

obtenido anteriormente → STF, SSV, SDF, etc.


2.4. DETERGENTES

� Detergentes: sustancias tensoactivas (hidrófobas) sintéticas que

producen espuma en el agua

� Primeros detergentes que se fabricaron → B.A.S. (Sulfonato Alquilo

Benceno), de cadenas ramificadas

� Este tipo de detergentes no son biodegradables → supusieron un

grave problema de contaminación, ya que las espumas se mantenían

durante mucho tiempo en el medio receptor natural

� Posteriormente → L.A.S. (Sulfonato Alquilo Lineal): debido a su

estructura lineal ya eran atacables por los microorganismos y, por lo

tanto, biodegradables


� Algunos detergentes incluyen fósforo como

adi�vo → problema ambiental, la presencia

de P en los sistemas acuáticos puede suponer

importantes problemas de contaminación

� Medida de detergentes → sistema M.B.A.S.(Sustancias Activas al Azul de Metileno)

2.5. METALES PESADOS

� Metales pesados: provienen principalmente de procesos

industriales → ARI y ARU (por industria o por el lavado de la

superficie urbana tras lluvias)

� Los elementos metálicos son utilizados por la industria en grandes

cantidades y para una variada gama de aplicaciones: catalizadores,

pinturas, detergentes, materiales de construcción, aditivos,

pesticidas, etc.

� Una parte acaba llegando al medio natural; si esta incorporación es

en forma iónica, la capacidad de migración (y de contaminación) a

través del medio es mayor

� Los metales pesados son sustancias necesarias para los ecosistemas

en pequeñas cantidades (micronutrientes) pero si superan una

determinada cantidad (acumulación) o una determinada

concentración (toxicidad) los efectos resultan perjudiciales


2.5. METALES PESADOS

� Principales metales pesados según actividades:

� Aguas residuales urbanas: Cu, B, Al, Fe, Pb, Zn, Ni

� Minería: As, Cu, Cd, Pb, Mn, Hg

� Tratamiento de superficies: Cd, Cr, Cu, Ag, Zn

� Industria en general: B, Cd, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Mo, Zn, Ni


� En el medio acuático, los iones

metálicos se pueden encontrar en

forma libre o formando complejos

con elementos orgánicos o

inorgánicos (Cl-, OH-, CN-…)

� Los metales pueden incorporarse

a los sedimentos al precipitar o

por quedar adsorbidos por ellos

2.6. COMPUESTOS INORGÁNICOS

� Compuestos inorgánicos: nitrógeno (N), fósforo (P), cloro (Cl-),

sodio (Na), potasio (K), etc.

� Se consideran nutrientes: elementos o sustancias fuertemente

demandadas por los organismos

� Los heterótrofos son organismos limitados por la disponibilidad de

MO; los autótrofos lo están por la disponibilidad de nutrientes

� N y P son los nutrientes más limitantes → limitan o condicionan la

actividad biológica en la mayoría de los ecosistemas

� La actividad humana ha provocado una fuerte alteración de estos

dos elementos en la naturaleza (ciclos del N y P)

� Proceden principalmente de diversos usos domésticos del agua:

� Alimentación: sal común (cloruro sódico, NaCl)

� Limpieza: detergentes → P (adi�vo de las sustancias tensoactivas)

� Aguas fecales: heces (P) y orina (N)



� Nitrógeno

� Ciclo de N complejo → su estructura atómica le permite alcanzar

diferentes estados químicos, desempeñando los microorganismosun papel central

� La excreción de los compuestos nitrogenados (en forma amoniacal) y la actividad descomponedora de la MO son las vías a través de las

cuales el N es liberado al medio (nutrientes para autótrofos)


� La entrada de N en las masas de agua varía de

forma natural estacionalmente debido al

comportamiento de la vegetación terrestre y

de las riberas

� Decrece durante las estaciones de crecimiento

(primavera y otoño en clima mediterráneo)

� Aumenta en la estación en la que cesa la

actividad biológica (mínima en invierno)


� Fósforo

� Ciclo de P más sencillo que el de N → sin reservorios atmosféricos

� Entrada de P en el medio: arrastre (lavado) de restos orgánicos y

vertidos domésticos; formas inorgánicas → generalmente asociadas

a partículas arcillosas y a fertilizantes de origen antrópico


� Procesos de adsorción-desorción de P en

función de la concentración existente en el

medio acuoso → actúan como reguladores de

la descarga de P asociado a partículas sólidas

� La actividad antrópica (lavado de fertilizantes

agrícolas y de los residuos urbanos, ganaderos

e industriales) aporta cantidades globales

muy elevadas → incremento notable de P y N

en aguas continentales y litorales

Concentración de P en agua generalmente

menor que de N (relación N/P del orden de 5)

2. AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS� Composición típica de las Aguas Residuales Domésticas


3. AGUAS RESIDUALES URBANAS� Aguas residuales urbanas (ARU): las que circulan por las redes

de alcantarillado de los núcleos urbanos

� Incluyen:

� Aguas residuales domésticas (ARD)

� Aguas residuales industriales (ARI)

� Aguas de infiltración

� Aguas de escorrentía superficial urbana (en función del tipo de red de

alcantarillado)


3.1. AGUAS DE ESCORRENTÍA URBANA

� Escorrentía urbana: agua procedente de las precipitaciones de

nieve o lluvia sobre una cuenca urbana

� Aportaciones de carácter intermitente ligadas a fenómenos

naturales, muy variables en ciertos climas (p.e: clima mediterráneo)

� En un área urbanizada, los caudales de escorrentía urbana suelen

ser del orden de 50 a 200 veces superiores en volumen a los de

ver�dos domés�cos, comerciales e industriales → gran importancia

en el diseño de redes de saneamiento

� Superficies de un municipio según permeabilidad:


� Impermeables: edificios,

pavimentos, calzadas, aceras,

azoteas, etc.

� Permeables: jardines, algunos

patios interiores, solares sin

edificar, etc.

� En zonas urbanas predominan

las superficies impermeables


� Escorrentía urbana

� Las aguas de escorrentía no son esencialmente limpias (concepción

errónea) → arrastran la contaminación de toda la cuenca vertiente

(generalmente extensa), relacionada con los usos del suelo


� Primeras lluvias → una fracción de la lluvia

caída se emplea en mojar las superficies;

otra se evapora y otra queda atrapada en

huecos y depresiones del suelo

� Si sigue lloviendo, el agua escurre por

superficies impermeables hacia los puntos

de recogida (alcantarillado) → limpia los

contaminantes acumulados sobre el suelo y

los transporta en suspensión y disolución

� Si sigue lloviendo, la contaminación que

arrastra la escorrentía se reduce (el ambiente

ya se ha limpiado con las lluvias anteriores)


� Escorrentía urbana:


3.2. REDES DE ALCANTARILLADO

� Unitarias: todos los tipos de aguas urbanas (ARD, ARI,

escorrentía urbana, etc.) circulan por los mismos

conductos

� Separativas: cuentan con una red que recibe las aguas

de escorrentía urbana (aguas pluviales) y otra para el

resto de vertidos

� Se estima que a las redes de alcantarillado llega un

caudal del orden del 80% del correspondiente a las

aguas del abastecimiento

� ARI en los sistemas de alcantarillado urbano → suelen

proceder de industria de mediano y pequeño tamaño,

situada dentro de los cascos urbanos

� Los polígonos industriales y la industria de gran tamaño

suele disponer de redes especiales para sus aguas, que

normalmente son tratadas en Estaciones de

Tratamiento de Aguas Residuales Industriales (E.T.A.R.I.)


� Redes de alcantarillado:

3.2. REDES DE ALCANTARILLADO

� Contaminación debida a aguas pluviales o de tormenta:

� Redes de alcantarillado separativas (RAS):

� Agua de escorrentía contaminada que llega directamente o a través de

las redes de alcantarillado separativas a las masas de agua receptoras

� Redes de alcantarillado unitarias (RAU):

� Vertido por rebosamiento (rebose) de alcantarillados unitarios con

aguas que son mezcla de aguas pluviales y ARD

� Resuspensión de los sedimentos existentes: resultado de la

sedimentación de partículas y contaminación, permitida por el

régimen hidráulico existente durante el período seco, que se ven

arrastrados con el caudal punta de las aguas pluviales

� La punta de caudal de aguas residuales también puede llegar a la

depuradora → si supera su capacidad de tratamiento, también

produce un rebose en tal punto (tanques de tormentas para evitarlo)

� Estos tipos de descargas se diferencian tanto en volúmenes vertidos,

concentraciones de contaminantes, fases y períodos de descarga


3.3. AGUAS DE INFILTRACIÓN

� Aguas de infiltración: las que proceden del subsuelo y penetran

en la red de alcantarillado a través de las juntas, tuberías

defectuosas, conexiones y paredes de pozos de registro

� La presencia de agua con un nivel freático elevado produce

infiltraciones en las alcantarillas → aumento de la can�dad de las

aguas residuales


� La calidad de los materiales de la red y

el grado de mantenimiento son

factores que determinan la

importancia de las infiltraciones

� Infiltración: 0,01-1 m3/d·mm·km

� mm·km: suma de los productos de los

diámetros de las alcantarillas (en mm)

por las longitudes de las alcantarillas

correspondientes a esos diámetros (en

km)

3.4. CARGAS CONTAMINANTES EN LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS

� Estimación de la carga contaminante en ARU:

� Dotación de carga contaminante por persona y día

� Se considera una producción tipo para cada contaminante por persona

y día (al igual que en la estimación de los caudales de abastecimiento

de una población, que se estima una dotación global de

abastecimiento por persona y día)

� Unidades: g/hab·d (gramos por habitante y día) de cada contaminante

� Aguas residuales urbanas sin una gran incidencia de la industria

→ se pueden adoptar las siguientes dotaciones de contaminación

(en g/hab·d):


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


� Evolución diaria de la carga contaminante en ARU:

� Las concentraciones de contaminantes de un ARU varían a lo largo

del día

� Siguen una forma similar a la que describe la variación de caudales,

con puntas casi simultáneas

� DBO5 → coeficientes puntas ≈ 1,5


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


� Habitantes-equivalentes (hab-eq o h-e): parámetro de

comparación entre vertidos, fijando alguna carga contaminante

como la unitaria por persona y día

� Directiva 91/271/CEE, sobre tratamiento de las aguas residuales

urbanas → define 1 e-h (equivalente habitante) como “la carga

orgánica biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno

de 5 días (DBO5) de 60 g de oxígeno por día”

� Permite trabajar con unidades homogéneas a la hora de estimar

cargas contaminantes → la contaminación de una industria, ciudad,

explotación agraria, etc., puede expresarse (para un contaminante

dado) como si fuese producida por población humana

� Si una persona produce una contaminación en DBO5 de 60 g O2/d, una

industria que vierte diariamente una cantidad X de DBO5, equivaldrá a

un número de "habitantes - equivalentes“ = X/60

� La cantidad diaria de contaminante que vierte una determinada

actividad se calcula multiplicando caudales por concentraciones



� Habitantes-equivalentes (hab-eq)

� La capacidad de tratamiento de las EDAR se mide en hab-eq

� Normalmente, el valor en hab-eq de la carga contaminante de un

municipio es mayor que la propia población del municipio → las ARU

arrastran una contaminación > 60 g O2/hab·d

� Aguas residuales pecuarias:

� 1 vaca equivale a 10 hab-eq

� 1 cerdo equivale a 3 hab-eq

� Otra forma de expresar las cargas contaminantes que generan los

animales es como gramos de contaminante por cabeza de ganado y

por día (g DBO5/cabeza·d)

� Aguas residuales industriales: se utiliza también la carga de

contaminante por unidad de producción (g/ud) o la carga por

unidad de superficie (g/ha·d)


4. AGUAS RESIDUALES AGROPECUARIAS

� Aguas residuales agropecuarias: las que proceden de la actividad

agrícola o ganadera

� A.R. Pecuarias → ac�vidad ganadera

� Estabulación (la ac�vidad se desarrolla de forma intensiva) → ver�dos

directos a los cauces, localizados, constantes y concentrados

� Si la actividad es de forma no estabulada, el ganado deambula libre

→ contaminación de los cauces de �po difuso

� Contaminación difusa → transporte asociado a fenómenos

hidrológicos (escorren]a superficial, subsuperficial, etc.) → di^cil

control de la contaminación

� Uso de estiércol como abono natural (común en algunas regiones)

→ los compuestos de las aguas residuales de los establos pasan a ser

contaminantes difusos en la cuenca

� Lo normal en una cuenca es que tenga tanto vertidos localizados como

difusos de contaminación ganadera



� A.R. Pecuarias

� Características similares a las ARD (generalmente) al proceder de

animales de sangre caliente, excepto que no incluyen detergentes:

� Altas concentraciones de MO, SS, N y P (volumen de agua que

transporta a los residuos fecales de los animales menor que en ARD)

� Gérmenes patógenos → se u�lizan los mismos indicadores de

contaminación bacteriológica que para ARD

� Relación Coliformes fecales-Estreptococos fecales: CF/EF ≤ 0,4-0,6 (varía según especie) → contaminación bacteriológica de origen

animal

� Las elevadas concentraciones de SS condicionan los sistemas de

conducción y transporte y el tratamiento de las A.R. Pecuarias

� Ganado herbívoro → gran can�dad de flotantes en el agua, puede

suponer un problema especial al tratamiento → deben disponerse

sistemas adecuados que eviten las obstrucciones al flujo en los

sistemas de evacuación y tratamiento



� A.R. Pecuarias

� Clasificación de los residuos en las ARP según su consistencia:

� Sólidos

� Semisólidos (lisier) → relacionado generalmente con granjas de cerdos

� Líquidos (purines)

� La cantidad de residuos que produce cada animal y sus

características específicas depende de muchas variables: especie,

raza, edad, estación climática, alimentación, etc.

� Cargas contaminantes típicas en condiciones normales de

explotación :


Fuente: Tejero et al., 2006


� A.R. Agrícolas

� Aguas vertidas al dominio público hidráulico procedente de la lluvia

o el riego de una explotación agrícola, que arrastran productos

usados en la agricultura

� El agua contaminada generalmente se incorpora de forma difusa al

ciclo hidrológico, por escorrentía superficial o subsuperficial

� Masas de agua receptoras que sufren los problemas de este tipo

de contaminación → acuíferos, ríos, lagunas, embalses…

� Ac�vidades agrícolas → generan dos tipos muy diferentes de

contaminación:

� Uso de Abonos:

� Orgánicos

� Inorgánicos

� Uso de Pesticidas



� A.R. Agrícolas

� Abonos orgánicos:

� Aplicación al terreno de abonos, fertilizantes o acondicionadores:

compost (procedente de los residuos sólidos urbanos), estiércol, fangos de estación depuradora de aguas residuales urbanas

(E.D.A.R.U.)

� Los contaminantes que los acompañan son variados: MO, gérmenes

patógenos, N, P → los principales y de más interés son el N y P

� Abonos inorgánicos:

� Incorporación al terreno de fertilizantes (N, P, K, etc.)

� Contaminantes principales: N y P → nutrientes limitantes

habitualmente

� La presencia en abundancia de N y P (aunque sea en proporciones

mínimas) puede aumentar la productividad de las algas y desequilibrar

la cadena trófica de las masas de agua receptoras de la contaminación



� A.R. Agrícolas

� Pesticidas:

� Uso de insecticidas, rodenticidas, plaguicidas, herbicidas, fungicida,

etc. → buscan evitar el crecimiento de otras formas de vida que se

alimenten o compitan con el cultivo

� Compuestos más habituales:

� Organo - clorados: DDT, aldrín...

� Organo - fosforados: Malatión...

� Organo - metálicos

� Estos compuestos permiten aumentar la producción agrícola, pero

tienen efectos muy negativos en las cadenas tróficas y son muy

persistentes en el medio natural

� Algunos son bioacumulables (p.e: DDT) → la tendencia es la búsqueda

de nuevos compuestos alternativos


5. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

� Aguas Residuales Industriales (ARI): proceden de cualquier

actividad industrial en cuyo proceso de producción,

transformación o manipulación se utilice el agua

� Gran variedad de industrias y procesos → variedad y variabilidad

de características de ARI, cada industria constituye un caso especial

� Incluso dentro de cada sector, existe una gran variedad de procesos

→ di^cil caracterización por sectores

� Cada industria puede usar técnicas de producción diferentes,

utilizando volúmenes y caudales de agua diferentes (limpieza de

circuitos de refrigeración, vaciado de circuitos de lavado…) con

concentraciones de productos muy diferentes

� En cada proceso industrial los vertidos de agua residual pueden ser

continuos o periódicos (frecuencia diaria, semanal, mensual, anual...)

� Estudio caso a caso para analizar los procesos y la contaminación

que se produce, y así desarrollar estrategias para mitigarla

mediante tratamientos eficaces



� Tipos de ARI:

� Líquidos Residuales: se derivan directamente de la fabricación de

todo tipo de productos

� Consisten en disoluciones acuosas a distinta concentración de los

productos empleados en el proceso productivo

� Aguas de Proceso: provienen del empleo del agua como medio de

transporte, lavado, refrigeración directa, etc.

� Su contaminación se debe al contacto con los productos de fabricación

o los líquidos residuales

� Concentración de contaminantes ≈ 10 veces inferior a los líquidos

residuales, pero su caudal puede llegar a ser 50 veces superior

� Aguas de Drenaje: debidas a la escorrentía de aguas pluviales

� Su contaminación suele ser baja y procede de zonas de almacenaje de

productos al aire libre, derrames de productos en viales y zonas a la

intemperie, rodadas de vehículos, etc.

� En explotaciones a cielo abierto (minería) su carga contaminante sí es

importante



� Principales contaminantes en ARI:

� Temperatura:

� ARD → Tª ≈ 2 oC por encima del agua de abastecimiento

� En las ARI la Tª puede ser mucho más elevada, especialmente si

proceden de una central térmica → contaminación térmica

� Los problemas de Tª suelen proceder de aguas residuales de procesos

de refrigeración

� La industria alimentaria suele tener aguas residuales de proceso con Tª

elevada




� Materia orgánica: suele encontrarse en forma disuelta en mayores

proporciones (≈ 80%) que en las ARD (≈ 20-40%)

� Las concentraciones de MO suelen ser muy elevadas → DBO5 ≈ 1.000-

100.000 mg/l (ARD → 100-400 mg/l)

� N y P se encuentran en menor cantidad que en ARD (con respecto a la

MO) → condiciona los posibles tratamientos biológicos de las ARI

(nutrientes limitantes)

� Una proporción importante de la MO es no biodegradable: si

DQO/DBO5 > 2,5 → posibles problemas con los tratamientos biológicos

� Si además las aguas residuales incorporan sustancias tóxicas, la DBO5

es muy posible que se anule o sea muy baja → problemas con los

tratamientos biológicos

� Industrias con vertidos fundamentalmente orgánicos: papeleras,

azucareras, mataderos, fábricas de curtidos, de conservas, lecherías y

sus subproductos, fábricas de alcoholes, levaduras, de aceites, de

bebidas, lavanderías, etc.




� Productos químicos inorgánicos:

� Metales pesados en las ARI: Hg, Cd, Cr, Ni, Cu, Pb (procedentes en

general de la industria metalúrgica); también cianuros (CN-) → tóxicos (algunos también bioacumulables)

� Ácidos y bases aparecen con frecuencia en los vertidos industriales,

especialmente en la industria química

� Vertidos con salinidad elevada → pueden proceder de calderas o

sistemas de refrigeración

� Aceites e hidrocarburos → en general, debidos a maquinaria y talleres

� Contaminación radiactiva → puede aparecer como consecuencia de

problemas graves en la explotación de centrales nucleares o la

industria nuclear en general

� Industrias con vertidos con elevada carga inorgánica: limpieza y

recubrimiento de metales, explotaciones mineras y salinas, químicas...



� Tipos de industria según el tipo de contaminación que producen:

� Industrias con efluentes principalmente orgánicos: papeleras,

azucareras, mataderos, curtidos, conserveras, lecherías y

subproductos, fermentaciones, preparación de productos

alimenticios, bebidas y lavanderías

� Industrias con efluentes orgánicos e inorgánicos: refinerías y

petroquímicas, coquerías, químicas y textiles

� Industrias con efluentes principalmente inorgánicos: químicas,

limpieza y recubrimiento de metales, explotaciones mineras y

salinas

� Industrias con efluentes con materias en suspensión: lavaderos de

mineral y carbón, corte y pulido de mármol y otros minerales,

laminación en caliente y colada continua

� Industrias con efluentes de refrigeración: centrales térmicas y

centrales nucleares



� Tipos de industria y contaminantes principales:

� Industria alimentaria → concentración de MO

� Industria petroquímica → concentración de MO, aceites, fenoles,

amoniaco y sulfuros

� Industria siderúrgica → concentración de MO, SS, alquitranes, cianuros

libres y complejos, sulfuros, hierro, aceites, grasas y pH

� Industria del curtido de pieles → alcalinidad, concentración de MO, SS,

materia decantable, sulfuros y cromo

� Industria papelera → color, concentración de MO, SS y materia decantable,

pH y AOX-EOX (halogenados orgánicos adsorbibles y extractables)

� Industrias de lavado de mineral → productos tóxicos empleados, lixiviados,

metales pesados, SS y sedimentables

� Industria de acabado de metales → pH, concentración de cianuros y

metales pesados

� Plantas de ácido sulfúrico → concentración de ácidos, sólidos

sedimentables, arsénico, selenio y mercurio


INGENIERÍA AMBIENTAL Calidad de las aguas -...

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