Aspectos asociados a la calidad del agua en el medio rural y urbano
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- María Josefa Fernández Peña
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1 Universidad Tecnológica Nacional (UTN) Facultad Regional Córdoba MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL Módulo Tecnologías de Ingeniería Ambiental Seminario AGUA Aspectos asociados a la calidad del agua en el medio rural y urbano Cuerpo Docente: Dr. Ing. Juan Carlos BERTONI MSc. Ing. Leticia VICARIO
2 I. Caracterización de los manantiales urbanos II. Abastecimiento de agua III. El ciclo de contaminación en los sistemas hídricos urbanos IV. Enfermedades de vinculación hídrica V. Estándares de calidad de agua VI. Orígenes del agua y su calidad VII.Procesos de tratamientos de aguas
3 Los principales manantiales de abastecimiento para la población son las aguas superficiales y subterráneas Distribución de la disponibilidad de agua a nivel mundial
4 Sólo el 2,5 % del agua del planeta es dulce Sólo el 1 % está disponible para el uso Valor medio de los RRHH en el planeta equivale lámina de 84 mm de espesor América del Sur y Asia poseen los mayores recursos hídricos del planeta. 675 mm 300 mm
5 Promedio medio anual de agua dulce per cápita en el mundo m³/hab/año Grandes variaciones epaciales y estacionales Perú 1548 m³/hab/año Paraguay m³/hab/año Se considera que por debajo de 1000 m³/hab/año se sufre de escasez crónica de agua. Impide el desarrollo y afecta la salud humana (ONU, 1994)
6 Representan el 0,6 % de las reservas mundiales América del Sur tiene reservas muy importantes pero muy profundas Su utilización promedio en el mundo es muy pequeña lámina de 1 mm de espesor El uso de acuíferos subterráneos depende de la disponibilidad de agua superficial
7 Agua superficial Ríos Regulación Se evalúa la disponibilidad Permanencia a través de datos de caudales Regulación
8 Curva de regulación típica en un curso de agua Curva de permanencia típica en un curso de agua
9 Agua subterránea acuíferos Condiciones geológicas de cada región Calidad (minerales)
10 Acceso al agua potable en los medios rurales y urbanos de países de América del Sur. (Fuente: GWP-SAMTAC, 2000)
11 Datos de Argentina. Fuente: Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable de la Nación. (
12 Manantial urbano es la fuente de abastecimiento Debe mantener calidad y cantidad adecuada para su uso Efluentes pluviales (fuente difusa) transportan contaminantes desde distintos puntos de la ciudad, a través del sistema de alcantarillas a los cauces Efluentes cloacales e industriales (fuente concentrada) conducidos por una red y tratados en planta
13 Ciclo típico de contaminación del agua en áreas urbanas
14 Porcentaje de aguas residuales urbanas recolectadas por red correspondientes a varios países de América del Sur. (Fuente GWP- SAMTAC, 2000)
15 Datos de Argentina. Fuente: Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable de la Nación. (
16 Impermeabilización del suelo Aceleración del escurrimiento Obstáculos al escurrimiento La contaminación de los medios receptores (Chocat, 1997 a)
17 Relación entre la impermeabilización y el aumento del escurrimiento superficial (Fuente: Stream Corridor Restoration: Principles, Processes and Practice; FISRWG, 2001)
18 Impermeabilización del suelo (urbanización, pavimentación, reducción de espacios verdes) = aumento de escurrimientos pluviales Impacto hidrológico de la urbanización: variaciones en el hidrograma
19 Según la UNESCO, 1987 La sedimentación producida por un incremento de la erosión llena los tramos de remanso en los cauces, impactando directamente la vida acuática y el número y tipos de organismos que se encuentran La cantidad de contaminantes que entran al sistema fluvial durante y después de la urbanización se incrementa en un orden de magnitud La temperatura de un cauce urbano puede incrementarse en 0,08 C por cada 1% de incremento de la impermeabilidad Reducción de la evapotranspiración Recarga de las napas freáticas por incorporación de líquidos contaminados importados
20 Según la Tucci, 2001 Aumento de temperatura, incremento de la radiación, cambios climáticos puntuales Aumento de sedimentos (colmatación de sistemas de drenaje y transporte de contaminación) Incremento de los residuos sólidos (obstrucción de sistemas de drenaje) Decaimiento en la calidad del escurrimiento pluvial (es similar al de un efluente cloacal con tratamiento secundario) Contaminación de acuíferos (vertederos sanitarios, fosas sépticas, pérdidas en los conductos pluviales)
21 Comparación entre países desarrollados y en vías de desarrollo Escenarios que caracterizan el agua en el medio urbano para los países desarrollados y en desarrollo (adaptado de Tucci, 2001)
22 Se pueden clasificar según White et al.,1972 Enfermedades con fuente en el agua: Donde el agua es el vehículo para el agente de infección ( cólera, salmonella) Enfermedades debido a la falta de higiene: Dependen de la educación de la población y el acceso a agua segura (infecciones de piel, oído y ojos) Enfermedades relacionadas con el agua: El agente necesita del agua para desarrollarse (malaria, dengue)
23 Los contaminantes en el agua pueden clasificarse como Biológicos(bacterias, hongos, virus, parásitos y algas) Químicos(hidrocarburos, detergentes, plásticos, arsénico, metales pesados, derivados del azufre, etc.) Físicos (color, temperatura, turbiedad, olor, etc)
24 Síntesis de enfermedades transmitidas por el agua Fuente: Verzeri y Troiano, Síntesis elaborada por la Ing. Cifuentes
25
26 Relación entre el acceso a agua potable y la tasa de mortalidad infantil. SAMTAC, 2000.
27 Desarrollos en: Técnicas analíticas en: Normativa en Córdoba
28 Origen: Lluvia Superficial Subterránea La contaminación de las aguas puede proceder de fuentes naturales o de actividades humanas. En la actualidad la más importante, sin duda, es la provocada por el hombre.
29 Fuentes naturales de contaminación del agua. El mercurio que se encuentra naturalmente en la corteza de la Tierra y en los océanos contamina la biosfera mucho más que el procedente de la actividad humana. Algo similar pasa con los hidrocarburos y con muchos otros productos. Normalmente las fuentes de contaminación natural son muy dispersas y no provocan concentraciones altas de polución. La contaminación de origen humano, en cambio, se concentra en zonas concretas y, para la mayor parte de los contaminantes, es mucho más peligrosa que la natural. Fuentes antrópicas de contaminación del agua (4 tipos)
30 1.- Industria: Según el tipo de industria se producen distintos tipos de residuos. Normalmente en los países desarrollados muchas industrias poseen eficaces sistemas de depuración de las aguas. En algunos países en vías de desarrollo la contaminación del agua por residuos industriales es muy importante.
31 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 Directiva 91/271/CEE de la Unión Europea sobre el Tratamiento de las Aguas Residuales Urbanas, aprobada en mayo de 1991, urge a los estados miembros a tomar las medidas para lograr que todas las aguas residuales sean adecuadamente recogidas y sometidas a tratamientos secundarios o equivalentes antes de ser vertidas. 3.- Navegación: Produce diferentes tipos de contaminación, especialmente con hidrocarburos. Los vertidos de petróleo accidentales o no, provocan importantes daños ecológicos. Convenios como el Marpol (Disminución de la polución marina procedente de tierra) de 1974 y actualizado en 1986 y otros, han impulsado una serie de medidas para frenar este tipo de contaminación. 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 Directiva Comunitaria 91/676/CEE incide en los vertidos de nitratos de origen agrario, sobre todo en las denominadas zonas vulnerables, las aguas subterráneas, los embalses, lagos y otros ecosistemas acuáticos que se encuentren en estado eutrófico o en peligro de estarlo.
32 Pretratamiento: Las aguas residuales que entran en una depuradora contienen materiales que podrían atascar o dañar las bombas y la maquinaria. Con un pretratamiento se pretende separar del agua residual tanto por operaciones físicas como por operaciones mecánicas, la mayor cantidad de materias que por su naturaleza(grasas, aceites, etc.) o por su tamaño (ramas, latas, etc.) crearían problemas en los tratamientos posteriores Se debe tener en cuenta: La procedencia del agua residual ( doméstica, industrial, etc). La calidad del agua bruta a tratar El tipo de tratamiento posterior La importancia de la instalación Algunas operaciones son: Separación de grandes sólidos, Tamizado, Dilaceración, Desarenado, Desaceitado-desengrasado
33 Tratamiento primario o tratamiento físico-químico químico: busca reducir la materia suspendida por medio de la precipitación o sedimentación, con o sin reactivos, o por medio de diversos tipos de oxidación química. Tratamiento secundario o tratamiento biológico: se emplea de forma masiva para eliminar la contaminación orgánica disuelta. Consisten en la oxidación de la materia orgánica (Por ej.: lagunas de oxidación) o su eliminación anaeróbica en digestores cerrados. Ambos sistemas producen fangos en mayor o menor medida que, a su vez, deben ser tratados para su reducción, acondicionamiento y destino final. Tratamiento terciario, de carácter físico-químico o biológico: desde el punto de vista conceptual no aplica técnicas diferentes que los tratamientos primarios o secundarios, sino que utiliza técnicas de ambos tipos destinadas a pulir o afinar el vertido final, mejorando alguna de sus características. Si se emplea intensivamente pueden lograr hacer el agua de nuevo apta para el abastecimiento de necesidades agrícolas, industriales, e incluso para potabilización
34 Operaciones comunes en los distintos tratamientos Sedimentación Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación donde se depositan los materiales orgánicos, que son retirados para su eliminación. El proceso de sedimentación puede reducir de un 20 a un 40% la DBO5 y de un 40 a un 60% los sólidos en suspensión. La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas de tratamiento industrial incorporando procesos llamados coagulación y floculación químicas al tanque de sedimentación. Coagulación/floculación: Es proceso para acelerar la sedimentación de los sólidos dispersos en un solvente. La coagulación es un proceso que consiste en añadir productos químicos como el sulfato de aluminio, el cloruro férrico o polielectrolitos a las aguas residuales; esto altera las características superficiales de los sólidos en suspensión de modo que se adhieren los unos a los otros y precipitan. La floculación provoca la aglutinación de los sólidos en suspensión. Ambos procesos eliminan más del 80% de los sólidos en suspensión
35 Filtración Después de los pasos anteriores, el agua contiene únicamente sólidos finos y materia soluble. Para eliminar esta materia es preciso realizar un proceso de filtración. Los filtros contienen capas de arenas (o antracita) y grava clasificada. La filtración por arena se puede clasificar en rápida o en lenta. Desinfección La desinfección de los abastecimientos públicos de agua representa el proceso más importante usado en la obtención de agua de calidad sanitaria adecuada. La desinfección significa una disminución de la población de bacterias hasta una concentración innocua. Por ello, se debe prestar mucha atención a la selección y operación del equipo clorador, ya que debe satisfacer a las necesidades particulares de cada abastecimiento de agua. Aunque en el pasado se han ensayado otros desinfectantes, que no se suelen usar en la actualidad, los mejores resultados se han obtenido con el uso del cloro, ya sea en forma de gas o de alguno de los diversos compuestos que lo contienen.
36 Pozo y reja para la separación de grandes sólidos Vista lateral de un filtro de arena
37 Ejemplos de esquemas de tratamientos 1º Esquema Captación Filtración lenta Desinfección Este primer esquema se utiliza solo en casos de que el agua superficial esté perfectamente controlada y tenga una turbiedad no muy elevada, como lo es cuando proviene de un gran embalse, de una vertiente, o de ríos o arroyos que durante todo el año tienen poca turbiedad.
38 Captación: consiste en las construcciones, bombas, y conducciones que acercan el agua a la etapa siguiente que indican los esquemas. La Filtración lenta se puede realizar mediante un Manto filtrante. Consiste en una capa de arena fina de graduación granulométrica determinada de, aproximadamente, 1 metro de espesor, que descansa sobre una capa de 0,40 mts, de arena gruesa, denominada "manto de sostén. Debajo del manto sostén se colocan las cañerías de drenaje que conducen al agua a la cámara de salida. La Desinfección es posible realizarla con cloro, ya que es la manera más utilizada dada su fácil obtención y aplicación. El cloro es un gas que si bien no es corrosivo por sí mismo, lo es cuando está húmedo. Reacciona con la mayoría de los compuestos orgánicos y es irritante para las vías respiratorias, por lo que en el tratamiento del agua no se lo usa en estado gaseoso sino en compuesto líquidos o sólidos que lo contienen, los cuales se denominan clorógenos
39 2º Esquema Captación---Sedimentación ---Coagulación--- Filtración rápida---desinfección Cuando la turbiedad es excesiva los filtros lentos se ensucian rápidamente, se puede recurrir a la sedimentación simple antes de la filtración
40 El coagulante más común en nuestro medio es el sulfato de aluminio. La sedimentación consiste en almacenar el agua en reservorios en los que durante un tiempo el agua se mantiene estática para facilitar el precipitado de los sólidos en suspensión. Un filtro rápido consiste en una caja de hormigón dentro del cual tiene colocados de arriba hacia abajo: El lecho filtrante de arena uniforme de 80 cm. Un lecho sostén de unos 30 cm de espesor formado por grava graduada y un sistema de drenaje constituido por canales o cañerías y también boquillas de filtración de diversas características que garantizan un desagüe regular.
41 Procesos avanzados de tratamiento de agua Consisten en una serie de procesos químicos y físicos especializados, que se utilizan para disminuir la cantidad de contaminantes específicos que quedan todavía en el agua después de los tratamientos primario y secundario. Dependen del tipo de contaminantes que contenga el agua. Son muy costosos. Se pueden nombrar, entre muchos otros: la ósmosis inversa, la electrodiálisis y el de adsorción con carbono activado.
42 En el proceso de ÓSMOSIS INVERSA se requiere de una membrana semipermeable (cuando están en contacto con la solución, permite el paso de pequeñas moléculas de disolvente y bloquea el paso de moléculas o iones de mayor tamaño como el soluto) que solamente permita el paso del agua. Este proceso puede llevarse a cabo mediante la aplicación de una presión sobre la solución con lo cual el agua esforzadaafluirdelasolución hacia laotra parte delsistema (elaguadulce) El fenómeno de la ósmosis inversa es útil para la desmineralización del agua y para la eliminación de materia orgánica y nutrientes disueltos en el agua. La ósmosis inversa puede llegar a lograr una desmineralización del 90 % con una pérdida de aproximadamente el 25 % del agua de alimentación en forma de salmuera. Se le considera como uno de los métodos de tratamiento terciario más prometedor para el tratamiento del agua contaminada. La isla de Malta que se localiza en el mar Mediterráneo, está formada principalmente por piedra caliza y por eso existe poca agua dulce subterránea. La planta desalinizadora está en Ghar Lapsi y produce la cantidad diaria demandada por la población de agua desalinizada. El método de la ELECTRODIÁLISIS utiliza una celda eléctrica en la que se coloca un tipo especial de membranas dializantes selectivas frente a los electrodos. Al aplicar el potencial eléctrico los iones fluyen hacia la celda de cada uno de los electrodos de acuerdo a su carga eléctrica. El agua purificada (contiene menor cantidad de iones) se conduce al recipiente de almacenamiento. El método de ADSORCIÓN CON CARBONO ACTIVADO se utiliza para eliminar materia orgánica disuelta en el agua y consiste en hacer pasar por columnas rellenas de carbono granular activado al agua. Como el carbono es muy poroso y tiene una gran superficie de contacto, los contaminantes orgánicos se adhieren en la superficie del carbono. Además sirve para eliminar los sólidos en suspensión. El carbono se puede reutilizar mediante un horno en el que se quema el material orgánico adsorbido.
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