los sistemas fluidos ii: la hidrosfera....
TRANSCRIPT
CTMA6
TEMA 6
LOS SISTEMAS FLUIDOS II: LA HIDROSFERA.
RECURSOS, RIESGOS E IMPACTOS.
LA HIDROSFERA: CARACTERÍSTICAS GENERALES ORIGEN
La hidrosfera es una de las capas dinámicas de la Tierra, una capa discontinua debido a la presencia de
zonas emergidas. Se forma por la desgasificación del planeta en formación.
DISTRIBUCIÓN
Existe un total de 1330 . 106 Km 3 de agua repartidos de la siguiente forma:
Océanos y continentes: Agua salada: 97,3 %
Agua dulce: Continentes: 2,7 %, casquetes: 2,15 %, subterránea: 0,6 %,
lagos salados: 0,008 %, lagos dulces: 0,009%, ríos: 0,0001 %.
Combinada con minerales
Atmosférica: 0,001 %
Formando parte de la biota
PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL AGUA
Estructura de la molécula de agua, puentes de Hidrógeno.
EL CICLO DEL AGUA Representados km3 / año
PRECIPITACIÓN
385
CONDENSACIÓN
EVAPORACIÓN
425
EVAPOTRANSPIRACIÓN
EVAPORACIÓN
71
INFILTRACIÓN ESCORRENTÍA
PRECIPITACIÓN
111
40
El ciclo hidrológico se produce por la radiación solar, que al evaporar el agua produce la acumulación de
calor latente que se libera en la condensación. La fuerza de la gravedad también interviene en el ciclo.
En el ciclo una molécula de agua permanece:
9-10 días en la atmósfera.
12-20 días en los ríos.
1-100 años en los lagos.
300 años en los acuíferos.
3000 años en los océanos.
CTMA6
OCÉANOS Y MARES CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS
Salinidad: Cantidad de sales disueltas en un volumen de agua (gr/kg ó ‰). La salinidad media: 33 ‰ (en
el Mar Muerto 40 gr/kg).
Cl: 19,3 gr/kg, Na: 10,7 gr/kg, Mg: 1,3 gr/kg, S: 0,9 gr/kg
Temperatura: varía según dos factores:
• Latitud: coincidente con los continentes y teniendo en cuenta que no existen tantos contrastes por
la mayor capacidad calorífica. Temperatura
Profundidad
15
30
150
3 7• Profundidad: se establecen tres zonas:
- Estrato superficial (200-500 m) 12-30 ºC. Afectado
por la temperatura atmosférica, el viento y el
oleaje. Procesos de conducción y convección.
- Zona intermedia o termoclina (100-1500 m):
descenso térmico acusado.
- Zona profunda (a partir de 1500 m): aguas frías
(<5ºC) y densas.
VERANO: Plancton en superficie INVIERNO: Plancton en profundidad
Densidad: relacionada con la salinidad y la temperatura. La densidad aumenta al aumentar la salinidad y
disminuir la temperatura. También varía con la profundidad (debido a la presión).
Densidad media: 1.027 – 1.028 gr/cc
Presión: aumenta 1 atm. cada 100 m de profundidad (fondos marinos: 380 atm., abisales: 1100 atm.)
Luz: color azul cobalto λ = 475
LA CIRCULACIÓN OCEÁNICA
Corrientes marinas: originadas por la distribución latitudinal de la radiación solar (que determina el
régimen de vientos y la densidad del agua), la topografía del fondo oceánico, la distribución de
los continentes y la fuerza de Coriolis. Existen dos tipos de corrientes oceánicas:
• Superficiales: (400 m) originadas por el viento.
• Profundas o termohalinas: debidas a las variaciones de densidad. El agua fría y salada,
más densa, baja y va hacia las latitudes más bajas donde se calienta. Velocidad = 10-20 cm/s
Olas: producidas por movimientos sísmicos y erupciones submarinas o por el viento que produce un
movimiento ondulatorio de las partículas superficiales del agua, describiendo un círculo sin
casi desplazamiento horizontal. Al chocar esta onda con el fondo (costa) se incrementa el
desplazamiento horizontal y la ola rompe. Las olas distribuyen y transportan energía (utilizada
por la Energía Mareomotriz)
Mareas: debidas a la acción gravitatoria de la Luna y el Sol.
CTMA6
CTMA6
AGUAS CONTINENTALES Clasificación de las aguas continentales:
• Según su contenido en Cl-:
DULCES: ([Cl-] < 0,2 g/l)
OLIGOHALINAS (0,2 – 2 g/l)
SALOBRES: ([Cl-] > 0,2 g/l) MESOHALINAS (2– 10 g/l)
POLIHALINAS (>10 g/l)
• Según su ubicación:
RÍOS y otros CAUCES
SUPERFICIALES LAGOS
CASQUETES POLARES
SUBTERRÁNEAS
LOS RÍOS Y OTROS CAUCES
Tipos de cauces: - Aguas salvajes: sin cauce ni caudal fijo
- Torrentes y ramblas: con cauce fijo pero caudal no fijo.
- Ríos: con cauce y caudal fijos
Conceptos básicos: - Red de drenaje
- Cuenca hidrográfica
- Caudal (m/s)
- Hidrograma
- Perfil del río
- Llanura de inundación
- Tramos del río (alto, medio y bajo)
CTMA6
Procesos Geológicos Externos Erosión: formas de modelado características:
Pilancones
Gargantas, tajos y hoces. Valle en V
Cascadas
Chimeneas de las hadas
Lapiaz y lenar
Transporte: cantos rodados
Sedimentación: formas de modelado características:
Desembocaduras (estuarios y deltas)
GLACIARES
Partes de un glaciar: circo, lengua, frente
Movimiento del hielo. Grietas.
Tipos de glaciares: circo, alpinos e islandis.
Procesos Geológicos Externos Erosión: formas de modelado características:
Rocas aborregadas
Valle en U
Transporte: cantos angulosos
Sedimentación: formas de modelado características:
Morrenas
LAGOS
CTMA6
LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS
Los acuíferos o capas freáticas son los terrenos porosos y permeables que se encuentran llenos de agua.
El agua que penetra por los poros de una roca permeable acaba llegando a una zona impermeable que la
detiene. Así la zona permeable se va llenando de agua (zona de saturación) y por encima de ella existe
una zona por donde discurren las gotas de agua pero que también tienen poros con aire (zona de aireación). La zona de contacto entre ambas se llama nivel freático.
Zona de aireación
Roca permeable
zona de saturación
Roca impermeable
nivel freático
Normalmente los acuíferos se van recargando de forma natural con la precipitación e infiltración en el
suelo y las grietas de las rocas (zonas de recarga) y discurre lentamente por el manto freático y acaba
saliendo en forma de manantiales y fuentes (zonas de descarga).
Según el tipo de rocas existen dos tipos de acuíferos:
• Acuíferos detríticos: formados por rocas detríticas (areniscas, gravas) que almacenan el agua en
los espacios intersticiales.
• Acuíferos Kárstico: en calizas, yesos, margas y dolomías que están sometidas al karst, dejando
espacios donde se almacena el agua.
El ritmo de renovación de un acuífero es muy lento, por lo que son muy susceptibles de contaminación y,
cuando se produce sobreexplotación, y se saca más agua de la que se recarga, el nivel freático va
disminuyendo (lo cual afecta a las aguas de superficie y a la vegetación).
CTMA6
RECURSOS DE LA HIDROSFERA: EL AGUA COMO RECURSO
La utilización del agua como recurso se ha adecuado a lo largo de la historia a su disponibilidad, pero el
desarrollo tecnológico ha variado la situación creando una nueva demanda (alejada de las fuentes de
abastecimiento) y precisando cada vez mayores infraestructuras para garantizar este abastecimiento.
La explosión demográfica y la desigualdad hace que una quinta parte de la población humana presente
dificultades de abastecimiento y otra quinta parte no puede acceder a ella.
La creciente demanda humana convierte al agua en un recurso potencialmente renovable, ya que el ritmo
de consumo es mayor al de regeneración. El consumo medio mundial de agua es de 3500 a 4000 km3 /
año. Existen zonas excedentarias (las circumpolares como Siberia) y zonas deficitarias (aquellas de gran
demanda con una densidad de población y un desarrollo creciente). En España tenemos dos zonas
diferenciadas tradicionalmente: la España húmeda y la seca, pero no podemos afirmar que ninguna de
ellas sea excedentaria, pues se hayan sometidas igualmente a ciclos de sequía de importancia dada la
latitud a la que nos encontramos.
Recurso hidráulico natural de una región durante un periodo, es el volumen de agua disponible sin obras
artificiales (En España equivale a 2.924 m3/hab/año).
Año hidrológico: periodo de 12 meses que comienza cuando el almacenamiento superficial y subterráneo
es mínimo (en España comienza el 1 de octubre y termina el 30 de septiembre).
Demanda: cantidad de agua necesaria para satisfacer un uso del agua determinado.
Consumo: es la reducción en el volumen del agua disponible cuando ha sido utilizada.
Los usos del agua Se pueden clasificar de las siguientes formas:
Según el consumo:
• USOS CONSUTIVOS: con consumo del agua (abastecimiento, regadío...)
• USOS NO CONSUTIVOS: sin consumo del agua( hidroeléctricas, navegación, pesca...)
Según su prioridad:
• USOS PRIORITARIOS: aquellos en los que es imprescindible el uso del agua (abastecimiento, riego y
medio ambiente)
• USOS SECUNDARIOS: aquellos que utilizan los caudales sobrantes (usos energéticos y recreativos).
Según el tipo de destinatario:
• USOS URBANOS E INDUSTRIALES: dependen de la densidad de población y el nivel de desarrollo
industrial. Es el consumo doméstico, comercial, urbano, refrigeración, incorporación al
producto elaborado y la limpieza. En los países desarrollados el uso urbano constituye el 15 %
del consumo y el industrial el 10%. En los países subdesarrollados constituyen el 5% cada uno
de ellos. Su uso produce las aguas domiciliarias y aguas negras.
• USOS AGRÍCOLAS: regadíos (por aguas de escorrentía y acuíferos). En los países desarrollados el
uso agrícola constituye el 75 % del consumo y en los países subdesarrollados el 90%.
• USO ENERGÉTICO: la mayor parte de este consumo es para producción de energía hidroeléctrica,
pero también se utiliza en la refrigeración de las centrales nucleares y térmicas.
• NAVEGACIÓN FLUVIAL: se produce mediante embalses de regulación si el caudal es insuficiente.
CTMA6
• USOS RECREATIVOS: deportes náuticos, pesca, parques temáticos...
• NECESIDADES ECOLÓGICAS Y AMBIENTALES: el caudal mínimo ecológico (determinado por ley en un
10% del caudal medio del cauce) se establece teniendo en cuenta el equilibrio entre el medio
biológico y el balance erosivo, evitando el estancamiento, diluyendo la contaminación,
conservando el paisaje y garantizando la recarga de acuíferos, así como la vida de las
especies fluviales. Es muy importante que en los usos del agua se mantenga este caudal
mínimo ecológico, algo que lamentablemente las grandes hidroeléctricas y comunidades de
regantes muchas veces no cumplen.
La explotación del recurso Para la obtención y reparto-distribución del recurso se utilizan diversos medios entre los que tenemos en
cuenta:
- LA REGULACIÓN DE LAS CUENCAS HIDROGRÁFICAS: las confederaciones hidrográficas son los organismos
reguladores de las cuencas que deben adaptar el caudal existente a las demandas garantizando
además que el ecosistema siga siendo tal. Tan sólo un 10% de nuestros caudales no están reguados
ni alterados artificialmente (principalmente las cabeceras de los ríos), el resto de nuesros cauces están
regulados artificialmente mediante obras de encauzamiento y presas de regulación (en España existen
más de 1200 grandes presas). Estas presas se utilizan sobre todo para la producción de energía
eléctrica y regadío, aunque también permiten la regulación en algunos tramos en caso de inundación.
El impacto de estas construcciones es muy alto.
- EXPLOTACIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS: La existencia de acuíferos depende de la litología, de esta
manera en España encontramos las siguientes características:
España silícea: en el tercio occidental, sin acuíferos.
España calcárea: en el levante y la cordillera cantábrica, con almacén de agua en las fisuras del
karst.
España Arcillosa: Cataluña y cuencas fluviales con acuíferos asociados a depósitos de arenas
terciarias.
Los acuíferos de este país están sufriendo una sobreexplotación severa, algunos están contaminados
y salinizados, y constituyen un recurso no renovable.
- LOS TRASVASES: es la transferencia de agua desde supuestas zonas excedentarias a zonas deficitarias,
utilizando para ello energía, dado que el agua debe ser elevada hasta cierta altura (a veces más de un
kilómetro) para que luego se mueva por gravitación. Debe ser elevada en varias ocasiones hasta
llegar a la zona de consumo, lo que hace que el coste suba mucho. Desde un punto de vista ambiental
los trasvases son inaceptables pues degradan los ecosistemas de los que se extrae el agua.
- LA OBTENCIÓN TECNOLÓGICA DEL AGUA: mediante la siembra de nubes se puede obtener lluvia artificial
(se siembran las nubes con núcleos de condensación para favorecer la precipitación). También se
obtiene agua por desalación de agua marina o reciclaje de aguas residuales (para ello se realizan
destilación, electrodiálisis, ósmosis inversa y congelación).
CTMA6
RECURSOS ENERGÉTICOS
El Carbón El carbón es una roca combustible formada por el almacenamiento de energía solar en forma de energía
química mediante la fotosíntesis, en enlaces de carbono. Los depósitos provienen en su mayoría del
carbonífero.
Génesis del carbón:
1º Se forma en un ecosistema húmedo (cuenca sedimentaria continental) con mucha vegetación en un
clima tropical.
2º La acumulación de la materia orgánica, con escasez de O2 (son charcas y lagunas poco profundas),
es fermentada por microorganismos anaerobios.
3º El depósito es cubierto por sedimentos, hasta que la charca se colmata y a la vez sufre subsidencia.
4º El aumento de presión y temperatura produce la carbonización:
n (C6 H12 O6) → CO2 + H2O + CH4 (grisú) + 4C (carbón)
Tipos de carbón
TIPO % c IMPUREZAS YACIMIENTO RENDIMIENTO (Cal)
TURBA 45-60 Muy alta Sedimentario 5000
LIGNITO 60-75 Alta Sedimentario 6500
HULLA 75-90 Baja Sedimentario 7500
ANTRACITA >90 Muy baja Metamórfico >8000
GRAFITO 100 _ Metamórfico-ígneo _
La explotación del carbón se realiza en minas a cielo abierto y subterráneas. Impactos y medidas
correctoras (ver tema 4). Energía no renovable, muy contaminante.
CTMA6
Usos del carbón:
- Producción de energía eléctrica en centrales térmicas.
- Coquería (producción de coque a partir de la hulla para utilizarlo en los altos hornos).
- Siderurgia (hierro, acero y fundición).
- Industrias del cemento y cerámica.
- Uso doméstico (calefacción).
- Conversión del carbón en gas e hidrocarburos líquidos.
Principales yacimientos de la Península Ibérica: Cuenca astur-leonesa (hulla), cuenca sur (Marianicas, de
hulla, lignitos y turberas) y la cuenca oriental (lignitos y turberas).
El petróleo Es una “roca líquida”, en realidad una mezcla de hidrocarburos, unos 1200 distintos con fórmulas químicas
de 1 a 40 carbonos. Presenta tres fases: sólida (asfaltos), líquida (el crudo) y gaseosa (el gas natural).
Génesis del petróleo:
1º Su origen está en una mezcla de plancton marino y restos de materia orgánica continental que se
acumulan junto con limos y sedimentos calcáreos en los fondos de mares poco profundos y pobres
en oxígeno.
2º Los depósitos aportados desde el continente impiden la descomposición de la materia y lo que se
produce es fermentación por microorganismos anaerobios. Se forma así el SAPROPEL, mezcla de
barros y materia orgánica fermentada.
3º Maduración del sapropel y formación de la roca madre del petróleo: por subsidencia o por la
cercanía de un foco magmático se produce un aumento de la temperatura. A temperaturas entre 20
y 65 ºC se forma el gas biogénico (formado por CH4 principalmente) y el KERÓGENO (una mezcla
de lípidos)
A temperaturas entre 95 y 105ºC se forma el petróleo, mediante el proceso de CRACKING (rotura)
que origina bitumen y asfaltos (pizarras bituminosas) que luego originarán crudo, y a partir de
temperaturas de 135 º C sólo se origina gas natural.
4º El petróleo migra desde la roca madre hasta zonas más superficiales, las rocas almacén, porosas y
permeables, donde queda atrapado entre otras rocas impermeables (rocas trampas), originando un
yacimiento.
La explotación del petróleo se realiza mediante prospecciones, sondeos (entre 500 y 7000 m), evaluación
del rendimiento y producción. Muchas plataformas petrolíferas se encuentran en alta mar con el
consiguiente riesgo.
CTMA6
Usos del petróleo: son muy diversos. Es una fuente de energía no renovable utilizada principalmente para
transporte y calefacción, pero en las plantas petroquímicas se produce el refinamiento del crudo que da
lugar a muchos derivados:
- Gases ligeros (1-5 C): combustible doméstico y automóviles.
- Gasolinas (6-10 C): combustible
- Keroseno (11-13 C): combustible de aviación
- Diesel (14-1C) y gasoil (19-25 C): combustible motores.
- Aceite lubricante (26-40 C): para motores, industria química y fabricación de explosivos.
- Sólidos (>40 C): asfaltos, parafinas, carbón de coque, vaselinas, alquitrán, betún, nylon...
Yacimientos en España: Burgos y Santander, Tarragona, golfo de Cádiz. Tenemos una gran dependencia
energética en este aspecto.
La energía del mar Existen tres procesos marinos de los que se puede obtener energía:
- La diferencia de temperatura entre la superficie y el fondo: energía maremotérmica.
- Las mareas: energía mareomotriz.
- El oleaje: energía del oleaje
La energía maremotérmica se basa en el gradiente de energía (hasta 18 ºC en algunos mares ) que
existe entre la capa superficial y la capa profunda de los mares y océanos. Este calor se utiliza para
vaporizar un líquido de bajo punto de ebullición (NH3) que mueve una turbina unida a un generador que
produce electricidad. También se puede vaporizar directamente el agua de mar que luego vuelve a
condensarse.
La energía mareomotriz se basa en las diferencias de cotas entre la pleamar y la bajamar,
construyéndose un dique que aisla un estuario. Durante la pleamar se abren las compuertas y el dique se
llena de agua, luego se cierran y durante la bajamar, al descender el agua del mar, se hace pasar el agua
cerrada en el estuario por las turbinas.
a energía del oleaje es menos
Ventajas: energía renovable,
emas
L
utilizada y está en fase de
experimentación.
•
permite autonomía e
independencia del exterior.
• Inconvenientes: probl
ecológicos de los diques,
localizada en las costas y
necesita al menos diferencias de
mareas de 4-6 metros.
CTMA6
La energía hidráulica en una masa de agua en movimiento (energía de los ríos). Esta energía proviene
novable, no produce CO2, muy versátil (usos de la energía eléctrica en general).
s presas causan un importante impacto paisajístico.
pueblos.
istema fluvial.
macenarse,
-
instalan.
, y de la topografía.
España c n e
IESGOS DE LA HIDROSFERA
Es la energía contenida
del sol (ciclo del agua) y de la energía gravitatoria (energía potencial) que se transforma en energía
cinética (molinos de agua) capaz de mover las turbinas y generar energía eléctrica (centrales
hidroeléctricas).
Es una energía re
Inconvenientes:
- La
- Para su construcción se anegan los valles más fértiles y
- Modifican la dinámica fluvial y alteran de forma irreversible el ecos
- Su utilización depende de la demanda, ya que la energía eléctrica no puede al
con lo que su impacto sobre el medio es mucho mayor, ya que se turbina cuando aumenta
la demanda, soltándose gran cantidad de agua que crea inundaciones.
Destruyen ecosistemas terrestres de alto valor ecológico.
- Modifican las condiciones climáticas de las zonas donde se
- Dependen del clima: si no hay agua almacenada, no pueden utilizarse
ue ta con un parque hidroeléctrico muy importante, pero en épocas de sequía no pued
utilizarse. Actualmente se busca como alternativa las minicentrales hidroeléctricas pero, aunque su
impacto podría considerarse menor pues las presas son de menor tamaño, afectan a las cabeceras de los
ríos y a tramos de éstos que se encuentran en buen estado. Muchas veces no son rentables y en la
actualidad muchas de estas concesiones se encuentran en los tribunales debido al importante impacto
sobre el medio fluvial e incluso se han demolido algunas.
RINUNDACIONES
Se producen por causas climáticas, geológicas y humanas. Los huracanes, las lluvias torrenciales, la
eno natural que se produce con
nificando el territorio y sus usos: nunca deben realizarse construcciones en las llanuras
- de ladera para aumentar la
-
to de cauces tras las avenidas.
s mucho mayor, como la
fusión de las nieves, los temporales, las avalanchas y deslizamientos, y los maremotos son causas
naturales de las inundaciones y avalanchas de agua y tierras, pero están agravados por las modificaciones
humanas sobre los cauces, las roturas de presas y la mala planificación.
La inundación de una cuenca y de su llanura de inundación es un fenóm
cierta periocidad dependiendo del clima. La prevención de este fenómeno y la minimización del riesgo se
pueden realizar:
- Pla
de inundación de los ríos, en las riberas ni en la línea de costa.
Reforestación y conservación de suelos tanto de ribera como
infiltración y la retención del agua y evitar la escorrentía. Los cauces de los ríos no deberían
ser nunca una obra civil de hormigón.
Elaboración de mapas de riesgo.
- Limpieza, drenaje y ensanchamien
- Construcción de diques y presas (aunque en ocasiones el mal e
rotura de la presa de Tous, Valencia, 1981)
CTMA6
RETROCESO DE LA COSTA
s un fenómeno natural de la dinámica costera que se convierte en riesgo dada la El retroceso de la costa e
gran urbanización de estas zonas. Se trata de frenar mediante diques y rompeolas. (ver tema 8).
EROSIÓN DE LAS PLAYAS
De forma natural, los temporales arrastran grandes cantidades de arena de la costa y la relevancia de este
proceso va unido a su interés económico-turístico. Igualmente se construyen diques, espigones y
rompeolas que modifican la dinámica litoral, pero en muchos casos estos no están bien planificados o
bien, la construcción de puertos deportivos, producen la desaparición de la playa en otras zonas. La
restauración de las playas con arenas exógenas es una solución efímera y costosa.
AVALANCHAS Y OTROS RIESGOS ASOCIADOS A ROCAS SEDIMENTARIAS
Muchas rocas sedimentarias son poco consolidadas, tienden a hincharse de agua y deslizarse con
expandirse al hidratarse produciendo distensiones que pueden
e rocas salinas menos densas que producen deformaciones del terreno.
rro, la
facilidad por terrenos con cierta pendiente.
Las arcillas, limos y las anhidritas tienden a
producir la rotura de edificios.
Los diapiros son ascensiones d
Los macizos kársticos pueden sufrir colapsos y subsidencias al encontrarse disueltos en su interior.
Los fenómenos de ladera son los deslizamientos, desprendimientos de rocas, flujos y coladas de ba
solifluxión, hinchamientos como el creep o reptación. Estos fenómenos dependen del tipo de roca y de la
climatología, pero pueden prducir daños de importancia en suelos poco consolidados.
CTMA6
LA SEQUÍA
Los países de latitudes medias de clima árido y subárido son susceptibles de sufrir sequías periódicas.
Siendo un fenómeno natural, la mala gestión del recurso puede agravarlo mucho. El Mediterráneo es una
zona que se caracteriza por presentar varios meses de sequía al año, es decir que las temperaturas más
altas coinciden con los periodos de precipitaciones más bajas. Muchas zonas de España sufren este
fenómeno, pero el mal uso del agua está incrementando las consecuencias. La deforestación, con el
incremento de escorrentía y erosión del suelo, dificulta la infiltración del agua en los acuíferos; la mala
planificación agrícola basada en el regadío y en la agricultura intensiva en un país donde las temperaturas
son altas; la urbanización desmesurada y la construcción de campos de golf que produce la
sobreexplotación de los acuíferos... son todas ellas causas y agravantes del problema.
Son muchas las medidas correctoras pero la más importante de ellas es la gestión de un recurso escaso e
imprescindible para la vida. Ahorro, eficencia, retorno, reciclado y explotación sostenible.
LOS IMPACTOS LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA
El agua se define como un líquido incoloro, inoloro e insaboro. La calidad del agua se puede medir por
muchos índices y debe tener en cuenta muchos factores, además del destino final de su uso.
El índice de calidad general (ICG) es una fórmula matemática que integra nueve parámetros básicos y
catorce complementarios de calida. Los valores oscilan entre 0 y 100.
ÍNDICE CALIDAD
100>ICG>85 Excelente
85>ICG>75 Buena
75>ICG>65 Deficiente
65>ICG>0 Muy deficiente
• Parámetros de calidad Temperatura
Conductividad ([Sales] a Tª de 25ºC deben encontrarse en valores < 400 m.Mhos/cm a 750
m.Mhos/cm
Color (depende de la presencia de materia orgánica, fitoplancton, aguas residuales...)
Olor (debido a la descomposición de la materia orgánica).
Sabor
Turbidez (partículas en suspensi´n, disco de Schelly)
PH (entre 6-8,5)
Radioactividad
Concentración de oxígeno (indica la capacidad de autodepuración)
OD (oxígeno disuelto): expresado en % respecto a la [O2] máxima. Un valor de OD = 7 mg/l indica
un agua oxigenada, un valor entre 3-5 mg/l es un agua pobre (ciprínidos).
DQO (demanda química de oxígeno) expresada en mg/l. Cantidad de oxígeno necesaria para que
se producta por vía química la oxidación de compuestos orgánicos o inorgánicos.
CTMA6
DBO (demanda bioquímica de oxígeno) expresada en mg/l. Cantidad de oxígeno necesaria para
que los microorganismos lleven a cabo la oxidación de compuestos orgánicos biodegradables. A
Tª de 20 ºC, DBO5 ≅ 70% de DBO. DQO (mg/l) DBO mg/l
20 - 40 Potable < 20 Poco contaminada
40 - 80 Mediocre 20 – 50 Contminada
> 80 Muy contaminada > 50 Muy contaminada
COT (Carbono orgánico total)
Iones (medida de la salinidad) aniones (Cl, nitratos, nitritos, fosfatos...) y cationes (Na+, Ca++, Mg++,
metales pesados...). Las aguas se clasifican en blandas o duras (con más de 0,5 mg/l de iones)
Sustancias orgánicas (fenoles, plaguicidas, ac. Carboxílicos..)
Bacterias coniformes (totales o fecales, en nº individuos por ml)
Microinvertebrados y macroinvertebrados (son indicadores biológicos de la calidad de las aguas)
Fauna piscícola (idem)
Tipos de contaminación: Según el foco:
- Puntual
- Difusa
Según la procedencia:
- Natural
- Antrópica
• Los focos de contaminación: NATURALES EROSIÓN
ERUPCIONES VOLCÁNICAS (causantes de la lluvia ácida y la acidificación de las aguas
continentales)
ANTRÓPICOS DOMÉSTICOS: las aguas residuales (fecales, detergentes y otros). Vertederos.
INDUSTRIALES: papeleras (cloro), químicas, cementeras, caolín...
ENERGÉTICAS (térmica y nuclear, el petóleo (mareas negras), la minería (lixiviados)
AGRÍCOLAS (pesticidas y plaguicidas, salinización de los pozos).
RECREATINAS (la automoción (barcas y transporte), la pesca (plomo), el baño...
Efectos medioambientales de la contaminación SOBRE LOS RÍOS Y CAUCES SUPERFICIALES
Las sales y la materia orgánica favorecen la producción primaria produciendo eutrofización de las aguas.
Si la materia orgánica es abundante proliferan las bacterias descomponedoras que agotan el oxígeno
impidiendo el desarrollo de plantas y animales.
El río se puede autodepurar, pero podemos distinguir varias zonas según la calidad del agua:
+ Zona de polisaprobios: cercana al foco de contaminación, agua maloliente, cargada de materia
orgánica y bacterias. Se consume mucho oxígeno. Géneros: Sphaerotilus, Paramecium, Chiromonas
CTMA6
+ Zona de mesosaprobios: más alejada del foco de
contaminación, agua con menos materia orgánica y
bacterias .Las algas contribuyen a su destrucción y
aportan oxígeno. Géneros: Euglena, Asellus,, larvas de
Chiromonas, Cladophora y Navicula.
+ Zona de oligosaprobios: los organismos fijan los
elementos nutritivos y producen oxígeno. Condiciones
aceptables. Géneros: cangrejo de río, Ephemera, truchas
Los ríos pueden autodepurarse pero en los lagos y embalses el
proceso es más difícil por el estancamiento. En el proceso de
eutrofización, el crecimiento de las algas es masivo, al morirse
caen al fondo y se descomponen, aportando nuevos nutrientes y
acidificando los sedimentos, que liberan al medio metales
pesados.
SOBRE LOS ACUÍFEROS
La sobreexplotación es el principal problema, pues en su mayoría se trata de acuíferos fósiles sin recarga
(Tablas de Damiel). Cercade la costa, la bajaa del nivel freático produce una intrusión marina que da lugar
a la salinización del acuífero. Como se sigue utilizando para riego se produce también la salinizacion de
los suelos. La contaminación se detecta más tarde que en las aguas superficiales y se produce por
infiltración (vertidos químicos, basureros, pesticidas y herbicidas...
SOBRE LOS MARES
Son contaminados directamente or los ríos, los accidentes marítimos, los procesos industriales y el vertido
intencionado durante años (basuras, incineración de productos tóxicos en alta mar y vertidos nucleares
altamente peligrosos). Las mareas negras causadas por accidentes o por la limpieza de las refinerias y de
los barcos son una de las peores catástrofes para el medio. Es una contaminación sin fronteras que
destroza la costa con graves consecuencias medioambientales y económicas. El doble casco y la
reglamentación han venido a paliar estos daños, pero quedan en la memoria El Prestige o la quema
intencionada de pozos petrolíferos en la Guerra del Golfo.
CTMA6
La depuración de las aguas Idea general
La mayoría de los vertidos de aguas residuales que se hacen en el mundo no son tratados. Simplemente se descargan en el río, mar o lago más cercano y se deja que los sistemas naturales, con mayor o menor eficacia y riesgo, degraden los desechos de forma natural. En los países desarrollados una proporción, cada vez mayor, de los vertidos es tratada antes de que lleguen a los ríos o mares en EDAR (estaciones depuradoras de aguas residuales).
El objetivo de estos tratamientos es, en general, reducir la carga de contaminantes del vertido y convertirlo en inocuo para el medio ambiente. Para cumplir estos fines se usan distintos tipos de tratamiento dependiendo de los contaminantes que arrastre el agua y de otros factores más generales, como localización de la planta depuradora, clima, ecosistemas afectados, etc.
La depuración de las aguas Los diferentes tipos de depuración están relacionados con su tecnología y su coste económico. Podemos distinguir tres tipos: depuradoras de técnica blanda, intermedias y de técnica dura o convencionales. DEPURADORAS DE TÉCNICA BLANDA Son de bajo coste económico y se desarrollan por procesos naturales o cercanos a ellos.
Lagunaje: son estanques anaerobio o aerobios. En los primeros se desarrolla la decantación y la digestión, en las segundas, mediante procesos biológicos, las bacterias aerobias y facultativas realizan la depuración, obteniendo el oxígeno de las algas, del que se incorpora por difusión de la atmósfera y del que se desprende gracias a la acción de los rayos solares.
Lechos de turba: son zonas llanas que filtran el agua a través de la turba (a veces son de arena). Lechos bacterianos o filtros biológicos: son recipientes circulares rellenos de cantos rodados, lava
volcánica, pieza de plástico... por las que pasan las aguas residuales que salen de un aspersor que gira. Esta agua cae sobre el lecho de materiales y los microorganismos que se encuentran sobre ellos, asimilan la materia orgánica del agua. El oxígeno necesario se toma de la atmósfera ya qu el aire circula por el interior del recipiente.
Biorrotores: son cilindros rellenos de piezas de plástico que giran en el interior de las aguas residuales y toman el agua de la atmósfera.
Filtros verdes: son grandes extensiones de terreno sobre los que se plantan especies vegetales, en muchos casos maderables (chopos), y que se inundan periódicamente con aguas residuales.
DEPURADORAS DE TÉCNICA INTERMEDIA Combinan ambas técnicas (duras y blandas). DEPURADORAS DE TÉCNICA DURA Las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) tienen mayor coste económico, ocupan menos espacio y realizan tratamientos más específicos (eliminación de fósforo y nitrógeno). Los lodos que se obtienen de ellas son utilizados como abonos siempre que no contengan sustancias contaminantes. Este agua obtenida se puede utilizar para riego de jardines, limpieza de calles...
Tipos de tratamiento.
Hay distintos tipos de tratamiento de las aguas residuales para lograr retirar contaminantes. Se pueden usar desde sencillos procesos físicos como la sedimentación, en la que se deja que los contaminantes se depositen en el fondo por gravedad, hasta complicados procesos químicos, biológicos o térmicos. Entre ellos, los más usuales son:
a) Físicos
• Sedimentación. • Flotación.- Natural o provocada con aire. • Filtración.- Con arena, carbón, cerámicas, etc. • Evaporación. • Adsorción.- Con carbón activo, zeolitas, etc. • Desorción (Stripping). Se transfiere el contaminante al aire (ej. amoniaco). • Extracción.- Con líquido disolvente que no se mezcla con el agua.
b) Químicos
CTMA6
• Coagulación-floculación.- Agregación de pequeñas partículas usando coagulantes y floculantes (sales de hierro, aluminio, polielectrolitos, etc.)
• Precipitación química.- Eliminación de metales pesados haciéndolos insolubles con la adición de lechada de cal, hidróxido sódico u otros que suben el pH.
• Oxidación-reducción.- Con oxidantes como el peróxido de hidrógeno, ozono, cloro, permanganato potásico o reductores como el sulfito sódico.
• Reducción electrolítica.- Provocando la deposición en el electrodo del contaminante. Se usa para recuperar elementos valiosos.
• Intercambio iónico.- Con resinas que intercambian iones. Se usa para quitar dureza al agua. • Osmosis inversa.- Haciendo pasar al agua a través de membranas semipermeables que retienen
los contaminantes disueltos.
c) Biológicos. Usan microorganismos que se nutren con diversos compuestos de los que contaminan las aguas. Los flóculos que se forman por agregación de microorganismos son separados en forma de lodos.
• Lodos activos.- Se añade agua con microorganismos a las aguas residuales en condiciones aerobias (burbujeo de aire o agitación de las aguas).
• Filtros bacterianos.- Los microorganismos están fijos en un soporte sobre el que fluyen las aguas a depurar. Se introduce oxígeno suficiente para asegurar que el proceso es aerobio.
• Biodiscos.- Intermedio entre los dos anteriores. Grandes discos dentro de una mezcla de agua residual con microorganismos facilitan la fijación y el trabajo de los microorganismos.
• Lagunas aireadas.- Se realiza el proceso biológico en lagunas de grandes extensiones. • Degradación anaerobia.- Procesos con microorganismos que no necesitan oxígeno para su
metabolismo.
Niveles de tratamiento
Las aguas residuales se pueden someter a diferentes niveles de tratamiento, dependiendo del grado de purificación que se quiera. Es tradicional hablar de tratamiento primario, secundario, etc, aunque muchas veces la separación entre ellos no es totalmente clara. Así se pueden distinguir:
a) Pretratamiento.- Es un proceso en el que usando rejillas y cribas se separan restos voluminosos como palos, telas, plásticos, etc.
b) Tratamiento primario.- Hace sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisico-químicos. En algunos casos dejando, simplemente, las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques, sustancias químicas quelantes* que hacen más rápida y eficaz la sedimentación. También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH y la eliminación de contaminantes volátiles como el amoniaco (desorción). Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración, neutralización y la desorción (stripping).
c) Tratamiento secundario.- Elimina las partículas coloidales y similares. Puede incluir procesos biológicos y químicos. El proceso secundario más habitual es un proceso biológico en el que se facilita que bacterias aerobias* digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de lodos activos (microorganismos). Estos tanques tienen sistemas de burbujeo o agitación que garantizan condiciones aerobias para el crecimiento de los microorganismos. Posteriormente se conduce este líquido a tanques cilíndricos, con sección en forma de tronco de cono, en los que se realiza la decantación de los lodos. Separados los lodos, el agua que sale contiene muchas menos impurezas.
d) Tratamientos más avanzados.- Consisten en procesos físicos y químicos especiales con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc. Es un tipo de tratamiento más caro que los anteriores y se usa en casos más especiales: para purificar desechos de algunas industrias, especialmente en los países más desarrollados, o en las zonas con escasez de agua que necesitan purificarla para volverla a usar como potable, en las zonas declaradas sensibles (con peligro de eutrofización) en las que los vertidos deben ser bajos en nitrógeno y fósforo, etc.
CTMA6
Figura 11-10 > Tratamiento primario y tratamiento secundario en una EDAR
Líneas de tratamiento en las EDAR
En el funcionamiento de una EDAR (estación depuradora de agua) se suelen distinguir dos grandes líneas:
a) Línea de agua.- Es el conjunto de los procesos (primarios, secundarios, etc.) que depuran el agua propiamente dicha. Comenzaría con el agua que entra a la depuradora y terminaría en el agua vertida al río o al mar.
b) Línea de fangos.- Está formada por el conjunto de procesos a los que se somete a los fangos (lodos) que se han producido en la línea de agua. Estos lodos son degradados en un digestor anaeróbico* (o en otra forma similar), para ser después incinerados, usados como abono, o depositados en un vertedero.
En una planta depuradora también se generan, además de los lodos, otros residuos (arenas, grasas, objetos diversos separados en el pretratamiento y en el tratamiento primario) que deben ser eliminados adecuadamente. Se suelen llevar a vertederos o similares.
Tratamientos especiales: eliminación de N y P
En los casos en los que las aguas que salen de la EDAR se vierten a ecosistemas en peligro de eutrofización es importante eliminar los nutrientes (P y N) que estas aguas pueden llevar, para no aumentar la intensidad de ese proceso.
Para eliminar fósforo se suelen pasar las aguas por un reactor "anaerobio" que facilita una mayor asimilación de ese elemento por las bacterias. Así se llega a eliminar el 60 - 70% del fósforo. Si esto no es
CTMA6
suficiente se complementa con una precipitación química forzada por la adición de sulfato de alúmina o cloruro férrico.
La eliminación de nitrógeno se hace en varias fases. En primer lugar, durante el tratamiento biológico habitual, la mayor parte de los compuestos orgánicos de nitrógeno se convierten en amoniaco (amonificación). A continuación hay que conseguir que el amoniaco se convierta a nitratos (nitrificación) por la acción de bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrobacter) que son aerobias. Este proceso de nitrificación necesita de reactores de mucho mayor volumen (unas cinco o seis veces mayor) que los necesarios para eliminar carbono orgánico. Las temperaturas bajas también dificultan el proceso (a 12ºC el volumen debe ser el doble que a 18ºC). A continuación se procura la eliminación de los nitratos en el proceso llamado desnitrificación. Para esto se usan bacterias en condiciones anaerobias que hacen reaccionar el nitrato con parte del carbono que contiene el agua que está siendo tratada. Como resultado de la reacción se forma CO2 y N2 que se desprenden a la atmósfera. Para llevar a cabo estos procesos hacen falta reactores de gran volumen, aireación de gandes masas de agua y recirculación de fangos que complican y encarecen todo el proceso de depuración.
Otros sistemas de depuración
Para lograr una depuaración suficiente de las aguas residuales de pequeñas comunidades no es necesario acudir a la instalación de EDAR capaces de realizar complejos tratamientos. Otros métodos pueden ser suficientemente eficaces y mucho más rentables. Así:
• Fosa séptica.- Cámaras cerradas en la que los contaminantes sedimentan y fermentan. • Lecho bacteriano (depósito lleno de árido), zanjas o pozos filtrantes o filtros de arena.- Todos ellos
facilitan la formación de películas de bacterias sobre los cantos o partículas filtrantes que realizan la descontaminación.
• Lagunaje: o anaerobio: elimina hasta el 50% el DBO o aerobio: con posible proceso anaerobio después
• Filtro verde: plantación forestal en la que se riega con aguas residuales. • Contactores biológicos rotativos.- Sistemas mecánicos que facilitan la actuación de las bacterias
descontaminantes.
Depuración de aguas en España En España hay,
aproximadamente, unos
300000 vertidos, de los que
240000 se efectúan a través
de redes urbanas de
saneamiento. La proporción
de vertidos tratados ha ido
mejorando mucho en los
últimos años hasta llegar a
ser de alrededor del 55% de
la población a mediados de
los años 1990. Menor es la
proporción que se trata de la
manera indicada por la
legislación comunitaria,
aunque está previsto un plan
que mejora está situación
notablemente para el año
2005.