Calidad del agua natural

Calidad del Agua

• La calidad del agua se define como el conjunto de características físicas, químicas y bacteriológicas que presenta el agua en su estado natural.

Importancia del Uso del Agua

• La calidad del agua varía según el uso al que se destine, como:
  • Riego
  • Agua potable para poblaciones
  • Producción de energía hidroeléctrica

Parámetros Físico-Químicos

• Los parámetros físico-químicos más útiles para determinar la calidad del agua son:
  • OD (Oxígeno Disuelto)
  • DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno)
  • DQO (Demanda Química de Oxígeno)
  • COT (Carbono Orgánico Total)
  • pH (pH del agua)
  • CaCO3 (dureza del agua)

Métodos Biológicos

• Los métodos biológicos utilizan macroinvertebrados y microinvertebrados para evaluar la contaminación del agua debido a:
  • Su pequeño tamaño aceptable
  • Facilidad de estudio
  • Escasa capacidad de huida cuando el medio es desfavorable
• Estos métodos evalúan la contaminación en intensidad y extensión a largo plazo

Información Básica para Estudios Ambientales

• La información básica para estudios ambientales debe incluir: área dentro de la cuenca hidrográfica, tamaño y localización del área de estudio, relieve, vegetación, hidrografía, usos del suelo, datos climatológicos e inventarios de puntos de agua (pozos y manantiales) para estudio de aguas subterráneas.

Selección de Puntos de Muestreo para Aguas Superficiales

• Los puntos estratégicos para el muestreo de aguas superficiales son: curso alto, curso medio, desembocadura, antes y después de afluentes, antes y después de lugares de desagües de residuos domésticos o industriales, lugares sin turbulencia y lugares de afluencia y emanación de plantas de tratamientos de residuos.

Fase Previa: Características Ambientales

• Se deben anotar todas las características ambientales de la región del área de estudio, incluyendo:

Aspectos Ambientales

• Se estudian la cobertura vegetal, el suelo, la fauna terrestre, uso del suelo, presencia de residuos domésticos o industriales y el clima de la región.

Aspectos Generales del Agua

• Se analizan las características físico-químicas del agua en la región y el área de estudio, incluyendo: grado de turbidez, color, olor, existencia de materia flotante, hidrología en general, presencia de fauna y flora acuáticas y posible existencia de algas.

Análisis de Agua

• Se realizan tomando muestras para obtener información valiosa sobre la calidad del agua en un momento determinado
• No indican el estado anterior ni la capacidad de recuperación después de un aporte de contaminantes

Parámetros Físicos

• Transparencia o turbidez: indica la cantidad de partículas en suspensión en el agua
• Color, sabor y olor: evalúan la presencia de sustancias que alteran la apariencia y aroma del agua
• Conductividad eléctrica: mide la capacidad del agua para conducir la electricidad, lo que depende de la concentración de iones disueltos

Parámetros Químicos

• Oxígeno disuelto (OD): se consume en la descomposición aeróbica, por lo que disminuye en presencia de vertidos orgánicos
• DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno): mide la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar la materia orgánica
• DQO (Demanda Química de Oxígeno): evalúa la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar químicamente la materia disuelta en el agua
• COT (Carbono Orgánico Total): mide la cantidad total de carbono en compuestos orgánicos disueltos en el agua
• pH: indica la acidez o basicidad del agua, con un rango normal entre 6,5 y 7,5
• Dureza: expresa la concentración de CaCO3 disuelto, clasificando las aguas en blandas (<50 mg/l) y duras (>200 mg/l), lo que afecta el consumo de jabón y energía en procesos industriales

Características de los Organismos

• Las características de los organismos se refieren a su distribución, abundancia, etc.

Indicadores Biológicos de la Contaminación

• Los organismos se utilizan como indicadores biológicos de la contaminación.

Ventajas de Micro y Macro Vertebrados

• Se utilizan micro y macro vertebrados porque tienen un tamaño aceptable en comparación con los microorganismos.
• Son relativamente fáciles de estudiar.
• Tienen una escasa capacidad de huida cuando el medio es desfavorable.

Especies Indicadoras de Contaminación

Aguas Limpias

• Blefarocéridos
• Perlas de agua
• Microcrustáceos ("gammarus")

Aguas Contaminadas

• Efímeras (contaminación media)
• Colas de rata (contaminación alta)

Otras Especies

• Gusanos oligoquetos

Depuración de Aguas

• La depuración de aguas consiste en una serie de procedimientos que devuelven al medio natural el agua con características físicas, químicas y biológicas similares a su estado natural.

Autodepuración de Ríos

• Los cursos fluviales tienen cierta capacidad de autodepuración, relacionada con el caudal y la turbulencia del agua.
• La autodepuración se basa en la existencia de seres vivos que se alimentan de restos orgánicos y los descomponen.
• La producción de oxígeno disuelto (OD) procedente de la fotosíntesis de la vegetación acuática también juega un papel importante en la autodepuración.

Zonas en un Río con Aguas Residuales

• Zona de degradación: comienza la descomposición bacteriana de la materia orgánica, el OD disminuye rápidamente de 10 a 4 ppm.
• Zona de descomposición activa (zona séptica): el agua se vuelve oscura y putrefacta, el OD es bajo o nulo y la DBO es muy elevada.
• Zona de recuperación: el agua recupera su aspecto natural, aumentan las microalgas que reponen el oxígeno disuelto, aparecen crustáceos y larvas de insectos, y se alcanzan niveles normales de OD y DBO.

Limitaciones de la Autodepuración

• La autodepuración solo funciona si no hay una sobrecarga de contaminantes y solo funciona con materia biodegradable.

Depuración de aguas subterráneas

• El proceso de depuración de aguas subterráneas es difícil de advertir, a diferencia de las aguas superficiales.
• No siempre es posible depurar aguas subterráneas.

Autodepuración en acuíferos porosos

• Los acuíferos porosos pueden autodepurarse, actuando como un filtro natural.
• En su recorrido, las partículas contaminantes pueden ser neutralizadas, oxidadas, reducidas o sufrir otros procesos químicos o biológicos que las degradan.

Limitaciones en acuíferos cársticos

• En acuíferos cársticos, la capacidad de depuración del terreno es baja.
• En este caso, el proceso depurativo que actúa de modo más eficaz es la dilución.

Protección de acuíferos

• La mejor forma de proteger los acuíferos es prevenir la contaminación.
• En algunos casos, el agua subterránea se extrae, se depura y se reinyecta en el acuífero, aunque esto conlleva elevados costes.

Tratamiento de Aguas Residuales

• Las instalaciones de plantas depuradoras son diferentes dependiendo de la naturaleza del agua residual a depurar.

Depuración Blanda

• Se basa en reproducir los procesos de autodepuración bajo condiciones especiales.
• Requiere poco gasto de instalación y mantenimiento.
• Métodos empleados: lagunaje (construcción de lagunas poco profundas que se llenan con el agua a depurar).

Depuración Dura

• Se basa en mecanismos existentes en las EDAR, combinando procesos físicos, químicos y biológicos.
• Limitaciones: grandes inversiones en instalaciones y gasto de energía.

Componentes de una EDAR

• Línea de aguas: combina métodos físico-químicos y biológicos para eliminar materia orgánica y devolver el agua a su medio natural.
• Línea de fangos: la materia orgánica y microorganismos se someten a tratamiento biológico y químico para reducir la materia orgánica.
• Línea de gas: la digestión bacteriana de los fangos genera un gas (metano y otros) que puede ser aprovechado para la producción de energía.

Pretratamiento

• El pretratamiento implica separar los sólidos en suspensión o flotantes de gran tamaño (desbaste) y desarenado (circulación del agua por canales de baja velocidad).
• También incluye el proceso de desengrasado, que elimina pelos y fibras por flotación a baja velocidad del agua.

Tratamiento Primario

• El tratamiento primario separa sólidos en suspensión que no han sido retenidos en el pretratamiento.
• La decantación se produce en decantadores primarios, que son tanques circulares o rectangulares con mecanismos de arrastre y extracción de grasas y fangos.
• El proceso de floculación se lleva a cabo mediante el empleo de floculantes que se combinan con los sólidos en suspensión, formando agregados de mayor tamaño que facilitan la flotación y la extracción.

Tratamiento Secundario

• El tratamiento secundario es un conjunto de procesos biológicos que eliminan la materia orgánica presente en el agua residual.
• El proceso más común es el de los fangos activos, que implica colocar el agua residual en depósitos grandes y bajo condiciones aerobias para favorecer la degradación bacteriana de la materia orgánica.
• El proceso requiere un aporte de oxígeno mediante turbinas o difusores, lo que permite el crecimiento de microorganismos que serán eliminados en fases posteriores, formando el llamado "fango activo".

Tratamiento Terciario

• El tratamiento terciario son métodos alternativos y complementarios para extraer materia orgánica suplementaria o reducir nutrientes como el nitrógeno y el fósforo.
• Es un proceso caro y poco utilizado.

Desinfección

• La desinfección es un tratamiento final destinado a la eliminación de microorganismos patógenos del agua mediante procedimientos de cloración u ozono.

Proceso de Tratamiento de Aguas Residuales

• El pretratamiento consiste en separar los sólidos en suspensión o flotantes de gran tamaño (desbaste), desarenado (circulación del agua por canales de baja velocidad) y desengrasado (eliminación de pelos y fibras por flotación a baja velocidad del agua).

Tratamiento Primario

• El tratamiento primario se enfoca en separar los sólidos en suspensión que no fueron retenidos en el pretratamiento.
• La decantación se produce en decantadores primarios que son tanques circulares o rectangulares con mecanismos de arrastre y extracción de grasas y fangos.
• El proceso de floculación utiliza floculantes que se combinan con los sólidos en suspensión, formando agregados de mayor tamaño, lo que facilita la flotación y la extracción.

Tratamiento Secundario

• El tratamiento secundario elimina la materia orgánica presente en el agua residual mediante procesos biológicos.
• El proceso más utilizado es el de los fangos activos, que consiste en colocar el agua residual en depósitos de grandes dimensiones y bajo condiciones aerobias, favorecer la degradación bacteriana de la materia orgánica por procesos de oxidación.
• Se necesita un aporte de oxígeno que se realiza mediante turbinas o difusores, lo que da lugar al crecimiento de microorganismos que después serán eliminados en posteriores fases, constituyendo el llamado "fango activo".

Tratamiento Terciario

• El tratamiento terciario son métodos alternativos y complementarios para extraer materia orgánica suplementaria o reducir nutrientes como el nitrógeno y el fósforo.
• Es un proceso caro y poco utilizado.

Desinfección

• La desinfección es un tratamiento final destinado a la eliminación de microorganismos patógenos del agua mediante procedimiento de cloración u ozono.

Tratamiento de Fangos

• El espesamiento de fangos reduce el volumen de los mismos eliminando el agua contenida por gravedad o flotación.

Estabilización de Fangos

• La estabilización de fangos elimina la materia orgánica por vía aerobia o anaerobia, siendo la anaerobia la más empleada.
• Se realiza en digestores, que son depósitos cerrados donde tienen lugar las reacciones de fermentación que estabilizan la materia orgánica.
• Estas reacciones transforman la materia orgánica en ácidos y gases como el metano y el dióxido de carbono, formando el biogas.

Acondicionamiento Químico

• Se añade cloruro férrico para provocar la coagulación definitiva de los sólidos del fango.

Deshidratación

• La deshidratación elimina el agua que todavía resta en los lodos mediante secado, filtros, prensa y centrifugación.
• Los lodos deshidratados son recogidos o trasladados a los vertederos o sufren procesos de ración o fabricación de compostaje para aplicación agrícola posterior.

Líneas de gases

• El gas producido durante la digestión de fangos en una planta depuradora puede ser reutilizado como fuente de energía.
• La energía generada se utiliza para abastecer parte de las necesidades energéticas de la planta depuradora.
• El gas sobrante que no es utilizado se quema en una antorcha instalada en la estación depuradora.

Potabilización del agua

• El agua natural no es apta para el consumo humano directo debido a sus características físicas, químicas y biológicas.
• La potabilización es necesaria para convertir el agua natural en agua potable.
• La potabilización se realiza en estaciones de tratamiento de aguas potables (ETAP).

Tipos de tratamiento

• Tratamiento global: se aplica a toda el agua que llega a la ETAP.
• Tratamiento especial: se aplica a agua que requiere un tratamiento específico.

Procesos de potabilización

• Separación de partículas mediante procesos físicos.
• Desinfección mediante:
  • Cloro.
  • Ozono.
  • Radiadores UV.
• El agua se hace apta para el consumo humano após estos procesos.

Potabilización del Agua

• El agua natural no es apta para el consumo humano directo debido a sus características físicas, químicas y biológicas.
• La potabilización se realiza en estaciones de tratamiento de aguas potables (ETAP) para convertir el agua en agua potable.

Tratamiento Global

• El tratamiento global implica aplicar diferentes procesos físicos para separar partículas presentes en el agua:
  • Decantación
  • Filtrado
  • Tamizado
• También se aplican procesos químicos:
  • Coagulación
  • Floculación para formar agregados de partículas y su posterior precipitación

Tratamiento Especial (Desinfección)

• La desinfección del agua se logra mediante:
  • Cloración: método barato y rápido, pero con mal sabor en el agua
  • Ozono: procedimiento caro pero más eficaz
  • Radiaciones UV: procedimiento caro pero más eficaz

Tratamiento Adicional

• En zonas con aguas duras, se realizan tratamientos finales para afinar la dureza y evitar depósitos calcáreos en la red de abastecimiento.