Introducción

En los últimos años, la investigación hidrogeológica se ha centrado en los problemas de la calidad

del agua subterránea. En la mayoría de los casos, no se trata ya de “encontrar agua”, sino de

estudiar cómo la calidad el agua subterránea se ha visto afectada por actividades humanas, predecir

la evolución del problema, intentar paliarlo, o, en un caso más afortunado, simplemente adoptar las

medidas oportunas para que estos problemas no lleguen a producirse.

La mala calidad del agua subterránea puede ser debida a causas naturales o a la actividad humana.

En general, al hablar de contaminación nos referiremos a esta última, por ejemplo, un vertido

industrial. En muchas ocasiones, la distinción no es fácil, pues una actividad humana no

contaminante (en general, los bombeos) altera un equilibrio previo, provocando el deterioro la

calidad del agua subterránea.

Hay grandes diferencias entre la contaminación de las aguas superficiales y de las aguas

subterráneas que hacen que la de éstas últimas sea más grave:

- En la detección: En superficie, la contaminación es perceptible de inmediato, con lo que las

posibles medidas de corrección pueden ponerse en marcha inmediatamente. En las aguas

subterráneas, cuando se detecta el problema, pueden haber transcurrido meses o años.

- En la solución: Las aguas de un río se renuevan con la rapidez de su flujo, de modo que, anulado

el origen de la polución, en un plazo breve el cauce vuelve a la normalidad. En los acuíferos, como

su flujo es tan lento y los volúmenes tan grandes, se necesita mucho tiempo para que se renueve

varias veces todo el agua contenida en él, e incluso entonces el problema persiste por las sustancias

que quedaron adsorbidas en el acuífero.

Modos de contaminación

La contaminación de las aguas subterráneas puede ser:

Directa. con un foco localizado (un vertedero o una fosa séptica) que afecta a zonas muy

concretas y próximas al foco emisor.

Difusa. que afecta a una zona más extensa del acuífero (fertilizantes en una zona de

agricultura de regadío).

El origen de la contaminación subterránea es muy variado. Se encuentra en los vertidos de residuos

urbanos o industriales, como consecuencia de una inadecuada ubicación de los mismos; en las fugas

de las aguas residuales e infiltraciones de las mismas; por lixiviado o arrastre de sustancias por el

agua de lluvia; en el uso de fertilizantes y pesticidas en regadíos y secanos intensivos por la

infiltración del agua de riego, y por los vertidos de las granjas ganaderas.

Las vías por las que distintas sustancias llegan a los acuíferos contaminando las aguas subterráneas

son muy diversas:

• Infiltración de sustancias depositadas en superficie, o de la lluvia a través de ellas.

• Filtración de sustancias almacenadas bajo tierra, o disolución de ellas por el agua subterránea.

• Filtración desde un río influente

• Derrames o rezumes accidentales de depósitos o conducciones, superficiales o enterrados.

Desde la superficie, a través de captaciones abandonadas o mal construidas.

• Desde otro acuífero, a través de las captaciones.

• Inyección en pozos. En ocasiones ocultamente, otras veces tras un minucioso estudio técnico.

Por la mayoría de estas vías, los contaminantes alcanzan la superficie freática más superficial, y

posteriormente se difunden en el acuífero, siendo transportados por el flujo subterráneo.

Actividades contaminantes

Las principales actividades humanas que generan contaminación de las aguas subterráneas se

pueden englobar en los siguientes grupos:

a. Residuos sólidos urbanos.

Normalmente depositados en superficie, alcanzan la superficie freática los líquidos procedentes de

los propios residuos o el agua de lluvia infiltrada a través de ellos, que arrastra todo tipo de

contaminantes orgánicos e inorgánicos.

b. Aguas residuales

Las aguas residuales de los núcleos urbanos se vierten a cauces superficiales o en fosas sépticas. En

ocasiones, tras una ligera depuración, se esparcen en superficie para aprovechar el poder filtrante

del suelo (“filtro verde”). Los lodos resultantes de la depuración pueden representar después una

segunda fase del mismo problema.

Aportan diversas sustancias contaminantes: Detergentes, Nitratos, Bacterias y virus, materia

orgánica disuelta.

c. Actividades agrícolas

Muy difíciles de controlar al tratarse de contaminación difusa sobre grandes extensiones

- Fertilizantes: Aportan al agua compuestos de N, P y K. En algunos casos, se ha calculado que

hasta el 50 % de los nitratos usados como fertilizantes llega al acuífero por infiltración.

- Plaguicidas: Bajo esta denominación genérica se incluyen Insecticidas, Fungicidas, Acaricidas,

Nematocidas, Rodenticidas, Bactericidas, Molusquicidas, Herbicidas. Se han estudiado los

distintos coeficientes de absorción, de degradación y la vida media de diversos pesticidas orgánicos.

La persistencia oscila de una semana a varios años.

En ocasiones, las sustancias resultantes de la degradación del producto (metabolitos) son mas

peligrosas (más persistentes o más tóxicas) que el producto original. En otras ocasiones son las

impurezas que acompañan a los productos comerciales, y que escapan a los análisis de control, por

no figurar en la composición del producto, las verdaderamente tóxicas.

d. Ganadería

De los residuos de los animales proceden compuestos nitrogenados, fosfatos, bacterias, cloruros, y,

en algunos casos, metales pesados. Normalmente no ocasionan problemas importantes, salvo en el

caso de grandes instalaciones.. Resultan especialmente graves las granjas porcinas (los residuos

líquidos se denominan purines).

e. Actividades industriales y mineras

Las vías de contaminación y las sustancias contaminantes son muy variables. En el caso de las

minas, puede producirse por las labores de tratamiento del mineral o por la infiltración de la lluvia a

través de escombreras.

Las industrias pueden realizar inyección en pozos o vertidos superficiales, provocar infiltración

desde balsas de líquidos o escombreras o dar lugar a accidentes de todo tipo.

Mención especial merecen los derivados del petróleo. Estas sustancias llegan a la superficie freática

por infiltración desde vertidos accidentales o por roturas de depósitos o conducciones. En general,

son inmiscibles y menos densos que el agua, con lo que se mantienen en la superficie del acuífero

libre superficial.

f. Actividades nucleares

Podríamos incluirlas en el epígrafe anterior, aunque presentan unas características diferenciadoras.

En las actividades mineras correspondientes, se generan grandes volúmenes de roca, de los que ya

ha sido extraído el mineral aprovechable, pero que constituyen residuos de baja actividad.

Los procesos de refinado del mineral generan subproductos sólidos y semisólidos con pequeñas

concentraciones de diversos isótopos, de los que el más preocupante es el 226Ra.

Finalmente en los reactores nucleares u otras industrias que utilicen combustible nuclear se

producen residuos de baja actividad y combustible usado, que son residuos de alta actividad, cuyo

almacenamiento debe ser especialmente cuidadoso en lugares donde no exista flujo de agua

subterránea: Formaciones salinas profundas, rocas ígneas, formaciones arcillosas o zonas no

saturadas (sin agua subterránea) en regiones áridas.

Prevención y control

a. Control en los posibles origenes de la contaminación

La correción de los problemas de contaminación en el caso de las aguas subterráneas es

prácticamente imposible en la mayoría de los casos, por lo que hay que poner especial énfasis en

que no llegue a producirse. Las medidas de prevención son generalmente obvias:

Basureros o escombreras: Buscar lugares impermeables, o recoger los efluentes con

sondeos o drenes.

Aguas residuales urbanas: Depuración previa a los vertidos; precaución con la utlización de

los lodos de depuración. Correcta construcción y vigilancia de conducciones y fosas

sépticas.

Fertilizantes y plaguicidas: Utilización racional y mesurada de estas sustancias.

En actividades industriales de todo tipo: Estudio hidrogeológico previo de las

permeabilidades y del sistema regional del flujo subterráneo. Especial precaución en el

almacenamiento bajo tierra de residuos peligrosos.

b. Control regional y en las captaciones

Debe existir una red regional de control periódico de calidad del agua subterránea, con especial

atención a las áreas con captaciones para abastecimiento.

Perímetros de protección alrededor de las captaciones para abastecimiento.

Un perímetro inmediato, en terrenos de la misma propiedad de la captación, con vigilancia

absoluta.

Un perímetro cercano (del orden de cientos de metros), en el que se deben reglamentar las

actividades que puedan afectar a la calidad de las aguas subterráneas.

Un perímetro lejano que englobe las áreas de recarga del flujo subterráneo captado; en

ocasiones puede ser de varios kilómetros y si no es posible la prohibición de ciertas

actividades, sí se debe extremar la vigilancia y el control.

Construcción correcta de captaciones en general: Sellado en superficie, entubación ciega y/o sellado

en los niveles acuíferos de mala calidad. Atención a los pozos abandonados

Reacción de los acuíferos ante la contaminación

La reacción de los acuíferos ante la contaminación que reciben puede ser efectiva al principio, pero

no es indefinida, y en muchas ocasiones es reversible: las sustancias precipitadas o retenidas son

después re-disueltas o liberadas.

a. Dilución

La dilución del relativamente pequeño volumen de contaminante en el enorme volumen del

acuífero generalmente no soluciona el problema. A escala local, las concentraciones seguirán siendo

un problema

b. Filtración mecánica

En materiales granulares finos pueden retenerse partículas en suspensión y microorganismos. En

arenas gruesas, gravas o acuíferos fracturados, es casi inexistente. Además, la capacidad de

cualquier filtro es limitada.

c. Precipitación

Pueden precipitar diversas sustancias según los cambios en el pH o el potencial redox del medio,.

Al igual que la filtración, puede disminuir fuertemente la permeabilidad del medio.

d. Procesos de oxidación reducción

Evolución de los compuestos nitrogenados. En la zona no saturada, el agua no contaminada es

oxidante, transformando compuestos de N en NO3– (nitrificación) , lo que es bueno para las plantas

que pueden tomar el Nitrógeno que necesitan. Pero el exceso de nitratos que no toman las plantas,

pasa a contaminar el agua, llega a los acuíferos donde las concentraciones de NO3 suben

incesantemente.

Ya en el acuífero, el agua ha perdido gran parte de su carácter oxidante, pero si encuentra sustancias

reductoras (en general, materia orgánica), el nitrato, NO3 actúan como oxidante, reduciéndose por

dos posibles vías. En un caso se produce la desnitrificación (NO3 pasa a N2O y a N2), lo que es

conveniente, puesto que son gases inocuos. Existe otra vía de reducción de los nitratos, que por

razones bioquímicas (el proceso está regido por la actividad bacteriana) se da en menor proporción,

en la que los nitratos NO3 se reducen a nitritos NO2, lo que no es bueno: en la normativa española

se admite hasta 50 mg/L de NO3 y solamente 0,1 mg/L de NO2 .

Otra implicación importante de los procesos de oxidación reducción en la calidad del agua

subterránea es la reducción de sulfatos a sulfuros. El sulfato, SO4= pasa a SH2 (o SH– + H+). Este

proceso confiere al agua un olor característico desagradable. Este proceso no es muy común, pues

requiere unas condiciones más reductoras que los procesos anteriores de reducción de Nitratos.

En el caso de la reducción del sulfato, SO4= a SH2 al agua adquiere un olor que la hace inutilizable

para el consumo.

e. Adsorción

Diversas partículas quedan adsorbidas (adheridas electrostáticamente a las partículas del terreno),

especialmente en las arcillas. En éstas puede producirse un intercambio iónico: otros iones o

moléculas sustituyen a Ca++ y Mg++ que estaban previamente adsorbidos en las arcillas

La capacidad de retención por este concepto tiene un límite, de modo que si la sustancia no se

descompone, el terreno agotará su capacidad de retención. En ocasiones es solo una adsorción

temporal, pero supone un mayor tiempo de permanencia del contaminante lo que proporciona

mayor plazo de actuación a otros procesos.

f. Desintegración o descomposición

Los elementos radiactivos y algunos productos químicos, como los pesticidas, desaparecen con el

paso del tiempo, se habla de desintegración radiactiva o de descomposición, en el caso de los

pesticidas. En ambos, el factor crucial es la vida media (tiempo en el que la concentración de la

sustancia se reduce a la mitad). Esto será efectivo en elementos cuya vida media sea corta en

relación con el tiempo de tránsito del agua en el acuífero. La vida media de algunos pesticidas es de

unos pocos días, mientras que la de ciertos elementos radiactivos es de miles de años.

Medidas correctivas

Cuando la contaminación se ha producido y alcanzado gran extensión, la regeneración es inviable,

técnica o económicamente. Las medidas, muy costosas, que en algunos casos pueden ser de alguna

utilidad son de dos tipos:

a. Actuaciones en el origen de la contaminación:

Remoción de tierras o residuos en superficie.

Aislamiento de los residuos, con impermeabilizaciones verticales o bajo ellos.

Si la superficie freática alcanza los residuos, hacerla descender, con barreras o bombeos.

Controlar o desviar la escorrentía superficial.

b. Actuaciones en el acuífero

Bombeo de la superficie del acuífero en el caso de productos petrolíferos, no miscibles, que

por su menor densidad flotan sobre la superficie freática.

Bombeo intenso del acuífero contaminado, a veces con caudal intermitente o variabel para

un mejor rendimiento. Eventualmente, inyección simultánea de agua limpia.

Flujo forzado de aire o de vapor para volatilizar los contaminantes, normalmente en la zona

no saturada.

Construcción de barreras impermeables o filtrantes (con alguna sustancia que retenga o

actúe sobre el contaminante) en acuíferos poco profundos.

En varios de estos procesos se utilizan las bacterias para degradar los contaminantes orgánicos.

Accidente de Three Mile Island

El presidente Jimmy Carter abandonando las instalaciones de Three Mile Island el 1 de abril de

1979.

El accidente de Three Mile Island fue un accidente nuclear que sufrió la central nuclear del mismo

nombre el 28 de marzo de 1979. Ese día el reactor TMI-2 sufrió una fusión parcial del núcleo del

reactor.

El accidente comenzó cerca de las 4:00 de la mañana del 28 de marzo de 1979, cuando se produjo un fallo en el circuito secundario de la planta.

Las bombas primarias de alimentación del circuito secundario dejan de funcionar a causa de una avería mecánica o eléctrica. Esto impidió la retirada de calor del sistema primario en los generadores de vapor.

Se apagaron automáticamente, primero la turbina y después el reactor.

La presión y la temperatura en el circuito primario (la sección nuclear de la planta) empieza a aumentar inmediatamente, debido a que el circuito secundario no puede sacar el calor residual del circuito primario.

Para evitar que esa presión llegase a ser excesiva, la válvula de descarga de presión (situada en la tapa del presurizador) se abrió.

La válvula debía cerrarse al disminuir la presión, aunque por un fallo no lo hizo. Las señales que llegaban al operador no indicaron que la válvula seguía abierta, aunque debía haberlo mostrado.

En consecuencia, la válvula con el fallo causó que la presión continuara disminuyendo en el sistema.

Mientras tanto, otro problema apareció en otra parte en la planta: el sistema del agua de emergencia (reserva del sistema secundario) había sido probado 42 horas antes del accidente. Como parte de la prueba, las válvulas se cierran y abren de nuevo al final de la misma. Pero esta vez, por un error administrativo o humano, la válvula no se dejó abierta, lo que evitó que el sistema de emergencia funcionara.

Ocho minutos después del comienzo del accidente se descubre que la válvula estaba cerrada.

Una vez que se abrió, el sistema de agua de emergencia comenzó a trabajar correctamente, permitiendo que el agua fría fluyera por los generadores del vapor.

A medida que la presión en el sistema primario continúa disminuyendo, comenzaron a formarse huecos (zonas donde el agua hierve, formándose burbujas de vapor) en varios lugares del sistema con excepción del presurizador.

Debido a estos huecos, el agua del sistema fue redistribuida y el presurizador se llenó por completo de agua.

El instrumento que indica al operador la cantidad de líquido refrigerante capaz de eliminar el calor indicó

incorrectamente que el sistema estaba lleno de agua. Así, el operador dejó de introducir agua, sin saber

que, debido a la válvula obturada el indicador puede, y en este caso lo hizo, proporcionar una

información falsa.

Después de casi ochenta minutos desde el momento de la subida lenta de temperatura, las bombas del

lazo primario comenzaron a vibrar por cavitación, debido a que, en lugar de agua, lo que pasaba por ellas

era vapor.

Las bombas se cerraron, y se creyó que la convección natural continuaría el movimiento del agua.

El vapor en el sistema bloqueó la

circulación en el lazo primario y, como el

agua dejó de circular, se convirtió en

grandes cantidades de vapor.

Después de unos 130 minutos desde el

primer fallo, la parte superior del reactor

quedó al descubierto, y debido a la

elevada temperatura, el vapor reaccionó

con el revestimiento de zirconio de las

barras de combustible, produciendo

dióxido de zirconio e hidrógeno. El daño

en el revestimiento produjo la liberación

de las pastillas de combustible en el

líquido refrigerante y la formación de más

hidrógeno, que provocó una pequeña

explosión en el edificio de contención al

ser liberado.

A las 6 de la mañana se produjo el cambio

de turno en el personal de la sala de

control.

Al detectar el nuevo equipo las altas

temperaturas que se estaban midiendo en

la tubería y depósitos posteriores a la

válvula de alivio, se procedió a cerrar una

válvula auxiliar, cuando ya se habían

perdido por esa vía 120,000 litros de

refrigerante del circuito primario.

165 minutos después del comienzo del problema se activaron las alarmas por radiación, cuando el agua

contaminada alcanzó los detectores. En ese momento los niveles de radiación en el líquido refrigerante

(agua) del primario era unas 300 veces mayor que los niveles esperados, y la central había sufrido ya una

fuerte contaminación.

En la sala de control no se sabía aún que el nivel en el circuito primario era bajo y que aproximadamente

la mitad del núcleo estaba sin refrigeración.

Un grupo de trabajadores tomó lecturas manuales de los termopares y obtuvo una muestra del agua del

circuito primario.

A las siete horas comenzó a inyectarse agua nueva al circuito primario y se abrió la válvula de reserva

para reducir la presión.

Tras nueve horas estalló el hidrógeno del interior del reactor, pero la explosión pasó inadvertida.

A las dieciséis horas las bombas del circuito primario se pusieron en marcha y la temperatura del núcleo

comenzó a bajar.

Una gran parte del núcleo ya se había derretido o vaporizado, y el sistema seguía siendo peligrosamente

radiactivo.

Durante la siguiente semana el vapor y el hidrógeno fueron evacuados del reactor pasando por el

recombinador, resultando aún más polémico al verterlos directamente a la atmósfera. Se estima que unos

2,5 millones de curios de gas radiactivo fueron emitidos debido al accidente.

Consecuencias

Three Mile Island ha sido objeto de interés para los estudiosos del factor humano como ejemplo de

cómo grupos de gente reaccionan y toman decisiones bajo tensión. Existe un consenso general en

que el accidente fue agravado por las decisiones incorrectas tomadas por los operadores abrumados

con la información, mucha de ella inaplicable e inútil. Como resultado del TMI, se cambió el

entrenamiento de operadores de reactores nucleares. Antes, el entrenamiento se centraba en

diagnosticar el problema subyacente. Después, el entrenamiento se ha venido centrando en

reaccionar a la emergencia pasando a través de una lista de comprobación estandarizada para

asegurarse de que la base está recibiendo bastante líquido refrigerador.

Limpiar el reactor después del accidente necesitó de un proyecto difícil que duró más de 10 años.

Comenzó en agosto de 1979 y no terminó oficialmente hasta diciembre de 1993, con un coste total

de cerca de 975 millones de dólares. Entre 1985 y 1990 se eliminaron del sitio casi 100 toneladas de

combustible radiactivo. Se reinició TMI-1 en 1985.

Blaum, Fleming y Singer (1982) mostraron que las personas que vivían cerca del reactor nuclear de

Three Mile Island exhibieron altos niveles de estrés después del accidente nuclear que ocurrió allí.

También mostraron evidencia de una elevación en los niveles de presión sanguínea, un mayor

número de infecciones de las vías respiratorias. Además, los sistemas inmunológicos de estas

personas no funcionaban tan bien como deberían.