ingenierÍa ambiental calidad de las aguas
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INGENIERÍA AMBIENTALCalidad de las aguas
Tema 10. Contaminación del Agua
David Sánchez Ramos
a) Conceptos generalesb) Residuos Sólidos y contaminación
atmosféricac) Calidad de las aguas
8. Gestión del agua
9. El agua natural
10. Contaminación del agua
11. Calidad del agua y su control12. Calidad del agua en ríos
13. Contaminación de lagos, embalses y acuíferos
d) Potabilización de aguase) Tratamiento de aguas residuales
INGENIERÍA AMBIENTAL
1. Introducción 1. Tipos de contaminación
2. Aguas residuales domésticas1. Gérmenes patógenos2. Materia orgánica3. Sólidos
4. Detergentes5. Metales pesados6. Compuestos inorgánicos
3. Aguas residuales urbanas1. Aguas de escorrentía urbana2. Redes de alcantarillado3. Aguas de infiltración4. Carga contaminante en las aguas residuales urbanas
4. Aguas residuales agropecuarias5. Aguas residuales industriales
CONTAMINACIÓN DEL AGUA
Bibliografía principal utilizada:
Tejero et al., 2006. Introducción a la Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Universidad de La Coruña
1. INTRODUCCIÓN� Agua en estado natural → puede contener una gran diversidad
de sustancias de origen natural (“impurezas naturales” ≠
contaminantes) por el contacto con otros elementos en su
movimiento en el ciclo del agua
� Los gases e iones presentes en el agua natural se encuentran en
equilibrio dinámico con la atmósfera y con el sustrato sobre el que
se asienta
� Ac�vidad humana → contaminación: alteración de la
composición natural de las aguas y de los equilibrios existentes,
produciendo una pérdida de su calidad
� La contaminación de aguas naturales se considera una
“impurificación artificial” de tipo directa o indirecta
� Fuentes de contaminación muy diversas
10. Contaminación del agua
1. INTRODUCCIÓN Impurificación natural
Impurificación artificial
1. INTRODUCCIÓN� Definiciones de contaminación:
� Contaminar: alterar nocivamente la pureza o las condiciones
normales de una cosa o un medio por agentes químicos o físicos
(RAE)
� “Cualquier alteración en la composición o estado del agua,
consecuencia directa o indirecta de las actividades humanas,
haciéndola menos conveniente para su uso” (Comisión Europea de
las Naciones Unidas para Europa)
� “La acción o efecto de introducir materiales o formas de energía o
inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto,
impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con
sus usos posteriores o con su función ecológica” (RD 1/2001, Ley
de Aguas)
10. Contaminación del agua
1. INTRODUCCIÓN� Efectos de los contaminantes en el agua → dependen de:
� Toxicidad y naturaleza del compuesto
� Persistencia
� Carácter bioacumulativo
� Relaciones complejas con otros compuestos (antagónico, aditivo,
sinérgico)
� Factores dependientes del receptor hídrico
� Características hidrodinámicas
� Características geomorfológicas
� Características químicas
� Características biológicas (principalmente microbianas)
10. Contaminación del agua
1.1. TIPOS DE CONTAMINACIÓN
� La contaminación puede clasificarse en función del origen o
actividad que lo genera, o según la naturaleza del contaminante
� Según la naturaleza:
� Contaminación física
� Contaminación química
� Contaminación biológica
� Según la actividad:
� Contaminación urbana
� Aguas residuales domésticas y urbanas
� Aguas de escorrentía urbana
� Contaminación agrícola
� Contaminación pecuaria
� Contaminación industrial
10. Contaminación del agua
1.1. TIPOS DE CONTAMINACIÓN
� Contaminación física
� Alteración hidromorfológica → caudales, desconexión aguas subterráneas
� Contaminación térmica → circuitos de refrigeración, ver�do A.R.
� Alteración de las propiedades ópticas → ver�do de colorantes,
resuspensión de partículas
� Contaminación química
� Según su naturaleza:
� Contaminantes orgánicos → hidrocarburos, halocarburos, nitroaromá�cos,
polímeros sintéticos
� Contaminantes inorgánicos → nitrógeno, fósforo, metales pesados
� Según su persistencia:
� Contaminantes biodegradables → nitrógeno, fósforo
� Contaminantes no biodegradables → compuestos de síntesis química
� Contaminación biológica
� Presencia de organismos patógenos o productores de toxinas
� Alteración de la estructura y dinámica de las poblaciones naturales
10. Contaminación del agua
1.1. TIPOS DE CONTAMINACIÓN
� Aguas residuales urbanas (ARU): incluyen la mayoría de las aguas
residuales asociadas a los usos urbanos (domésticos, comerciales,
industriales, etc.) y las aguas de escorrentía pluvial
� Aguas residuales domésticas (ARD): procedentes de zonas de
vivienda y de servicios, generadas principalmente por el
metabolismo humano y las actividades domésticas (fecales, lavado,
limpieza, preparación de alimentos…)
� Aguas residuales industriales (ARI): vertidas desde locales utilizados
para actividades comerciales o industriales, que no sean ARD ni
aguas de escorrentía pluvial (generalmente son producidas por
pequeña y mediana empresa)
� Aguas de infiltración: procedentes del subsuelo, penetran en la red
de saneamiento por defectos en la red, elevación del nivel freático…
� Aguas pluviales: recogidas por la red saneamiento, arrastran los
contaminantes depositados en el suelo urbano
10. Contaminación del agua
2. AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS� Principales contaminantes:
� Gérmenes patógenos
� Materia orgánica (MO)
� Sólidos en suspensión (SS) y disueltos (SD)
� Detergentes
� Compuestos inorgánicos: nitrógeno (N), fósforo (P), cloro (Cl), sodio
(Na), potasio (K)…
� Metales pesados: mercurio (Hg), cadmio (Cd), plomo (Pb)
� Otros parámetros afectados:
� Propiedades organolépticas
� Temperatura
� Turbidez
� Oxígeno disuelto (OD)
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2.1. GÉRMENES PATÓGENOS
� Microorganismos de origen fecal → parte de los gérmenes que
son evacuados son entéricos (proceden del aparato digestivo), y
de éstos una parte pueden ser patógenos
� Agente biológico patógeno → que puede producir enfermedad o
daño a la biología de un huésped (humano, animal o vegetal)
� Son los principales responsables de las enfermedades hídricas:
diarrea, gastroenteritis, cólera, disentería, etc.
10. Contaminación del agua
� Gran variedad de especies y familias
de microorganismos en aguas
residuales → la medida directa de
gérmenes patógenos resulta
impracticable, ya que la
determinación detallada es compleja,
lenta y costosa (se necesitaría una
amplia batería de análisis)
2.1. GÉRMENES PATÓGENOS
� Medida indirecta → uso de “microorganismos indicadores de
contaminación”: aquellos que son abundantes y fácilmente detectables
� Los microorganismos deben ser fecales exclusivamente, aunque no
necesariamente patógenos, y no deben poder desarrollarse en los
ambientes naturales
� Técnica presuntiva: la presencia del indicador revela que hay contaminación
fecal → existe la posibilidad de que haya gérmenes patógenos
� Selección de indicadores de contaminación fecal → gérmenes fáciles de
detectar, de medir, que aparezcan en grandes cantidades
� Deben tener en el medio natural un comportamiento similar o de evolución más
favorable que el de los patógenos
� La tendencia general de los gérmenes entéricos en el medio natural es a
desaparecer, ya que su ambiente idóneo es el intestino
� Principales grupos de microorganismos indicadores:
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� Bacterias mesófilas aerobias
� Coliformes
� Estreptococos
� Clostridios
2.1. GÉRMENES PATÓGENOS
� Bacterias mesófilas aerobias
� Bacterias quimioorganoheterótrofas, aerobias o anaerobias
facultativas
� Indicadores del contenido global de bacterias
� Consiste en determinar el nº de individuos (UFC = unidades
formadoras de colonias) capaces de crecer en un medio nutritivo
adecuado, en un rango de temperatura entre 20-37 oC durante un
determinado periodo de tiempo (2-3 días)
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2.1. GÉRMENES PATÓGENOS
� Coliformes
� Bacterias quimioorganoheterótrofas, aerobias o anaerobias
facultativas, asociados a la presencia de materia orgánica
� Presentes en el medio natural, especialmente en zonas cálidas
� La ausencia de coliformes indica que no hay gérmenes o
contaminación de origen fecal
� Tipos:
� Coliformes fecales (CF) → bacterias de origen entérico exclusivamente;
se determinan a Tª = 44 oC, durante 48 h
� Indicadores principales: Enterococcus y Escherichia coli → se encuentra en
elevadas concentraciones en el intestino del ser humano y otros animales
de sangre caliente, no se desarrolla en el medio natural → indicador
biológico más ampliamente utilizado
� Coliformes totales (CT) → incluye a los coliformes presentes en el
medio natural; se determinan a Tª = 37 oC, durante 48 h
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2.1. GÉRMENES PATÓGENOS
� Coliformes
� Técnicas de laboratorio para detección de coliformes:
� Técnica del filtro de membrana: se realizan siembras en medios
nutritivos específicos y a Tª concreta; tras un determinado tiempo se
cuenta el número de colonias formadas (UFC)
� Técnica de tubos múltiples: se observa el efecto de producción de gas
consecuencia del proceso de fermentación de la lactosa, realizando
una serie de ensayos simultáneos para contar el número de tubos
positivos (con producción de gas)
� Unidades: UFC/100 ml (filtro de membrana), NMP/100 ml (tubos
múltiples)
� NMP = número más probable → puede obtenerse mediante métodos
estadísticos (fórmula de distribución de Poisson) o con la ecuación de
Thomas:
10. Contaminación del agua
2.1. GÉRMENES PATÓGENOS
� Estreptococos fecales (EF)
� Bacterias quimioorganoheterótrofas, aerobias o anaerobias
facultativas, asociados estrictamente a origen fecal
� La contaminación por EF produce enfermedades relacionadas con
las mucosas y por contacto en general
� La relación CF/EF permite discernir sobre el origen de la
contaminación → indicador secundario o complementario,
confirmativo de contaminación fecal procedente de humanos o de
animales de sangre caliente
� CF/EF > 1 → Origen humano (CF/EF ≈ 4,4)
� CF/EF < 0,4 → Origen animal
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2.1. GÉRMENES PATÓGENOS
� Clostridios
� Bacterias quimioorganótrofas fermentadoras, anaerobias estrictas,
muy frecuentes en suelos, sedimentos lacustres y en el tracto
intestinal
� Forman endosporas en situaciones adversas (desecación, escasez
de nutrientes, Tª, salinidad), lo que les permite resistir durante
largo �empo en ambientes hos�les → indicador de contaminación lejana (en el tiempo), el resto de microorganismos indicadores
podrían haber desaparecido
� Productores de toxinas → botulismo
� Grupos más utilizados como indicadores:
� Clostridium sulfito-reductores
� Clostridium perfringens
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Clostridium botulinum
2.2. MATERIA ORGÁNICA
� Materia orgánica (MO): compuestos con una estructura química
muy variable, constituida principalmente por C, H y O, y en menor
medida de N, P y S
� Producida por los organismos autótrofos (plantas, algas, bacterias) a
partir de materia inorgánica y energía (fotosíntesis/quimiosíntesis)
10. Contaminación del agua
� Puede formar parte de organismos vivos
(biomasa) o encontrarse en forma de
restos o residuos
� Fuente de nutrientes y energía para los
organismos heterótrofos
2.2. MATERIA ORGÁNICA
� Tipos fundamentales de MO en aguas residuales:
� Compuestos nitrogenados (CHONS): 40-60 % de la MO en ARD
� Principales compuestos de este grupo: proteínas (moléculas muy
complejas), aminoácidos (bloques que constituyen las proteínas, cuyo
peso molecular es elevado) y urea (forma en que se eliminan
fundamentalmente los compuestos nitrogenados del metabolismo)
� Generalmente están presentes en el agua en forma coloidal. En estos
compuestos el N se libera como amoníaco en la oxidación
� Carbohidratos (CHO): 25-50 %
� Los ejemplos más comunes son los azúcares, como la glucosa (C6H12O6),
el almidón (C5H10O5) y la celulosa (C6H10O5)
� Suelen estar en forma disuelta en el agua
� Grasas y aceites (CHO): 10 %
� Poco solubles en agua por hidrófobas, y solubles en disolventes
orgánicos → se concentran en la superficie (interfase agua-aire)
� Su biodegradación es muy lenta
� Los ácidos grasos se pueden alcalinizar dando lugar a jabones
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2.2. MATERIA ORGÁNICA
� MO en el agua → presente en aguas naturales debido a los ciclos
tróficos que se desarrollan en ella
� Altas concentraciones de MO en las aguas residuales de origen
doméstico, agropecuario y de algunas industrias
� Aunque se trate de elementos naturales, el exceso de MO supone
la contaminación del agua → los procesos de descomposición de la
MO requieren O2 disuelto en el agua, que deja de estar disponible
para la flora y fauna del medio → desequilibrio del ecosistema
� Medida de la MO: la determinación precisa de los diversos
compuestos es costosa y poco prác�ca → generalmente se
recurre a métodos indirectos basados en la oxidación de la MO:
� Oxidación térmica
� Oxidación química
� Oxidación bioquímica
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2.2. MATERIA ORGÁNICA
� Oxidación térmica
� Consiste en someter una muestra de agua a alta temperatura, en
presencia de oxígeno, para favorecer su incineración → se mide el
O2 consumido o el CO2 producido
MO (CHO) + O2 + calor → CO2 + H2O + resíduo
� Métodos utilizados:
� COT (Carbón Orgánico Total) → mide la producción de CO2 a una Tª ≈
900 oC, mediante detección por infrarrojos; unidades: mg C/l
� DTO (Demanda Total de Oxígeno) → mide el O2 consumido en la
oxidación; unidades: mg O2 /l
10. Contaminación del agua
2.2. MATERIA ORGÁNICA
� Oxidación química
� Se utiliza un reactivo químico con alto poder oxidante, que
proporciona el O2 → se mide la cantidad de reactivo consumido,
que se relaciona con la cantidad de O2 consumido
MO (CHO) + oxidante químico → CO2 + H2O + resíduo
� Método más utilizado: DQO (Demanda Química de Oxígeno)
� Se usa como reactivo oxidante el dicromato potásico (Cr2O7K2), o
permanganato (MnO4K) si la concentración esperada de MO es baja
(en aguas naturales)
� Unidades: mg O2 /l; se calcula multiplicando la cantidad de reactivo
usado por un factor (según reactivo), obteniendo el equivalente de O2
� Para el ensayo son necesarios un catalizador y una Tª ≈ 150 oC
� Expresa la cantidad de MO oxidable, pero también la presencia de
otras sustancias reductoras, como Fe++ (materia inorgánica oxidable)
� Valores habituales de DQO: Aguas no contaminadas → 1-5 mg O2/l;
ARD → 250-1000 mg O2/l ; ARI → depende del proceso industrial
10. Contaminación del agua
2.2. MATERIA ORGÁNICA
� Oxidación bioquímica
� La oxidación la llevan a cabo los microorganismos presentes en el
agua → se mide el O2 consumido por la actividad microbiana
MO (CHO) + O2 + microorganismos → CO2 + H2O + resíduo
� Método más utilizado: DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno)
� Comparable con la DQO y la DTO, pero se diferencia en que la DBO
mide solo la MO susceptible de degradarse biológicamente (materia
biodegradable), no mide la MO no biodegradable ni los
microorganismos que se oxiden
� Unidades: mg O2/l
� El resultado está condicionado por el tiempo de duración del ensayo
→ en general se refiere al oxígeno consumido en 5 días: DBO5
� Valores habituales de DBO5: Aguas no contaminadas → < 5 mg O2/l
(aguas subterráneas → < 1 mg O2/l); ARD → 100-350 mg O2/l ; ARI →
depende del proceso industrial
10. Contaminación del agua
2.2. MATERIA ORGÁNICA
� Oxidación bioquímica – DBO5
� Actualmente es utilizado como parámetro de referencia para
determinar la contaminación orgánica (junto a la DQO)
� Direc�va 91/271/CEE → define “habitante equivalente” como “la
carga orgánica biodegradable con una DBO5 de 60 g O2/día”
10. Contaminación del agua
Fuente: Environment Agency, U.K. 2003. The river ecosystem classification system
� Relación DQO/DBO:
� Generalmente, DQO >> DBO → debido a la presencia en el agua de
compuestos orgánicos no biodegradables
� ARD → DQO/DBO ≈ 1,5-2 (“agua biodegradable”); ARI → ≈ 5
2.2. MATERIA ORGÁNICA
10. Contaminación del agua
� Oxidación bioquímica – Ensayo de la DBO
� Consiste en realizar incubaciones de muestras de agua, con una
Tª controlada y manteniendo el agua agitada, y utilizar algún
método de medición del O2 consumido
2.2. MATERIA ORGÁNICA
� Oxidación bioquímica – Ensayo de la DBO
� Factores que afectan el ensayo:
� Tiempo del ensayo → generalmente, valor alcanzado a los 5 días
10. Contaminación del agua
� La oxidación biológica es relativamente lenta
→ normalmente no se completa en 5 días de
incubación
� Los compuestos orgánicos simples (p.e: glucosa),
se oxidan casi completamente en 5 días, pero en
ARD sólo se llega a oxidar un 65% de la MO
� Los compuestos orgánicos complejos pueden
oxidarse únicamente en un 40% en 5 días
� Cuando la descomposición de MO de una
muestra es tan completa como se pueda obtener
aeróbicamente, el OD consumido representa la
DBO total o última (DBOu)
2.2. MATERIA ORGÁNICA
�
10. Contaminación del agua
2.2. MATERIA ORGÁNICA
� Oxidación bioquímica – Ensayo de la DBO
� Factores que afectan el ensayo:
� Nitrificación → proceso microbiano que también consume OD, no
asociado a la oxidación de la MO
� Se produce en 2 etapas, protagonizadas por 2 grupos de bacterias
autótrofas → nitrosomonas y nitrobacter:
Nitrosomonas: 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O
Nitrobacter: 2NO2- + O2 + 2H+ → 2NO3
- + 2H+
10. Contaminación del agua
� ARD → N principalmente como N orgánico y
amoniacal, pero también puede haber pequeñas
cantidades de N oxidado (NO2, NO3)
� En ARD la velocidad de crecimiento de las
bacterias nitrificantes es lenta → el efecto de
nitrificación en la curva de DBO solo se aprecia a
partir de 8-10 días
� Efluentes tratados → efectos en 1-2 días
(grandes cantidades de bacterias nitrificantes)
2.2. MATERIA ORGÁNICA
�
10. Contaminación del agua
2.3. SÓLIDOS
� Sólidos presentes en el agua: diverso tamaño y naturaleza
(orgánicos/inorgánicos, disueltos/en suspensión, etc.)
10. Contaminación del agua
� Concentración de sólidos que transporta un agua → indicador de
contaminación, uno de los parámetros físicos más importantes
para caracterizar las aguas
� Sólidos Totales (ST): residuo seco que se produce al evaporar una
muestra de agua; en aguas naturales los ST son principalmente
sales disueltas
� Unidades: mg/l o ml/l (menos frecuente)
2.3. SÓLIDOS
� Tipos de sólidos presentes en el agua:
10. Contaminación del agua
Sólidos Disueltos (SD)
Sólidos en Suspensión (SS)
Sólidos Sedimentables (SSs)
Sólidos fijos (SF) – mat. inorgánica
Sólidos volátiles (SV) – mat.
orgánica
Sólidos Disueltos
S. Disueltos Fijos
S. Totales Fijos
Sólidos Totales
S. Disueltos Volátiles
S. Totales Volátiles
2.3. SÓLIDOS
� Técnicas para medir los sólidos presentes en el agua:
� Evaporación a 103-105 oC → se obtienen los ST o residuo seco (quedan en
el recipiente todos los tipos de sólidos)
� Filtración → se hace pasar el agua por un filtro, normalmente de poro 1
μm (0,45-1,2 μm)
� Se determina el peso de lo que ha quedado retenido en el filtro y se expresa en
mg/l (según volumen filtrado) → SS
� Sólidos que han atravesado el filtro → SD (aunque puede incluir una parte de SS
de tamaño coloidal)
� Sedimentación → se introduce el agua bruta en un recipiente en forma de
cono (cono Imhoff), dejándola en reposo durante 1 hora
� Una parte de los SS sedimentará y se acumulará en el fondo del recipiente →
Sólidos en Suspensión Sedimentables (SSs)
� Calcinación → se somete la muestra a una Tª de 550 ± 50 oC
� A esa Tª se vola�liza la materia orgánica, pero resiste la inorgánica → dos
fracciones diferenciadas: Sólidos Fijos (SF) (material inorgánico) y Sólidos
Volátiles (SV) (material orgánico)
� Este proceso se puede aplicar a cualquier fracción de sólidos que ya se haya
obtenido anteriormente → STF, SSV, SDF, etc.
10. Contaminación del agua
2.4. DETERGENTES
� Detergentes: sustancias tensoactivas (hidrófobas) sintéticas que
producen espuma en el agua
� Primeros detergentes que se fabricaron → B.A.S. (Sulfonato Alquilo
Benceno), de cadenas ramificadas
� Este tipo de detergentes no son biodegradables → supusieron un
grave problema de contaminación, ya que las espumas se mantenían
durante mucho tiempo en el medio receptor natural
� Posteriormente → L.A.S. (Sulfonato Alquilo Lineal): debido a su
estructura lineal ya eran atacables por los microorganismos y, por lo
tanto, biodegradables
10. Contaminación del agua
� Algunos detergentes incluyen fósforo como
adi�vo → problema ambiental, la presencia
de P en los sistemas acuáticos puede suponer
importantes problemas de contaminación
� Medida de detergentes → sistema M.B.A.S.(Sustancias Activas al Azul de Metileno)
2.5. METALES PESADOS
� Metales pesados: provienen principalmente de procesos
industriales → ARI y ARU (por industria o por el lavado de la
superficie urbana tras lluvias)
� Los elementos metálicos son utilizados por la industria en grandes
cantidades y para una variada gama de aplicaciones: catalizadores,
pinturas, detergentes, materiales de construcción, aditivos,
pesticidas, etc.
� Una parte acaba llegando al medio natural; si esta incorporación es
en forma iónica, la capacidad de migración (y de contaminación) a
través del medio es mayor
� Los metales pesados son sustancias necesarias para los ecosistemas
en pequeñas cantidades (micronutrientes) pero si superan una
determinada cantidad (acumulación) o una determinada
concentración (toxicidad) los efectos resultan perjudiciales
10. Contaminación del agua
2.5. METALES PESADOS
� Principales metales pesados según actividades:
� Aguas residuales urbanas: Cu, B, Al, Fe, Pb, Zn, Ni
� Minería: As, Cu, Cd, Pb, Mn, Hg
� Tratamiento de superficies: Cd, Cr, Cu, Ag, Zn
� Industria en general: B, Cd, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Mo, Zn, Ni
10. Contaminación del agua
� En el medio acuático, los iones
metálicos se pueden encontrar en
forma libre o formando complejos
con elementos orgánicos o
inorgánicos (Cl-, OH-, CN-…)
� Los metales pueden incorporarse
a los sedimentos al precipitar o
por quedar adsorbidos por ellos
2.6. COMPUESTOS INORGÁNICOS
� Compuestos inorgánicos: nitrógeno (N), fósforo (P), cloro (Cl-),
sodio (Na), potasio (K), etc.
� Se consideran nutrientes: elementos o sustancias fuertemente
demandadas por los organismos
� Los heterótrofos son organismos limitados por la disponibilidad de
MO; los autótrofos lo están por la disponibilidad de nutrientes
� N y P son los nutrientes más limitantes → limitan o condicionan la
actividad biológica en la mayoría de los ecosistemas
� La actividad humana ha provocado una fuerte alteración de estos
dos elementos en la naturaleza (ciclos del N y P)
� Proceden principalmente de diversos usos domésticos del agua:
� Alimentación: sal común (cloruro sódico, NaCl)
� Limpieza: detergentes → P (adi�vo de las sustancias tensoactivas)
� Aguas fecales: heces (P) y orina (N)
10. Contaminación del agua
2.6. COMPUESTOS INORGÁNICOS
� Nitrógeno
� Ciclo de N complejo → su estructura atómica le permite alcanzar
diferentes estados químicos, desempeñando los microorganismosun papel central
� La excreción de los compuestos nitrogenados (en forma amoniacal) y la actividad descomponedora de la MO son las vías a través de las
cuales el N es liberado al medio (nutrientes para autótrofos)
10. Contaminación del agua
� La entrada de N en las masas de agua varía de
forma natural estacionalmente debido al
comportamiento de la vegetación terrestre y
de las riberas
� Decrece durante las estaciones de crecimiento
(primavera y otoño en clima mediterráneo)
� Aumenta en la estación en la que cesa la
actividad biológica (mínima en invierno)
2.6. COMPUESTOS INORGÁNICOS
� Fósforo
� Ciclo de P más sencillo que el de N → sin reservorios atmosféricos
� Entrada de P en el medio: arrastre (lavado) de restos orgánicos y
vertidos domésticos; formas inorgánicas → generalmente asociadas
a partículas arcillosas y a fertilizantes de origen antrópico
10. Contaminación del agua
� Procesos de adsorción-desorción de P en
función de la concentración existente en el
medio acuoso → actúan como reguladores de
la descarga de P asociado a partículas sólidas
� La actividad antrópica (lavado de fertilizantes
agrícolas y de los residuos urbanos, ganaderos
e industriales) aporta cantidades globales
muy elevadas → incremento notable de P y N
en aguas continentales y litorales
Concentración de P en agua generalmente
menor que de N (relación N/P del orden de 5)
2. AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS� Composición típica de las Aguas Residuales Domésticas
10. Contaminación del agua
3. AGUAS RESIDUALES URBANAS� Aguas residuales urbanas (ARU): las que circulan por las redes
de alcantarillado de los núcleos urbanos
� Incluyen:
� Aguas residuales domésticas (ARD)
� Aguas residuales industriales (ARI)
� Aguas de infiltración
� Aguas de escorrentía superficial urbana (en función del tipo de red de
alcantarillado)
10. Contaminación del agua
3.1. AGUAS DE ESCORRENTÍA URBANA
� Escorrentía urbana: agua procedente de las precipitaciones de
nieve o lluvia sobre una cuenca urbana
� Aportaciones de carácter intermitente ligadas a fenómenos
naturales, muy variables en ciertos climas (p.e: clima mediterráneo)
� En un área urbanizada, los caudales de escorrentía urbana suelen
ser del orden de 50 a 200 veces superiores en volumen a los de
ver�dos domés�cos, comerciales e industriales → gran importancia
en el diseño de redes de saneamiento
� Superficies de un municipio según permeabilidad:
10. Contaminación del agua
� Impermeables: edificios,
pavimentos, calzadas, aceras,
azoteas, etc.
� Permeables: jardines, algunos
patios interiores, solares sin
edificar, etc.
� En zonas urbanas predominan
las superficies impermeables
3.1. AGUAS DE ESCORRENTÍA URBANA
� Escorrentía urbana
� Las aguas de escorrentía no son esencialmente limpias (concepción
errónea) → arrastran la contaminación de toda la cuenca vertiente
(generalmente extensa), relacionada con los usos del suelo
10. Contaminación del agua
� Primeras lluvias → una fracción de la lluvia
caída se emplea en mojar las superficies;
otra se evapora y otra queda atrapada en
huecos y depresiones del suelo
� Si sigue lloviendo, el agua escurre por
superficies impermeables hacia los puntos
de recogida (alcantarillado) → limpia los
contaminantes acumulados sobre el suelo y
los transporta en suspensión y disolución
� Si sigue lloviendo, la contaminación que
arrastra la escorrentía se reduce (el ambiente
ya se ha limpiado con las lluvias anteriores)
3.1. AGUAS DE ESCORRENTÍA URBANA
� Escorrentía urbana:
10. Contaminación del agua
3.2. REDES DE ALCANTARILLADO
� Unitarias: todos los tipos de aguas urbanas (ARD, ARI,
escorrentía urbana, etc.) circulan por los mismos
conductos
� Separativas: cuentan con una red que recibe las aguas
de escorrentía urbana (aguas pluviales) y otra para el
resto de vertidos
� Se estima que a las redes de alcantarillado llega un
caudal del orden del 80% del correspondiente a las
aguas del abastecimiento
� ARI en los sistemas de alcantarillado urbano → suelen
proceder de industria de mediano y pequeño tamaño,
situada dentro de los cascos urbanos
� Los polígonos industriales y la industria de gran tamaño
suele disponer de redes especiales para sus aguas, que
normalmente son tratadas en Estaciones de
Tratamiento de Aguas Residuales Industriales (E.T.A.R.I.)
10. Contaminación del agua
� Redes de alcantarillado:
3.2. REDES DE ALCANTARILLADO
� Contaminación debida a aguas pluviales o de tormenta:
� Redes de alcantarillado separativas (RAS):
� Agua de escorrentía contaminada que llega directamente o a través de
las redes de alcantarillado separativas a las masas de agua receptoras
� Redes de alcantarillado unitarias (RAU):
� Vertido por rebosamiento (rebose) de alcantarillados unitarios con
aguas que son mezcla de aguas pluviales y ARD
� Resuspensión de los sedimentos existentes: resultado de la
sedimentación de partículas y contaminación, permitida por el
régimen hidráulico existente durante el período seco, que se ven
arrastrados con el caudal punta de las aguas pluviales
� La punta de caudal de aguas residuales también puede llegar a la
depuradora → si supera su capacidad de tratamiento, también
produce un rebose en tal punto (tanques de tormentas para evitarlo)
� Estos tipos de descargas se diferencian tanto en volúmenes vertidos,
concentraciones de contaminantes, fases y períodos de descarga
10. Contaminación del agua
3.3. AGUAS DE INFILTRACIÓN
� Aguas de infiltración: las que proceden del subsuelo y penetran
en la red de alcantarillado a través de las juntas, tuberías
defectuosas, conexiones y paredes de pozos de registro
� La presencia de agua con un nivel freático elevado produce
infiltraciones en las alcantarillas → aumento de la can�dad de las
aguas residuales
10. Contaminación del agua
� La calidad de los materiales de la red y
el grado de mantenimiento son
factores que determinan la
importancia de las infiltraciones
� Infiltración: 0,01-1 m3/d·mm·km
� mm·km: suma de los productos de los
diámetros de las alcantarillas (en mm)
por las longitudes de las alcantarillas
correspondientes a esos diámetros (en
km)
3.4. CARGAS CONTAMINANTES EN LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS
� Estimación de la carga contaminante en ARU:
� Dotación de carga contaminante por persona y día
� Se considera una producción tipo para cada contaminante por persona
y día (al igual que en la estimación de los caudales de abastecimiento
de una población, que se estima una dotación global de
abastecimiento por persona y día)
� Unidades: g/hab·d (gramos por habitante y día) de cada contaminante
� Aguas residuales urbanas sin una gran incidencia de la industria
→ se pueden adoptar las siguientes dotaciones de contaminación
(en g/hab·d):
10. Contaminación del agua
Fuente: Tejero et al., 2006. Introducción a la Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Universidad de La Coruña
3.4. CARGAS CONTAMINANTES EN LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS
� Evolución diaria de la carga contaminante en ARU:
� Las concentraciones de contaminantes de un ARU varían a lo largo
del día
� Siguen una forma similar a la que describe la variación de caudales,
con puntas casi simultáneas
� DBO5 → coeficientes puntas ≈ 1,5
10. Contaminación del agua
Fuente: Tejero et al., 2006. Introducción a la Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Universidad de La Coruña
3.4. CARGAS CONTAMINANTES EN LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS
� Habitantes-equivalentes (hab-eq o h-e): parámetro de
comparación entre vertidos, fijando alguna carga contaminante
como la unitaria por persona y día
� Directiva 91/271/CEE, sobre tratamiento de las aguas residuales
urbanas → define 1 e-h (equivalente habitante) como “la carga
orgánica biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno
de 5 días (DBO5) de 60 g de oxígeno por día”
� Permite trabajar con unidades homogéneas a la hora de estimar
cargas contaminantes → la contaminación de una industria, ciudad,
explotación agraria, etc., puede expresarse (para un contaminante
dado) como si fuese producida por población humana
� Si una persona produce una contaminación en DBO5 de 60 g O2/d, una
industria que vierte diariamente una cantidad X de DBO5, equivaldrá a
un número de "habitantes - equivalentes“ = X/60
� La cantidad diaria de contaminante que vierte una determinada
actividad se calcula multiplicando caudales por concentraciones
10. Contaminación del agua
3.4. CARGAS CONTAMINANTES EN LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS
� Habitantes-equivalentes (hab-eq)
� La capacidad de tratamiento de las EDAR se mide en hab-eq
� Normalmente, el valor en hab-eq de la carga contaminante de un
municipio es mayor que la propia población del municipio → las ARU
arrastran una contaminación > 60 g O2/hab·d
� Aguas residuales pecuarias:
� 1 vaca equivale a 10 hab-eq
� 1 cerdo equivale a 3 hab-eq
� Otra forma de expresar las cargas contaminantes que generan los
animales es como gramos de contaminante por cabeza de ganado y
por día (g DBO5/cabeza·d)
� Aguas residuales industriales: se utiliza también la carga de
contaminante por unidad de producción (g/ud) o la carga por
unidad de superficie (g/ha·d)
10. Contaminación del agua
4. AGUAS RESIDUALES AGROPECUARIAS
� Aguas residuales agropecuarias: las que proceden de la actividad
agrícola o ganadera
� A.R. Pecuarias → ac�vidad ganadera
� Estabulación (la ac�vidad se desarrolla de forma intensiva) → ver�dos
directos a los cauces, localizados, constantes y concentrados
� Si la actividad es de forma no estabulada, el ganado deambula libre
→ contaminación de los cauces de �po difuso
� Contaminación difusa → transporte asociado a fenómenos
hidrológicos (escorren]a superficial, subsuperficial, etc.) → di^cil
control de la contaminación
� Uso de estiércol como abono natural (común en algunas regiones)
→ los compuestos de las aguas residuales de los establos pasan a ser
contaminantes difusos en la cuenca
� Lo normal en una cuenca es que tenga tanto vertidos localizados como
difusos de contaminación ganadera
10. Contaminación del agua
4. AGUAS RESIDUALES AGROPECUARIAS
� A.R. Pecuarias
� Características similares a las ARD (generalmente) al proceder de
animales de sangre caliente, excepto que no incluyen detergentes:
� Altas concentraciones de MO, SS, N y P (volumen de agua que
transporta a los residuos fecales de los animales menor que en ARD)
� Gérmenes patógenos → se u�lizan los mismos indicadores de
contaminación bacteriológica que para ARD
� Relación Coliformes fecales-Estreptococos fecales: CF/EF ≤ 0,4-0,6 (varía según especie) → contaminación bacteriológica de origen
animal
� Las elevadas concentraciones de SS condicionan los sistemas de
conducción y transporte y el tratamiento de las A.R. Pecuarias
� Ganado herbívoro → gran can�dad de flotantes en el agua, puede
suponer un problema especial al tratamiento → deben disponerse
sistemas adecuados que eviten las obstrucciones al flujo en los
sistemas de evacuación y tratamiento
10. Contaminación del agua
4. AGUAS RESIDUALES AGROPECUARIAS
� A.R. Pecuarias
� Clasificación de los residuos en las ARP según su consistencia:
� Sólidos
� Semisólidos (lisier) → relacionado generalmente con granjas de cerdos
� Líquidos (purines)
� La cantidad de residuos que produce cada animal y sus
características específicas depende de muchas variables: especie,
raza, edad, estación climática, alimentación, etc.
� Cargas contaminantes típicas en condiciones normales de
explotación :
10. Contaminación del agua
Fuente: Tejero et al., 2006
4. AGUAS RESIDUALES AGROPECUARIAS
� A.R. Agrícolas
� Aguas vertidas al dominio público hidráulico procedente de la lluvia
o el riego de una explotación agrícola, que arrastran productos
usados en la agricultura
� El agua contaminada generalmente se incorpora de forma difusa al
ciclo hidrológico, por escorrentía superficial o subsuperficial
� Masas de agua receptoras que sufren los problemas de este tipo
de contaminación → acuíferos, ríos, lagunas, embalses…
� Ac�vidades agrícolas → generan dos tipos muy diferentes de
contaminación:
� Uso de Abonos:
� Orgánicos
� Inorgánicos
� Uso de Pesticidas
10. Contaminación del agua
4. AGUAS RESIDUALES AGROPECUARIAS
� A.R. Agrícolas
� Abonos orgánicos:
� Aplicación al terreno de abonos, fertilizantes o acondicionadores:
compost (procedente de los residuos sólidos urbanos), estiércol, fangos de estación depuradora de aguas residuales urbanas
(E.D.A.R.U.)
� Los contaminantes que los acompañan son variados: MO, gérmenes
patógenos, N, P → los principales y de más interés son el N y P
� Abonos inorgánicos:
� Incorporación al terreno de fertilizantes (N, P, K, etc.)
� Contaminantes principales: N y P → nutrientes limitantes
habitualmente
� La presencia en abundancia de N y P (aunque sea en proporciones
mínimas) puede aumentar la productividad de las algas y desequilibrar
la cadena trófica de las masas de agua receptoras de la contaminación
10. Contaminación del agua
4. AGUAS RESIDUALES AGROPECUARIAS
� A.R. Agrícolas
� Pesticidas:
� Uso de insecticidas, rodenticidas, plaguicidas, herbicidas, fungicida,
etc. → buscan evitar el crecimiento de otras formas de vida que se
alimenten o compitan con el cultivo
� Compuestos más habituales:
� Organo - clorados: DDT, aldrín...
� Organo - fosforados: Malatión...
� Organo - metálicos
� Estos compuestos permiten aumentar la producción agrícola, pero
tienen efectos muy negativos en las cadenas tróficas y son muy
persistentes en el medio natural
� Algunos son bioacumulables (p.e: DDT) → la tendencia es la búsqueda
de nuevos compuestos alternativos
10. Contaminación del agua
5. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
� Aguas Residuales Industriales (ARI): proceden de cualquier
actividad industrial en cuyo proceso de producción,
transformación o manipulación se utilice el agua
� Gran variedad de industrias y procesos → variedad y variabilidad
de características de ARI, cada industria constituye un caso especial
� Incluso dentro de cada sector, existe una gran variedad de procesos
→ di^cil caracterización por sectores
� Cada industria puede usar técnicas de producción diferentes,
utilizando volúmenes y caudales de agua diferentes (limpieza de
circuitos de refrigeración, vaciado de circuitos de lavado…) con
concentraciones de productos muy diferentes
� En cada proceso industrial los vertidos de agua residual pueden ser
continuos o periódicos (frecuencia diaria, semanal, mensual, anual...)
� Estudio caso a caso para analizar los procesos y la contaminación
que se produce, y así desarrollar estrategias para mitigarla
mediante tratamientos eficaces
10. Contaminación del agua
5. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
� Tipos de ARI:
� Líquidos Residuales: se derivan directamente de la fabricación de
todo tipo de productos
� Consisten en disoluciones acuosas a distinta concentración de los
productos empleados en el proceso productivo
� Aguas de Proceso: provienen del empleo del agua como medio de
transporte, lavado, refrigeración directa, etc.
� Su contaminación se debe al contacto con los productos de fabricación
o los líquidos residuales
� Concentración de contaminantes ≈ 10 veces inferior a los líquidos
residuales, pero su caudal puede llegar a ser 50 veces superior
� Aguas de Drenaje: debidas a la escorrentía de aguas pluviales
� Su contaminación suele ser baja y procede de zonas de almacenaje de
productos al aire libre, derrames de productos en viales y zonas a la
intemperie, rodadas de vehículos, etc.
� En explotaciones a cielo abierto (minería) su carga contaminante sí es
importante
10. Contaminación del agua
5. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
� Principales contaminantes en ARI:
� Temperatura:
� ARD → Tª ≈ 2 oC por encima del agua de abastecimiento
� En las ARI la Tª puede ser mucho más elevada, especialmente si
proceden de una central térmica → contaminación térmica
� Los problemas de Tª suelen proceder de aguas residuales de procesos
de refrigeración
� La industria alimentaria suele tener aguas residuales de proceso con Tª
elevada
10. Contaminación del agua
5. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
� Principales contaminantes en ARI:
� Materia orgánica: suele encontrarse en forma disuelta en mayores
proporciones (≈ 80%) que en las ARD (≈ 20-40%)
� Las concentraciones de MO suelen ser muy elevadas → DBO5 ≈ 1.000-
100.000 mg/l (ARD → 100-400 mg/l)
� N y P se encuentran en menor cantidad que en ARD (con respecto a la
MO) → condiciona los posibles tratamientos biológicos de las ARI
(nutrientes limitantes)
� Una proporción importante de la MO es no biodegradable: si
DQO/DBO5 > 2,5 → posibles problemas con los tratamientos biológicos
� Si además las aguas residuales incorporan sustancias tóxicas, la DBO5
es muy posible que se anule o sea muy baja → problemas con los
tratamientos biológicos
� Industrias con vertidos fundamentalmente orgánicos: papeleras,
azucareras, mataderos, fábricas de curtidos, de conservas, lecherías y
sus subproductos, fábricas de alcoholes, levaduras, de aceites, de
bebidas, lavanderías, etc.
10. Contaminación del agua
5. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
� Principales contaminantes en ARI:
� Productos químicos inorgánicos:
� Metales pesados en las ARI: Hg, Cd, Cr, Ni, Cu, Pb (procedentes en
general de la industria metalúrgica); también cianuros (CN-) → tóxicos (algunos también bioacumulables)
� Ácidos y bases aparecen con frecuencia en los vertidos industriales,
especialmente en la industria química
� Vertidos con salinidad elevada → pueden proceder de calderas o
sistemas de refrigeración
� Aceites e hidrocarburos → en general, debidos a maquinaria y talleres
� Contaminación radiactiva → puede aparecer como consecuencia de
problemas graves en la explotación de centrales nucleares o la
industria nuclear en general
� Industrias con vertidos con elevada carga inorgánica: limpieza y
recubrimiento de metales, explotaciones mineras y salinas, químicas...
10. Contaminación del agua
5. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
� Tipos de industria según el tipo de contaminación que producen:
� Industrias con efluentes principalmente orgánicos: papeleras,
azucareras, mataderos, curtidos, conserveras, lecherías y
subproductos, fermentaciones, preparación de productos
alimenticios, bebidas y lavanderías
� Industrias con efluentes orgánicos e inorgánicos: refinerías y
petroquímicas, coquerías, químicas y textiles
� Industrias con efluentes principalmente inorgánicos: químicas,
limpieza y recubrimiento de metales, explotaciones mineras y
salinas
� Industrias con efluentes con materias en suspensión: lavaderos de
mineral y carbón, corte y pulido de mármol y otros minerales,
laminación en caliente y colada continua
� Industrias con efluentes de refrigeración: centrales térmicas y
centrales nucleares
10. Contaminación del agua
5. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
� Tipos de industria y contaminantes principales:
� Industria alimentaria → concentración de MO
� Industria petroquímica → concentración de MO, aceites, fenoles,
amoniaco y sulfuros
� Industria siderúrgica → concentración de MO, SS, alquitranes, cianuros
libres y complejos, sulfuros, hierro, aceites, grasas y pH
� Industria del curtido de pieles → alcalinidad, concentración de MO, SS,
materia decantable, sulfuros y cromo
� Industria papelera → color, concentración de MO, SS y materia decantable,
pH y AOX-EOX (halogenados orgánicos adsorbibles y extractables)
� Industrias de lavado de mineral → productos tóxicos empleados, lixiviados,
metales pesados, SS y sedimentables
� Industria de acabado de metales → pH, concentración de cianuros y
metales pesados
� Plantas de ácido sulfúrico → concentración de ácidos, sólidos
sedimentables, arsénico, selenio y mercurio
10. Contaminación del agua