Impactes i Contaminació a la Hidrosfera

UNITAT 12. IMPACTES A LA HIDROSFERA

1. Impactes sobre la dinàmica de la hidrosfera

Els impactes de l’ésser humà sobre l’aigua poden ser de dos tipus: poden modificar la dinàmica natural dels rius o dels corrents litorals i poden contaminar l’aigua.

1.1. Embassaments

Els embassaments es fan amb la finalitat d’obtenir energia hidroelèctrica i emmagatzemar aigua. A més, controlen el cabal del riu quan hi ha aiguats i funcionen com a reguladors d’avingudes. S’hi poden desenvolupar diverses activitats de lleure.

Efectes negatius:

• Disminució de la quantitat de sediments que arriben a la costa.
• Disminució de la quantitat d’aigua dolça que arriba als deltes.
• Rebliment de l’embassament.
• Major capacitat erosiva de l’aigua que surt de l’embassament.
• Augment de la concentració de contaminants aigües avall de l’embassament.
• Impediment de la migració de determinades espècies.
• Alteració del paisatge natural.
• Efectes sobre la població.
• Pèrdua de patrimoni.
• Risc de trencament de la presa.

1.2. Obres de canalització

Responen a la voluntat humana de fixar la llera del riu per protegir les persones i els béns materials. Les canalitzacions són sempre actuacions que representen una alteració en el funcionament natural dels rius i de les rieres. Gairebé sempre, redueixen al mínim l’espai destinat al riu, per tal d’augmentar al màxim l’espai destinat a usos més productius.

Hi ha diversos tipus d’obres de canalització:

• Cobriment del llit. Elimina la funció del curs de l’aigua com a corredor biològic. La cimentació impedeix la recàrrega dels aqüífers.
• Murs de contenció. Eviten l’erosió lateral del riu i que en canviï el traçat. És una solució segura, però, si s’hi utilitza formigó, impedeix el creixement de vegetació. En canvi, si es fa amb blocs de roca o xarxes, permet el creixement vegetal en els intersticis.
• Dics. Es tracta d’estructures que poden aixecar-se des d’alguns centímetres fins a uns quants metres per sobre del terra i impedeixen el desbordament del riu, de manera que encara pot créixer per damunt del nivell d’inundació. Aquesta solució comporta certs riscos, ja que l’aigua pot esquerdar-los en una zona i començar a sortir, cosa que pot provocar la concentració de pressió en aquell punt concret. També dificulta la recàrrega dels aqüífers i malmet el bosc de ribera.

1.3. Transvasaments

Impactes sobre el medi:

• La disminució de cabals comporta una disminució de la recàrrega d’aqüífers, al llarg de tot el seu recorregut. Aquest fet és preocupant a les desembocadures, on s’origina una falca salina.
• Cal respectar el cabal ecològic per minimitzar els impactes en el bosc de ribera i en la fauna que viu en l’ecosistema fluvial.
• Reducció de l’aportació de sediments a la desembocadura.
• Els transvasaments poden fer que es propaguin espècies invasores d’un riu a un altre que se’n mantenia lliure.

1.4. Sobreexplotació d’aqüífers

Impactes de dos tipus: la mobilització d’aigües contaminades del subsòl i la modificació de la dinàmica hídrica. La sobreexplotació provoca la davallada del nivell freàtic, que al seu torn pot afectar, per exemple, les surgències o fonts i rius. Una sobreexplotació puntual d’un pou genera un con de depressió cada vegada més ampli i profund, que provoca el desplaçament de l’aigua i l’assecament dels pous veïns. Per evitar-ho, hi ha una normativa que regula la profunditat màxima dels pous d’extracció, així com la quantitat de pous per unitat de superfície.

2. La contaminació de l’aigua

La contaminació de l’aigua és una alteració desfavorable deguda, totalment o en gran part, a accions humanes. Aquestes accions poden tenir efectes directes o indirectes pel que fa a canvis en els nivells d’energia, radiació, compostos químics o abundància d’organismes. La quantitat d’aigua superficial dolça de fàcil accés constitueix només el 0,003% del total de la hidrosfera. Les activitats humanes modifiquen greument el cicle de l’aigua, que és el seu gran sistema de depuració natural, la degraden i en redueixen la qualitat.

Dos tipus de contaminació segons com es trobi concentrada:

• Difusa. Apareix en zones àmplies i no té un focus emissor concret. La contaminació produïda per fertilitzants i productes fitosanitaris en àmplies zones agrícoles, la deposició de contaminants atmosfèrics o la contaminació d’origen natural.
• Localitzada o puntual. És produïda per un focus emissor determinat i afecta zones concretes. La contaminació provinent de nuclis urbans, industrials o miners.

2.1. Focus de contaminació

2.1.1. Industrials

La major part de l’aigua utilitzada per la indústria (86%) retorna al cicle hídric contaminada. Aquestes aigües contenen grans quantitats de residus així com detergents i sabons. En moltes indústries i centrals de producció d’energia s’utilitza com a refrigerant i produeix contaminació tèrmica quan retorna al medi.

2.1.2. Agrícoles i ramaders

Una gran part de l’aigua de reg torna als rius i aqüífers des dels camps de conreu. Aquesta aigua plena de residus pot tenir diversos orígens:

• Fitosanitaris. Són els biocides que s’utilitzen per combatre plagues. Els més perillosos són els compostos organoclorats, molt tòxics, persistents i bioacumulatius.
• Fertilitzants. L’excés de nutrients que no han estat assimilats per les plantes és captat per l’aigua de reg i transportat cap als aqüífers. Allà fa augmentar la salinitat de l’aigua i la quantitat de compostos nitrogenats.
• Ramaderia. Els residus originats en les explotacions ramaderes es distingeixen pel seu origen animal i pel seu estat físic: sòlid, semilíquid o líquid. Contenen una gran quantitat de matèria orgànica, nitrogen, fòsfor, potassi, coure i microorganismes. Aquests residus, en arribar a la xarxa hídrica, provoquen grans problemes de contaminació secundària, ja que s’infiltren i acumulen nitrogen en aigües subterrànies.

2.1.3. Urbans

Les aglomeracions urbanes generen grans quantitats de residus: aigües de claveguera, de neteja pública, d’activitats industrials, etc. Aquests residus tenen una composició molt variada, a causa del seu origen divers.

2.1.4. Miners

L’activitat minera genera una gran quantitat de residus. L’acumulació de residus sòlids en runams provoca problemes de lixiviats, especialment àcids i tòxics, que s’escolen superficialment o s’infiltren en el terreny i contaminen els aqüífers.

2.2. Agents contaminants

Segons la seva naturalesa es classifiquen en: físics, químics i biològics.

2.2.1. Contaminants físics

• Temperatura
  • Origen: utilització de l’aigua com a fluid refrigerant en processos industrials i en centrals nuclears.
  • Efectes: reducció de la quantitat d'O₂ dissolt, desaparició d’espècies no resistents als canvis de temperatura.
• Partícules radioactives
  • Origen: Circuits de refrigeració de centrals nuclears, residus radioactius.
  • Efectes: mutacions, mort directa.
• Sòlids en suspensió: inorgànics (llims, sorres i graves) i orgànics (restes d’éssers vius)
  • Origen: aigües residuals urbanes i industrials, processos d’erosió.
  • Efectes: augment de la terbolesa de l’aigua; dificulten el pas de la llum i provoquen l’alteració de l’activitat fotosintètica, alteració de les propietats físiques de l’aigua (color, olor i gust).

2.2.2. Contaminants químics

• Inorgànics. Es troben en forma insoluble (partícules en suspensió) o soluble. Les substàncies solubles són més mòbils i tòxiques i produeixen més contaminació. D’aquestes hi ha:
  • Metalls pesants (cadmi, coure, plom, mercuri, etc.)
  • Derivats nitrogenats (NO₃, NO₂ i NH₃)
  • Compostos sulfurats (H₂S, SO₃^-2)
  • PH
  • Fòsfor i derivats
  • Clorurs
• Orgànics. Entre el 20% i el 40% de les substàncies orgàniques que contenen les aigües naturals són d’origen antròpic.
  • Detergents
  • Pesticides
  • Compostos orgànics refractaris, compostos aromàtics, clorats, dioxines

2.2.3. Contaminants biològics

N’hi ha de dos tipus:

• Matèria orgànica. Equival als contaminants químics orgànics.
• Microorganismes. Es troben en tota mena de residus, en especial els que contenen substàncies orgàniques. Tenen un paper fonamental en la degradació d’aquestes substàncies, però n’hi ha de patògens, que poden originar greus problemes de salut. Els patògens més freqüents en l’aigua són:
  • Virus
  • Bacteris
  • Protozous
  • Cucs paràsits

2.3. Legislació sobre abocaments

La normativa diferencia entre abocaments a la llera pública, abocaments al clavegueram i abocaments al mar.

• Abocaments a la llera pública. Els que fan directament o indirectament a les lleres, com abocaments al subsòl o sobre el terreny, a les basses o les excavacions.
• Abocaments al clavegueram. Els límits de contaminació no són tan estrictes com els de la llera pública, ja que se suposa que al final passen per un procés de depuració.
• Abocaments al mar.

2.4. Efectes de la contaminació de les aigües

Els problemes sorgeixen quan la càrrega de contaminants supera la capacitat d’autodepuració.

2.4.1. Eutrofització

En llacs i embassaments, com que les aigües es troben estancades, els problemes que provoquen els contaminants són més greus que en el cas dels rius. El principal problema que afecta les aigües estancades és l’eutrofització.

L’eutrofització es produeix quan grans quantitats de matèria orgànica arriben a un dipòsit d’aigua poc oxigenat, com ara un llac o un embassament. La descomposició microbiana de la matèria orgànica consumeix oxigen i allibera fosfats i nitrats. En estacions fredes, les algues moren i cauen al fons, on es descomponen i alliberen nutrients. D’aquesta manera, l’eutrofització continua encara que no es produeixin noves aportacions de matèria orgànica. Quan s’esgota l’oxigen, en condicions anaeròbiques, una altra població de bacteris continua la descomposició. Les condicions d’anòxia faciliten el despreniment de gasos que fan mala olor i tenen caràcter àcid, amb la qual cosa es facilita l’alliberament dels metalls pesants que hi havia als sediments.

El nitrogen i el fòsfor són dos nutrients essencials i limitadors per al fitoplàncton; per això, l’augment de la concentració d’aquests elements a l’aigua provoca un espectacular creixement d’aquell. Però, alhora, el fitoplàncton esgota ràpidament el nitrogen disponible i moltes espècies desapareixen. Això afavoreix l’augment de les poblacions d’algues cianofícies que no depenen de la quantitat d’aquest element disponible a l’aigua. Sense tenir competència, i amb una gran quantitat de fòsfor disponible, les cianofícies creixen desmesuradament i produeixen la coloració verdosa típica de les aigües eutròfiques.

També es pot produir eutrofització en el medi marí. L’eutrofització és agreujada per diversos factors: els abocaments d’aigües residuals urbanes que contenen detergents, sòlids alimentaris i residus fecals; els abocaments industrials i els fertilitzants, que estan formats majoritàriament per nitrats i fosfats.

Per tal de reduir l’eutrofització, hi ha mesures:

• Limitar o prohibir els abocaments domèstics i agrícoles en ecosistemes aquàtics reduïts o amb escassa dinàmica.
• Depurar les aigües residuals abans de tornar-les a la natura.
• Disminuir el contingut en polifosfats dels detergents.
• Injectar oxigen pur en llacs i embassaments afectats.
• Limitar la quantitat d’adobs en l’agricultura.

2.4.2. Marees negres

Els abocaments provenen especialment dels continents, a través dels rius; per això, les àrees més conflictives són les properes a les desembocadures fluvials i les zones litorals en general, ja que són els llocs on l’activitat humana és més intensa. També els vaixells. Una font molt important són els abocaments de petroli.

Els efectes negatius dels abocaments de petroli poden ser:

• Manca d’oxigenació.
• Mort d’organismes marins.
• Desestabilització de la flotabilitat.
• Pèrdua del poder termoaïllant.

L’evolució d’una taca de petroli respon a:

• Els elements més volàtils s’evaporen durant el primer dia.
• Molt poc es dilueix i la poden assimilar alguns organismes marins.
• La part més hidròfoba origina emulsions conegudes com a mousse de xocolata. Posteriorment, es pot oxidar.
• Una part precipita al fons amb els sediments i queda enterrada.
• Una part és degradada per microorganismes presents al mar.

Per minimitzar l’impacte ambiental, mètodes:

• Recollida mecànica.
• Combustió.
• Abocament de detergent.
• Enfonsament del cru.
• Biodegradació.

2.4.3. Contaminació per sobreexplotació d’aqüífers

• Intrusió salina. La gran demanda d’aigua que es dóna en poblacions litorals, a causa del turisme intensiu, comporta molt sovint la sobreextracció de l’aigua del subsòl. En les zones litorals, els aqüífers presenten dos nivells: un nivell superior, d’aigua dolça, i un d’inferior, d’aigua salada, més densa. El nivell d’aigua dolça es nodreix del continent, mentre que l’aigua del nivell salat ve del mar. L’aigua dolça és menys densa i condiciona l’entrada d’aigua marina, de manera que, com més quantitat d’aigua dolça hi hagi, més baixa el límit dolç-salat. Si traiem més aigua dolça de la que ens arriba per aportacions superficials, és a dir, si sobreexplotem l’aqüífer, la pressió de la columna d’aigua dolça disminueix. Aquest dèficit de pressió és contrarestat per un ascens de l’aigua salada, que originarà una intrusió salina en forma d’embut. Si la sobreexplotació continua, el pou acabarà bombant aigua salada.
• Mobilització d’aigües contaminades. La sobreexplotació comporta, a més d’una concentració de contaminants, la possibilitat que un volum d’aigua contaminada es desplaci cap al pou que s’està explotant. L’aigua subterrània es desplaça segons els nivells creats en les isopiezes i es produeix perpendicularment a aquestes, com si fossin corbes de nivell. Si no hi hagués aportacions ni explotacions subterrànies, els aqüífers tendirien a tenir un nivell freàtic més o menys paral·lel a la superfície del terreny. En la zona en què hi ha recàrrega apareix un ascens del nivell freàtic, fet que mobilitza l’aigua, per gravetat, cap avall.

3. La qualitat de l’aigua

Es defineix d’acord amb l’ús que se’n vol fer.

3.1. Indicadors físics

• Terbolesa. Es deu a la presència de partícules en suspensió, que fan que l’aigua no sigui del tot transparent.
• Sòlids en suspensió. Representa el pes dels productes insolubles per unitat de volum.
• Color. Coloracions degudes fonamentalment a la presència de matèria orgànica i de compostos de ferro, manganès, crom o altres ions. També colorants.
• Olor i sabor. L’aigua pura és insípida i inodora.
• Temperatura. És molt important, ja que la majoria dels processos biològics que tenen lloc en els ecosistemes fluvials en depenen. Un augment de la temperatura accelera la velocitat de les reaccions químiques i bioquímiques de l’ecosistema. D’altra banda, un augment de la temperatura disminueix la solubilitat de l’oxigen, amb la qual cosa disminueix la quantitat d’oxigen disponible.
• Conductivitat. És la capacitat que presenta una aigua per conduir l’electricitat a causa de les sals que porta dissoltes.

3.2. Indicadors químics

• pH. El pH de les aigües naturals té un valor entre 6 i 9. Algunes activitats biològiques o físiques influeixen en el valor, perquè poden reduir o incrementar la concentració de CO₂ dissolt.
• Duresa. És la suma de les concentracions dels cations de magnesi i de calci. S’expressa en mil·ligrams de (Ca,Mg)CO₃ per litre d’aigua. La seva presència és habitual en totes les aigües naturals, però els valors més elevats es donen en les subterrànies. La duresa és la responsable de la formació de dipòsits i incrustacions que perjudiquen les instal·lacions i els productes que han estat en contacte amb l’aigua. [0-60 aigua tova, 60-120 aigua moderadament dura, +de 120 aigua dura].
• Oxigen dissolt
• Indicadors de matèria orgànica
  • La quantitat es pot mesurar en:
  • Demanda bioquímica d’oxigen (DBO). Mesura l’oxidació duta a terme per microorganismes. La DBO dóna una idea de la contaminació orgànica.
  • Demanda química d’oxigen (DQO). Mesura l’oxidació duta a terme amb un oxidant químic estandarditzat, com el dicromat potàssic. El DQO dóna una idea del grau de contaminació, tant orgànica com inorgànica. Si el valor de DBO₅/DQO és inferior a 0,2 indica una contaminació predominant inorgànica, mentre que si és superior a 0,6 es parla d’un grau més alt de contaminació orgànica. Si s’utilitza permanganat potàssic, s’obté l’oxidabilitat. S’utilitza per a la caracterització de les aigües naturals, mentre que la DQO s’utilitza per a les aigües residuals.
  • Carboni orgànic total (COT). Mesura l’oxidació duta a terme sota unes condicions que provoquen l’oxidació total de la matèria orgànica.
• Nutrients
  • Nitrogen. La reglamentació estableix unes concentracions màximes de nitrats per a les aigües potables de 50 mg/l. Aquesta concentració tan elevada es dóna poques vegades en les superficials però sí en les subterrànies, ja que en reben aportacions dels adobs químics i dels purins. Als llacs o embassaments s’han de controlar els nivells de nitrats per evitar el creixement excessiu d’algues.
  • Fòsfor. Es pot trobar en forma orgànica o inorgànica. Les aportacions excessives ocasionen problemes d’eutròfia.
• Metalls. Les aigües naturals contenen una gran varietat d’ions metàl·lics, alguns de molt tòxics. Els augments de la concentració respecte a aquests nivells de traça a causa d’abocaments industrials o explotacions mineres poden provocar importants efectes tòxics.

3.3. Indicadors biològics

Es basen en l’avaluació dels organismes de la comunitat que permeten obtenir una estimació de la qualitat de l’aigua. Així, la presència de determinades substàncies en l’aigua o les variacions en les seves concentracions poden provocar diferents efectes en els organismes aquàtics, com:

• Canvis en la composició de les espècies que constitueixen les comunitats.
• Canvis en els grups predominants en un hàbitat fluvial determinat.
• Empobriment en el nombre d’espècies.
• Mortalitat general de les poblacions.
• Alta mortalitat en els estudis de larva o d’ou.
• Canvis en el comportament del metabolisme o aparició de deformacions morfològiques.

Els indicadors biològics s’agrupen en:

• Mètodes ecològics. Són els més utilitzats per avaluar la qualitat de l’aigua. Es basen en les necessitats ecològiques dels diferents organismes, de manera que, quan es modifica alguna de les condicions ambientals, es produeix un canvi en el nombre d’espècies, en la seva abundància relativa o en el nombre d’individus. Així, la presència o absència de determinades espècies, la relació que tenen entre si o el nombre d’individus existent es poden considerar indicadors de canvis que s’hagin produït, sempre a partir d’una referència. S’estableixen índexs biòtics que defineixen la qualitat de l’aigua segons les espècies presents. Organismes que s’utilitzen com a indicadors:
  • Bacteris.
  • Protozous.
  • Productors primaris.
  • Macroinvertebrats.
  • Peixos.

Alguns dels índexs biòtics més importants són:

• Iberian Biomonitoring Working Party (IBMWP). Estudia els macroinvertebrats del fons del riu.
• Índex de qualitat del bosc de ribera (QBR). Depèn del tant per cent de terreny cobert per vegetació, arbres, invertebrats...

Mètodes microbiològics. Per detectar la contaminació fecal.Mètodes fisiològics. Mesurar la velocitat a la qual els organismes presents en una massa d’aigua són capaços de créixer, degradar un substrat o generar un producte.Mètodes ecotoxicològics. Determinen la resistència de certs organismes als efectes nocius de la contaminació per metalls tòxics i altres substàncies.

3.4. Els índexs de qualitat a Catalunya

La qualitat de l’aigua s’avalua mitjançant l’índex simplificat de la qualitat de l’aigua (ISQA). Paràmetres en els quals es basa: Tª, sòlids en suspensió, oxigen dissolt, conductivitat elèctrica i demandes d’oxigen. Pren valors entre 0 i 100 que es correspon amb una mínima i màxima qualitat respectivament. Per a valors superiors a 85, l’aigua pot ser potabilitzada per mètodes ordinaris. Problema: no hi ha cap referència a la composició qualitativa, de manera que la perillositat que pot implicar la presència de metalls tòxics no es reflecteix en l’índex.

4. La depuració d’aigües residuals

Les aigües residuals són aquelles que resulten d’haver estat utilitzades amb diferents finalitats. Per tant, són aigües brutes i inclouen tant les aigües fecals com d’altres derivades d’utilitzacions diverses (neteja, processos industrials, etc.).

Els sistemes de depuració consisteixen a sotmetre les aigües residuals a uns processos que n’eliminin o en disminueixin la càrrega contaminant. La normativa estableix que el tractament de la matèria orgànica s’ha de dur a terme mitjançant un tractament biològic, que és la part més important de la depuració.

Segueix el tractament següent:

1. Pretractament. Operacions destinades a preparar les aigües per facilitar el bon funcionament dels tractaments posteriors. Se n’eliminen els sòlids més grossos, greixos i sorres, i se’n regula el pH.
2. Tractament primari o fisicoquímic. Es deixa reposar l’aigua durant unes hores en un tanc de sedimentació primària, per tal que decanti la matèria orgànica sedimentable i la resta de sorres o partícules inorgàniques que no han quedat retingudes en el pretractament. Els sòlids sedimentats s’envien cap a la línia de fangs. La decantació natural es completa amb l’addició de coagulants químics que afavoreixen que els col·loides s’aglutinin i caiguin al fons dels tancs.
3. Tractament secundari. Accelera el procés biològic que es produiria a la natura, és a dir, la degradació, per part d’una població multiespecífica de microorganismes, de la matèria orgànica que conté l’aigua residual.
4. Tractament terciari. Nova decantació en uns sedimentadors secundaris per obtenir una bona separació entre l’aigua tractada i la biomassa present. El sobrenedant pot ser abocat directament cap al riu o al mar, però també pot rebre un nou tractament més avançat per tal de disminuir encara més els nivells dels contaminants.

Les dues fases de decantació generen una gran quantitat de fangs, que necessiten un tractament específic per reduir-ne el volum, el pes i la perillositat. Aquesta seqüència de processos forma part de la línia de fangs. Un cop tractat, el fang s’envia a altres destinacions per a ser valorat i eliminat.

A part dels sistemes convencionals de depuració, hi ha altres tractaments anomenats tous en què s’aprofita el potencial regenerador de la natura.

ELS FANGS DE DEPURADORA

• Espesseïment.
• Estabilització.
• Compostatge.
• Deshidratació.
• Assecatge tèrmic.

5. La potabilització

L’aigua que s’utilitza per al consum humà ha de passar prèviament per un procés de potabilització que elimina els agents perjudicials per a la salut humana. El procés de potabilització consisteix a transformar l’aigua captada de rius o aqüífers, amb una qualitat no apta per al consum humà, en una aigua amb característiques organolèptiques, fisicoquímiques i microbiològiques.

Té lloc a les estacions de tractament d’aigua potable (ETAP). Fases del procés:

1. Captació i bombament. Es capta dels rius o aqüífers mitjançant pous, i una estació de bombament l’envia a les cambres de barreja i repartiment.
2. Cambres de barreja i repartiment. S’hi afegeixen substàncies floculants i reactives i s’agita amb unes turbines per homogeneïtzar-la.
3. Decantadors. Els flocs cauen i es dipositen al fons del decantador. L’aigua neta queda a la part superior i des d’allà, a través d’un canal, va cap als filtres.
4. Filtres de carbó i sorra. Els filtres retenen les partícules sòlides menors. Després, l’aigua s’analitza i es desinfecta amb ozó i clor.
5. Dipòsit de sortida i estació de bombament. L’aigua s’emmagatzema en dipòsits. A la sortida es corregeix el clor i es repeteixen les anàlisis. Finalment, a través d’una estació de bombament, l’aigua és enviada a la xarxa de distribució.