La contaminación del agua subterránea (también llamada contaminación del agua subterránea ) ocurre cuando los contaminantes se liberan al suelo y bajan al agua subterránea . Este tipo de contaminación del agua también puede ocurrir naturalmente debido a la presencia de un constituyente, contaminante o impureza menor y no deseado en el agua subterránea, en cuyo caso es más probable que se lo denomine contaminación en lugar de contaminación .
El contaminante a menudo crea una pluma contaminante dentro de un acuífero . El movimiento del agua y la dispersión dentro del acuífero esparcen el contaminante sobre un área más amplia. Su límite de avance, a menudo llamado borde de pluma, puede cruzarse con pozos de agua subterránea o la luz del día en agua superficial como filtraciones y manantiales, lo que hace que el suministro de agua sea inseguro para los humanos y la vida silvestre. El movimiento de la pluma, llamado frente de la pluma, puede analizarse mediante un modelo de transporte hidrológico o un modelo de agua subterránea . El análisis de la contaminación del agua subterránea puede centrarse en las características del suelo y la geología del sitio , hidrogeología , hidrología y la naturaleza de los contaminantes.
La contaminación puede ocurrir por los sistemas de saneamiento en el sitio , los vertederos , los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales , las alcantarillas con fugas, las estaciones de servicio o por la aplicación excesiva de fertilizantes en la agricultura . La contaminación (o contaminación) también puede ocurrir por contaminantes naturales, como el arsénico o el fluoruro . El uso de aguas subterráneas contaminadas provoca riesgos para la salud pública debido al envenenamiento o la propagación de enfermedades.
Diferentes mecanismos influyen en el transporte de contaminantes, por ejemplo , difusión , adsorción , precipitación , descomposición , en las aguas subterráneas. La interacción de la contaminación del agua subterránea con las aguas superficiales se analiza mediante el uso de modelos de transporte hidrológico.
Tipos de contaminantes
Los contaminantes que se encuentran en las aguas subterráneas cubren una amplia gama de parámetros físicos, químicos inorgánicos, químicos orgánicos, bacteriológicos y radiactivos. Básicamente, muchos de los mismos contaminantes que intervienen en la contaminación de las aguas superficiales también pueden encontrarse en las aguas subterráneas contaminadas, aunque su importancia respectiva puede diferir.
Arsénico y fluoruro
El arsénico y el flúor han sido reconocidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como los contaminantes inorgánicos más graves del agua potable a nivel mundial. [1]
El arsénico inorgánico es el tipo de arsénico más común en el suelo y el agua. [2] El arsénico metaloide puede ocurrir naturalmente en las aguas subterráneas, como se ve con mayor frecuencia en Asia, incluso en China , India y Bangladesh . [3] En la llanura del Ganges en el norte de la India y Bangladesh, la grave contaminación de las aguas subterráneas por arsénico natural afecta al 25% de los pozos de agua en las zonas menos profundas de dos acuíferos regionales . El agua subterránea en estas áreas también está contaminada por el uso de pesticidas a base de arsénico . [4]
El arsénico en las aguas subterráneas también puede estar presente donde hay operaciones mineras o vertederos de desechos de minas que lixiviarán el arsénico.
El fluoruro natural en las aguas subterráneas es una preocupación creciente a medida que se utilizan aguas subterráneas más profundas, "con más de 200 millones de personas en riesgo de beber agua con concentraciones elevadas". [5] El fluoruro se puede liberar especialmente de rocas volcánicas ácidas y cenizas volcánicas dispersas cuando la dureza del agua es baja. Los altos niveles de fluoruro en las aguas subterráneas son un problema grave en las Pampas argentinas , Chile , México , India , Pakistán , el Rift de África Oriental y algunas islas volcánicas ( Tenerife ) [6]
En áreas que tienen altos niveles de fluoruro de origen natural en el agua subterránea que se utiliza para beber, la fluorosis tanto dental como esquelética puede ser frecuente y grave. [7]
Patógenos
La falta de medidas de saneamiento adecuadas, así como los pozos mal colocados , pueden llevar a beber agua contaminada con patógenos transportados en las heces y la orina . Tales enfermedades de transmisión fecal-oral incluyen la fiebre tifoidea , el cólera y la diarrea . [8] [9] De los cuatro tipos de patógenos que están presentes en las heces ( bacterias , virus , protozoos y helmintos o huevos de helmintos), los primeros tres se pueden encontrar comúnmente en aguas subterráneas contaminadas, mientras que los huevos de helmintos relativamente grandes generalmente se filtran por la matriz del suelo.
Los acuíferos profundos y confinados generalmente se consideran la fuente más segura de agua potable con respecto a los patógenos. Los patógenos de las aguas residuales tratadas o no tratadas pueden contaminar ciertos acuíferos, especialmente los poco profundos. [10] [11]
Nitrato
El nitrato es el contaminante químico más común en las aguas subterráneas y acuíferos del mundo. [12] En algunos países de bajos ingresos, los niveles de nitratos en las aguas subterráneas son extremadamente altos, lo que causa importantes problemas de salud. También es estable (no se degrada) en condiciones de alto oxígeno. [1]
Los niveles de nitrato por encima de 10 mg / L (10 ppm) en el agua subterránea pueden causar el " síndrome del bebé azul " ( metahemoglobinemia adquirida ). [13] Los estándares de calidad del agua potable en la Unión Europea estipulan menos de 50 mg / L de nitrato en el agua potable . [14]
Sin embargo, los vínculos entre los nitratos en el agua potable y el síndrome del bebé azul se han cuestionado en otros estudios. [15] [16] Los brotes del síndrome pueden deberse a otros factores además de las concentraciones elevadas de nitrato en el agua potable. [17]
Los niveles elevados de nitrato en las aguas subterráneas pueden ser causados por el saneamiento en el sitio, la eliminación de lodos de alcantarillado y las actividades agrícolas. [18] Por tanto, puede tener un origen urbano o agrícola. [6]
Compuestos orgánicos
Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son un contaminante peligroso de las aguas subterráneas. Por lo general, se introducen en el medio ambiente mediante prácticas industriales descuidadas. No se sabía que muchos de estos compuestos fueran dañinos hasta finales de la década de 1960 y pasó algún tiempo antes de que las pruebas regulares del agua subterránea identificaran estas sustancias en las fuentes de agua potable.
Los contaminantes COV primarios que se encuentran en las aguas subterráneas incluyen hidrocarburos aromáticos como compuestos BTEX ( benceno , tolueno , etilbenceno y xilenos ) y disolventes clorados que incluyen tetracloroetileno (PCE) , tricloroetileno (TCE) y cloruro de vinilo (VC) . Los BTEX son componentes importantes de la gasolina . PCE y TCE son disolventes industriales que se han utilizado históricamente en los procesos de limpieza en seco y como desengrasantes de metales, respectivamente.
Otros contaminantes orgánicos presentes en las aguas subterráneas y derivados de las operaciones industriales son los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) . Debido a su peso molecular, el naftaleno es el HAP más soluble y móvil que se encuentra en las aguas subterráneas, mientras que el benzo (a) pireno es el más tóxico. Los HAP se producen generalmente como subproductos de la combustión incompleta de materia orgánica.
Los contaminantes orgánicos también se pueden encontrar en las aguas subterráneas como insecticidas y herbicidas . Como muchos otros compuestos orgánicos sintéticos, la mayoría de los pesticidas tienen estructuras moleculares muy complejas. Esta complejidad determina la solubilidad en agua, la capacidad de adsorción y la movilidad de los pesticidas en el sistema de aguas subterráneas. Por lo tanto, algunos tipos de pesticidas son más móviles que otros, por lo que pueden llegar más fácilmente a una fuente de agua potable. [5]
Rieles
Varios metales traza se encuentran naturalmente en ciertas formaciones rocosas y pueden ingresar al medio ambiente a partir de procesos naturales como la meteorización. Sin embargo, las actividades industriales como la minería , la metalurgia , la eliminación de desechos sólidos, los trabajos de pintura y esmalte, etc. pueden conducir a concentraciones elevadas de metales tóxicos, incluidos el plomo , el cadmio y el cromo . Estos contaminantes tienen el potencial de llegar al agua subterránea. [18]
La migración de metales (y metaloides) en las aguas subterráneas se verá afectada por varios factores, en particular por reacciones químicas que determinan la distribución de contaminantes entre diferentes fases y especies. Por tanto, la movilidad de los metales depende principalmente del pH y del estado redox del agua subterránea. [5]
Productos farmacéuticos
Las trazas de productos farmacéuticos de las aguas residuales tratadas que se infiltran en el acuífero se encuentran entre los contaminantes emergentes del agua subterránea que se están estudiando en todo Estados Unidos. Los productos farmacéuticos populares, como antibióticos, antiinflamatorios, antidepresivos, descongestionantes, tranquilizantes, etc., se encuentran normalmente en las aguas residuales tratadas. [19] Estas aguas residuales se descargan de la instalación de tratamiento y, a menudo, llegan al acuífero o fuente de agua superficial que se utiliza para el agua potable.
Las trazas de productos farmacéuticos tanto en el agua subterránea como en el agua superficial están muy por debajo de lo que se considera peligroso o preocupante en la mayoría de las áreas, pero podría ser un problema cada vez mayor a medida que crece la población y se utilizan más aguas residuales recuperadas para el suministro de agua municipal. [19] [20]
Otros
Otros contaminantes orgánicos incluyen una variedad de organohaluros y otros compuestos químicos, hidrocarburos de petróleo , diversos compuestos químicos que se encuentran en productos de higiene personal y cosméticos , contaminación por medicamentos que involucran medicamentos y sus metabolitos. Los contaminantes inorgánicos pueden incluir otros nutrientes como el amoníaco y el fosfato , y radionucleidos como el uranio (U) o el radón (Rn) presentes de forma natural en algunas formaciones geológicas. La intrusión de agua salada también es un ejemplo de contaminación natural, pero muy a menudo se ve intensificada por las actividades humanas.
La contaminación de las aguas subterráneas es un problema mundial. Un estudio de la calidad del agua subterránea de los principales acuíferos de los Estados Unidos realizado entre 1991 y 2004, mostró que el 23% de los pozos domésticos tenían niveles de contaminantes superiores a los parámetros de referencia de salud humana. [21] Otro estudio sugirió que los principales problemas de contaminación de las aguas subterráneas en África, considerando el orden de importancia, son: (1) contaminación por nitratos, (2) agentes patógenos, (3) contaminación orgánica, (4) salinización y (5) contaminación por ácidos. drenaje de minas. [22]
Causas
Las causas de la contaminación del agua subterránea incluyen (más detalles a continuación):
- De origen natural (geogénico)
- Sistemas de saneamiento in situ
- Lodos de depuradora y depuradora
- Fertilizantes y pesticidas
- Fugas comerciales e industriales
- Fracturamiento hidráulico
- Lixiviados de vertedero
- Otro
De origen natural (geogénico)
"Geogénico" se refiere a la ocurrencia natural como resultado de procesos geológicos.
La contaminación natural por arsénico se produce porque los sedimentos del acuífero contienen materia orgánica que genera condiciones anaeróbicas en el acuífero. Estas condiciones dan como resultado la disolución microbiana de los óxidos de hierro en el sedimento y, por lo tanto, la liberación del arsénico , normalmente fuertemente unido a los óxidos de hierro, en el agua. Como consecuencia, el agua subterránea rica en arsénico es a menudo rica en hierro, aunque los procesos secundarios a menudo oscurecen la asociación del arsénico disuelto y el hierro disuelto. [ cita requerida ] . El arsénico se encuentra en las aguas subterráneas más comúnmente como arsenito de especies reducidas y arseniato de especies oxidadas, siendo la toxicidad aguda del arsenito algo mayor que la del arsenato. [23] Las investigaciones de la OMS indicaron que el 20% de los 25.000 pozos analizados en Bangladesh tenían concentraciones de arsénico superiores a 50 μg / l. [1]
La presencia de fluoruro está estrechamente relacionada con la abundancia y solubilidad de minerales que contienen fluoruro como la fluorita (CaF2) . [23] Las concentraciones considerablemente altas de fluoruro en el agua subterránea son causadas típicamente por la falta de calcio en el acuífero. [1] Los problemas de salud asociados con la fluorosis dental pueden ocurrir cuando las concentraciones de fluoruro en las aguas subterráneas superan los 1,5 mg / l, que es el valor de referencia de la OMS desde 1984. [1]
El Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas (EAWAG) ha desarrollado recientemente la Plataforma interactiva de Evaluación de Aguas Subterráneas (GAP), donde el riesgo geogénico de contaminación en un área determinada puede estimarse utilizando datos geológicos, topográficos y otros ambientales sin tener que analizar muestras. de cada recurso de agua subterránea. Esta herramienta también permite al usuario producir mapas de riesgo de probabilidad para el arsénico y el fluoruro. [24]
Las altas concentraciones de parámetros como salinidad, hierro, manganeso, uranio, radón y cromo, en las aguas subterráneas, también pueden ser de origen geogénico. Estos contaminantes pueden ser importantes a nivel local, pero no están tan extendidos como el arsénico y el fluoruro. [23]
Sistemas de saneamiento in situ
La contaminación del agua subterránea con patógenos y nitratos también puede ocurrir por los líquidos que se infiltran en el suelo desde los sistemas de saneamiento in situ , como letrinas de pozo y fosas sépticas , según la densidad de población y las condiciones hidrogeológicas. [8]
Los factores que controlan el destino y el transporte de patógenos son bastante complejos y la interacción entre ellos no se comprende bien. [1] Si se ignoran las condiciones hidrogeológicas locales (que pueden variar en un espacio de unos pocos kilómetros cuadrados), las infraestructuras de saneamiento simples en el lugar , como las letrinas de pozo, pueden causar importantes riesgos para la salud pública a través de las aguas subterráneas contaminadas.
Los líquidos se filtran del pozo y pasan por la zona de suelo no saturado (que no está completamente llena de agua). Posteriormente, estos líquidos del pozo ingresan al agua subterránea donde pueden conducir a la contaminación del agua subterránea. Esto es un problema si se utiliza un pozo de agua cercano para suministrar agua subterránea con fines de agua potable . Durante el paso por el suelo, los patógenos pueden morir o ser adsorbidos significativamente, principalmente dependiendo del tiempo de viaje entre el pozo y el pozo. [25] La mayoría, pero no todos, los patógenos mueren dentro de los 50 días posteriores al viaje a través del subsuelo. [26]
El grado de eliminación de patógenos varía considerablemente con el tipo de suelo, el tipo de acuífero, la distancia y otros factores ambientales. [27] Por ejemplo, la zona no saturada se "lava" durante períodos prolongados de lluvia intensa, lo que proporciona una vía hidráulica para el paso rápido de patógenos. [1] Es difícil estimar la distancia segura entre una letrina de pozo o un tanque séptico y una fuente de agua. En cualquier caso, las personas que construyen letrinas de pozo ignoran en su mayoría estas recomendaciones sobre la distancia de seguridad. Además, las parcelas de los hogares tienen un tamaño limitado y, por lo tanto, las letrinas de pozo a menudo se construyen mucho más cerca de los pozos de agua subterránea de lo que puede considerarse seguro. Esto da como resultado la contaminación del agua subterránea y los miembros del hogar que se enferman al usar esta agua subterránea como fuente de agua potable.
Lodos de depuradora y depuradora
La contaminación de las aguas subterráneas puede ser causada por la descarga de desechos no tratados que conducen a enfermedades como lesiones cutáneas, diarrea con sangre y dermatitis. Esto es más común en lugares que tienen una infraestructura de tratamiento de aguas residuales limitada o donde hay fallas sistemáticas del sistema de eliminación de aguas residuales en el sitio. [27] Junto con los patógenos y los nutrientes, las aguas residuales no tratadas también pueden tener una carga importante de metales pesados que pueden filtrarse al sistema de aguas subterráneas.
El efluente tratado de las plantas de tratamiento de aguas residuales también puede llegar al acuífero si el efluente se infiltra o se descarga en cuerpos de agua superficiales locales. Por lo tanto, aquellas sustancias que no se eliminan en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales pueden llegar también al agua subterránea. [28] Por ejemplo, las concentraciones detectadas de residuos farmacéuticos en las aguas subterráneas fueron del orden de 50 mg / L en varios lugares de Alemania. [29] Esto se debe a que en las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales, los microcontaminantes como las hormonas , los residuos farmacéuticos y otros microcontaminantes contenidos en la orina y las heces se eliminan solo parcialmente y el resto se vierte en las aguas superficiales, desde donde también pueden llegar. el agua subterránea.
La contaminación de las aguas subterráneas también puede producirse por fugas de alcantarillado, como se ha observado, por ejemplo, en Alemania. [30] Esto también puede conducir a una posible contaminación cruzada de los suministros de agua potable. [31]
La propagación de aguas residuales o lodos de depuradora en la agricultura también puede incluirse como fuentes de contaminación fecal en las aguas subterráneas. [1]
Fertilizantes y pesticidas
El nitrato también puede ingresar al agua subterránea a través del uso excesivo de fertilizantes, incluida la propagación del estiércol . Esto se debe a que solo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte en productos y otras materias vegetales. El resto se acumula en el suelo o se pierde como escorrentía. [32] Las altas tasas de aplicación de fertilizantes que contienen nitrógeno, combinadas con la alta solubilidad en agua del nitrato, conducen a un aumento de la escorrentía hacia las aguas superficiales , así como la lixiviación hacia las aguas subterráneas, lo que provoca la contaminación de las aguas subterráneas. [33] El uso excesivo de fertilizantes nitrogenados (ya sean sintéticos o naturales) es particularmente perjudicial, ya que gran parte del nitrógeno que no es absorbido por las plantas se transforma en nitrato que se lixivia fácilmente. [34]
Los nutrientes, especialmente los nitratos, en los fertilizantes pueden causar problemas para los hábitats naturales y para la salud humana si son arrastrados por el suelo a cursos de agua o lixiviados a través del suelo hacia las aguas subterráneas. El uso intensivo de fertilizantes nitrogenados en los sistemas de cultivo es el mayor contribuyente al nitrógeno antropogénico en las aguas subterráneas en todo el mundo. [35]
Los corrales de engorda / animales también pueden conducir a la posible lixiviación de nitrógeno y metales al agua subterránea. [31] La aplicación excesiva de estiércol animal también puede provocar la contaminación de las aguas subterráneas con residuos farmacéuticos derivados de medicamentos veterinarios.
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y la Comisión Europea están lidiando seriamente con el problema de los nitratos relacionado con el desarrollo agrícola, como un problema importante de suministro de agua que requiere una gestión y gobernanza adecuadas. [6] [36]
La escorrentía de pesticidas puede filtrarse al agua subterránea causando problemas de salud humana por los pozos de agua contaminados. [1] Las concentraciones de plaguicidas que se encuentran en las aguas subterráneas suelen ser bajas y, a menudo, los límites reglamentarios basados en la salud humana que se exceden también son muy bajos. [1] El insecticida organofosforado monocrotofos (MCP) parece ser uno de los pocos plaguicidas peligrosos, persistentes, solubles y móviles (no se une a los minerales del suelo) capaces de llegar a una fuente de agua potable. [37] En general, se están detectando más compuestos plaguicidas a medida que los programas de control de la calidad de las aguas subterráneas se han vuelto más extensos; sin embargo, se ha realizado mucho menos seguimiento en los países en desarrollo debido a los altos costos de análisis. [1]
Fugas comerciales e industriales
Se ha encontrado una amplia variedad de contaminantes orgánicos e inorgánicos en los acuíferos subyacentes a las actividades comerciales e industriales.
Las instalaciones de extracción de minerales y procesamiento de metales son las principales responsables de la presencia de metales en las aguas subterráneas de origen antropogénico, incluido el arsénico. El bajo pH asociado con el drenaje ácido de las minas (AMD) contribuye a la solubilidad de los metales tóxicos potenciales que eventualmente pueden ingresar al sistema de aguas subterráneas.
Existe una preocupación creciente por la contaminación de las aguas subterráneas por la gasolina que se filtra de los tanques de almacenamiento subterráneo de petróleo (TSU) de las estaciones de servicio . [1] Los compuestos BTEX son los aditivos más comunes de la gasolina. Los compuestos BTEX, incluido el benceno, tienen densidades más bajas que el agua (1 g / ml). De manera similar a los derrames de petróleo en el mar, la fase no miscible, denominada Líquido ligero en fase no acuosa (LNAPL) , “flotará” sobre el nivel freático del acuífero. [1]
Los disolventes clorados se utilizan en casi cualquier práctica industrial donde se requieran desengrasantes. [1] El PCE es un solvente muy utilizado en la industria de la limpieza en seco debido a su eficacia limpiadora y su costo relativamente bajo. También se ha utilizado para operaciones de desengrasado de metales. Debido a que es altamente volátil, se encuentra con más frecuencia en las aguas subterráneas que en las superficiales. [38] [ fuente no confiable? ] El TCE se ha utilizado históricamente como limpiador de metales. La instalación militar Anniston Army Dept (ANAD) en los Estados Unidos fue incluida en la Lista de Prioridades Nacionales Superfund (NPL) de la EPA debido a la contaminación del agua subterránea con hasta 27 millones de libras de TCE. [39] Tanto el PCE como el TCE pueden degradarse a cloruro de vinilo (VC), el hidrocarburo clorado más tóxico. [1]
Es posible que muchos tipos de solventes también se hayan desechado ilegalmente, con fugas con el tiempo al sistema de aguas subterráneas. [1]
Los disolventes clorados como PCE y TCE tienen densidades más altas que el agua y la fase no miscible se conoce como líquidos densos de fase no acuosa (DNAPL) . [1] Una vez que lleguen al acuífero, se "hundirán" y eventualmente se acumularán en la parte superior de las capas de baja permeabilidad. [1] [40] Históricamente, las instalaciones de tratamiento de madera también han liberado insecticidas como pentaclorofenol (PCP) y creosota al medio ambiente, lo que afecta los recursos de agua subterránea. [41] El PCP es un plaguicida obsoleto altamente soluble y tóxico incluido recientemente en el Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes . Los HAP y otros semi-COV son los contaminantes comunes asociados con la creosota.
Aunque no son miscibles, tanto los LNAPL como los DNAPL todavía tienen el potencial de disolverse lentamente en la fase acuosa (miscible) para crear una columna y, por lo tanto, convertirse en una fuente de contaminación a largo plazo. Los DNAPL (disolventes clorados, HAP pesados, creosota, PCB ) tienden a ser difíciles de gestionar, ya que pueden residir a gran profundidad en el sistema de aguas subterráneas. [1]
Fracturamiento hidráulico
El reciente crecimiento de los pozos de fracturación hidráulica ("fracking") en los Estados Unidos ha generado inquietudes con respecto a los riesgos potenciales de contaminación de los recursos de agua subterránea. La EPA, junto con muchos otros investigadores, ha sido delegada para estudiar la relación entre la fracturación hidráulica y los recursos de agua potable. Si bien es posible realizar la fracturación hidráulica sin tener un impacto relevante en los recursos de aguas subterráneas si se implementan controles estrictos y medidas de gestión de la calidad, hay una serie de casos en los que se observó contaminación de las aguas subterráneas debido a un manejo inadecuado o fallas técnicas. [ cita requerida ]
Si bien la EPA no ha encontrado evidencia significativa de un impacto sistemático y generalizado en el agua potable por la fracturación hidráulica , esto puede deberse a datos insuficientes sobre fracturación hidráulica pre y post hidráulica sobre la calidad del agua potable, y la presencia de otros agentes de contaminación que excluir el vínculo entre la extracción de petróleo compacto y gas de esquisto y su impacto. [42]
A pesar de la falta de evidencia profunda y generalizada por parte de la EPA, otros investigadores han hecho observaciones significativas del aumento de la contaminación del agua subterránea en las proximidades de los principales sitios de perforación de petróleo / gas de esquisto ubicados en Marcellus [43] [44] ( Columbia Británica , Canadá ). Dentro de un kilómetro de estos sitios específicos, un subconjunto de agua potable poco profunda mostró consistentemente niveles de concentración de metano , etano y propano más altos de lo normal. Una evaluación de una concentración más alta de helio y otros gases nobles junto con el aumento de los niveles de hidrocarburos respalda la distinción entre el gas fugitivo de fracturación hidráulica y el contenido de hidrocarburos "de fondo" de origen natural . Se especula que esta contaminación es el resultado de revestimientos de pozos de gas con fugas, fallas o instalados incorrectamente. [45]
Además, se teoriza que la contaminación también podría resultar de la migración capilar de agua híper-salina residual profunda y fluido de fracturación hidráulica, que fluye lentamente a través de fallas y fracturas hasta que finalmente entra en contacto con los recursos de agua subterránea ; [45] sin embargo, muchos investigadores sostienen que la permeabilidad de las rocas que recubren las formaciones de esquisto es demasiado baja para permitir que esto suceda lo suficiente. [46] Para probar en última instancia esta teoría, tendría que haber rastros de trihalometanos tóxicos (THM) ya que a menudo se asocian con la presencia de contaminación por gases parásitos y, por lo general, coexisten con altas concentraciones de halógeno en aguas hipersalinas. [46] Además, las aguas muy salinas son una característica natural común en los sistemas de aguas subterráneas profundas.
Si bien las conclusiones con respecto a la contaminación de las aguas subterráneas como resultado del flujo de fluido de fracturación hidráulica están restringidas tanto en el espacio como en el tiempo, los investigadores han planteado la hipótesis de que el potencial de contaminación sistemática de gases dispersos depende principalmente de la integridad de la estructura del pozo de petróleo / gas de esquisto, junto con su relativa ubicación geológica a sistemas de fracturas locales que potencialmente podrían proporcionar vías de flujo para la migración de gas fugitivo. [45] [46]
Aunque la contaminación sistemática y generalizada por fracturación hidráulica ha sido muy discutida, una fuente importante de contaminación que tiene el mayor consenso entre los investigadores de ser la más problemática es el derrame accidental específico del sitio de fluido de fracturación hidráulica y agua producida . Hasta ahora, una gran mayoría de los eventos de contaminación del agua subterránea se derivan de rutas antropogénicas a nivel de la superficie en lugar del flujo subterráneo de las formaciones de lutitas subyacentes . [47] Si bien el daño puede ser obvio, y se están haciendo muchos más esfuerzos para evitar que estos accidentes ocurran con tanta frecuencia, la falta de datos de los derrames de petróleo del fracking continúa dejando a los investigadores en la oscuridad. En muchos de estos eventos, los datos adquiridos de la fuga o derrame son a menudo muy vagos y, por lo tanto, llevarían a los investigadores a no tener conclusiones. [48]
Investigadores del Instituto Federal de Geociencias y Recursos Naturales (BGR) realizaron un estudio modelo para una formación profunda de gas de esquisto en la cuenca del norte de Alemania. Llegaron a la conclusión de que la probabilidad de que el aumento de los fluidos de fracturación hidráulica a través del subsuelo geológico hasta la superficie sea pequeña, tenga un impacto en las aguas subterráneas poco profundas. [49]
Lixiviados de vertedero
El lixiviado de los rellenos sanitarios puede provocar la contaminación de las aguas subterráneas. Los productos químicos pueden llegar al agua subterránea a través de la precipitación y la escorrentía. Se requiere que los vertederos nuevos estén revestidos con arcilla u otro material sintético, junto con lixiviados para proteger el agua subterránea circundante. Sin embargo, los vertederos más antiguos no cuentan con estas medidas y suelen estar cerca de aguas superficiales y en suelos permeables. Los vertederos cerrados aún pueden representar una amenaza para el agua subterránea si no están cubiertos con un material impermeable antes del cierre para evitar fugas de contaminantes. [50]
Love Canal fue uno de los ejemplos más conocidos de contaminación de las aguas subterráneas. En 1978, los residentes del vecindario Love Canal en el norte del estado de Nueva York notaron altas tasas de cáncer y un número alarmante de defectos de nacimiento . Esto finalmente se atribuyó a disolventes orgánicos y dioxinas de un vertedero industrial en el que se había construido el vecindario, que luego se infiltró en el suministro de agua y se evaporó en los sótanos para contaminar aún más el aire. Ochocientas familias fueron reembolsadas por sus casas y se mudaron, después de extensas batallas legales y cobertura de los medios.
Bombeo excesivo
Los datos satelitales en el delta del Mekong en Vietnam han proporcionado evidencia de que el bombeo excesivo de agua subterránea conduce al hundimiento de la tierra , así como a la consiguiente liberación de arsénico y posiblemente otros metales pesados. [51] El arsénico se encuentra en los estratos de arcilla debido a su alta relación área superficial a volumen en relación con las partículas del tamaño de la arena. La mayor parte del agua subterránea bombeada viaja a través de arenas y gravas con baja concentración de arsénico. Sin embargo, durante el bombeo excesivo, un alto gradiente vertical extrae agua de las arcillas menos permeables, lo que promueve la liberación de arsénico en el agua. [52]
Otro
La contaminación de las aguas subterráneas puede ser causada por derrames químicos de operaciones comerciales o industriales, derrames químicos que ocurren durante el transporte (por ejemplo, derrames de combustibles diesel ), vertidos ilegales de desechos , infiltraciones de escorrentías urbanas o operaciones mineras , sales de carreteras , productos químicos descongeladores de aeropuertos e incluso contaminantes atmosféricos ya que el agua subterránea es parte del ciclo hidrológico . [53]
El uso de herbicidas puede contribuir a la contaminación del agua subterránea a través de la infiltración de arsénico. Los herbicidas contribuyen a la desorción de arsénico mediante la movilización y el transporte del contaminante. Los herbicidas clorados presentan un impacto menor en la desorción de arsénico que los herbicidas de tipo fosfato. Esto puede ayudar a prevenir la contaminación por arsénico eligiendo herbicidas apropiados para diferentes concentraciones de arsénico presentes en ciertos suelos. [54]
El entierro de cadáveres y su posterior degradación también puede suponer un riesgo de contaminación de las aguas subterráneas. [55]
Mecanismos
El paso del agua a través del subsuelo puede proporcionar una barrera natural confiable contra la contaminación, pero solo funciona en condiciones favorables. [8]
La estratigrafía de la zona juega un papel importante en el transporte de contaminantes. Un área puede tener capas de suelo arenoso, lecho de roca fracturado, arcilla o capa dura. Las áreas de topografía kárstica en el lecho de roca caliza son a veces vulnerables a la contaminación superficial de las aguas subterráneas. Las fallas de terremotos también pueden ser rutas de entrada para la entrada de contaminantes hacia abajo. Las condiciones del nivel freático son de gran importancia para el suministro de agua potable, el riego agrícola, la eliminación de desechos (incluidos los desechos nucleares), el hábitat de la vida silvestre y otros problemas ecológicos. [56]
Muchos productos químicos experimentan desintegración reactiva o cambios químicos, especialmente durante largos períodos de tiempo en depósitos de agua subterránea . Una clase notable de dichos productos químicos son los hidrocarburos clorados como el tricloroetileno (utilizado en el desengrasado industrial de metales y la fabricación de productos electrónicos) y el tetracloroetileno utilizado en la industria de la limpieza en seco. Ambos productos químicos, que son carcinógenos en sí mismos, sufren reacciones de descomposición parcial, lo que da lugar a nuevos productos químicos peligrosos (incluidos el dicloroetileno y el cloruro de vinilo ). [ cita requerida ]
Interacciones con aguas superficiales
Aunque están interrelacionadas, las aguas superficiales y subterráneas a menudo se han estudiado y gestionado como recursos separados. [57] El agua superficial se filtra a través del suelo y se convierte en agua subterránea. Por el contrario, el agua subterránea también puede alimentar las fuentes de agua superficial. Las fuentes de contaminación de las aguas superficiales generalmente se agrupan en dos categorías según su origen.
Las interacciones entre el agua subterránea y el agua superficial son complejas. En consecuencia, la contaminación de las aguas subterráneas, a veces denominada contaminación de las aguas subterráneas, no se clasifica tan fácilmente como contaminación de las aguas superficiales . [57] Por su propia naturaleza, los acuíferos subterráneos son susceptibles a la contaminación de fuentes que pueden no afectar directamente a los cuerpos de agua superficiales, y la distinción entre fuentes puntuales y no puntuales puede ser irrelevante.
Un derrame o liberación continua de contaminantes químicos o radionúclidos en el suelo (ubicado lejos de una masa de agua superficial) puede no crear una fuente de contaminación puntual o difusa, pero puede contaminar el acuífero que se encuentra debajo, creando una columna tóxica . El movimiento de la pluma se puede analizar mediante un modelo de transporte hidrológico o un modelo de agua subterránea .
Prevención
Principio de precaución
El principio de precaución , derivado del Principio 15 de la Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo , es importante para proteger los recursos hídricos subterráneos de la contaminación. El principio de precaución establece que “ cuando existan amenazas de daños irreversibles, la falta de certeza científica total no se utilizará como motivo para posponer medidas rentables para prevenir la degradación ambiental ”. [58]
Uno de los seis principios básicos de la política de aguas de la Unión Europea (UE) es la aplicación del principio de precaución. [59]
Monitoreo de la calidad del agua subterránea
Los programas de monitoreo de la calidad de las aguas subterráneas se han implementado regularmente en muchos países de todo el mundo. Son componentes importantes para comprender el sistema hidrogeológico y para el desarrollo de modelos conceptuales y mapas de vulnerabilidad de los acuíferos. [60]
La calidad del agua subterránea debe monitorearse regularmente en todo el acuífero para determinar las tendencias. El monitoreo efectivo de las aguas subterráneas debe estar impulsado por un objetivo específico, por ejemplo, un contaminante específico de interés. [5] Los niveles de contaminantes se pueden comparar con las directrices de la Organización Mundial de la Salud (OMS) para la calidad del agua potable. [61] No es raro que los límites de contaminantes se reduzcan a medida que se gana más experiencia médica. [6]
Se debe realizar una inversión suficiente para continuar con el seguimiento a largo plazo. Cuando se encuentra un problema, se deben tomar medidas para corregirlo. [5] Los brotes transmitidos por el agua en los Estados Unidos disminuyeron con la introducción de requisitos de seguimiento (y tratamiento) más estrictos a principios de los años noventa. [1]
La comunidad también puede ayudar a monitorear la calidad del agua subterránea. [60]
Los científicos han desarrollado métodos mediante los cuales se podrían producir mapas de peligro para sustancias tóxicas geogénicas en las aguas subterráneas. [62] [63] [64] Esto proporciona una forma eficaz de determinar qué pozos deben analizarse.
Zonificación de la tierra para la protección de las aguas subterráneas
El desarrollo de mapas de zonificación del uso de la tierra ha sido implementado por varias autoridades del agua a diferentes escalas en todo el mundo. Hay dos tipos de mapas de zonificación: mapas de vulnerabilidad de acuíferos y mapas de protección de fuentes. [5]
Mapa de vulnerabilidad de acuíferos
Se refiere a la vulnerabilidad intrínseca (o natural) de un sistema de aguas subterráneas a la contaminación. [5] Intrínsecamente, algunos acuíferos son más vulnerables a la contaminación que otros acuíferos. [60] Los acuíferos poco profundos y no confinados tienen un mayor riesgo de contaminación porque hay menos capas para filtrar los contaminantes. [5]
La zona no saturada puede desempeñar un papel importante en el retraso (y en algunos casos en la eliminación) de patógenos y, por lo tanto, debe tenerse en cuenta al evaluar la vulnerabilidad del acuífero. [1] La actividad biológica es mayor en las capas superiores del suelo donde la atenuación de patógenos es generalmente más efectiva. [1]
La preparación de los mapas de vulnerabilidad generalmente implica superponer varios mapas temáticos de factores físicos que se han seleccionado para describir la vulnerabilidad del acuífero. [60] El método de mapeo paramétrico DIOS basado en índices desarrollado por Foster y Hirata (1988) utiliza tres parámetros generalmente disponibles o fácilmente estimados, el grado de G roundwater confinamiento hidráulico, naturaleza geológica de la O verlying estratos y D epth a las aguas subterráneas. [60] [65] [66] Un enfoque adicional desarrollado por EPA, un sistema de clasificación denominado "DRÁSTICA," emplea siete factores hidrogeológicos para desarrollar un índice de la vulnerabilidad: D epth a la tabla de agua, neto R eCharge, A los medios de comunicación QUIFER, S medios de comunicación de aceite, T opography (pendiente), I Mpact en la zona no saturada , y hidráulico C onductivity . [60] [67]
Existe un debate particular entre los hidrogeólogos sobre si la vulnerabilidad del acuífero debe establecerse de manera general (intrínseca) para todos los contaminantes, o específicamente para cada contaminante. [60]
Mapa de protección de fuentes
Se refiere a las áreas de captura alrededor de una fuente de agua subterránea individual, como un pozo de agua o un manantial, para protegerlas especialmente de la contaminación. Por lo tanto, las fuentes potenciales de contaminantes degradables, como los patógenos, pueden ubicarse a distancias cuyos tiempos de viaje a lo largo de las vías de flujo sean lo suficientemente largos como para que el contaminante sea eliminado mediante filtración o adsorción. [5]
Los métodos analíticos que utilizan ecuaciones para definir el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes son los más utilizados. [68] La WHPA es un programa de simulación de flujo de agua subterránea semi-analítico desarrollado por la EPA de los Estados Unidos para delimitar zonas de captura en un área de protección de boca de pozo. [69]
La forma más simple de zonificación emplea métodos de distancia fija donde las actividades se excluyen dentro de una distancia especificada aplicada uniformemente alrededor de los puntos de abstracción. [68]
Ubicación de los sistemas de saneamiento in situ
Como los efectos sobre la salud de la mayoría de las sustancias químicas tóxicas surgen después de una exposición prolongada, el riesgo para la salud de las sustancias químicas es generalmente menor que el de los patógenos. [1] Por lo tanto, la calidad de las medidas de protección de la fuente es un componente importante para controlar si los patógenos pueden estar presentes en el agua de consumo final. [68]
Los sistemas de saneamiento en el sitio pueden diseñarse de tal manera que se evite la contaminación de las aguas subterráneas de estos sistemas de saneamiento. [8] [26] Se han desarrollado pautas detalladas para estimar distancias seguras para proteger las fuentes de agua subterránea de la contaminación del saneamiento en el sitio . [70] [71] Se han propuesto los siguientes criterios para la ubicación segura (es decir, decidir la ubicación) de los sistemas de saneamiento en el lugar: [8]
- Distancia horizontal entre la fuente de agua potable y el sistema de saneamiento.
- Los valores de referencia para las distancias de separación horizontales entre los sistemas de saneamiento en el lugar y las fuentes de agua varían ampliamente (por ejemplo, de 15 a 100 m de distancia horizontal entre letrinas de pozo y pozos de agua subterránea ) [27]
- Distancia vertical entre pozo de agua potable y sistema de saneamiento
- Tipo de acuífero
- Dirección del flujo de agua subterránea
- Capas impermeables
- Drenaje de pendientes y superficies
- Volumen de aguas residuales con fugas
- Superposición, es decir, la necesidad de considerar un área de planificación más amplia.
Como pauta muy general, se recomienda que el fondo del pozo esté al menos 2 m por encima del nivel del agua subterránea, y normalmente se recomienda una distancia horizontal mínima de 30 m entre un pozo y una fuente de agua para limitar la exposición a la contaminación microbiana. [1] Sin embargo, no debe hacerse una declaración general con respecto a las distancias de separación lateral mínimas requeridas para evitar la contaminación de un pozo de una letrina de pozo. [8] Por ejemplo, incluso una distancia de separación lateral de 50 m podría no ser suficiente en un sistema fuertemente karstificado con un pozo o manantial de suministro en pendiente, mientras que una distancia de separación lateral de 10 m es completamente suficiente si hay una capa de cobertura de arcilla bien desarrollada y el anular El espacio del pozo de agua subterránea está bien sellado.
Legislación
Las cuestiones institucionales y legales son fundamentales para determinar el éxito o el fracaso de las políticas y estrategias de protección de las aguas subterráneas. [1]
Gestión
Las opciones para la remediación de aguas subterráneas contaminadas se pueden agrupar en las siguientes categorías:
- contener los contaminantes para evitar que sigan migrando
- eliminar los contaminantes del acuífero
- Remediación del acuífero inmovilizando o desintoxicando los contaminantes mientras aún se encuentran en el acuífero (in situ).
- tratar el agua subterránea en su punto de uso
- abandonando el uso de las aguas subterráneas de este acuífero y encontrando una fuente alternativa de agua. [72] [se necesita una mejor fuente ]
Tratamiento en el punto de uso
Se pueden utilizar dispositivos portátiles de purificación de agua o sistemas de tratamiento de agua en "punto de uso" (POU) y técnicas de desinfección de agua de campo para eliminar algunas formas de contaminación del agua subterránea antes de beber, a saber, cualquier contaminación fecal. Se encuentran disponibles muchos sistemas de purificación de agua portátiles comerciales o aditivos químicos que pueden eliminar patógenos, cloro, mal sabor, olores y metales pesados como el plomo y el mercurio. [73]
Las técnicas incluyen ebullición, filtración, absorción de carbón activado, desinfección química, purificación ultravioleta, desinfección de agua con ozono, desinfección solar de agua, destilación solar, filtros de agua caseros.
Los filtros de eliminación de arsénico (ARF) son tecnologías dedicadas que normalmente se instalan para eliminar el arsénico. Muchas de estas tecnologías requieren una inversión de capital y un mantenimiento a largo plazo. Los filtros en Bangladesh suelen ser abandonados por los usuarios debido a su alto costo y mantenimiento complicado, que también es bastante caro.
Remediación de aguas subterráneas
La contaminación de las aguas subterráneas es mucho más difícil de eliminar que la contaminación de la superficie porque las aguas subterráneas pueden moverse grandes distancias a través de acuíferos invisibles . Los acuíferos no porosos como las arcillas purifican parcialmente el agua de las bacterias mediante simple filtración (adsorción y absorción), dilución y, en algunos casos, reacciones químicas y actividad biológica; sin embargo, en algunos casos, los contaminantes simplemente se transforman en contaminantes del suelo . El agua subterránea que se mueve a través de fracturas abiertas y cavernas no se filtra y puede transportarse tan fácilmente como el agua superficial. De hecho, esto puede verse agravado por la tendencia humana a utilizar sumideros naturales como vertederos en áreas de topografía kárstica . [74] [ cita requerida ]
Los contaminantes y los contaminantes se pueden eliminar del agua subterránea mediante la aplicación de diversas técnicas, lo que la hace segura para su uso. Las técnicas de tratamiento (o remediación) de aguas subterráneas abarcan tecnologías de tratamiento biológico, químico y físico. La mayoría de las técnicas de tratamiento de aguas subterráneas utilizan una combinación de tecnologías. Algunas de las técnicas de tratamiento biológico incluyen bioaumentación , bioventilación , bioespuma , bioslurping y fitorremediación . Algunas técnicas de tratamiento químico incluyen inyección de gas ozono y oxígeno, precipitación química , separación de membranas , intercambio iónico , absorción de carbono, oxidación química acuosa y recuperación mejorada con tensioactivos. Algunas técnicas químicas pueden implementarse utilizando nanomateriales . Las técnicas de tratamiento físico incluyen, pero no se limitan a, bombeo y tratamiento, burbujeo de aire y extracción de doble fase.
Abandono
Si el tratamiento o la remediación del agua subterránea contaminada se considera demasiado difícil o costoso, entonces abandonar el uso del agua subterránea de este acuífero y encontrar una fuente alternativa de agua es la única otra opción.
Ejemplos de
África
Lusaka, Zambia
Las áreas periurbanas de Lusaka, la capital de Zambia, tienen condiciones del suelo fuertemente karstificadas y por esta razón, junto con la creciente densidad de población en estas áreas periurbanas, la contaminación de los pozos de agua de las letrinas de pozo es un importante problema de salud pública. amenaza allí. [75]
Asia
India
La cuenca del río Ganges (GRB), que es un cuerpo de agua sagrado para los hindúes, se enfrenta a una grave contaminación por arsénico . India cubre el 79% de los PSG y, por lo tanto, numerosos estados se han visto afectados. Los estados afectados incluyen Uttarakhand , Uttar Pradesh , Delhi , Madhya Pradesh , Bihar , Jharkhand , Rajasthan , Chhattisgarh , Punjab , Haryana y Bengala Occidental . Los niveles de arsénico son de hasta 4730 µg / L en el agua subterránea, ~ 1000 µg / L en el agua de riego y hasta 3947 µg / kg en los materiales alimentarios, todos los cuales superan el estándar de riego de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación . agua y las normas de la Organización Mundial de la Salud para el agua potable. Como resultado, las personas que están expuestas padecen enfermedades que afectan su funcionamiento dérmico, neurológico, reproductivo y cognitivo, e incluso pueden resultar en cáncer. [76]
En India, el gobierno ha procedido a promover el desarrollo del saneamiento para combatir el aumento de la contaminación de las aguas subterráneas en varias regiones del país. El esfuerzo ha demostrado dar resultados y ha disminuido la contaminación de las aguas subterráneas y ha disminuido la posibilidad de enfermedades para las madres y los niños que se vieron principalmente afectados por este problema. Esto era algo muy necesario ya que, según el estudio, más de 117.000 niños menores de cinco años mueren cada año debido al consumo de agua contaminada. El esfuerzo de los países ha tenido éxito en las secciones más desarrolladas económicamente del país. [77]
América del norte
Hinkley, Estados Unidos
La ciudad de Hinkley, California (EE. UU.), Tuvo sus aguas subterráneas contaminadas con cromo hexavalente a partir de 1952, lo que resultó en un caso legal contra Pacific Gas & Electric (PG&E) y un acuerdo multimillonario en 1996. El caso legal fue dramatizado en el película Erin Brockovich , estrenada en 2000.
San Joaquín, Estados Unidos
El bombeo intensivo en el condado de San Joaquín, California, ha resultado en contaminación por arsénico. El condado de San Joaquín ha enfrentado un bombeo intensivo serio que ha causado que el suelo debajo de San Joaquín se hunda y a su vez dañe la infraestructura. Este bombeo intensivo al agua subterránea ha permitido que el arsénico se mueva hacia los acuíferos subterráneos que suministran agua potable a al menos un millón de residentes y se utilizan en el riego de cultivos en algunas de las tierras agrícolas más ricas de los EE. UU. Los acuíferos están formados por arena y grava que están separados por finas capas de arcilla que actúa como una esponja que retiene el agua y el arsénico. Cuando el agua se bombea intensamente, el acuífero se comprime y el suelo se hunde, lo que hace que la arcilla libere arsénico. El estudio muestra que los acuíferos contaminados como resultado del bombeo excesivo pueden recuperarse si se detienen las extracciones. [78]
Walkerton, Canadá
En el año 2000, la contaminación de las aguas subterráneas se produjo en la pequeña ciudad de Walkerton, Canadá, lo que provocó siete muertes en lo que se conoce como el brote de E. Coli de Walkerton . El suministro de agua que se extraía del agua subterránea se contaminó con la cepa altamente peligrosa O157: H7 de la bacteria E. coli . [79] Esta contaminación se debió a la escorrentía de la granja a un pozo de agua adyacente que era vulnerable a la contaminación del agua subterránea.
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enlaces externos
- Servicio Geológico de los Estados Unidos - Oficina de Aguas Subterráneas
- Foro de aguas subterráneas del Reino Unido
- IGRAC, Centro Internacional de Evaluación de Recursos de Aguas Subterráneas
- IAH, Asociación Internacional de Hidrogeólogos
- Proyecto Argoss del Servicio Geológico Británico
- Contaminación de aguas subterráneas y saneamiento (documentos en biblioteca de la Alianza de Saneamiento Sostenible )
- UPGro - Liberando el potencial de las aguas subterráneas para los pobres