Ingeniería de aguas residuales/Eutrofización

1. INTRODUCCIÓN

La elevada contaminación que las masas de agua están sufriendo, en especial las continentales, ha puesto en alerta tanto a la comunidad científica como al resto de la sociedad. Sobre todo ahora que este elemento, esencial para la vida, es cada vez más escaso, principalmente en algunas regiones como la nuestra. Esto ha hecho que términos como eutrofización sean actualmente muy frecuentes en los medios de comunicación.

De forma intuitiva puede definir el proceso de la eutrofización como el enriquecimiento de nutrientes de las aguas superficiales. Podría parecer que este hecho es bueno para el desarrollo de los seres vivos, sin embargo puede constituir un problema. Si existe exceso de nutrientes crecen en abundancia las plantas y otros organismos. Al agotarse los nutrientes mueren constituyendo un aporte de materia orgánica que debe ser oxidada por lo que se produce una disminución drástica del contenido de oxígeno en el agua. De esta forma, la masa de agua pierde su calidad y las aguas dejan de ser aptas para la vida, y en general, para el uso al que estaban predeterminadas.

La Directiva 91/271/CEE, de 21 de mayo, sobre tratamiento de aguas residuales urbanas, transpuesta a la legislación estatal mediante el Real Decreto-Ley 11/1995, de 28 de diciembre, y por el Real Decreto 509/1996, de 15 de marzo, viene a completar la protección que proporcionan las citadas leyes, estableciendo distintos niveles de depuración de las aguas residuales urbanas, con carácter previo a su evacuación, en función de la carga contaminante del vertido y de la zona afectada por el mismo.

Asimismo, se establece por la citada Directiva la obligación de los Estados miembros de determinar las zonas sensibles, atendiendo a criterios de eutrofización actual o potencial, capacidad de absorción del medio y usos posteriores de las aguas.

En el presente Decreto se establece una gradual clasificación de las zonas: sensibles, normales y menos sensibles, que implican ese orden, un mayor a menor grado de depuración exigible.

Según se recoge en el Artículo Nº7 sobre la declaración de zonas sensibles y menos sensibles:

“Zonas sensibles Se considerará que un medio acuático es zona sensible si puede incluirse en uno de los siguientes grupos: a. Lagos, lagunas, embalses, estuarios y aguas marítimas que sean eutróficos o que podrían llegar a ser eutróficos en un futuro próximo si no se adoptan medidas de protección. (Se entenderá por eutrofización: el aumento de nutrientes en el agua, especialmente de los compuestos de nitrógeno o de fósforo, que provoca un crecimiento acelerado de algas y especies vegetales superiores, con el resultado de trastornos no deseados en el equilibrio entre organismos presentes en el agua y en la calidad del agua a la que afecta). b. Aguas continentales superficiales destinadas a la obtención de agua potable que podrían contener una concentración de nitratos superior a la que establecen las disposiciones pertinentes del Real Decreto 927/1988, de 29 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de la Administración Pública del Agua y de la Planificación Hidrológica. Masas de agua en las que sea necesario un tratamiento adicional al tratamiento secundario establecido en el artículo 5 del Real Decreto-ley y en este Real Decreto para cumplir lo establecido en la normativa comunitaria. II. Zonas menos sensibles Un medio o zona de agua marina podrá catalogarse como zona menos sensible cuando el vertido de aguas residuales no tenga efectos negativos sobre el medio ambiente debido a la morfología, hidrología o condiciones hidráulicas específicas existentes en esta zona. Al determinar las zonas menos sensibles, se tomará en consideración el riesgo de que la carga vertida pueda desplazarse a zonas adyacentes y ser perjudicial para el medio ambiente. Para determinar las zonas menos sensibles se tendrán en cuenta los siguientes elementos: Bahías abiertas, estuarios y otras aguas marítimas con un intercambio de agua bueno y que no tengan eutrofización o agotamiento del oxígeno, o en las que se considere que es improbable que lleguen a desarrollarse fenómenos de eutrofización o de agotamiento del oxígeno por el vertido de aguas residuales urbanas.”

Con carácter general, las aguas residuales que viertan a una zona declarada como menos sensible serán objeto de, al menos, un tratamiento primario. Aquéllas que viertan a zonas declaradas normales estarán sometidas a un tratamiento secundario o proceso equivalente y como, por último, las que vierten a zonas sensibles deberán someterse a un tratamiento adicional de eliminación de nutrientes.

2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EUTROFIZACIÓN

La causa de la eutrofización es siempre una aportación de elementos nutritivos de muy diversa procedencia (residuos urbanos, industriales, agrícolas,…). De estos nutrientes, los más efectivos son aquellos para los que existe una limitación natural, principalmente, el nitrógeno y el fósforo. El primer elemento puede ser extraído de la atmósfera por determinados microorganismos quedando en último término el fósforo como principal elemento limitante del proceso.

Por norma general, suele encontrarse en las masas de agua unas proporciones estables entre los nutrientes. De esta manera, suele aceptarse que la relación entre el carbono, el nitrógeno y el fósforo en estos sistemas cumple estas proporciones:

100:15:1 (C:N:P). Esto quiere decir, que por cada unidad de fósforo en las masas de agua, existen quince unidades de nitrógeno disponibles, y son cien las unidades de carbono que están presentes en el medio. De este razonamiento encontramos que el fósforo se constituye como el elemento limitante en los procesos de producción primaria. Cuando se agota todo el fósforo de la masa de agua, los demás elementos se encuentran en exceso. Todo nuevo aporte de fósforo al medio va a permitir un nuevo crecimiento vegetal.

En los últimos años las concentraciones de nitrógeno y fósforo en muchos lagos y mares casi se han duplicado. La mayor parte les llega por los ríos. En el caso del nitrógeno, una elevada proporción (alrededor del 30%) llega a través de la contaminación atmosférica. El nitrógeno es más móvil que el fósforo y puede ser lavado a través del suelo o saltar al aire por evaporación del amoníaco o desnitrificación. El fósforo es absorbido con más facilidad por las partículas del suelo y es arrastrado por la erosión o disuelto por las aguas de escorrentía superficiales.

Cuando el aporte de fósforo es alarmante se produce la acumulación de este elemento dentro de las algas que lo utilizarán posteriormente para multiplicarse, produciéndose una proliferación vegetal excesiva. Este efecto condiciona, además, que el fósforo deje de ser el factor limitante pasando a serlo el nitrógeno, lo que provoca la aparición de algas cianofíceas en superficie capaces de fijar dicho elemento a partir del aire atmosférico.

Cuando se da la proliferación de algas, llega un momento en el que el sistema se colapsa y no quedan nutrientes disponibles para que las algas sigan desarrollándose. A este hecho hay que unir la proliferación en superficie de las cianofíceas, creando una capa superficial que impide la penetración natural de luz y el intercambio de oxígeno con la atmósfera. De esta forma, estos organismos no pueden seguir viviendo y mueren.

El agua se vuelve turbia y verdosa, y aparecen bacterias aerobias que consumen el oxígeno de las aguas para oxidar la materia orgánica, la materia vegetal. Esto conlleva una disminución alarmante de los niveles de oxígeno disuelto en el sistema acuático y por lo tanto, la muerte de otros seres vivos, como los peces, por asfixia. Se llega, por tanto, a condiciones anaerobias y se desarrollan procesos fermentativos de los cuales se origina SH2 (sulfhídrico) y NH3 (amoníaco), responsables de mal olor en estos sistemas acuáticos.

3. EFECTOS QUE PRODUCE LA EUTROFIZACIÓN

Los principales efectos que pueden evidenciarse en las masas de agua que se ven afectadas por el fenómeno de la eutrofización son:

Aumento de la producción y biomasa de los productores primarios (fitoplancton y macrófitas).

Modificación de las características de la masa de agua conllevando una pérdida de calidad de la misma, al no poderse destinar para el uso normal al que estaba destinada (véase el caso de los pantanos de agua prepotable).

Sustitución de especies piscícolas deseables por otras menos cotizadas.

Producción de toxinas por determinadas algas (dinoflagelados-mareas rojas).

Desoxigenación del agua, ocasionando normalmente mortandad de peces.

Aumento de los gastos de operación de los sistemas públicos de abastecimiento de agua por problemas de sabor y olor.

Colmatación y obstrucción de los canales de riego por las malas hierbas acuáticas.

Reducción de la posibilidad de utilización del agua para fines recreativos debido a los olores producidos por la descomposición de las algas.

Impedimentos a la navegación debido al crecimiento de densas masas de algas.

Pérdidas económicas debida a la modificación de las especies piscícolas.

4. FACTORES Y PROCESOS QUE AFECTAN EL GRADO DE EUTROFIZACIÓN:

4.1 Relacionados con la masa de agua.

Clima (temperaturas, viento, precipitaciones, disponibilidad de energía solar,…). Afecta la temperatura anual del agua, la dirección y velocidad del viento, cantidad de precipitaciones y estructura térmica de la masa de agua. La disponibilidad de energía solar es muy importante para controlar la producción del fitoplancton durante la estación de crecimiento.

Hidrología (transporte de nutrientes por erosión del suelo). Generalmente, a una mayor cantidad de precipitaciones, se transporta mayores cantidades de agua y nutrientes a la masa de agua durante el ciclo anual. La duración de estas precipitaciones es un factor importante por su relación con las entradas de nutrientes por erosión del suelo.

Morfología de la cuenca (profundidad). La profundidad media tanto del total de la masa de agua como del fondo pueden afectar sustancialmente los impactos de un aumento en la carga de nutrientes al lago o pantano.

Fuentes propias de nutrientes (sedimentos como sumidero de nutrientes). El papel de los sedimentos del fondo puede ser de gran interés para el estado trófico de una masa de agua. En los lagos pobres en nutrientes parte de estos nutrientes importados son retenidos en los sedimentos que actúan de sumidero de éstos. Aquellos lagos con sobrecarga en los que los sedimentos se han enriquecido con fósforo a lo largo del tiempo, la liberación de este elemento en dichos sedimentos puede superar el flujo hacia los mismos durante el período estival especialmente se el fondo se vuelve anóxico, provocándose una proliferación masiva de algas, sin necesidad de un aporte externo de nutrientes.

4.2 Factores antropogénicos:

Vertidos urbanos e industriales. Los vertidos de aguas residuales suelen caracterizarse por su contenido en formas de nitrógeno (nitratos, nitritos y amonio) y fosfatos (principalmente, procedentes de restos de detergentes). Estos, pueden constituir la mayor fuente de carga de nutrientes en la masa de agua, favoreciendo el afloramiento masivo de fitoplancton.

Vertidos de origen agrícola y ganadero. Las diferencias en los patrones de utilización de la tierra y del uso de fertilizantes de una cuenca de drenaje puede ocasionar diferencias importantes en la composición química de las aguas de la escorrentía de cada área. La contribución exacta de la agricultura y la ganadería a la eutrofización del agua superficial y a la contaminación de las aguas subterráneas es difícil de cuantificar (contaminación difusa). El agua subterránea se contamina fundamentalmente como consecuencia de la lixiviación, sobre todo por nitrato.

5. MEDIDAS PARA EVITAR LA EUTROFIZACIÓN

• Incluir tratamientos de eliminación de nitrógeno y fósforo en las EDARs situadas en zonas sensibles, de acuerdo a lo expuesto en la legislación.

• Limitación en el uso de fertilizantes y optimizando los sistemas de aplicación de los mismos.

• Adopción de buenas prácticas de agricultura.

• Control de los focos de contaminación difusa por parte de la Autoridad pertinente.

• Reducir las emisiones de NOx y amoníaco a la atmósfera.