Contaminación de las aguas subterráneas

La contaminación de las aguas subterráneas (también llamada contaminación de las aguas subterráneas) ocurre cuando los contaminantes se liberan al suelo y se abren camino hacia las aguas subterráneas. Este tipo de contaminación del agua también puede ocurrir naturalmente debido a la presencia de un componente, contaminante o impureza menor e indeseable en el agua subterránea, en cuyo caso es más probable que se le llame contaminación en lugar de contaminación. La contaminación de las aguas subterráneas puede deberse a los sistemas de saneamiento in situ, los lixiviados de los vertederos, los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales, las fugas de alcantarillado, las estaciones de servicio de gasolina, la fracturación hidráulica (fracking) o la aplicación excesiva de fertilizantes en la agricultura. La contaminación (o contaminación) también puede ocurrir a partir de contaminantes naturales, como el arsénico o el fluoruro.El uso de aguas subterráneas contaminadas genera peligros para la salud pública a través del envenenamiento o la propagación de enfermedades (enfermedades transmitidas por el agua).

El contaminante a menudo crea un penacho contaminante dentro de un acuífero. El movimiento del agua y la dispersión dentro del acuífero esparce el contaminante sobre un área más amplia. Su límite de avance, a menudo llamado borde de pluma, puede cruzarse con pozos de agua subterránea y agua superficial, como filtraciones y manantiales, lo que hace que los suministros de agua no sean seguros para los humanos y la vida silvestre. El movimiento de la pluma, llamado frente de pluma, puede analizarse a través de 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, la hidrogeología, la hidrología y la naturaleza de los contaminantes. Diferentes mecanismos tienen influencia en el transporte de contaminantes, por ejemplo, difusión, adsorción, precipitación, descomposición, en el agua subterránea.

La interacción de la contaminación de las aguas subterráneas con las aguas superficiales se analiza mediante el uso de modelos de transporte hidrológico. Las interacciones entre las aguas subterráneas y superficiales son complejas. Por ejemplo, muchos ríos y lagos se alimentan de aguas subterráneas. Esto significa que el daño a los acuíferos subterráneos, por ejemplo, por fracking o extracción excesiva, podría afectar a los ríos y lagos que dependen de ellos. La intrusión de agua salada en los acuíferos costeros es un ejemplo de tales interacciones. Los métodos de prevención incluyen: la aplicación del principio de precaución, el control de la calidad de las aguas subterráneas, la zonificación del terreno para la protección de las aguas subterráneas, la ubicación correcta de los sistemas de saneamiento in situ y la aplicación de la legislación. Cuando se ha producido la contaminación, los enfoques de gestión incluyen el tratamiento del agua en el punto de uso, la remediación de las aguas subterráneas o, como último recurso, el abandono.

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. Principalmente, muchos de los mismos contaminantes que juegan un papel 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 fluoruro han sido reconocidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como los contaminantes inorgánicos más graves en el agua potable a nivel mundial.

El arsénico inorgánico es el tipo más común de arsénico en el suelo y el agua. El arsénico metaloide puede ocurrir naturalmente en las aguas subterráneas, como se ve con mayor frecuencia en Asia, incluso en China, India y Bangladesh. 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 los acuíferos menos profundos de dos regiones. El agua subterránea en estas áreas también está contaminada por el uso de pesticidas a base de arsénico.

El arsénico en el agua subterránea también puede estar presente donde hay operaciones mineras o vertederos de desechos mineros que lixiviarán arsénico.

El fluoruro natural en las aguas subterráneas es motivo de creciente preocupación a medida que se utilizan aguas subterráneas más profundas, "con más de 200 millones de personas en riesgo de beber agua con concentraciones elevadas". El fluoruro puede liberarse 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)

En áreas que tienen altos niveles naturales de fluoruro en el agua subterránea que se usa para beber, la fluorosis tanto dental como esquelética puede ser frecuente y grave.

Patógenos

La falta de medidas sanitarias adecuadas, así como los pozos colocados incorrectamente, pueden provocar que el agua potable se contamine con patógenos transportados en las heces y la orina. Tales enfermedades de transmisión fecal-oral incluyen la fiebre tifoidea, el cólera y la diarrea. De los cuatro tipos de patógenos que están presentes en las heces (bacterias, virus, protozoos y helmintos o huevos de helmintos), los primeros tres pueden encontrarse comúnmente en aguas subterráneas contaminadas, mientras que los huevos de helmintos relativamente grandes generalmente son filtrados 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.

Nitrato

El nitrato es el contaminante químico más común en las aguas subterráneas y los acuíferos del mundo. En algunos países de bajos ingresos, los niveles de nitrato en las aguas subterráneas son extremadamente altos, lo que provoca importantes problemas de salud. También es estable (no se degrada) en condiciones de alto oxígeno.

Los niveles de nitrato superiores a 10 mg/L (10 ppm) en el agua subterránea pueden causar el "síndrome del bebé azul" (metahemoglobinemia adquirida). Los estándares de calidad del agua potable en la Unión Europea estipulan menos de 50 mg/L de nitrato en el agua potable.

Sin embargo, los vínculos entre los nitratos en el agua potable y el síndrome del bebé azul han sido discutidos en otros estudios. Los brotes del síndrome pueden deberse a otros factores además de las concentraciones elevadas de nitrato en el agua potable.

Los niveles elevados de nitrato en las aguas subterráneas pueden ser causados ​​por el saneamiento en el lugar, la eliminación de lodos de depuradora y las actividades agrícolas. Por lo tanto, puede tener un origen urbano o agrícola.

Compuestos orgánicos

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son un contaminante peligroso de las aguas subterráneas. Por lo general, se introducen en el medio ambiente a través de 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 periódicas de las aguas subterráneas identificaran estas sustancias en las fuentes de agua potable.

Los principales contaminantes COV que se encuentran en las aguas subterráneas incluyen hidrocarburos aromáticos como compuestos BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xilenos) y solventes clorados que incluyen tetracloroetileno (PCE), tricloroetileno (TCE) y cloruro de vinilo (VC). Los BTEX son componentes importantes de la gasolina. PCE y TCE son solventes industriales utilizados históricamente en procesos de limpieza en seco y como desengrasante 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 PAH más soluble y móvil que se encuentra en las aguas subterráneas, mientras que el benzo(a)pireno es el más tóxico. Los PAH generalmente se producen como subproductos de la combustión incompleta de la 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 plaguicidas en el sistema de aguas subterráneas. Por lo tanto, algunos tipos de plaguicidas son más móviles que otros, por lo que pueden llegar más fácilmente a una fuente de agua potable.

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 generar concentraciones elevadas de metales tóxicos, como plomo, cadmio y cromo. Estos contaminantes tienen el potencial de llegar a las aguas subterráneas.

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 lo tanto, la movilidad de los metales depende principalmente del pH y del estado redox del agua subterránea.

Productos farmaceuticos

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. Estas aguas residuales se descargan de la instalación de tratamiento y, a menudo, llegan al acuífero o fuente de agua superficial utilizada para el agua potable.

Las cantidades traza de productos farmacéuticos tanto en las aguas subterráneas como en las superficiales 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.

Otros

Otros contaminantes orgánicos incluyen una variedad de organohaluros y otros compuestos químicos, hidrocarburos de petróleo, varios compuestos químicos que se encuentran en productos de higiene personal y cosméticos, contaminación por drogas que involucra fármacos 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 contaminantes en niveles superiores a los puntos de referencia para la salud humana. 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) drenaje ácido de minas.

Causas

Las causas de la contaminación de las aguas subterráneas incluyen (más detalles a continuación):

• De origen natural (geógeno)
• Sistemas de saneamiento in situ
• Aguas residuales y lodos de depuradora
• Fertilizantes y pesticidas
• Fugas comerciales e industriales.
• Fracturamiento hidráulico
• Lixiviados de vertedero
• Otro

De origen natural (geógeno)

“Geogénico” se refiere a lo que ocurre naturalmente como resultado de procesos geológicos.

La contaminación natural por arsénico ocurre 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 ligado a los óxidos de hierro, en el agua. Como consecuencia, el agua subterránea rica en arsénico a menudo es rica en hierro, aunque los procesos secundarios a menudo oscurecen la asociación de arsénico disuelto y hierro disuelto.. El arsénico se encuentra en las aguas subterráneas más comúnmente como la especie reducida de arsenito y la especie oxidada de arseniato, siendo la toxicidad aguda del arsenito algo mayor que la del arseniato. Las investigaciones realizadas por la OMS indicaron que el 20% de los 25.000 pozos analizados en Bangladesh tenían concentraciones de arsénico superiores a 50 μg/l.

La presencia de fluoruro está estrechamente relacionada con la abundancia y solubilidad de los minerales que contienen fluoruro, como la fluorita (CaF ₂). Las concentraciones considerablemente altas de fluoruro en las aguas subterráneas suelen deberse a la falta de calcio en el acuífero. 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.

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 se puede estimar utilizando datos geológicos, topográficos y otros datos ambientales sin tener que analizar muestras. de cada recurso de agua subterránea. Esta herramienta también permite al usuario generar mapas de probabilidad de riesgo tanto para el arsénico como para el fluoruro.

Las altas concentraciones de parámetros como la salinidad, el hierro, el manganeso, el uranio, el radón y el 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.

Sistemas de saneamiento in situ

La contaminación de las aguas subterráneas con patógenos y nitratos también puede ocurrir a partir de 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.

Los factores que controlan el destino y el transporte de patógenos son bastante complejos y la interacción entre ellos no se comprende bien. Si se ignoran las condiciones hidrogeológicas locales (que pueden variar en un espacio de unos pocos kilómetros cuadrados), las infraestructuras de saneamiento sencillas in situ, 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 a la zona del suelo no saturada (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 absorbidos significativamente, dependiendo principalmente del tiempo de viaje entre la fosa y el pozo. La mayoría de los patógenos, pero no todos, mueren dentro de los 50 días posteriores a su viaje a través del subsuelo.

El grado de eliminación de patógenos varía mucho según el tipo de suelo, el tipo de acuífero, la distancia y otros factores ambientales. Por ejemplo, la zona no saturada se “lava” durante períodos prolongados de fuertes lluvias, proporcionando una vía hidráulica para el paso rápido de patógenos. Es difícil estimar la distancia segura entre una letrina de pozo o un tanque séptico y una fuente de agua. En cualquier caso, la mayoría de las personas que construyen letrinas de pozo ignoran tales recomendaciones sobre la distancia de seguridad. Además, las parcelas domésticas 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 se puede considerar seguro. Esto da como resultado la contaminación de las aguas subterráneas y que los miembros de la familia se enfermen al usar estas aguas subterráneas como fuente de agua potable.

Aguas residuales y lodos de depuradora

La contaminación de las aguas subterráneas puede ser causada por la descarga de desechos sin tratar, lo que provoca enfermedades como lesiones en la piel, diarrea sanguinolenta y dermatitis. Esto es más común en lugares que tienen una infraestructura de tratamiento de aguas residuales limitada o donde hay fallas sistemáticas en el sistema de eliminación de aguas residuales en el sitio. Junto con los patógenos y los nutrientes, las aguas residuales sin tratar 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 también pueden llegar a las aguas subterráneas. Por ejemplo, las concentraciones detectadas de residuos farmacéuticos en aguas subterráneas fueron del orden de 50 mg/l en varios lugares de Alemania. 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 a las aguas superficiales, desde donde también puede llegar a las aguas subterráneas.

La contaminación de las aguas subterráneas también puede ocurrir por fugas en las alcantarillas, lo que se ha observado, por ejemplo, en Alemania. Esto también puede dar lugar a una posible contaminación cruzada de los suministros de agua potable.

La dispersión de aguas residuales o lodos de depuradora en la agricultura también puede incluirse como fuentes de contaminación fecal en las aguas subterráneas.

Fertilizantes y pesticidas

El nitrato también puede ingresar al agua subterránea a través del uso excesivo de fertilizantes, incluido el esparcimiento de estiércol. Esto se debe a que solo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte en productos agrícolas y otras materias vegetales. El resto se acumula en el suelo o se pierde como escorrentía. 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 a la lixiviación hacia las aguas subterráneas, lo que provoca la contaminación de las aguas subterráneas. El uso excesivo de fertilizantes que contienen nitrógeno (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.

Los nutrientes, especialmente los nitratos, en los fertilizantes pueden causar problemas para los hábitats naturales y para la salud humana si se eliminan del suelo hacia los cursos de agua o se filtran 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.

Los corrales de engorde/corrales de animales también pueden conducir a la posible filtración de nitrógeno y metales a las aguas subterráneas. 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 EE. UU. (EPA) y la Comisión Europea están abordando seriamente 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.

La escorrentía de pesticidas puede filtrarse a las aguas subterráneas causando problemas de salud humana debido a los pozos de agua contaminados. Las concentraciones de pesticidas 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. 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. En general, se están detectando más compuestos pesticidas a medida que los programas de monitoreo de la calidad del agua subterránea 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.

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 los 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 mina (AMD) contribuye a la solubilidad de los metales tóxicos potenciales que eventualmente pueden ingresar al sistema de agua subterránea.

Existe una preocupación creciente por la contaminación de las aguas subterráneas por la gasolina que se filtra de los tanques de almacenamiento subterráneo (UST) de las estaciones de servicio. Los compuestos BTEX son los aditivos más comunes de la gasolina. Los compuestos BTEX, incluido el benceno, tienen densidades inferiores a las del agua (1 g/ml). De manera similar a los derrames de petróleo en el mar, la fase no miscible, denominada fase líquida ligera no acuosa (LNAPL), "flotará" sobre el nivel freático del acuífero.

Los solventes clorados se usan en casi cualquier práctica industrial donde se requieren removedores desengrasantes. PCE es un solvente muy utilizado en la industria de limpieza en seco debido a su eficacia de limpieza y costo relativamente bajo. También se ha utilizado para operaciones de desengrasado de metales. Debido a que es altamente volátil, se encuentra con mayor frecuencia en aguas subterráneas que en aguas superficiales. Históricamente, el TCE se ha utilizado como limpiador de metales. La instalación militar Anniston Army Dept (ANAD) en los Estados Unidos fue incluida en la Lista de Prioridades Nacionales (NPL) Superfund de la EPA debido a la contaminación de las aguas subterráneas con hasta 27 millones de libras de TCE. Tanto PCE como TCE pueden degradarse a cloruro de vinilo (VC), el hidrocarburo clorado más tóxico.

Muchos tipos de solventes también pueden haber sido eliminados ilegalmente, filtrándose con el tiempo al sistema de agua subterránea.

Los solventes clorados como PCE y TCE tienen densidades más altas que el agua y la fase no miscible se conoce como Líquidos de fase no acuosa densa (DNAPL). Una vez que lleguen al acuífero, se "hundirán" y eventualmente se acumularán en la parte superior de las capas de baja permeabilidad. Históricamente, las instalaciones de tratamiento de la madera también han liberado insecticidas como el pentaclorofenol (PCP) y la creosota en el medio ambiente, lo que afecta los recursos de agua subterránea. El PCP es un plaguicida obsoleto altamente soluble y tóxico incluido recientemente en el Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes. Los PAH y otros semi-COV son los contaminantes comunes asociados con la creosota.

Aunque no son miscibles, tanto los LNAPL como los DNAPL aún tienen el potencial de disolverse lentamente en la fase acuosa (miscible) para crear una columna y convertirse así en una fuente de contaminación a largo plazo. Los DNAPL (disolventes clorados, PAH pesados, creosota, PCB) tienden a ser difíciles de manejar, ya que pueden residir muy profundamente en el sistema de aguas subterráneas.

Fracturamiento hidráulico

El reciente crecimiento de los pozos de fracturamiento hidráulico ("Fracking") en los Estados Unidos ha suscitado preocupaciones con respecto a los riesgos potenciales de contaminación de los recursos hídricos subterráneos. 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 agua subterránea si se implementan controles estrictos y medidas de gestión de calidad, hay una serie de casos en los que se observó contaminación del agua subterránea debido a un manejo inadecuado o fallas técnicas.

Si bien la EPA no ha encontrado evidencia significativa de un impacto generalizado y sistemático en el agua potable por la fracturación hidráulica, esto puede deberse a la insuficiencia de datos sistemáticos previos y posteriores a la fracturación hidráulica sobre la calidad del agua potable y a la presencia de otros agentes de contaminación que impedir el vínculo entre la extracción de petróleo de arenas compactas y gas de esquisto y su impacto.

A pesar de la falta de evidencia profunda y generalizada de la EPA, otros investigadores han realizado observaciones significativas sobre el aumento de la contaminación del agua subterránea en las proximidades de los principales sitios de perforación de petróleo/gas de esquisto ubicados en Marcellus (Columbia Británica, Canadá). Dentro de un kilómetro de estos sitios específicos, un subconjunto de agua potable poco profunda mostró constantemente niveles de concentración de metano, etano y propano más altos de lo normal. Una evaluación de una mayor concentración de helio y otros gases nobles junto con el aumento de los niveles de hidrocarburos respalda la distinción entre el gas fugitivo de la fracturación hidráulica y el contenido de hidrocarburos "de fondo" que se produce de forma natural. Se especula que esta contaminación es el resultado de tuberías de revestimiento de pozos de gas con fugas, fallas o instalación incorrecta.

Además, se teoriza que la contaminación también podría ser el resultado de la migración capilar de aguas hipersalinas residuales profundas y fluidos de fracturación hidráulica, que fluyen lentamente a través de fallas y fracturas hasta que finalmente hacen contacto con los recursos hídricos subterráneos; sin embargo, muchos investigadores argumentan que la permeabilidad de las rocas que recubren las formaciones de esquisto es demasiado baja para permitir que esto suceda lo suficiente. 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 gas perdido y, por lo general, coexisten con altas concentraciones de halógeno en aguas hipersalinas. Además, las aguas altamente salinas son una característica natural común en los sistemas de aguas subterráneas profundas.

Si bien las conclusiones sobre la contaminación de las aguas subterráneas como resultado del flujo de fluidos de la fracturación hidráulica están restringidas tanto en el espacio como en el tiempo, los investigadores han formulado la hipótesis de que el potencial de contaminación sistemática con gases perdidos depende principalmente de la integridad de la estructura del pozo de petróleo/gas de esquisto, junto con su relativa ubicación geológica a los sistemas de fracturas locales que potencialmente podrían proporcionar rutas de flujo para la migración de gas fugitivo.

Aunque la contaminación generalizada y sistemática por la 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 de aguas subterráneas se derivan de rutas antropogénicas a nivel de la superficie en lugar del flujo subterráneo de formaciones de esquisto subyacentes.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 sobre los derrames de petróleo del fracking continúa dejando a los investigadores en la oscuridad. En muchos de estos eventos, los datos obtenidos de la fuga o el derrame suelen ser muy vagos y, por lo tanto, llevarían a los investigadores a conclusiones incompletas.

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 ascenso de los fluidos de fracking a través del subsuelo geológico hacia la superficie sea pequeña, tendrá un impacto en las aguas subterráneas poco profundas.

Lixiviados de vertedero

Los lixiviados de los rellenos sanitarios pueden 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 rellenos sanitarios cerrados aún pueden representar una amenaza para las aguas subterráneas si no están tapados con un material impermeable antes del cierre para evitar la fuga de contaminantes.

Love Canal fue uno de los ejemplos más conocidos de contaminación de las aguas subterráneas. En 1978, los residentes del vecindario de Love Canal en el estado de Nueva York notaron altas tasas de cáncer y un número alarmante de defectos de nacimiento. Esto finalmente se atribuyó a solventes orgánicos y dioxinas de un vertedero industrial sobre 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 trasladadas, luego de extensas batallas legales y cobertura mediática.

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 de otros metales pesados. El arsénico se encuentra en los estratos de arcilla debido a su alta relación área superficial/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.

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 combustible diesel), vertidos ilegales de desechos, infiltración de escorrentías urbanas u operaciones mineras, sales de carreteras, productos químicos descongelantes de aeropuertos e incluso contaminantes atmosféricos ya que el agua subterránea es parte del ciclo hidrológico.

El uso de herbicidas puede contribuir a la contaminación de las aguas subterráneas a través de la infiltración de arsénico. Los herbicidas contribuyen a la desorción del arsénico a través de la movilización y el transporte del contaminante. Los herbicidas clorados exhiben un menor impacto en la desorción de arsénico que los herbicidas de tipo fosfato. Esto puede ayudar a prevenir la contaminación por arsénico mediante la elección de herbicidas apropiados para las diferentes concentraciones de arsénico presentes en ciertos suelos.

El entierro de cadáveres y su posterior degradación también puede suponer un riesgo de contaminación de las aguas subterráneas.

Mecanismos

El paso del agua a través del subsuelo puede proporcionar una barrera natural confiable contra la contaminación, pero solo funciona en condiciones favorables.

La estratigrafía del área juega un papel importante en el transporte de contaminantes. Un área puede tener capas de suelo arenoso, roca madre fracturada, arcilla o capa dura. Las áreas de topografía kárstica sobre roca caliza a veces son vulnerables a la contaminación de la superficie por las aguas subterráneas. Las fallas sísmicas 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.

Muchas sustancias químicas experimentan descomposición reactiva o cambio químico, especialmente durante largos períodos de tiempo en los depósitos de agua subterránea. Una clase notable de tales 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 cancerígenos 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).

Interacciones con el agua superficial

Aunque están interrelacionadas, las aguas superficiales y subterráneas a menudo se han estudiado y gestionado como recursos separados. Las interacciones entre las aguas subterráneas y superficiales son complejas. El agua superficial se filtra a través del suelo y se convierte en agua subterránea. Por el contrario, el agua subterránea también puede alimentar fuentes de agua superficial. Por ejemplo, muchos ríos y lagos se alimentan de aguas subterráneas. Esto significa que el daño a los acuíferos subterráneos, por ejemplo, por fracking o extracción excesiva, podría afectar a los ríos y lagos que dependen de ellos. La intrusión de agua salada en los acuíferos costeros es un ejemplo de tales interacciones.

Un derrame o liberación continua de contaminantes químicos o radionúclidos en el suelo (ubicado lejos de un cuerpo de agua superficial) puede no crear una fuente de contaminación puntual o no puntual, pero puede contaminar el acuífero debajo, creando una pluma tóxica. El movimiento de la pluma puede analizarse a través de un modelo de transporte hidrológico o un modelo de agua subterránea.

Prevención

Principio de precaución

El principio de precaución, desarrollado a partir del Principio 15 de la Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, es importante para proteger los recursos de agua subterránea de la contaminación. El principio de precaución establece que “ cuando existan amenazas de daños irreversibles, la falta de certeza científica absoluta no se utilizará como razón para postergar la adopción de medidas eficaces en función de los costos para prevenir la degradación ambiental ”.

Uno de los seis principios básicos de la política de aguas de la Unión Europea (UE) es la aplicación del principio de precaución.

Monitoreo de la calidad del agua subterránea

Los programas de monitoreo de la calidad del agua subterránea se han implementado regularmente en muchos países alrededor del mundo. Son componentes importantes para comprender el sistema hidrogeológico y para el desarrollo de modelos conceptuales y mapas de vulnerabilidad de los acuíferos.

La calidad del agua subterránea debe monitorearse periódicamente en todo el acuífero para determinar las tendencias. El monitoreo eficaz de las aguas subterráneas debe estar impulsado por un objetivo específico, por ejemplo, un contaminante específico de interés. Los niveles de contaminantes se pueden comparar con las pautas de la Organización Mundial de la Salud (OMS) para la calidad del agua potable. No es raro que los límites de contaminantes se reduzcan a medida que se gana más experiencia médica.

Debe invertirse lo suficiente para continuar con el seguimiento a largo plazo. Cuando se encuentra un problema, se deben tomar medidas para corregirlo. Los brotes transmitidos por el agua en los Estados Unidos disminuyeron con la introducción de requisitos de control (y tratamiento) más estrictos a principios de los 90.

La comunidad también puede ayudar a monitorear la calidad del agua subterránea.

Los científicos han desarrollado métodos mediante los cuales se podrían producir mapas de riesgo para sustancias tóxicas geogénicas en las aguas subterráneas. Esto proporciona una forma eficiente de determinar qué pozos deben probarse.

Zonificación del suelo 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.

Mapa de vulnerabilidad de acuíferos

Se refiere a la vulnerabilidad intrínseca (o natural) de un sistema de agua subterránea a la contaminación. Intrínsecamente, algunos acuíferos son más vulnerables a la contaminación que otros acuíferos. Los acuíferos no confinados poco profundos tienen un mayor riesgo de contaminación porque hay menos capas para filtrar los contaminantes.

La zona no saturada puede desempeñar un papel importante en el retardo (y en algunos casos la eliminación) de patógenos y, por lo tanto, debe tenerse en cuenta al evaluar la vulnerabilidad del acuífero. La actividad biológica es mayor en las capas superiores del suelo, donde la atenuación de patógenos es generalmente más efectiva.

La preparación de los mapas de vulnerabilidad generalmente implica la superposición de varios mapas temáticos de factores físicos que se han seleccionado para describir la vulnerabilidad del acuífero. El método de mapeo paramétrico basado en índices GOD desarrollado por Foster e Hirata (1988) utiliza tres parámetros generalmente disponibles o fácilmente estimados, el grado de confinamiento hidráulico del agua subterránea, la naturaleza geológica de los estratos suprayacentes y la profundidad del agua subterránea. Otro enfoque desarrollado por la EPA, un sistema de clasificación llamado "DRÁSTICO", emplea siete factores hidrogeológicos para desarrollar un índice de vulnerabilidad: profundidad hasta el nivel freático, recarga neta , medios acuíferos, Smedios de aceite, T opografía (pendiente), Impacto en la zona vadosa y C onductividad hidráulica.

Existe un debate particular entre los hidrogeólogos sobre si la vulnerabilidad de los acuíferos debe establecerse de manera general (intrínseca) para todos los contaminantes, o específicamente para cada contaminante.

Mapa de protección de fuentes

Se refiere a las áreas de captación 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 trayectorias de flujo sean lo suficientemente largos como para que el contaminante sea eliminado mediante filtración o adsorción.

Los métodos analíticos que utilizan ecuaciones para definir el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes son los más utilizados. La WHPA es un programa de simulación de flujo de agua subterránea semianalítico desarrollado por la EPA de EE. UU. para delinear zonas de captura en un área de protección de cabeza de pozo.

La forma más simple de zonificación emplea métodos de distancia fija donde las actividades se excluyen dentro de una distancia específica aplicada uniformemente alrededor de los puntos de extracción.

Localización de sistemas de saneamiento en el lugar

Dado que los efectos sobre la salud de la mayoría de los productos químicos tóxicos surgen después de una exposición prolongada, el riesgo para la salud de los productos químicos es generalmente menor que el de los patógenos. Por lo tanto, la calidad de las medidas de protección de la fuente es un componente importante para controlar la presencia de patógenos en el agua de consumo final.

Los sistemas de saneamiento in situ pueden diseñarse de tal manera que se evite la contaminación de las aguas subterráneas por estos sistemas de saneamiento. Se han desarrollado pautas detalladas para estimar las distancias seguras para proteger las fuentes de agua subterránea de la contaminación del saneamiento en el sitio. Se han propuesto los siguientes criterios para la ubicación segura (es decir, decidir sobre la ubicación) de los sistemas de saneamiento in situ:

• Distancia horizontal entre la fuente de agua potable y el sistema de saneamiento
  • Los valores de referencia para las distancias de separación horizontal entre los sistemas de saneamiento in situ y las fuentes de agua varían ampliamente (p. ej., 15 a 100 m de distancia horizontal entre letrinas de pozo y pozos de agua subterránea)
• Distancia vertical entre pozo de agua potable y sistema de saneamiento
• Tipo de acuífero
• Dirección del flujo de agua subterránea
• Capas impermeables
• Drenaje de taludes y superficies
• Volumen de fugas de aguas residuales
• Superposición, es decir, la necesidad de considerar un área de planificación más grande

Como pauta muy general, se recomienda que el fondo del pozo esté por lo menos a 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. Sin embargo, no se debe hacer una declaración general con respecto a las distancias laterales mínimas de separación requeridas para evitar la contaminación de un pozo de una letrina de pozo. Por ejemplo, incluso una distancia de separación lateral de 50 m puede no ser suficiente en un sistema fuertemente karstificado con un pozo o manantial de suministro pendiente abajo, 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 espacio anular del el pozo de agua subterránea está bien sellado.

Legislación

Los aspectos institucionales y legales son fundamentales para determinar el éxito o el fracaso de las políticas y estrategias de protección de las aguas subterráneas.

Administración

Las opciones para la remediación de aguas subterráneas contaminadas se pueden agrupar en las siguientes categorías:

• contener los contaminantes para evitar que sigan migrando
• Eliminación de los contaminantes del acuífero.
• remediar el acuífero inmovilizando o desintoxicando los contaminantes mientras todavía están en el acuífero (in situ)
• tratamiento de las aguas subterráneas en su punto de uso
• abandonar el uso de las aguas subterráneas de este acuífero y encontrar una fuente alternativa de agua.

Tratamiento en el punto de uso

Los dispositivos portátiles de purificación de agua o los sistemas de tratamiento de agua de "punto de uso" (POU) y las técnicas de desinfección de agua de campo se pueden usar para eliminar algunas formas de contaminación de las aguas subterráneas antes de beberlas, es decir, cualquier contaminación fecal. Muchos sistemas de purificación de agua portátiles comerciales o aditivos químicos están disponibles que pueden eliminar patógenos, cloro, mal sabor, olores y metales pesados ​​como el plomo y el mercurio.

Las técnicas incluyen ebullición, filtración, absorción de carbón activado, desinfección química, purificación ultravioleta, desinfección de agua con ozono, desinfección de agua solar, 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 mantenimiento a largo plazo. Los filtros en Bangladesh suelen ser abandonados por los usuarios debido a su alto costo y complicado mantenimiento, que también es bastante costoso.

Remediación de aguas subterráneas

La contaminación del agua subterránea es mucho más difícil de reducir que la contaminación de la superficie porque el agua subterránea puede moverse grandes distancias a través de acuíferos invisibles. Los acuíferos no porosos como las arcillas purifican parcialmente el agua de bacterias por 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 los sumideros naturales como vertederos en zonas de topografía kárstica.

Los contaminantes y los contaminantes se pueden eliminar del agua subterránea mediante la aplicación de diversas técnicas, lo que hace que su uso sea seguro. 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, bioaspersión, biosorción y fitorremediación. Algunas técnicas de tratamiento químico incluyen la inyección de ozono y oxígeno gaseoso, la precipitación química, la separación por membrana, el intercambio iónico, la absorción de carbono, la oxidación química acuosa y la recuperación mejorada con surfactantes. Algunas técnicas químicas pueden implementarse utilizando nanomateriales. Las técnicas de tratamiento físico incluyen, entre otras, bombeo y tratamiento, aspersión de aire y extracción de dos fases.

Abandono

Si se considera que el tratamiento o la remediación de las aguas subterráneas contaminadas es demasiado difícil o costoso, la única otra opción es abandonar el uso de las aguas subterráneas de este acuífero y encontrar una fuente alternativa de agua.

Ejemplos

África

Lusaka, Zambia

Las áreas periurbanas de Lusaka, la capital de Zambia, tienen suelos que están fuertemente karstificados 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.

Ciudad de Babati, Tanzania

En Tanzania, muchos residentes dependen de fuentes de agua subterránea, principalmente de pozos poco profundos en el lugar, para beber y otros fines domésticos. El costo del suministro oficial de agua ha provocado que muchos hogares dependan de pozos privados en lugar de las instalaciones urbanas de agua y saneamiento de Babati. El consumo de agua de fuentes temporales de agua de calidad desconocida (principalmente pozos poco profundos) ha provocado que un gran número de personas sufran enfermedades transmitidas por el agua. En Tanzania, se informa que 23.900 niños menores de 5 años mueren cada año de disentería y diarrea asociada con el consumo de agua no potable.

Asia

India

La cuenca del río Ganga (GRB), que es un cuerpo de agua sagrado para los hindúes, se enfrenta a una grave contaminación por arsénico. India cubre el 79% del GRB 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 agua de riego y hasta 3947 µg/kg en alimentos, todos los cuales superan el estándar de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación para agua de riego y las normas de la Organización Mundial de la Salud para el agua potable. Como resultado, las personas expuestas sufren enfermedades que afectan su funcionamiento dérmico, neurológico, reproductivo y cognitivo, e incluso pueden resultar en cáncer.

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 enfermedad para las madres y los niños que se vieron afectados principalmente 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 económicamente más desarrolladas del país.

América del norte

Hinkley, EE. UU.

El agua subterránea de la ciudad de Hinkley, California (EE. UU.), se contaminó 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 se dramatizó 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 se ha enfrentado a un bombeo intenso y serio que ha provocado que el suelo debajo de San Joaquín se hunda y, a su vez, dañe la infraestructura. Este bombeo intensivo a las aguas subterráneas ha permitido que el arsénico se traslade a los acuíferos subterráneos que suministran agua potable a por lo menos un millón de residentes y que 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 separadas 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 detiene la extracción.

Walkerton, Canadá

En el año 2000, se produjo la contaminación de las aguas subterráneas en el pequeño pueblo de Walkerton, Canadá, lo que provocó siete muertes en lo que se conoce como el brote de Walkerton E. Coli. El suministro de agua que se extraía del agua subterránea se contaminó con la cepa altamente peligrosa O157:H7 de la bacteria E. coli. Esta contaminación se debió a la escorrentía de la granja en un pozo de agua adyacente que era vulnerable a la contaminación del agua subterránea.