La contaminación del agua

La contaminación del agua (o contaminación acuática) es la contaminación de las masas de agua, normalmente como consecuencia de las actividades humanas, de forma que afecta negativamente a sus usos. Los cuerpos de agua incluyen lagos, ríos, océanos, acuíferos, embalses y aguas subterráneas. La contaminación del agua se produce cuando los contaminantes se mezclan con estos cuerpos de agua. Los contaminantes pueden provenir de una de cuatro fuentes principales: descargas de aguas residuales, actividades industriales, actividades agrícolas y escorrentía urbana, incluidas las aguas pluviales. La contaminación del agua es contaminación de las aguas superficiales o contaminación de las aguas subterráneas. Esta forma de contaminación puede generar muchos problemas, como la degradación de los ecosistemas acuáticos o la propagación de enfermedades transmitidas por el agua cuando las personas usan agua contaminada para beber o regar. Otro problema es que la contaminación del agua reduce los servicios ecosistémicos (como el suministro de agua potable) que de otro modo proporcionaría el recurso hídrico.

Las fuentes de contaminación del agua son fuentes puntuales o no puntuales. Las fuentes puntuales tienen una causa identificable, como un desagüe pluvial, una planta de tratamiento de aguas residuales o un derrame de petróleo. Las fuentes difusas son más difusas, como la escorrentía agrícola. La contaminación es el resultado del efecto acumulativo en el tiempo. La contaminación puede tomar la forma de sustancias tóxicas (p. ej., petróleo, metales, plásticos, plaguicidas, contaminantes orgánicos persistentes, productos de desecho industrial), condiciones estresantes (p. ej., cambios de pH, hipoxia o anoxia, aumento de la temperatura, turbidez excesiva, cambios de salinidad), o la introducción de organismos patógenos. Los contaminantes pueden incluir sustancias orgánicas e inorgánicas. Una causa común de la contaminación térmica es el uso de agua como refrigerante por parte de las centrales eléctricas y los fabricantes industriales.

El control de la contaminación del agua requiere una infraestructura adecuada y planes de gestión, así como legislación. Las soluciones tecnológicas pueden incluir mejorar el saneamiento, el tratamiento de aguas residuales, el tratamiento de aguas residuales industriales, el tratamiento de aguas residuales agrícolas, el control de la erosión, el control de sedimentos y el control de la escorrentía urbana (incluida la gestión de aguas pluviales).

Definición

Una definición práctica de la contaminación del agua es: "La contaminación del agua es la adición de sustancias o formas de energía que alteran directa o indirectamente la naturaleza del cuerpo de agua de tal manera que afecta negativamente sus usos legítimos". Por lo general, se dice que el agua está contaminada cuando se ve afectada por contaminantes antropogénicos. Debido a estos contaminantes, ya no admite un determinado uso humano, como el agua potable, o sufre un cambio marcado en su capacidad para sustentar a sus comunidades bióticas, como los peces.

Contaminantes

Contaminantes con origen en aguas residuales

Los siguientes compuestos pueden llegar a cuerpos de agua a través de aguas residuales sin tratar o incluso descargas de aguas residuales tratadas:

• Varios compuestos químicos encontrados en higiene personal y productos cosméticos.
• Los subproductos de desinfección encontrados en el agua potable desinfectada químicamente (aunque estos productos químicos pueden ser contaminantes en la red de distribución de agua, son bastante volátiles y por lo tanto no se encuentran generalmente en aguas ambientales).
• Hormonas (de la cría animal y residuos de métodos anticonceptivos hormonales humanos) y materiales sintéticos como ftalatos que mimic hormonas en su acción. Estos pueden tener impactos adversos incluso a concentraciones muy bajas en la biota natural y potencialmente en humanos si el agua es tratada y utilizada para el agua potable.
• insecticidas y herbicidas, a menudo de la escorrentía agrícola.

Si la contaminación del agua proviene de aguas residuales (aguas residuales municipales), los principales contaminantes son: sólidos en suspensión, materia orgánica biodegradable, nutrientes y organismos patógenos (causantes de enfermedades).

Patógenos

Los principales grupos de organismos patógenos son: (a) bacterias, (b) virus, (c) protozoos y (d) helmintos. En la práctica, los organismos indicadores se utilizan para investigar la contaminación patógena del agua debido a que la detección de organismos patógenos en muestras de agua es difícil y costosa debido a sus bajas concentraciones. Los indicadores (indicador bacteriano) de contaminación fecal de muestras de agua más utilizados son: coliformes totales (TC), coliformes fecales (FC) o coliformes termotolerantes, E. coli.

Los patógenos pueden producir enfermedades transmitidas por el agua en huéspedes humanos o animales. Algunos microorganismos que a veces se encuentran en aguas superficiales contaminadas y que han causado problemas de salud humana incluyen: Burkholderia pseudomallei, Cryptosporidium parvum, Giardia lamblia, Salmonella, norovirus y otros virus, gusanos parásitos incluido el tipo Schistosoma.

La fuente de altos niveles de patógenos en los cuerpos de agua puede ser las heces humanas (debido a la defecación al aire libre), las aguas residuales, las aguas negras o el estiércol que ha llegado al cuerpo de agua. La causa de esto puede ser la falta de procedimientos de saneamiento o sistemas de saneamiento in situ que funcionan mal (fosas sépticas, letrinas de pozo), plantas de tratamiento de aguas residuales sin pasos de desinfección, desbordamientos de alcantarillado sanitario y desbordamientos de alcantarillado combinado (CSO) durante tormentas y agricultura intensiva (explotaciones ganaderas mal gestionadas).

Compuestos orgánicos

Las sustancias orgánicas que ingresan a los cuerpos de agua suelen ser tóxicas.

• Hidrocarburos de petróleo, incluidos combustibles (gasolina, combustible diésel, combustibles de chorros y aceite de combustible) y lubricantes (aceite motorizado), y subproductos de combustión de combustible, de derrames de petróleo o fuga de agua de tormenta
• Compuestos orgánicos volátiles, como disolventes industriales mal almacenados. Las especies problemáticas son organocloruros como el bifenilo policlorado (PCB) y el tricloroetileno, un solvente común.

Las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) son contaminantes orgánicos persistentes.

Contaminantes inorgánicos

Los contaminantes inorgánicos del agua incluyen, por ejemplo:

• Amoníaco de residuos de procesamiento de alimentos
• Metales pesados de vehículos automotores (a través de la fuga de agua de tormenta urbana) y drenaje ácido de minas
• Nitratos y fosfatos, de aguas residuales y agricultura (ver contaminación de nutrientes)
• Silt (sediment) in runoff from construction sites or sewage, logging, slash and burn practices or land clearing sites.
• Sal: La salinización de agua dulce es el proceso de escorrentía salada contaminando los ecosistemas de agua dulce. La salinización inducida por el ser humano se denomina salinización secundaria, con el uso de sales viarias deshidratadas como la forma más común de escorrentía.

Contaminantes farmacéuticos

• contaminantes farmacéuticos persistentes ambientales, que pueden incluir diversos medicamentos farmacéuticos y sus metabolitos (véase también contaminación de drogas), como antidepresivos, antibióticos o píldora anticonceptiva.
• Metabolitos de las drogas ilícitas (véase también la epidemiología de las aguas residuales), por ejemplo la metanfetamina y el éxtasis.

Residuos sólidos y plásticos

Los desechos sólidos pueden ingresar a los cuerpos de agua a través de aguas residuales sin tratar, desbordamientos de alcantarillado combinado, escorrentías urbanas, personas que arrojan basura al medio ambiente, desechos sólidos municipales transportados por el viento desde los vertederos, etc. Esto da como resultado una contaminación macroscópica (elementos grandes y visibles que contaminan el agua), pero también una contaminación por microplásticos que no es directamente visible. Los términos desechos marinos y contaminación plástica marina se utilizan en el contexto de la contaminación de los océanos.

Los microplásticos persisten en el medio ambiente en niveles elevados, particularmente en los ecosistemas acuáticos y marinos, donde provocan la contaminación del agua. El 35% de todos los microplásticos oceánicos provienen de textiles/ropa, principalmente debido a la erosión de la ropa a base de poliéster, acrílico o nailon, a menudo durante el proceso de lavado.

Las aguas pluviales, las aguas residuales sin tratar y el viento son los conductos principales para los microplásticos de la tierra al mar. Los tejidos sintéticos, los neumáticos y el polvo de la ciudad son las fuentes más comunes de microplásticos. Estas tres fuentes representan más del 80% de toda la contaminación por microplásticos.

Tipos de contaminación de aguas superficiales

La contaminación del agua superficial incluye la contaminación de ríos, lagos y océanos. Un subconjunto de la contaminación del agua superficial es la contaminación marina que afecta a los océanos. La contaminación por nutrientes se refiere a la contaminación por aportes excesivos de nutrientes.

A nivel mundial, alrededor de 4500 millones de personas no cuentan con saneamiento gestionado de manera segura a partir de 2017, según una estimación del Programa Conjunto de Monitoreo para el Abastecimiento de Agua y Saneamiento. La falta de acceso al saneamiento es preocupante y a menudo conduce a la contaminación del agua, p. a través de la práctica de la defecación al aire libre: durante eventos de lluvia o inundaciones, las heces humanas se trasladan desde el suelo donde fueron depositadas hacia las aguas superficiales. Las letrinas de pozo simples también pueden inundarse durante las lluvias.

A partir de 2022, Europa y Asia Central representan alrededor del 16 % de la descarga mundial de microplásticos en los mares.

Contaminación marina

Contaminación por nutrientes

Contaminación térmica

Las temperaturas elevadas del agua reducen los niveles de oxígeno (debido a los niveles más bajos de oxígeno disuelto, ya que los gases son menos solubles en líquidos más calientes), lo que puede matar a los peces (que luego pueden pudrirse) y alterar la composición de la cadena alimentaria, reducir la biodiversidad de las especies y fomentar Invasión de nuevas especies termófilas.

Contaminación biológica

La introducción de organismos acuáticos invasores también es una forma de contaminación del agua. Provoca contaminación biológica.

Contaminación de las aguas subterráneas

En muchas áreas del mundo, la contaminación de las aguas subterráneas representa un peligro para el bienestar de las personas y los ecosistemas. Una cuarta parte de la población mundial depende del agua subterránea para beber, pero se sabe que la recarga concentrada transporta contaminantes de corta duración a los acuíferos carbonatados y pone en peligro la pureza de esas aguas.

Contaminación de fuentes puntuales

La contaminación del agua de fuente puntual se refiere a los contaminantes que ingresan a una vía fluvial desde una fuente única e identificable, como una tubería o zanja. Los ejemplos de fuentes en esta categoría incluyen descargas de una planta de tratamiento de aguas residuales, una fábrica o un drenaje pluvial de la ciudad.

La Ley de Agua Limpia (CWA, por sus siglas en inglés) de EE. UU. define la fuente puntual con fines de cumplimiento normativo (consulte la regulación de los Estados Unidos sobre la contaminación del agua por fuentes puntuales). La definición de CWA de fuente puntual se modificó en 1987 para incluir los sistemas de alcantarillado pluvial municipales, así como las aguas pluviales industriales, como las de los sitios de construcción.

Alcantarillado

Las aguas residuales típicamente consisten en 99.9% de agua y 0.1% de sólidos. Las aguas residuales aportan muchas clases de nutrientes que conducen a la eutrofización. Es una fuente importante de fosfato, por ejemplo. Las aguas residuales a menudo están contaminadas con diversos compuestos que se encuentran en la higiene personal, los cosméticos, las drogas farmacéuticas (ver también contaminación por drogas) y sus metabolitos. La contaminación del agua debido a contaminantes farmacéuticos ambientales persistentes puede tener consecuencias de gran alcance. Cuando las alcantarillas se desbordan durante las tormentas, esto puede provocar la contaminación del agua debido a las aguas residuales no tratadas. Dichos eventos se denominan desbordamientos de alcantarillado sanitario o desbordamientos de alcantarillado combinado.

Aguas residuales industriales

Los procesos industriales que utilizan agua también producen aguas residuales. Esto se llama aguas residuales industriales. Usando los EE. UU. como ejemplo, los principales consumidores industriales de agua (utilizando más del 60% del consumo total) son las centrales eléctricas, las refinerías de petróleo, las acerías, las fábricas de pulpa y papel y las industrias de procesamiento de alimentos. Algunas industrias descargan desechos químicos, incluidos solventes y metales pesados (que son tóxicos) y otros contaminantes nocivos.

Las aguas residuales industriales podrían agregar los siguientes contaminantes a los cuerpos de agua receptores si las aguas residuales no se tratan y gestionan adecuadamente:

• Metales pesados, incluyendo mercurio, plomo y cromo
• La materia orgánica y los nutrientes como los desechos alimenticios: Ciertas industrias (por ejemplo, procesamiento de alimentos, residuos de mataderos, fibras de papel, material vegetal, etc.) descargan altas concentraciones de BOD, nitrógeno de amoníaco y aceite y grasa.
• Partículas inorgánicas como arena, grit, partículas metálicas, residuos de goma de neumáticos, cerámica, etc.;
• Toxinas como pesticidas, venenos, herbicidas, etc.
• Farmacéuticos, compuestos de alteración endocrina, hormonas, compuestos perfluorados, siloxanes, drogas de abuso y otras sustancias peligrosas
• Microplásticos como polietileno y cuentas de polipropileno, poliéster y poliamida
• Contaminación térmica de centrales eléctricas y fabricantes industriales
• Radionúclidos de la minería de uranio, procesamiento de combustible nuclear, reactores nucleares operativos o eliminación de desechos radiactivos.
• Algunas descargas industriales incluyen contaminantes orgánicos persistentes como sustancias per- y polifluoroalquiles (PFAS).

Derrames de petróleo

Contaminación de fuentes difusas

Agricultura

La agricultura es uno de los principales contribuyentes a la contaminación del agua de fuentes dispersas. El uso de fertilizantes, así como la escorrentía superficial de los campos de cultivo, pastos y corrales de engorde, conduce a la contaminación por nutrientes. Además de la agricultura centrada en las plantas, la piscicultura también es una fuente de contaminación. Además, la escorrentía agrícola a menudo contiene altos niveles de pesticidas.

Contribuciones atmosféricas (contaminación del aire)

La deposición en el aire es un proceso mediante el cual los contaminantes del aire de fuentes industriales o naturales se asientan en cuerpos de agua. La deposición puede conducir a agua contaminada cerca de la fuente, oa distancias de hasta unos miles de kilómetros. Los contaminantes del agua observados con mayor frecuencia como resultado de la deposición industrial del aire son compuestos de azufre, compuestos de nitrógeno, compuestos de mercurio, otros metales pesados y algunos pesticidas y subproductos industriales. Las fuentes naturales de deposición en el aire incluyen los incendios forestales y la actividad microbiana.

La lluvia ácida es causada por emisiones de dióxido de azufre y óxido de nitrógeno, que reaccionan con las moléculas de agua en la atmósfera para producir ácidos. Algunos gobiernos se han esforzado desde la década de 1970 para reducir la liberación de dióxido de azufre y óxido de nitrógeno a la atmósfera. La principal fuente de compuestos de azufre y nitrógeno que dan lugar a la lluvia ácida son antropogénicos, pero los óxidos de nitrógeno también pueden producirse naturalmente por la caída de rayos y el dióxido de azufre es producido por erupciones volcánicas. La lluvia ácida puede tener efectos nocivos sobre las plantas, los ecosistemas acuáticos y la infraestructura.

Las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera han aumentado desde la década de 1850 debido a influencias antropogénicas (emisiones de gases de efecto invernadero). Esto conduce a la acidificación de los océanos y es otra forma de contaminación del agua por las contribuciones atmosféricas.

Muestreo, mediciones, análisis

La contaminación del agua se puede analizar a través de varias categorías amplias de métodos: físicos, químicos y biológicos. Algunos métodos pueden realizarse in situ, sin muestreo, como la temperatura. Otros implican la recolección de muestras, seguida de pruebas analíticas especializadas en el laboratorio. Se han publicado métodos de prueba analíticos estandarizados y validados para muestras de agua y aguas residuales.

Las pruebas físicas comunes del agua incluyen temperatura, conductancia específica o conductancia eléctrica (EC) o conductividad, concentraciones de sólidos (p. ej., sólidos suspendidos totales (TSS)) y turbidez. Las muestras de agua pueden examinarse utilizando métodos de química analítica. Muchos métodos de prueba publicados están disponibles para compuestos orgánicos e inorgánicos. Los parámetros de uso frecuente que se cuantifican son el pH, la DBO, la demanda química de oxígeno (DQO), el oxígeno disuelto (OD), la dureza total, los nutrientes (compuestos de nitrógeno y fósforo, por ejemplo, nitrato y ortofosfatos), metales (incluidos cobre, zinc, cadmio, plomo y mercurio), aceites y grasas, hidrocarburos totales de petróleo (TPH), surfactantes y pesticidas.

El uso de un biomonitor o bioindicador se describe como monitoreo biológico. Esto se refiere a la medición de propiedades específicas de un organismo para obtener información sobre el entorno físico y químico circundante. Las pruebas biológicas involucran el uso de indicadores vegetales, animales o microbianos para monitorear la salud de un ecosistema acuático. Son cualquier especie biológica o grupo de especies cuya función, población o estado puede revelar qué grado de ecosistema o integridad ambiental está presente. Un ejemplo de un grupo de bioindicadores son los copépodos y otros pequeños crustáceos acuáticos que están presentes en muchos cuerpos de agua. Dichos organismos pueden ser monitoreados en busca de cambios (bioquímicos, fisiológicos o de comportamiento) que puedan indicar un problema dentro de su ecosistema.

Impactos

Ecosistemas

La contaminación del agua es un problema ambiental global importante porque puede provocar la degradación de todos los ecosistemas acuáticos: aguas dulces, costeras y oceánicas. Los contaminantes específicos que conducen a la contaminación del agua incluyen un amplio espectro de sustancias químicas, patógenos y cambios físicos, como la temperatura elevada. Si bien muchos de los productos químicos y sustancias que están regulados pueden ocurrir de forma natural (calcio, sodio, hierro, manganeso, etc.), la concentración generalmente determina qué es un componente natural del agua y qué es un contaminante. Las altas concentraciones de sustancias naturales pueden tener impactos negativos en la flora y fauna acuática. Las sustancias que agotan el oxígeno pueden ser materiales naturales como la materia vegetal (por ejemplo, hojas y pasto), así como productos químicos artificiales. Otras sustancias naturales y antropogénicas pueden causar turbidez (turbidez) que bloquea la luz e interrumpe el crecimiento de las plantas y obstruye las branquias de algunas especies de peces.

Salud pública y enfermedades transmitidas por el agua

Un estudio publicado en 2017 indicó que "el agua contaminada propagó enfermedades gastrointestinales e infecciones parasitarias y mató a 1,8 millones de personas" (estas también se conocen como enfermedades transmitidas por el agua). La exposición persistente a los contaminantes a través del agua es un peligro para la salud ambiental, que puede aumentar la probabilidad de desarrollar cáncer u otras enfermedades.

Eutrofización por contaminación por nitrógeno

La contaminación por nitrógeno puede causar eutrofización, especialmente en los lagos. La eutrofización es un aumento en la concentración de nutrientes químicos en un ecosistema hasta el punto de aumentar la productividad primaria del ecosistema. Pueden ocurrir efectos ambientales negativos posteriores, como anoxia (agotamiento de oxígeno) y reducciones severas en la calidad del agua. Esto puede dañar a los peces y otras poblaciones de animales.

Acidificación de los océanos

La acidificación de los océanos es otro impacto de la contaminación del agua. La acidificación de los océanos es la disminución continua del valor del pH de los océanos de la Tierra, provocada por la absorción de dióxido de carbono (CO₂ ) de la atmósfera.

Prevalencia

La contaminación del agua es un problema tanto en los países en desarrollo como en los países desarrollados.

Por país

Por ejemplo, la contaminación del agua en India y China está muy extendida. Alrededor del 90 por ciento del agua en las ciudades de China está contaminada.

Control y reducción

Filosofía de control de la contaminación

Un aspecto de la protección del medio ambiente son las normas obligatorias, pero son solo una parte de la solución. Otras herramientas importantes en el control de la contaminación incluyen la educación ambiental, los instrumentos económicos, las fuerzas del mercado y una aplicación más estricta. Los estándares pueden ser "precisos" (para un valor mínimo o máximo cuantificable definido para un contaminante), o "impreciso" lo que requeriría el uso de la mejor tecnología disponible (BAT) o la mejor opción ambiental practicable (BPEO). Los instrumentos económicos basados en el mercado para el control de la contaminación pueden incluir: cargos, subsidios, planes de depósito o reembolso, la creación de un mercado de créditos por contaminación e incentivos para hacer cumplir la ley.

Avanzar hacia un enfoque holístico en el control de la contaminación química combina los siguientes enfoques: medidas de control integradas, consideraciones transfronterizas, medidas de control complementarias y complementarias, consideraciones del ciclo de vida, los impactos de las mezclas químicas.

El control de la contaminación del agua requiere una infraestructura y planes de gestión adecuados. La infraestructura puede incluir plantas de tratamiento de aguas residuales, por ejemplo, plantas de tratamiento de aguas residuales y plantas de tratamiento de aguas residuales industriales. El tratamiento de aguas residuales agrícolas para granjas y el control de la erosión en los sitios de construcción también pueden ayudar a prevenir la contaminación del agua. El control efectivo de la escorrentía urbana incluye la reducción de la velocidad y la cantidad de flujo.

La contaminación del agua requiere una evaluación y revisión continuas de la política de recursos hídricos en todos los niveles (internacional hasta acuíferos y pozos individuales).

Saneamiento y tratamiento de aguas residuales

Las aguas residuales municipales se pueden tratar mediante plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas, sistemas de aguas residuales descentralizados, soluciones basadas en la naturaleza o en instalaciones de aguas residuales y fosas sépticas in situ. Por ejemplo, las lagunas de estabilización de desechos son una opción de tratamiento de bajo costo para las aguas residuales, particularmente en regiones con climas cálidos. La luz ultravioleta (luz solar) se puede utilizar para degradar algunos contaminantes en los estanques de estabilización de desechos (lagunas de aguas residuales). El uso de servicios de saneamiento gestionados de manera segura evitaría la contaminación del agua causada por la falta de acceso al saneamiento.

Los sistemas bien diseñados y operados (es decir, con etapas de tratamiento secundario o un tratamiento terciario más avanzado) pueden eliminar el 90 por ciento o más de la carga de contaminantes en las aguas residuales. Algunas plantas tienen sistemas adicionales para eliminar nutrientes y patógenos. Si bien estas técnicas de tratamiento avanzadas sin duda reducirán las descargas de microcontaminantes, también pueden generar grandes costos financieros, así como aumentos ambientalmente indeseables en el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Los desbordamientos de alcantarillado durante las tormentas pueden solucionarse mediante el mantenimiento oportuno y las actualizaciones del sistema de alcantarillado. En los EE. UU., las ciudades con grandes sistemas combinados no han llevado a cabo proyectos de separación de todo el sistema debido al alto costo, pero han implementado proyectos de separación parcial y enfoques de infraestructura verde. En algunos casos, los municipios han instalado instalaciones adicionales de almacenamiento de CSO o ampliado la capacidad de tratamiento de aguas residuales.

Tratamiento de aguas residuales industriales

Tratamiento de aguas residuales agrícolas

Gestión de erosión y control de sedimentos

Los sedimentos de los sitios de construcción se pueden manejar mediante la instalación de controles de erosión, como mantillo e hidrosiembra, y controles de sedimentos, como depósitos de sedimentos y cercas de limo. La descarga de productos químicos tóxicos, como combustibles para motores y lavado de concreto, se puede evitar mediante el uso de planes de prevención y control de derrames, y contenedores especialmente diseñados (por ejemplo, para lavado de concreto) y estructuras como controles de desbordamiento y bermas de desvío.

La erosión causada por la deforestación y los cambios en la hidrología (pérdida de suelo debido a la escorrentía del agua) también provoca la pérdida de sedimentos y, potencialmente, la contaminación del agua.

Control of urban runoff (stormwater)

Legislación

Filipinas

En Filipinas, la Ley de la República 9275, también conocida como Ley de agua limpia de Filipinas de 2004, es la ley que rige la gestión de aguas residuales. Establece que es política del país proteger, preservar y reactivar la calidad de sus aguas dulces, salobres y marinas, para lo cual la gestión de aguas residuales juega un papel particular.

Estados Unidos