Contaminacion de Acuiferos Por Infiltracion
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Introducción
En los últimos años, la investigación hidrogeológica se ha centrado en los problemas de la calidad
del agua subterránea. En la mayoría de los casos, no se trata ya de “encontrar agua”, sino de
estudiar cómo la calidad el agua subterránea se ha visto afectada por actividades humanas, predecir
la evolución del problema, intentar paliarlo, o, en un caso más afortunado, simplemente adoptar las
medidas oportunas para que estos problemas no lleguen a producirse.
La mala calidad del agua subterránea puede ser debida a causas naturales o a la actividad humana.
En general, al hablar de contaminación nos referiremos a esta última, por ejemplo, un vertido
industrial. En muchas ocasiones, la distinción no es fácil, pues una actividad humana no
contaminante (en general, los bombeos) altera un equilibrio previo, provocando el deterioro la
calidad del agua subterránea.
Hay grandes diferencias entre la contaminación de las aguas superficiales y de las aguas
subterráneas que hacen que la de éstas últimas sea más grave:
- En la detección: En superficie, la contaminación es perceptible de inmediato, con lo que las
posibles medidas de corrección pueden ponerse en marcha inmediatamente. En las aguas
subterráneas, cuando se detecta el problema, pueden haber transcurrido meses o años.
- En la solución: Las aguas de un río se renuevan con la rapidez de su flujo, de modo que, anulado
el origen de la polución, en un plazo breve el cauce vuelve a la normalidad. En los acuíferos, como
su flujo es tan lento y los volúmenes tan grandes, se necesita mucho tiempo para que se renueve
varias veces todo el agua contenida en él, e incluso entonces el problema persiste por las sustancias
que quedaron adsorbidas en el acuífero.
Modos de contaminación
La contaminación de las aguas subterráneas puede ser:
Directa. con un foco localizado (un vertedero o una fosa séptica) que afecta a zonas muy
concretas y próximas al foco emisor.
Difusa. que afecta a una zona más extensa del acuífero (fertilizantes en una zona de
agricultura de regadío).
El origen de la contaminación subterránea es muy variado. Se encuentra en los vertidos de residuos
urbanos o industriales, como consecuencia de una inadecuada ubicación de los mismos; en las fugas
de las aguas residuales e infiltraciones de las mismas; por lixiviado o arrastre de sustancias por el
agua de lluvia; en el uso de fertilizantes y pesticidas en regadíos y secanos intensivos por la
infiltración del agua de riego, y por los vertidos de las granjas ganaderas.
Las vías por las que distintas sustancias llegan a los acuíferos contaminando las aguas subterráneas
son muy diversas:
• Infiltración de sustancias depositadas en superficie, o de la lluvia a través de ellas.
• Filtración de sustancias almacenadas bajo tierra, o disolución de ellas por el agua subterránea.
• Filtración desde un río influente
• Derrames o rezumes accidentales de depósitos o conducciones, superficiales o enterrados.
Desde la superficie, a través de captaciones abandonadas o mal construidas.
• Desde otro acuífero, a través de las captaciones.
• Inyección en pozos. En ocasiones ocultamente, otras veces tras un minucioso estudio técnico.
Por la mayoría de estas vías, los contaminantes alcanzan la superficie freática más superficial, y
posteriormente se difunden en el acuífero, siendo transportados por el flujo subterráneo.
Actividades contaminantes
Las principales actividades humanas que generan contaminación de las aguas subterráneas se
pueden englobar en los siguientes grupos:
a. Residuos sólidos urbanos.
Normalmente depositados en superficie, alcanzan la superficie freática los líquidos procedentes de
los propios residuos o el agua de lluvia infiltrada a través de ellos, que arrastra todo tipo de
contaminantes orgánicos e inorgánicos.
b. Aguas residuales
Las aguas residuales de los núcleos urbanos se vierten a cauces superficiales o en fosas sépticas. En
ocasiones, tras una ligera depuración, se esparcen en superficie para aprovechar el poder filtrante
del suelo (“filtro verde”). Los lodos resultantes de la depuración pueden representar después una
segunda fase del mismo problema.
Aportan diversas sustancias contaminantes: Detergentes, Nitratos, Bacterias y virus, materia
orgánica disuelta.
c. Actividades agrícolas
Muy difíciles de controlar al tratarse de contaminación difusa sobre grandes extensiones
- Fertilizantes: Aportan al agua compuestos de N, P y K. En algunos casos, se ha calculado que
hasta el 50 % de los nitratos usados como fertilizantes llega al acuífero por infiltración.
- Plaguicidas: Bajo esta denominación genérica se incluyen Insecticidas, Fungicidas, Acaricidas,
Nematocidas, Rodenticidas, Bactericidas, Molusquicidas, Herbicidas. Se han estudiado los
distintos coeficientes de absorción, de degradación y la vida media de diversos pesticidas orgánicos.
La persistencia oscila de una semana a varios años.
En ocasiones, las sustancias resultantes de la degradación del producto (metabolitos) son mas
peligrosas (más persistentes o más tóxicas) que el producto original. En otras ocasiones son las
impurezas que acompañan a los productos comerciales, y que escapan a los análisis de control, por
no figurar en la composición del producto, las verdaderamente tóxicas.
d. Ganadería
De los residuos de los animales proceden compuestos nitrogenados, fosfatos, bacterias, cloruros, y,
en algunos casos, metales pesados. Normalmente no ocasionan problemas importantes, salvo en el
caso de grandes instalaciones.. Resultan especialmente graves las granjas porcinas (los residuos
líquidos se denominan purines).
e. Actividades industriales y mineras
Las vías de contaminación y las sustancias contaminantes son muy variables. En el caso de las
minas, puede producirse por las labores de tratamiento del mineral o por la infiltración de la lluvia a
través de escombreras.
Las industrias pueden realizar inyección en pozos o vertidos superficiales, provocar infiltración
desde balsas de líquidos o escombreras o dar lugar a accidentes de todo tipo.
Mención especial merecen los derivados del petróleo. Estas sustancias llegan a la superficie freática
por infiltración desde vertidos accidentales o por roturas de depósitos o conducciones. En general,
son inmiscibles y menos densos que el agua, con lo que se mantienen en la superficie del acuífero
libre superficial.
f. Actividades nucleares
Podríamos incluirlas en el epígrafe anterior, aunque presentan unas características diferenciadoras.
En las actividades mineras correspondientes, se generan grandes volúmenes de roca, de los que ya
ha sido extraído el mineral aprovechable, pero que constituyen residuos de baja actividad.
Los procesos de refinado del mineral generan subproductos sólidos y semisólidos con pequeñas
concentraciones de diversos isótopos, de los que el más preocupante es el 226Ra.
Finalmente en los reactores nucleares u otras industrias que utilicen combustible nuclear se
producen residuos de baja actividad y combustible usado, que son residuos de alta actividad, cuyo
almacenamiento debe ser especialmente cuidadoso en lugares donde no exista flujo de agua
subterránea: Formaciones salinas profundas, rocas ígneas, formaciones arcillosas o zonas no
saturadas (sin agua subterránea) en regiones áridas.
Prevención y control
a. Control en los posibles origenes de la contaminación
La correción de los problemas de contaminación en el caso de las aguas subterráneas es
prácticamente imposible en la mayoría de los casos, por lo que hay que poner especial énfasis en
que no llegue a producirse. Las medidas de prevención son generalmente obvias:
Basureros o escombreras: Buscar lugares impermeables, o recoger los efluentes con
sondeos o drenes.
Aguas residuales urbanas: Depuración previa a los vertidos; precaución con la utlización de
los lodos de depuración. Correcta construcción y vigilancia de conducciones y fosas
sépticas.
Fertilizantes y plaguicidas: Utilización racional y mesurada de estas sustancias.
En actividades industriales de todo tipo: Estudio hidrogeológico previo de las
permeabilidades y del sistema regional del flujo subterráneo. Especial precaución en el
almacenamiento bajo tierra de residuos peligrosos.
b. Control regional y en las captaciones
Debe existir una red regional de control periódico de calidad del agua subterránea, con especial
atención a las áreas con captaciones para abastecimiento.
Perímetros de protección alrededor de las captaciones para abastecimiento.
Un perímetro inmediato, en terrenos de la misma propiedad de la captación, con vigilancia
absoluta.
Un perímetro cercano (del orden de cientos de metros), en el que se deben reglamentar las
actividades que puedan afectar a la calidad de las aguas subterráneas.
Un perímetro lejano que englobe las áreas de recarga del flujo subterráneo captado; en
ocasiones puede ser de varios kilómetros y si no es posible la prohibición de ciertas
actividades, sí se debe extremar la vigilancia y el control.
Construcción correcta de captaciones en general: Sellado en superficie, entubación ciega y/o sellado
en los niveles acuíferos de mala calidad. Atención a los pozos abandonados
Reacción de los acuíferos ante la contaminación
La reacción de los acuíferos ante la contaminación que reciben puede ser efectiva al principio, pero
no es indefinida, y en muchas ocasiones es reversible: las sustancias precipitadas o retenidas son
después re-disueltas o liberadas.
a. Dilución
La dilución del relativamente pequeño volumen de contaminante en el enorme volumen del
acuífero generalmente no soluciona el problema. A escala local, las concentraciones seguirán siendo
un problema
b. Filtración mecánica
En materiales granulares finos pueden retenerse partículas en suspensión y microorganismos. En
arenas gruesas, gravas o acuíferos fracturados, es casi inexistente. Además, la capacidad de
cualquier filtro es limitada.
c. Precipitación
Pueden precipitar diversas sustancias según los cambios en el pH o el potencial redox del medio,.
Al igual que la filtración, puede disminuir fuertemente la permeabilidad del medio.
d. Procesos de oxidación reducción
Evolución de los compuestos nitrogenados. En la zona no saturada, el agua no contaminada es
oxidante, transformando compuestos de N en NO3– (nitrificación) , lo que es bueno para las plantas
que pueden tomar el Nitrógeno que necesitan. Pero el exceso de nitratos que no toman las plantas,
pasa a contaminar el agua, llega a los acuíferos donde las concentraciones de NO3 suben
incesantemente.
Ya en el acuífero, el agua ha perdido gran parte de su carácter oxidante, pero si encuentra sustancias
reductoras (en general, materia orgánica), el nitrato, NO3 actúan como oxidante, reduciéndose por
dos posibles vías. En un caso se produce la desnitrificación (NO3 pasa a N2O y a N2), lo que es
conveniente, puesto que son gases inocuos. Existe otra vía de reducción de los nitratos, que por
razones bioquímicas (el proceso está regido por la actividad bacteriana) se da en menor proporción,
en la que los nitratos NO3 se reducen a nitritos NO2, lo que no es bueno: en la normativa española
se admite hasta 50 mg/L de NO3 y solamente 0,1 mg/L de NO2 .
Otra implicación importante de los procesos de oxidación reducción en la calidad del agua
subterránea es la reducción de sulfatos a sulfuros. El sulfato, SO4= pasa a SH2 (o SH– + H+). Este
proceso confiere al agua un olor característico desagradable. Este proceso no es muy común, pues
requiere unas condiciones más reductoras que los procesos anteriores de reducción de Nitratos.
En el caso de la reducción del sulfato, SO4= a SH2 al agua adquiere un olor que la hace inutilizable
para el consumo.
e. Adsorción
Diversas partículas quedan adsorbidas (adheridas electrostáticamente a las partículas del terreno),
especialmente en las arcillas. En éstas puede producirse un intercambio iónico: otros iones o
moléculas sustituyen a Ca++ y Mg++ que estaban previamente adsorbidos en las arcillas
La capacidad de retención por este concepto tiene un límite, de modo que si la sustancia no se
descompone, el terreno agotará su capacidad de retención. En ocasiones es solo una adsorción
temporal, pero supone un mayor tiempo de permanencia del contaminante lo que proporciona
mayor plazo de actuación a otros procesos.
f. Desintegración o descomposición
Los elementos radiactivos y algunos productos químicos, como los pesticidas, desaparecen con el
paso del tiempo, se habla de desintegración radiactiva o de descomposición, en el caso de los
pesticidas. En ambos, el factor crucial es la vida media (tiempo en el que la concentración de la
sustancia se reduce a la mitad). Esto será efectivo en elementos cuya vida media sea corta en
relación con el tiempo de tránsito del agua en el acuífero. La vida media de algunos pesticidas es de
unos pocos días, mientras que la de ciertos elementos radiactivos es de miles de años.
Medidas correctivas
Cuando la contaminación se ha producido y alcanzado gran extensión, la regeneración es inviable,
técnica o económicamente. Las medidas, muy costosas, que en algunos casos pueden ser de alguna
utilidad son de dos tipos:
a. Actuaciones en el origen de la contaminación:
Remoción de tierras o residuos en superficie.
Aislamiento de los residuos, con impermeabilizaciones verticales o bajo ellos.
Si la superficie freática alcanza los residuos, hacerla descender, con barreras o bombeos.
Controlar o desviar la escorrentía superficial.
b. Actuaciones en el acuífero
Bombeo de la superficie del acuífero en el caso de productos petrolíferos, no miscibles, que
por su menor densidad flotan sobre la superficie freática.
Bombeo intenso del acuífero contaminado, a veces con caudal intermitente o variabel para
un mejor rendimiento. Eventualmente, inyección simultánea de agua limpia.
Flujo forzado de aire o de vapor para volatilizar los contaminantes, normalmente en la zona
no saturada.
Construcción de barreras impermeables o filtrantes (con alguna sustancia que retenga o
actúe sobre el contaminante) en acuíferos poco profundos.
En varios de estos procesos se utilizan las bacterias para degradar los contaminantes orgánicos.
Accidente de Three Mile Island
El presidente Jimmy Carter abandonando las instalaciones de Three Mile Island el 1 de abril de
1979.
El accidente de Three Mile Island fue un accidente nuclear que sufrió la central nuclear del mismo
nombre el 28 de marzo de 1979. Ese día el reactor TMI-2 sufrió una fusión parcial del núcleo del
reactor.
El accidente comenzó cerca de las 4:00 de la mañana del 28 de marzo de 1979, cuando se produjo un fallo en el circuito secundario de la planta.
Las bombas primarias de alimentación del circuito secundario dejan de funcionar a causa de una avería mecánica o eléctrica. Esto impidió la retirada de calor del sistema primario en los generadores de vapor.
Se apagaron automáticamente, primero la turbina y después el reactor.
La presión y la temperatura en el circuito primario (la sección nuclear de la planta) empieza a aumentar inmediatamente, debido a que el circuito secundario no puede sacar el calor residual del circuito primario.
Para evitar que esa presión llegase a ser excesiva, la válvula de descarga de presión (situada en la tapa del presurizador) se abrió.
La válvula debía cerrarse al disminuir la presión, aunque por un fallo no lo hizo. Las señales que llegaban al operador no indicaron que la válvula seguía abierta, aunque debía haberlo mostrado.
En consecuencia, la válvula con el fallo causó que la presión continuara disminuyendo en el sistema.
Mientras tanto, otro problema apareció en otra parte en la planta: el sistema del agua de emergencia (reserva del sistema secundario) había sido probado 42 horas antes del accidente. Como parte de la prueba, las válvulas se cierran y abren de nuevo al final de la misma. Pero esta vez, por un error administrativo o humano, la válvula no se dejó abierta, lo que evitó que el sistema de emergencia funcionara.
Ocho minutos después del comienzo del accidente se descubre que la válvula estaba cerrada.
Una vez que se abrió, el sistema de agua de emergencia comenzó a trabajar correctamente, permitiendo que el agua fría fluyera por los generadores del vapor.
A medida que la presión en el sistema primario continúa disminuyendo, comenzaron a formarse huecos (zonas donde el agua hierve, formándose burbujas de vapor) en varios lugares del sistema con excepción del presurizador.
Debido a estos huecos, el agua del sistema fue redistribuida y el presurizador se llenó por completo de agua.
El instrumento que indica al operador la cantidad de líquido refrigerante capaz de eliminar el calor indicó
incorrectamente que el sistema estaba lleno de agua. Así, el operador dejó de introducir agua, sin saber
que, debido a la válvula obturada el indicador puede, y en este caso lo hizo, proporcionar una
información falsa.
Después de casi ochenta minutos desde el momento de la subida lenta de temperatura, las bombas del
lazo primario comenzaron a vibrar por cavitación, debido a que, en lugar de agua, lo que pasaba por ellas
era vapor.
Las bombas se cerraron, y se creyó que la convección natural continuaría el movimiento del agua.
El vapor en el sistema bloqueó la
circulación en el lazo primario y, como el
agua dejó de circular, se convirtió en
grandes cantidades de vapor.
Después de unos 130 minutos desde el
primer fallo, la parte superior del reactor
quedó al descubierto, y debido a la
elevada temperatura, el vapor reaccionó
con el revestimiento de zirconio de las
barras de combustible, produciendo
dióxido de zirconio e hidrógeno. El daño
en el revestimiento produjo la liberación
de las pastillas de combustible en el
líquido refrigerante y la formación de más
hidrógeno, que provocó una pequeña
explosión en el edificio de contención al
ser liberado.
A las 6 de la mañana se produjo el cambio
de turno en el personal de la sala de
control.
Al detectar el nuevo equipo las altas
temperaturas que se estaban midiendo en
la tubería y depósitos posteriores a la
válvula de alivio, se procedió a cerrar una
válvula auxiliar, cuando ya se habían
perdido por esa vía 120,000 litros de
refrigerante del circuito primario.
165 minutos después del comienzo del problema se activaron las alarmas por radiación, cuando el agua
contaminada alcanzó los detectores. En ese momento los niveles de radiación en el líquido refrigerante
(agua) del primario era unas 300 veces mayor que los niveles esperados, y la central había sufrido ya una
fuerte contaminación.
En la sala de control no se sabía aún que el nivel en el circuito primario era bajo y que aproximadamente
la mitad del núcleo estaba sin refrigeración.
Un grupo de trabajadores tomó lecturas manuales de los termopares y obtuvo una muestra del agua del
circuito primario.
A las siete horas comenzó a inyectarse agua nueva al circuito primario y se abrió la válvula de reserva
para reducir la presión.
Tras nueve horas estalló el hidrógeno del interior del reactor, pero la explosión pasó inadvertida.
A las dieciséis horas las bombas del circuito primario se pusieron en marcha y la temperatura del núcleo
comenzó a bajar.
Una gran parte del núcleo ya se había derretido o vaporizado, y el sistema seguía siendo peligrosamente
radiactivo.
Durante la siguiente semana el vapor y el hidrógeno fueron evacuados del reactor pasando por el
recombinador, resultando aún más polémico al verterlos directamente a la atmósfera. Se estima que unos
2,5 millones de curios de gas radiactivo fueron emitidos debido al accidente.
Consecuencias
Three Mile Island ha sido objeto de interés para los estudiosos del factor humano como ejemplo de
cómo grupos de gente reaccionan y toman decisiones bajo tensión. Existe un consenso general en
que el accidente fue agravado por las decisiones incorrectas tomadas por los operadores abrumados
con la información, mucha de ella inaplicable e inútil. Como resultado del TMI, se cambió el
entrenamiento de operadores de reactores nucleares. Antes, el entrenamiento se centraba en
diagnosticar el problema subyacente. Después, el entrenamiento se ha venido centrando en
reaccionar a la emergencia pasando a través de una lista de comprobación estandarizada para
asegurarse de que la base está recibiendo bastante líquido refrigerador.
Limpiar el reactor después del accidente necesitó de un proyecto difícil que duró más de 10 años.
Comenzó en agosto de 1979 y no terminó oficialmente hasta diciembre de 1993, con un coste total
de cerca de 975 millones de dólares. Entre 1985 y 1990 se eliminaron del sitio casi 100 toneladas de
combustible radiactivo. Se reinició TMI-1 en 1985.
Blaum, Fleming y Singer (1982) mostraron que las personas que vivían cerca del reactor nuclear de
Three Mile Island exhibieron altos niveles de estrés después del accidente nuclear que ocurrió allí.
También mostraron evidencia de una elevación en los niveles de presión sanguínea, un mayor
número de infecciones de las vías respiratorias. Además, los sistemas inmunológicos de estas
personas no funcionaban tan bien como deberían.