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Libro contaminacion ambiental
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~ CONTAMINACION AMBIENTAL Una visión desde la química - - ~ CONTAMINACION AMBIENTAL Una visión desde la química Paraninfo ~ CONTAMINACION AMBIENTAL Una visión desde la química Paraninfo Contaminación ambiental. Una visión desde la química ©Carmen Orozco Barrenetxea, Antonio Pérez Serrano, Mª Nieves González Delgado, Francisco J. Rodríguez Vidal y José Marcos Alfayate Blanco Gerente Editorial: María José López Raso Equipo Técnico Editorial: Alicia Cerviño González Nuria Duarte González Editora de Adquisiciones: Carmen Lara Carmona Producción: Nacho Cabal Marta Muñoz Diseño de cubierta: Ediciones Nobel COPYRIGHT© 2003 lntemational Thomson Editores Spain Paraninfo, S. A. © 2011 Ediciones Paraninfo, SA Av. Filipinas, 50 Bajo A/ 28003 Madrid, ESPAÑA Teléfono: 902 995 240 I Fax: 914 456 218 clientesC<vparaninfo.es I www.paraninfo.es ISBN: 978-84-9732-178-5 Depósito legal: M-13416-2011 (10856) Reservados los derechos para todos los países de lengua espa- ñola. De conformidad con lo dis- puesto en el artículo 270 del Códi- go Penal vigente, podrán ser casti- gados con penas de multa y priva- ción de libertad quienes reprodu- jeren o plagiaren, en todo o en parte, una obra literaria, artística o científica fijada en cualquier tipo de soporte sin la preceptiva auto- rización. Ninguna parte de esta publicación, incluido el diseño de la cubierta, puede ser reproduci- da, almacenada o transmitida de ninguna forma, ni por ningún me· dio, sea éste electrónico, químico, mecánico, electro-óptico, graba- ción, fotocopia o cualquier otro, sin la previa autorización escrita por parte de la Editorial. Impreso en España I Printed in Spain Cimapress Madrid , Indice Presentación .. ........ ... ..... .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . ... . .. ... . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 13 Abreviaturas...................................................................................................... 15 Introducción . . . . . ... .. .. . ....... .... ... .......... .. ... . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 19 PARTE 1. EL AGUA l. EL AGUA: GENERALIDADES.................................................................. 31 1.1. Abundancia, ciclo y usos del agua..................................................... 32 1.1.1. Abundancia.............................................................................. 32 1.1.2. Ciclo hidrológico y contaminación......................................... 33 1.1.3. Usos del agua........................................................................... 34 1.2. Propiedades del agua y consecuencias medioambientales.............. 38 2. CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS NATURALES............................... 41 2.1. Composición de las aguas naturales................................................. 41 2.2. Procesos físico-químicos más importantes que influyen en la com- posición de las aguas.......................................................................... 4 7 2.2.1. Disolución................................................................................. 48 2.2.2. Otros procesos físico-químicos............................................... 49 2.3. Fenómenos limitantes del contenido en sales disueltas................... 61 3. CONTAMINACIÓN DEL AGUA................................................................ 63 3.1. Definición de contaminación y contaminantes del agua................. 63 3.2. Parámetros generales indicadores de contaminación...................... 64 3.2.1. Características organolépticas: color, olor y sabor ................ 65 3.2.2. Turbidez y sólidos en suspensión............................................ 66 3.2.3. Temperatura............................................................................. 68 3.2.4. Conductividad, salinidad y dureza.......................................... 68 3.2.5. pH: Alcalinidad y Acidez.......................................................... 71 3.2.6. Oxígeno disuelto y materia orgánica...................................... 75 © Ediciones Paraninfo 5 O Índice 3.2.7. Radiactividad........................................................................... 81 3.2.8. Características microbiológicas.............................................. 81 3.2.9. Toxicidad.................................................................................. 82 4. ALGUNOS CONTAMINANTES ESPECÍFICOS....................................... 87 4.1. Contaminación por metales............................................................... 88 4.1.1. Fuentes y efectos...................................................................... 90 4.1.2. Destino de los contaminantes metálicos ................................ 90 4.1.3. Elementos traza esenciales...................................................... 94 4.1.4. Contaminantes metálicos más importantes........................... 94 4.2. Contaminación por bionutrientes: eutrofización ............................. 97 4.3. Detergentes......................................................................................... 101 4.3.1. Composición de los detergentes.............................................. 102 4.3.2. Problemas de contaminación.................................................. 103 4.3.3. Detergentes ecológicos............................................................ 106 4.4. Pesticidas............................................................................................. 108 4.4.1. Naturaleza de los pesticidas.................................................... 108 4.4.2. Problemas de contaminación planteados por el desarrollo de los plaguicidas . . ... . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 114 4.4.3. Alternativas al uso de pesticidas químicos............................. 119 4.5. Policlorobifenilos (PCBs) y Dioxinas ................................................ 119 4.5.1. Policlorobifenilos (PCBs) ........................................................ 120 4.5.2. Dioxinas y furanos ................................................................... 121 4.6. Hidrocarburos y otros derivados del petróleo.................................. 124 4.6.1. Naturalezaypropiedades........................................................ 125 4.6.2. Evolución y tratamiento de los derrames de petróleo........... 129 4.6.3. Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) ..................... 132 5. TRATAMIENTO DE AGUAS NATURALES.............................................. 139 5.1. Potabilización de aguas de consumo................................................ 139 5.1.1. Introducción............................................................................. 139 5.1.2. Procesos de tratamiento.......................................................... 140 5.1.3. Procesos de tratamiento opcionales según calidad y uso del agua.......................................................................................... 161 5.2. Tratamiento de aguas para la industria............................................ 182 5.2.1. Introducción............................................................................. 182 5.2.2. Aguas de calderas y de refrigeración...................................... 183 5.2.3. Otras aguas de proceso............................................................ 190 6. DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES............................................... 193 6.1. Introducción: objetivos y principios de la depuración..................... 193 6.2. Tipos de aguas residuales: origen y características .......................... 194 6.2.1. Contaminación de origen urbano........................................... 195 6 t.=:'\ ITLC' n,...,.,.. ... :..,.t.... ©Ediciones Paraninfo Índice D 6.2.2. Contaminación de origen industrial....................................... 196 6.2.3. Contaminación de tipo agropecuario..................................... 199 6.3. Efectos y problemas ocasionados por los vertidos de aguas residuales . 200 6.4. Depuración de aguas residuales urbanas.......................................... 204 6.4.1. Pretratamiento ......................................................................... 205 6.4.2. Tratamiento primario.............................................................. 210 6.4.3. Tratamiento secundario o biológico....................................... 211 6.4.4. Tratamiento terciario............................................................... 223 6.4.5. Tratamiento de fangos............................................................. 229 6.4.6. Tratamiento físico-químico en aguas residuales urbanas..... 243 6.5. Tratamientos de depuración de bajo coste....................................... 246 6.5.1. Lagunaje o lagunas de estabilización..................................... 248 6.5.2. Sistemas de aplicación sobre el terreno................................. 251 6.5.3. Sistemas de filtración artificial............................................... 255 6.5.4. Contactares biológicos rotativos (CBRs) ................................ 256 6.5.5. Sistemas de decantación-digestión......................................... 257 6.6. Tratamientos de aguas residuales industriales................................. 261 6.6.1. Introducción............................................................................. 261 6.6.2. Características y clasificación de los tratamientos de aguas residuales industriales (ARI) ........ ..... ..... . ....... .. ................. ...... 261 6.6.3. Tratamientos físico-químicos.................................................. 263 6.6.4. Tratamientos biológicos o secundarios .................................. 270 6.6.5. Tratamiento de los fangos....................................................... 274 6.6.6. Ejemplo práctico de depuración: industria de galvanotecnia. 275 6.6.7. Minimización de vertidos industriales................................... 276 6.7. Reutilización de aguas residuales depuradas................................... 277 6.7.1. Posibles usos de las aguas residuales depuradas................... 277 6. 7.2. Tratamientos precisos para la reutilización de aguas residuales . 278 6.7.3. Problemas que plantean algunos contaminantes en la reuti- lización de las aguas residuales............................................... 280 7. CRITERIOS DE CALIDAD DEL AGUA. LEGISLACIÓN........................ 281 7.1. Índices de calidad de un agua............................................................ 281 7 .1.1. Indicadores físico-químicos ... ........ .... .... .. .... .. ........ ................. 282 7.1.2. Indicadores biológicos de calidad de aguas........................... 287 7.2. Legislación básica de aguas............................................................... 289 7.2.1. Legislación y normativas de aguas para diferentes usos...... 289 7.2.2. Legislación sobre vertidos: el canon de vertido..................... 293 PARTE 2. EL AIRE 8. ATMÓSFERA. CONCEPTOS BÁSICOS................................................... 301 8.1. Estructura y propiedades................................................................... 301 © Ediciones Paraninfo 7 O Índice 8.2. Génesis de la atmósfera terrestre ........ .............................................. 304 8.3. Composición de la atmósfera ............................................................ 306 8.4. Radiaciones en la atmósfera.............................................................. 308 8.5. Procesos fotoquímicos en la atmósfera............................................. 312 8.5.1. Regiones altas........................................................................... 314 8.5.2. Capa de ozono estratosférico .................................................. 315 8.6 Ciclos biogeoquímicos ........................................................................ 316 8.6.1. Ciclo del carbono..................................................................... 318 8.6.2. Ciclos del nitrógeno................................................................. 320 8.6.3. Ciclo del azufre ........................................................................ 323 8.6.4. Ciclo del oxígeno...................................................................... 324 9. QUÍMICA DE LA TROPOSFERA: CONTAMINACIÓN DEL AIRE......... 325 9.1. Concepto de Contaminación.............................................................. 325 9.2. Fuentes de contaminación................................................................. 325 9.2.1. Fuentes de contaminación natural......................................... 326 9.2.2. Fuentes de contaminación antropogénica ............................. 328 9.3. Expresión de las medidas de contaminación.................................... 330 9.4. Conceptos de emisión e inmisión...................................................... 331 10. CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS..................................................... 333 8 10.1. Tipos de contaminación atmosférica .............................................. 333 10.1.1. Contaminación de naturaleza física................................... 333 10.1.2. Contaminación de naturaleza química............................... 335 10.2. Contaminantes primarios................................................................ 336 10.3. Monóxido de carbono...................................................................... 340 10.3.1. Fuentes.................................................................................. 340 10.3.2. Formación............................................................................ 342 10.3.3. Evolución en la atmósfera................................................... 343 10.3.4. Efectos.................................................................................. 344 10.4. Óxidos de nitrógeno......................................................................... 345 10.4.1. Fuentes.................................................................................. 345 10.4.2. Formación............................................................................ 346 10.4.3. Evolución de los NOx en la atmósfera................................ 348 10.4.4. Efectos.................................................................................. 349 10.5. Hidrocarburos y oxidantes fotoquímicos........................................ 350 10.5.1. Fuentes.................................................................................. 350 10.5.2. Evolución de los hidrocarburos en la atmósfera: forma- ción de oxidantes fotoquímicos .. .. . . .. .. . .. .. .. .. .. . . . .. .. .. ...... .. .. .. 351 10.5.3. Efectos de los hidrocarburos y oxidantes fotoquímicos.... 354 10.6. Óxidos de azufre............................................................................... 356 10.6.1. Fuentes.................................................................................. 356 10.6.2. Formación............................................................................ 356 ©Ediciones Paraninfo Índice O 10.6.3. Evolución en la atmósfera................................................... 357 10.6.4. Efectos de los óxidos de azufre........................................... 358 10.6.5. Lluvia ácida.......................................................................... 358 10.7. Partículas.......................................................................................... 363 10.7.1. Fuentes.................................................................................. 364 10.7.2. Composición química y tamaño......................................... 364 10.7.3. Evolución en laatmósfera................................................... 368 10.7.4. Efectos.................................................................................. 370 11. CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA......................... 373 11.1. Control de focos de combustión móviles . .. .. ... .... .. ............. .. . . . . . . . . .. . 3 7 6 11.1.1. Mejora de la reacción de combustión................................. 3 7 6 1 l.1.2. Sistemas de reactores de escape térmicos o catalíticos..... 376 11.1.3. Empleo de combustibles alternativos................................. 377 11.2. Control de focos fijos de emisión de contaminantes...................... 378 11.2.1. Monóxido de carbono e hidrocarburos.............................. 379 11.2.2. Óxidos de nitrógeno............................................................. 381 11.2.3. Óxidos de azufre................................................................... 384 11.2.4. Partículas.............................................................................. 388 12. DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES EN LA ATMÓSFERA................. 401 12.1. Viento................................................................................................ 403 12.2. Gradiente vertical de temperaturas................................................. 405 12.3. Factores topográficos....................................................................... 408 13. EFECTO INVERNADERO........................................................................ 413 13.1. Efecto invernadero natural.............................................................. 413 13.2. Efecto invernadero antropogénico .................................................. 415 14. CONTAMINACIÓN ESTRATOSFÉRICA: DISMINUCIÓN DE LA CAPA DE OZONO ................................................................................................ 425 14.1. Introducción..................................................................................... 425 14.2. Acción de contaminantes sobre el ozono estratosférico ................ 428 15. CALIDAD DEL AIRE Y LEGISLACIÓN................................................... 441 15.1. Inmisión............................................................................................ 441 15.1.1. Disposiciones legales vigentes............................................. 443 15.2. Emisión............................................................................................. 445 15.2.1. Disposiciones legales vigentes............................................. 446 15.3. Redes de vigilancia de la contaminación atmosférica................... 447 © Ediciones Paraninfo 9 D Índice PARTE 3. LOS RESIDUOS 16. INTRODUCCIÓN....................................................................................... 453 17. NORMATIVA.............................................................................................. 457 18. RESIDUOS URBANOS............................................................................. 465 18.1. Definición y características.............................................................. 465 18.2. Composición..................................................................................... 467 18.3. Propiedades físicas, químicas y biológicas..................................... 469 18.4. Gestión ............................................................................................. 472 19. TRATAMIENTO DE RESIDUOS URBANOS........................................... 479 19.1. Reciclaje............................................................................................ 479 19.1.1. Reciclaje de la materia orgánica: compostaje .................... 480 19.1.2. Reciclaje de otros componentes.......................................... 488 19.2. Incineración...................................................................................... 498 19 .2.1. Componentes de una planta incineradora de residuos ur- banos..................................................................................... 500 19.2.2. Contaminantes atmosféricos procedentes de la incinera- ción de residuos urbanos..................................................... 504 19.3. Vertederos........................................................................................... 506 19.3.1. Planificación, diseño y explotación..................................... 510 19.3.2. Reacciones en un vertedero................................................. 512 19.3.3. Evolución de los procesos en un vertedero........................ 513 19.3.4. Composición del lixiviado................................................... 515 19.3.5. Composición del gas de vertedero....................................... 518 19.4. Otros tratamientos............................................................................. 520 19.4.1. Fermentación anaerobia o biogasificación ........................ 521 19.4.2. Pirólisis................................................................................. 521 19.4.3. Gasificación.......................................................................... 522 19.4.4. Estabilización....................................................................... 522 19.5. Plan nacional de residuos urbanos (2000-2006) .............................. 524 19.5.1. Plan nacional de residuos especiales.................................. 532 20. RESIDUOS INDUSTRIALES.................................................................... 539 20.1. Definición y clasificación................................................................. 539 20.2. Residuos peligrosos.......................................................................... 541 20.3. Gestión de residuos peligrosos........................................................ 551 20.3.1. Incineración......................................................................... 553 20.3.2. Tratamiento físico-químico ................................................. 568 20.3.3. Vertederos de residuos peligrosos....................................... 580 20.3.4. Tecnologías limpias.............................................................. 589 21. RESIDUOS AGRARIOS ........................................................................... 597 21.1. Definición y clasificación................................................................. 597 21.2. Valorización .. ........ .. ......... ... .... ............... .. . . .. . . .. .. ...... ......... ...... .. ..... .. . 599 10 ©Ediciones Paraninfo Índice O 21.2.1. Valorización energética........................................................ 600 21.2.2. Valorización agraria............................................................. 603 22. RESIDUOS SANITARIOS .. ... .......................................................... .......... 605 22.l. Definición y clasificación................................................................. 605 22.2. Gestión y tratamiento....................................................................... 607 23. RESIDUOS RADIACTIVOS...................................................................... 611 23.1. Definición y clasificación................................................................. 611 23.2. Fuentes.............................................................................................. 613 23.3. Gestión y tratamiento....................................................................... 617 23.3.l. Fases en la gestión de residuos radiactivos de baja, media y alta actividad..................................................................... 620 24. CONTAMINACIÓN DEL SUELO.............................................................. 631 24.1. Composición y estructura del suelo ................................. .. . ............ 631 24.2. Principales procesos físico-químicos en el suelo............................ 636 24.3. Suelos contaminados.......................................................................641 24.4. Principales contaminantes del suelo............................................... 642 24.5. Metodología para el estudio de suelos contaminados.................... 644 24.6. Técnicas de tratamiento de suelos contaminados.......................... 646 Anexo: Actualización de la legislación ............................................. ... ............ 651 Bibliografía....................................................................................................... 655 Índice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. .. . . . . . ........... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. .. .. . . . . 661 ÍNDICE DEL CD Análisis de contaminantes ambientales: 1. Contaminantes acuosos 2. Contaminantes atmosféricos 3. Contaminantes del suelo 4. Anexos Instrumentos de gestión medioambiental en la industria: 1. Evaluación de impacto ambiental 2. Sistemas de gestión medioambiental 3. Auditorías medioambientales 4. Reglamento (CE) nº 761/2001 5. Anexo © Ediciones Paraninfo 11 PRESENTACIÓN La actual preocupación por el medio ambiente y la necesaria consideración de que cualquier actividad ocasiona alteraciones en el mismo, se está traduciendo en una inclusión de asignaturas de temática ambiental en los planes de estudio de las titulaciones de carácter técnico y científico y, también, en muchas de enfoque socioeconómico. El estudio de los problemas ambientales ocasionados por la acción humana tiene, sin ninguna duda, un carácter multidisciplinar y nosotros, tanto por nuestra formación como por el ámbito en que desarrollamos nuestra labor docente, hemos tratado de abordarlos desde un punto de vista fundamentalmente químico. El libro que presentamos pretende ofrecer conocimientos que permitan a los alum- nos detectar, cuantificar y minimizar esos problemas. Igualmente, consideramos que puede resultar útil como texto de consulta para profesores de enseñanza secun- daria y bachillerato, dada la inserción de materias de contenido ambiental en los nuevos temarios de diversas asignaturas de estos niveles de enseñanza. Sin ánimo de ser exhaustivos, pero con voluntad de profundidad y rigor; el objeti- vo prioritario de este libro ha sido reunir en un único volumen los conocimientos referentes a los distintos campos que abarca la contaminación ambiental. Creemos que así lo aconseja la interrelación existente entre los fenómenos de contaminación de aire, agua y los derivados de la gestión incorrecta de los residuos. Es indudable que los problemas de contaminación de los diferentes medios constituyentes de la biosfera están íntimamente relacionados, y que los ocasionados en uno de ellos ten- drán necesariamente su reflejo en los otros. Por ello, creemos que el alumno que se enfrente a una asignatura de este tipo debe comenzar por entender correctamente las perturbaciones que la contaminación ocasiona en uno u otro medio, y ser capaz, pos- teriormente, de interrelacionar unos fenómenos con otros y conocer la incidencia que un comportamiento inadecuado en un determinado ámbito de la biosfera puede ocasionar en los demás. También es importante que comprenda que cualquier méto- do de tratamiento de un problema de contaminación va a originar a su vez un nuevo fenómeno con incidencia medioambiental, así, por ejemplo, un tratamiento de agua originará unos lodos, con la consiguiente necesidad de gestionar estos residuos; un tratamiento de gases por sistemas de lavado puede en muchas ocasiones originar un problema de contaminación de agua, o residuos líquidos; una incineración de resi- duos causará impactos en la atmósfera ... En definitiva, nuestro propósito ha sido ela- borar un libro cuya consulta permita a los alumnos adquirir una idea correcta del porqué de los problemas ambientales, de la forma de cuantificarlos, de la manera de minimizarlos, de las consecuencias que se derivarán al optar por determinadas solu- ciones, etc., un libro cuyo estudio capacite a los alumnos para abordar los problemas de la contaminación desde perspectivas y enfoques globales. Evidentemente, las necesidades derivadas de la didáctica y de las estrategias del aprendizaje nos han llevado a abordar en capítulos diferentes los problemas de la contaminación del agua, del aire y los originados por los residuos. Pero a lo largo de nuestra exposición nunca hemos dejado de hacer referencias a la rela- ción que un tema concreto objeto de análisis puede tener con otros aspectos de la contaminación en los demás medios. Pasando a comentar brevemente la estructura de la obra que presentamos, los capítulos referentes a agua y aire se inician con el estudio de las propiedades, carac- terísticas y procesos principales que ocurren de forma natural en un ambiente no contaminado. Posteriormente se estudia cuáles son los fenómenos de contaminación © Ediciones Paraninfo 13 O Presentación más frecuentes que en cada caso se presentan y que modifican la situación original del medio correspondiente, sus causas, sus efectos, los parámetros más habituales empleados para cuantificarlos y el tipo de soluciones técnicas que existen para mini- mizarlos. También se hace referencia a la legislación aplicable en nuestro país a la calidad de distintos tipos de aguas, de la atmósfera y a los vertidos emitidos en ambos medios. En ocasiones, cuando se abordan cuestiones de especial relevancia y preo- cupación social, tales como el efecto invernadero, el deterioro de la capa de ozono, el uso de plaguicidas y detergentes, etc., se incide en ellas con una mayor extensión. El capítulo dedicado a los residuos aborda su estudio clasificándolos en urba- nos, industriales, agrarios, sanitarios y radiactivos. Para todos ellos se plantean las formas de caracterizarlos y valorarlos, así como los métodos de tratamiento aplicables a cada uno de los diversos tipos. Se incide también sobre los problemas que una gestión inadecuada de los residuos origina en el suelo. Hemos procurado preparar un texto cuya conexión con la realidad fuese un hecho lo más palpable posible. Para ello hemos recopilado e incluido a lo largo del libro algunas referencias a problemas y accidentes medioambientales de impor- tancia relevante que se han producido a lo largo de la historia. Además, hemos con- siderado conveniente elaborar otro texto, que a nuestro juicio constituye un impor- tante complemento de este manual, en el que se proponen una serie de problemas numéricos y cuestiones teóricas, con enunciados medioambientales realistas, cuya resolución puede abordarse combinando los conocimientos adquiridos en este tex- to con los de química que cualquier alumno de nivel universitario posee. También hemos creído oportuno completar los conocimientos expuestos en el libro, acompañándolo de un CD en el que hacemos referencia dos aspectos que con- sideramos de gran importancia: la gestión medioambiental y el análisis de contami- nantes. En cuanto al primero, consideramos que la aplicación de los instrumentos de gestión medioambiental en la industria es actualmente una preocupación cons- tante en todos aquellos profesionales con responsabilidades ambientales y/o de ges- tión en una empresa. Por ello, creemos que puede resultar de interés la inclusión de este capítulo, en el que se resumen las legislaciones aplicables a la misma, así como una serie de consideraciones sobre los dos sistemas de gestión medioambiental mayoritariamente empleados: la serie de normas ISO 14.000 y el Reglamento Euro- peo de Gestión y Auditoría Medioambientales (EMAS). El capítulo va acompañado de tres archivos en los que se recogen la Ley 6/2001, de Evaluación de Impacto Ambiental, el Reglamento (CE) nº 76112001 del Parlamento Europeo y del Consejo, por el que se permite que las organizaciones se adhieran con carácter voluntario a un sistema comunitario de gestión y auditoría medioambientales (EMAS) y la Directiva 97 /11/CE del Consejo, relativa a la evaluación de las repercusionesde determinados proyectos públicos y privados sobre el medio ambiente. En cuanto al capítulo referente a los métodos más frecuentes de análisis de con- taminantes, creemos que su inclusión puede dar una visión global de las formas de abordar el mismo, complementar la visión química de los problemas ambientales y facilitar la búsqueda detallada de las metodologías más frecuentemente empleadas para detectar y cuantificar los diferentes tipos de agentes en los distintos medios. Por último, nos gustaría transmitir a través de este libro, con ilusión y con modestia, el interés y preocupación que tenemos y la responsabilidad individual y colectiva en que consideramos que estamos inmersos, como ciudadanos y docentes, sobre la situación actual y futura de nuestro medio ambiente. 14 ©Ediciones Paraninfo ABREVIATURAS Y NOTACIONES EMPLEADAS EN ESTE LIBRO Toda la simbología empleada en este libro es la especificada por la I.U.P.A.C. (Intemational Unían of Pure and Applied Chemistry). Además de éstas, a lo largo del libro se han utilizado otras abreviaturas, con respecto a las cuales deseamos señalar que la mayor parte corresponden a las iniciales de las palabras que cons- tituyen el nombre de aquello a que hacemos referencia. Estas iniciales pueden ponerse en orden teniendo en cuenta la lengua castellana (caso de que exista tra- dición de traducir el nombre), o la inglesa. Así, por ejemplo, COT son las inicia- les de Carbono Orgánico Total si tenemos en cuenta la denominación castellana del parámetro, pero si consideramos la denominación inglesa, Total Organic Car- bon, la abreviatura sería TOC. Hemos procurado mantener a lo largo del texto el nombre castellano, pero debe quedar reflejado que no existe acuerdo en la biblio- grafía y que ambos tipos de abreviatura se utilizan indistintamente en los libros escritos en nuestra lengua. En la lista que a continuación se expone, junto a la abreviatura utilizada en el texto, se recoge entre paréntesis la abreviatura en len- gua inglesa. Abreviaturas de carácter científico-técnico utilizadas en el texto (orden alfabético): ABS ACV ARI ARU AWWA BEF Bq BWR C/N CARD CB (BC) CBR CE (EC) CFC Ci CIA CIC CL (LC) cosv COT(TOC) COV(VOC) COV.NM (NMVOC) DAF DBOx(BODx) DBPs DDT DE © Ediciones Paraninfo Alquilbencenosulfonato Análisis de Ciclo de Vida Agua Residual Industrial Agua Residual Urbana American Water Works Association Bacterias Eliminadoras de Fósforo Becquerelio Reactor de Agua en Ebullición Relación Carbono Nitrógeno Centro Autorizado de Recepción y Descontaminación Coeficiente de Bioacumulación Contador Biológico Rotativo Concentración Efectiva Clorofluorocarbono Curie Capacidad de Intercambio Aniónico Capacidad de Intercambio Catiónico Concentración Letal Compuesto Orgánico Semivolátil Carbono Orgánico Total Compuesto Orgánico Volátil Compuesto Orgánico Volátil No Metánico Flotación por Aire Disuelto Demanda Bioquímica de Oxígeno a los x días Subproductos de la Desinfección Diclorodifeniltricloroetano Dosis Equivalente 15 O Abreviaturas y notaciones empleadas en este libro 16 DL (LD) DQO (COD) DU (UD) E (E) EDAR EDARI EDTA EN Eº (Eº) FTU (UNF) GAC HAP's (PHA's) Hb hb-eq HC HCB(BCH) HCFC's HCH l+D ICG IDV IPVS IR ISQA IVF KB Kow LAS LD LMT LSI MER MES MF MPS N NADP NADPH NFU NPA(PAN) Dosis Letal Demanda Química de Oxígeno Unidad Dobson Potencial de electrodo de reducción Estación Depuradora de Aguas Residuales Estación Depuradora de Aguas Residuales Industriales Ácido etilendiaminotetracético Normas Europeas Potencial de electrodo de reducción en condiciones estándar Unidades de Formacina de Turbidez Carbón Activado Granular Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos Hemoglobina Habitante Equivalente Hidrocarburos Hexaclorobenceno Hidroclorofluorocarbonos Hexaclorociclohexano Investigación y Desarrollo Índice de Calidad General Índice de Desviación de Vertido Concentración Inmediatamente Peligrosa para la Vida o la Salud Infrarrojo Índice Simplificado de Calidad del Agua Índice Volumétrico de Fangos Factor (coeficiente) de bioacumulación Coeficiente o constante de reparto octanol-agua Laurilsulfonato Lodos de Depuradora Límite Medio de Tolerancia Índice de Langelier Materiales Específicos de Riesgo Materia en Suspensión Micro filtración Materias Primas Secundarias Esta letra, delante de una unidad de volumen de gas indica que dicho volumen se considera medido en con- diciones normales de presión y temperatura. Así, Nm3, NI o Ncm3 indica que nos referimos a un metro cúbico, un litro o un centímetro cúbico, respectivamente, de gas medidos a una presión de 1 atmósfera y a una tem- peratura de 273 K. Nicotinamida Adenin Dinucleótido Fosfato Nicotinamida Adenin Dinucleótido Fosfato (forma reducida) Neumático Fuera de Uso Nitrato de PeroxiAcilo ©Ediciones Paraninfo NPB(PBN) NTA NTU OF p 1t PAC PCB PCDD PCDF PCI PCS PCT pE PE PE-HD PE-LD PET PHN PMX PNLD PNNFU PNRCD PNRMDSAM PNRU PNRV PNVFU pp ppb ppm PS PVC PWR RAA RAS (SAR) RBMA RCD RPdH RSI RV SAICA SAO SDDR SEC SIG SOD (DOS) SS ssv © Ediciones Paraninfo Abreviaturas y notaciones empleadas en este libro O Nitrato de PeroxiBenzoilo Ácido Nitrilotriacético Unidades Nefelométricas de Turbidez Oxidantes Fotoquímicos Presión Presión osmótica Carbón Activado en Polvo Policlorobifenilo Policlorodibenzo-p-dioxina Policlorodibenzofurano Poder Calorífico Inferior Poder Calorífico Superior Policloroterfenilo Potencial redox Polietileno Polietileno de Alta Densidad Polietileno de Baja Densidad Polietileno Tereftálico Plan Hidrológico Nacional Partículas de diámetro inferior a x µm Plan Nacional de Lodos de Depuradora Plan Nacional de Neumáticos Fuera de Uso Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición Plan Nacional de Residuos de Matadero, Decomisos, Subproductos cárnicos y Animales Muertos Plan Nacional de Residuos Urbanos Plan Nacional de Residuos Voluminosos Plan Nacional de Vehículos Fuera de Uso Polipropileno Partes por billón (1 billón= 1.000 millones) Partes por millón Poliestireno Policloruro de Vinilo Reactor de Agua a Presión Residuos de Alta Actividad Reducción Adsorción Sodio Residuos de Baja y Media Actividad Residuos de Construcción y Demolición Residuos Peligrosos del Hogar índice de Ryznar Residuos Voluminosos Sistema Automático de Información de Calidad de Agua Sustancia Aportadora de Ozono Sistema de Depósito, Devolución y Retorno Sustancias Extraíbles al Cloroformo Sistema Integrado de Gestión Sustancia Destructora de Ozono Sólidos en Suspensión Sólidos en Suspensión Volátiles 17 D Abreviaturas y notaciones empleadas en este libro T TEF TEPP TEQ THM THR TRS TSD (SDT) UF uv VFU VLT WAO Temperatura Factor de Equivalencia Tóxica Pirofosfato de Tetraetilo Equivalente Tóxico Trihalometano Tiempo Hidráulico de Retención Tiempo de Retención de Sólidos Total de Sólidos Disueltos Ultrafiltración Ultravioleta Vehículo Fuera de Uso Valor Límite Umbral Oxidación con Aire Húmedo Abreviaturas referentes a organismos, entidades y normas de carácter administrativo (orden alfabético): 18 AENOR API ASTM BOE CEE CER CIBMAT EIA EMAS ENAC ENRESA EPAóUSEPA FAO IDAE ISO I.U.P.A.C. MMA MOPT MOPTMA MOPU OCDE OIBA OMS(WHO) R.D. SGM UE UNE Asociación Española de Normalización Instituto del Petróleo Americano Sociedad Americana para Ensayos y Materiales Boletín Oficial del Estado Comunidad Económica Europea Catálogo Europeo de Residuos Centro de Investigaciones Energéticas, Medio Ambien- tales y Tecnológicas Evaluación de Impacto Ambiental Sistema Comunitario de Gestión y Auditoria Medio Ambiental Entidad Nacional de Acreditación Empresa Nacional de Residuos Agencia de Protección del Medio Ambiente-USA Organización para la Alimentación y la Agricultura Institutopara la Diversificación y Ahorro de Energía Organización Internacional para la Estandarización International Union of Pure and Applied Chemistry Ministerio de Medio Ambiente Ministerio de Obras Públicas y Transportes Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo Organización para la Cooperación y el Desarrollo de Europa Organismo Internacional de Energía Atómica Organización Mundial de la Salud Real Decreto Sistema de Gestión Medioambiental Unión Europea Normas Españolas © Ediciones Paraninfo INTRODUCCIÓN La preocupación por la problemática de la contaminación del medio ambien- te ha alcanzado en estos últimos tiempos una dimensión inusitada. Para com- prenderlo adecuadamente y analizar la influencia del hombre sobre el mismo, es absolutamente necesario examinar con anterioridad las características que lo definen, y que de una manera breve podríamos enunciar tratando de responder a las siguientes preguntas: ¿por qué la acción humana ha alterado el equilibro exis- tente en la naturaleza?, ¿es cierto que actualmente hay una crisis ambiental?, caso de que la existencia de la crisis sea cierta ¿cuáles son sus causas y cuáles los desequilibrios que se derivan de la misma?, los problemas ambientales ¿son loca- lizados o se extienden de unas a otras esferas de la biosfera y de unas a otras zonas del planeta?, y por último, ¿cómo deben abordarse los problemas ambien- tales?. En las siguientes líneas exponemos nuestra opinión sobre las respuestas que consideramos deben recibir los interrogantes planteados. El medio ambiente, o el medio humano concebido como biosfera, es un siste- ma que engloba a todos los seres vivientes de nuestro planeta, así como el aire, el agua y el suelo que constituyen su hábitat o lugar donde se desarrolla normal- mente su ciclo vital. Podríamos resumir el funcionamiento de la biosfera con un ciclo como el que se refleja en la figura siguiente. Este sistema de relaciones, en cuyo seno se reci- clan todos aquellos productos de la biosfera, tiene una gran unidad y mantiene el llamado equilibrio ecológico sobre la tierra. Radiación solar ' / PLANTAS Materia Inerte, co,, H20, ... Microorganismos ~ OXÍGENO Fotosíntesis =====~ MATERIA NUTRITIVA ANIMALES RESIDUOS / gaseosos =:> ATMÓSFERA - líquidos } ~ =:> HIDROSFERA Y SUELO sólidos Esquema representativo del EQUILIBRIO ECOLÓGICO © Edic iones Paraninfo 19 O Introducción ¿POR QUÉ LA ACCIÓN HUMANA HA ALTERADO EL EQUILIBRIO EXISTENTE EN LA NATURALEZA? A lo largo de la historia de la humanidad, la acción del hombre ha pasado por diversas etapas, y ha ido introduciendo alteraciones, cada vez más notorias en este equilibrio ecológico. Desde una perspectiva correspondiente a las sociedades que más han evolucionado desde el punto de vista de la ciencia y la tecnología, podríamos resumir, de forma breve y muy simplificada, dichas alteraciones de la siguiente manera: • Época de nomadismo: El ser humano es recolector y cazador, no modifica el equilibrio ecológico, al comportarse como un animal depredador más. • Hombre sedentario: - Pastor y agricultor: se inicia la alteración del medio ambiente, especial- mente por la quema de bosques. - Comienza el incremento de consumo de energía, esencialmente renovable, de biomasa y también de recursos naturales. - Feudalismo, las tecnologías pre-industriales y las guerras son la antelasala de las grandes alteraciones ambientales. - Empieza la formación de los, aún poco numerosos, grandes núcleos de población, con la consiguiente aparición de fenómenos de contaminación loca- lizada. • Revolución industrial a partir del siglo XVIII («Hombre industrial»): - La actitud ante la naturaleza es de superioridad y dominio. - Despierta la fe del hombre en la ciencia y la técnica. - Se considera la contaminación como un mal necesario para el progreso económico. - Comienza la transformación de la población rural en urbana, con la consi- guiente emisión de contaminantes en las grandes urbes y alteraciones ambienta- les de carácter local/regional. - Se empiezan a utilizar de forma masiva las energías no renovables y se genera una espiral de explotación de recursos. - El modelo cultural que se instaura está dominado por lo urbano, lo que significa que los ecosistemas son deficitarios en materia y energía e incapaces de asimilar los residuos que se generan. Comienzan a utilizarse diferentes métodos de transporte con empleo de energía proveniente de combustibles fósiles. • Situación actual («Hombre tecnológico»): - Se introducen en el ambiente sustancias <<nuevas» no naturales. - Se presentan problemas de contaminación de carácter global, afectando a todo el planeta: efecto invernadero, destrucción de la capa de ozono estratosféri- ca, contaminación marina ... - Las grandes y numerosas concentraciones urbanas e industriales y la explosión demográfica, producidas a partir del siglo XX, ocasionan un agrava- miento de la contaminación localizada. 20 ©Ediciones Paraninfo Introducción D ¿ES CIERTO QUE, ACTUALMENTE, HAY UNA CRISIS AMBIENTAL? Esta evolución del comportamiento de una parte de la humanidad nos ha lle- vado a desembocar, en la actualidad, en una auténtica crisis ambiental o ecológi- ca de características muy especiales, entre las que podríamos citar su alcance mundial, la dificultad de controlar algunos de los cambios que origina y la posi- bilidad de que nos esté acercando al límite natural del crecimiento, como se afir- mó en la Conferencia de Río de Janeiro de 1992. Entre las realidades más signifi- cativas que actúan como indicadores de la crisis podríamos citar: • Cambio climático: ocasionado como consecuencia del efecto invernadero y de la destrucción que está experimentando la capa de ozono estratosférica. • Deterioro de suelo: deforestación, desertización, erosión ... • Pérdida de especies: el agotamiento de recursos naturales y la reducción de la biodiversidad son, lamentablemente, realidades incuestionables. • Aspectos socioeconómicos: ciertos fenómenos sociológicos como la explo- sión demográfica, el desequilibrio Norte/Sur y la amenaza nuclear inciden (o pueden incidir) de forma importante en la crisis ambiental. • Grave contaminación de las aguas, aire y suelos: existe un absoluto acuerdo entre la comunidad científica respecto a la gravedad del grado de conta- minación existente en estos medios. • Incremento de los accidentes medioambientales graves: los episodios puntuales de contaminación a causa de accidentes de muy diversa naturaleza son cada vez más frecuentes y se han multiplicado de forma alarmante en los últimos 50 años. ¿CUÁLES SON SUS CAUSAS? Como decíamos, es un hecho indiscutible la existencia actual de una crisis ambiental a nivel mundial. Las causas que nos han abocado a la misma tienen origen en el tipo de sociedad que hemos construido, y podríamos resumirlas así: • Grado y tipo de desarrollo de la sociedad: hemos establecido como dogma de comportamiento el crecimiento y consumo ilimitado de bienes, aceptando sin discusión la premisa de que un grado de desarrollo elevado es sinónimo de un alto consumo. En este mismo apartado podríamos reflexionar sobre el tipo de bienes que consumimos, e interrogarnos sobre si es o no adecuado el crecimien- to de la utilización de artículos de corta vida útil al que estamos asistiendo. • Concentraciones urbanas e industriales: la forma de vida que hemos adoptado implica la concentración de la población, y por tanto de las actividades propias de ésta, incluida la industria, en zonas muy reducidas. El fenómeno del crecimiento urbano es un hecho innegable en nuestros días, y este crecimiento ha originado un incremento de los problemas ambientales, derivados de la necesi- dad de establecer formas de vida acordes con el mismo. Así, el aumento del trans- porte ligado al desplazamiento hasta el lugar del trabajo de las personas en las grandesciudades es una de las causas principales de contaminación atmosférica en las zonas urbanas. Si bien no son los problemas derivados del transporte los únicos a considerar: la generación de residuos, el volumen de aguas residuales, etc., han adquirido unas dimensiones tales que se han transformado en proble- mas cuya correcta gestión implica una dificultad considerable. © Ediciones Paraninfo 21 O Introducción • Exigencias del avance tecnológico: las necesidades ligadas al avance tec- nológico hacen preciso un avance continuo en diversos campos, fundamental- mente en materiales, con la consiguiente producción de nuevos residuos, tanto durante los procesos de producción como en el momento último del ciclo de vida de los mismos, cuando se hace preciso desecharlos. • Demanda de recursos primarios, principalmente energéticos y minerales: todos los puntos anteriormente mencionados van inexorablemente unidos a un incremento de la demanda de energía, y no olvidemos que actualmente las princi- pales fuentes energéticas utilizadas son las derivadas de los combustibles fósiles o la energía nuclear. Ambos tipos de energía son agresivos con el medio ambiente, bien por la emisión de gases contaminantes o responsables del efecto invernadero, o por la generación de residuos de especial peligrosidad, por lo que, ineludiblemente, los problemas ambientales se verán incrementados. El empleo de materiales de «Usar y tirar», es decir, la cultura de los bienes de corta vida media, incrementará así mismo los problemas derivados de la utilización desmesurada de recursos naturales, gene- rando el agotamiento o la explotación desmedida de los mismos. Y ¿CUÁLES SON LOS DESEQUILIBRIOS QUE SE DERIVAN? Todos los hechos mencionados se han traducido en la introducción de des- equilibrios en los procesos naturales. Entre las alteraciones generadas en el ciclo del equilibro ecológico, habría que reseñar: - Las ocasionadas por el empleo de otras fuentes de energía distintas a la solar, de carácter no renovable y causantes de importantes efectos en el medio ambiente. - Las originadas por la síntesis de nuevos productos y subproductos de carácter muy poco biodegradable (compuestos persistentes), que son la causa de la producción de residuos imposibles de incorporar al ciclo ecológico. - Las derivadas de la síntesis de sustancias capaces de causar importantes daños medioambientales. - Las provocadas por la imposibilidad de asimilación natural de la ingente cantidad de residuos acumulados en una zona geográfica limitada a causa de la existencia de las grandes concentraciones urbanas e industriales. Como consecuencia de estas alteraciones se han producido determinados efectos no deseables, entre otros podríamos citar: • Presencia en el ambiente de sustancias que ejercen efectos negativos directos: elementos radiactivos, sustancias de diversa naturaleza de carácter tóxico y en muchos casos bioacumulativo (pesticidas, hidrocarburos aromáticos policíclicos, policlorobifenilos, tóxicos, metales pesados ... ). • Aparición de sustancias con efectos ambientales nocivos a largo plazo: es el caso de los clorofluorocarbonos (CFC's), causantes en gran medida del deterioro de la capa de ozono estratosférica. • Aumento continuado de las cantidades de algunas sustancias naturales, que puede originar efectos muy negativos. El dióxido de carbono atmosférico es el caso extremo, por su influencia en el efecto invernadero. • Aparición de efectos ocasionados por la evolución atmosférica de los contami- nantes: la lluvia ácida, problemas derivados del ozono troposférico y otros oxi- dantes ... 22 ©Ediciones Paraninfo Introducción O LOS PROBLEMAS AMBIENTALES ¿SON LOCALIZADOS O SE EXTIENDEN DE UNAS A OTRAS ESFERAS DE LA BIOSFERA Y DE UNAS A OTRAS ZONAS DEL PLANETA? Con respecto a la pregunta de si la contaminación se localiza y ejerce su efec- to en el medio sobre el cual se produce la emisión de los agentes contaminantes o, por el contrario, se extiende a otros, es preciso resaltar que un problema origi- nado en cualquiera de las esferas constituyentes del hábitat del hombre, puede extenderse a las demás. Por ello, los problemas asociados al medioambiente deben abordarse desde una pespectiva global, (los contaminantes emitidos en uno de los medios pueden difundirse a los otros), así que deberán conocerse las interrelaciones entre unos y otros medios y las soluciones a implantar deberán ser integrales. En el siguiente esquema se recoge cómo los contaminantes emiti- dos en uno de los medios pueden difundirse a los otros, en función de la natura- leza de dicho medio y de las propiedades de la sustancia, principalmente, solubi- lidad en agua, volatilidad, y capacidad de absorción sobre las partículas del suelo. HIDROSFERA Kaw ATMÓSFERA Volatilidad (Presión de por) CONTAMINANTE PURO Capacidad de adsorción y de absorción • FASES SÓLIDAS: LITOSFERA: Suelo, sedimentos ... SERES VIVOS Los porcentajes de distribución, o cantidad de contaminantes en cada una de las fases de la biosfera dependerá, finalmente, de las correspondientes constantes de reparto, siendo: Kaw la constante de reparto del contaminante entre aire y agua. Ksw la constante de reparto del contaminante entre suelo y agua. Ksa la constante de reparto del contaminante entre suelo y aire. También debemos ser conscientes de que los problemas de contaminación generados en un punto concreto del planeta pueden extenderse a otras zonas, en ocasiones separadas geográficamente del punto conflictivo por distancias impor- tantes. Este fenómeno de la contaminación transfronteriza de los contaminantes, es especialmente relevante en el caso de los contaminantes atmosféricos, y, en ©Ediciones Paraninfo 23 O Introducción ocasiones, se han dado situaciones en las que un determinado problema origina- do en un punto concreto se percibió a gran distancia del mismo al poco tiempo de haberse producido. Un ejemplo de este tipo de situación fue la detección del accidente nuclear de Chernobil en la península Escandinava, antes de que hubie- ra sido hecho público por la Administración responsable, debido a los altos valo- res de radiación que presentaba la atmósfera en esa zona. La emisión de contaminantes puede incluso generar problemas globales que afectan a todo el conjunto de la tierra. En este sentido, el efecto invernadero o la destrucción de la capa de ozono estratosférica son dos ejemplos a tener en cuen- ta. Ambos afectan a la totalidad del planeta y son producidos por contaminantes emitidos principalmente en determinadas zonas geográficas, aquellas correspon- dientes a los países llamados desarrollados. Por estas dos razones, existe conciencia de que los problemas de medio ambiente deben abordarse desde una perspectiva internacional, de ahí la prolife- ración de reuniones y acuerdos entre países. ¿CÓMO DEBEN ABORDARSE LOS PROBLEMAS AMBIENTALES? Control de los problemas ambientales Analicemos brevemente cómo ha ido evolucionando el enfoque que debe dar- se al control de los problemas de contaminación. Históricamente, los puntos de vista desde los que se abordaban los problemas han ido evolucionando, pasando por distintas etapas, que de forma resumida y cronológica, podríamos sintetizar de la siguiente forma: En una etapa inicial, se consideraba que los compuestos químicos emitidos podrían ser asimilados por la naturaleza, transformándolos en sustancias ino- cuas o diluyéndolas de forma suficiente. Es decir, la naturaleza se bastaba a sí misma para resolver las alteraciones antropogénicas que se ocasionaban. Posteriormente, y principalmente como consecuencia del descubrimiento de la persistencia y bioacumulación de muchos contaminantes, lo que ocurrió en los años de 1960-1970 en que se detectaron estas características para algunos com- . puestos tales como el DDT, los policlorobifenilos, los clorofluorocarbonos, el mercurio ... , se recurrió a la prohibición de su produccióno a la limitación de su uso. Más tarde se descubrieron subproductos tóxicos, entre los que cabe destacar las dioxinas producidas durante los procesos de fabricación de pesticidas o en la incineración de determinados tipos de compuestos. Estos hechos llevaron a esta- blecer una estrategia de reducción de vertido y a tomar medidas encaminadas a evitar su dispersión, o bien a tratar de transformar las sustancias problemáticas en especies más inocuas. Son las denominadas «soluciones de final de tubería». Actualmente, y dadas las dimensiones del problema y el incremento de la conciencia ecológica de la sociedad, la estrategia en vigor es la de «prevención de la contaminación». Esta estrategia es válida tanto a nivel social como a nivel industrial. Desde la Administración se trata de promover en la ciudadanía todo tipo de actitudes encaminadas a potenciar un comportamiento respetuoso con el medio ambiente, lo que implica desde la disminución y/o el uso adecuado de los recur- 24 ©Ediciones Paraninfo Introducción D sos naturales, hasta el fomento de actividades tales como la recogida selectiva en origen de los residuos. Pero es quizá en el campo de la industria donde esta nueva estrategia tiene su máxima implantación. En este sentido, se trata de introducir toda una serie de cambios, de mayor o menor envergadura, siguiendo las directrices de lo que se ha dado en llamar la «Química verde», que, en última instancia, persigue evitar la generación de productos o subproductos tóxicos en origenmediante la implanta- ción de las medidas oportunas. El conjunto de las mismas es lo que se denomina «tecnologías limpias». Sus objetivos esenciales son la minimización de la gene- ración de residuos, del uso de energía, agua y materias primas y, como conse- cuencia de todo ello, la minimización de la contaminación y del impacto ambien- tal. Este tipo de objetivos se consigue adoptando ciertos métodos y actuaciones, entre los que podríamos destacar: los cambios en los procesos de producción, el rediseño de productos, la sustitución de disolventes y materias primas, el recicla- je en «circuito cerrado» y la cogeneración energética. La industria tiene a su alcance una serie de instrumentos que son de gran ayu- da a la hora de tratar de implantar una tecnología limpia, así, el análisis de ciclo de vida de los productos, la evaluación de impacto ambiental de la actividad, la realización de ecoauditorías y la aplicación de los sistemas de gestión ambiental (Normas ISO, EMAS ... ) resultan de enorme utilidad. Costes de la contaminación No podemos finalizar la introducción al estudio de los problemas medioam- bientales sin hacer referencia al «precio de la contaminación». El coste de la degradación del medio ambiente es difícil de calcular, eso sí, siempre debemos tener presente que el coste no será únicamente económico, los costes sociales y ecológicos no sólo no deben ser ignorados sino que, probablemente, sean los más importantes. El coste económico sería el referente al importe monetario. En él se incluirían la prevención, el análisis y el control de los problemas de contaminación, los gas- tos derivados del deterioro de materiales, el importe ¿cuantificable? de la pérdi- da del patrimonio, el derivado de la disminución de cultivos ... Los costes sociales resultan difíciles de resumir. Tendríamos necesariamente que contemplar los derivados del deterioro de la salud de seres vivos, las tensio- nes sociales y/o políticas originadas por la pérdida o reducción de recursos natu- rales, los generados por la implementación de modelos de desarrollo incompati- bles con el medio ambiente ... En cuanto al denominado coste ecológico, debemos indicar que tendría que considerar los daños producidos en los diferentes ecosistemas, la pérdida de recursos naturales, la reducción de la biodiversidad, el incremento de la deserti- zación, los fenómenos derivados del cambio climático, etc. Para nosotros, es evidente que una adecuada visión de la problemática ambiental implica una valoración de los impactos global y lo más amplia posible, superando perspectivas economicistas que se limitan a evaluar los costes mone- tarios a corto plazo. Consideramos que, dado que la crisis ambiental es global, la respuesta a la misma debe también ser global, y esta respuesta vendrá encamina- da por dos vías, la educación ambiental y la adecuada aplicación del llamado © Ediciones Paraninfo 25 O Introducción «desarrollo sostenible o sustentable», entendido éste como el desarrollo que colma las necesidades de la generación actual sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades. Creemos que son necesarias múltiples y variadas acciones encaminadas a corregir los graves problemas ambientales a los que nos enfrentamos como espe- cie y como parte de la Naturaleza en su conjunto. Reparar y prevenir las futuras consecuencias son dos aspectos inseparables frente a la crisis ecológica. Se hace imprescindible la toma de decisiones científicas, tecnológicas, políticas y sociales correctas por parte de los organismos que tienen competencia en las mismas, pero también resulta igualmente imprescindible la toma de conciencia individual y colectiva de los ciudadanos. En todos los campos y actividades debe tenerse presente la necesidad del res- peto al medio ambiente, y desde las posiciones de acción o influencia de cada uno, debemos fomentar una serie de actitudes y medidas que aseguren que nos encaminamos en la dirección adecuada para paliar los problemas que tenemos planteados. Sería interminable enunciarlas, pero, y dado que estamos hablando desde un texto de química y los autores desarrollamos nuestra labor en el campo de la educación, deseamos resaltar la importancia de la Educación Ambiental en todos los niveles de enseñanza y la necesidad de difusión de la Química Ambien- tal y del enfoque medioambiental en todos los estudios de carácter científico y/o tecnológico. 26 ©Ediciones Paraninfo Introducción O CALENDARIO ECOLÓGICO 28 de enero 2 de febrero 6 de marzo 21 de marzo 22 de marzo 23 de marzo 12 de abril 22 de abril 9 de mayo 15 de mayo 22 de mayo 24 de mayo 29 de mayo S de junio 8 de junio 12 de junio 17 de junio 22 de junio Segundo jueves de julio 11 de julio 16 de septiembre 22 de septiembre Última semana de septiembre 4 de octubre Primer lunes de octubre Primer sábado de octubre Segundo miércoles de octubre 6 de noviembre 23 de noviembre 29 de diciembre © Edic iones Paraninfo Día por la reducción de las emisiones de C02 Día Internacional de los Humedales Día Mundial de la Eficiencia Energética Día Forestal Mundial Día Mundial del Agua Día Meteorológico Mundial Día Mundial contra la Contaminación Acústica Día de la Tierra Día Internacional de las Aves Día de Acción del Clima Día Mundial de la Biodiversidad Día Europeo de los Parques Naturales Día Mundial de la Energía Día Mundial del Medio Ambiente Día Mundial de los Océanos Día Mundial de la Descontaminación Acústica Día Mundial de Lucha contra la Desertificación y la Sequía Día Mundial del Suelo y de la Tierra Fértil Día del Árbol Día Mundial de la Población Día Internacional de la Preservación de la Capa de Ozono Día Mundial sin Coches Día Marítimo Mundial Día Mundial de los Animales Día Mundial del Hábitat Día Interamericano del Agua Día Internacional para Reducción de los Desastres Naturales Día de los Parques Nacionales Día de los Bosques Autóctonos Día Internacional de la Diversidad Biológica 27 El agua 1 1 . El agua: generalidades. 2. Características de las aguas naturales. 3. Contaminación del agua. 4. Algunos contaminantes específicos. 5. Tratamiento de aguas naturales. 1 6. Depuración de aguas residuales. ~ ' 7. Criterios de calidad del agua. Legislación. Capítulo El agua: generalidades O 1 .1 . Abundancia, ciclo y usos del agua. O 1 .2 . Propiedades del agua y consecuenciasmedioambientales. El agua es uno de los compuestos químicos más importantes para los seres humanos y la vida en general, tal como se desarrolla en nuestro planeta. Fijándonos en el aspecto puramente cuantitativo, debemos indicar que el agua cubre aproximadamente el 72% de la superficie terrestre, y que la materia viva incluye en su composición altísimos porcentajes de esta sustancia. Valgan como ejemplo del contenido aproximado en agua de diversos organismos los siguientes datos: Medusa Embriones humanos Recién nacido Hombre adulto Árboles 98% >95% 70% 60% 50% La propia sangre humana y los fluidos corporales de muchos animales se ase- mejan notablemente al agua de mar. Una característica singular del agua es la de ser la única sustancia química que en nuestro planeta se presenta en los tres estados de agregación: sólido, líqui- do y gaseoso, en estado natural. Desde el punto de vista cualitativo, podemos comenzar señalando que todas las formas de vida, aun en el desierto, requieren una entrada importante de agua y casi todas las funciones de nutrición y excreción en los seres vivos se basan en el agua. El agua, además, actúa como fuente de oxígeno tanto en la fotodescomposi- ción atmosférica: H20 + hv -i> 2 H + O -i> H2 +1/2 0 2 como en la fotosíntesis de las plantas verdes. En este último proceso el hidró- geno pasa a formar parte de la materia de la planta, con excepciones poco impor- tantes. La función fotosintética es la base de toda la vida en la Tierra y el agua interviene en ella de dos formas: - Transitoria: ya que como parte de la corriente de transpiración se devuelve en cierta medida. © Ediciones Paraninfo 31 O El agua: generalidades - Permanente: aporta el hidrógeno que está combinado en la planta. Fotosíntesis: la implicación del agua en este proceso es la siguiente: 2H20 ---+ 0 2 + 4e- +4H+ 2NADP + 4e- + 2H• --+ 2NADPH 2H+ +2 NADPH + C02 ---+ 2NADP +H20 + CH20 Balance neto: C02 + H20 ---+ CH20 + 0 2 1.1. ABUNDANCIA, CICLO Y USOS DEL AGUA 1.1.1. Abundancia En la Tabla 1.1 vemos la distribución del total del agua que hay en nuestro pla- neta en los distintos tipos existentes. Observamos que el porcentaje más elevado es agua salada de mares y océanos, en principio no útil para la mayor parte de las actividades humanas, lo que hace necesario el tratamiento de la misma con ante- rioridad a su uso. Solamente algo menos del 0,7% (que supone unos 4.1010 kg/per- sona) es agua dulce, que resulta imprescindible y de gran importancia, por lo tan- to también será necesario el mantenimiento de su calidad. Además, del total de agua dulce, menos del 0,01 % es agua superficial, que es la que en principio resul- ta más fácilmente accesible. TABLA 1.1. Distribución del agua en nuestro planeta Compartimento Volumen Superficie % del total (103 km3) (103 km3) Océanos y mares 1.321.250 361.600 97,2 Aguas continentales superficiales 230 1.520 0,017 - lagos de agua dulce 125 850 0,009 - lagos de agua salada 104 700 0,008 - ríos 1,2 0,0001 Casquetes polares y glaciares 29.176 17.870 2,15 Agua subterránea 8.400 0,62 - zona de aireación 67 0,005 - otras hasta 800 m de profundidad 4.170 0,31 - bajo los 800 m 4.170 0,31 Atmósfera 12,9 510.250 0,001 Total (redondeado) 1.360.000 FUENTE: U.S. Geological Survey (1972). En Diccionario de la Naturaleza. BBV (1973). Sin embargo, estas cantidades de agua dulce son suficientes para las activida- des humanas incluso para un futuro todavía lejano. Se calculan del orden de unos 46.000 km3 de recursos hídricos de agua dulce, disponibles a nivel mundial, que suponen m ás de 5.000 m 3/habitante-año. Se entiende por recursos hídricos como la cantidad de agua que circula por los ríos de una zona y las reservas acumula- 32 © Edic iones Paraninfo El agua: generalidades O das superficial y subterráneamente en un año medio. Pero hay que tener en cuen- ta dos hechos importantes, por un lado el gran problema de la distribución irre- gular de las aguas a nivel mundial y regional, como puede apreciarse de forma muy resumida en la Tabla 1.2, y por otro, los problemas de contaminación gi-ave localizada, que ocasionan, en zonas con suficiente abundancia de agua, que ésta no sea utilizable por su baja calidad. TABLA 1.2. Distribución mundial de los recursos de agua. Territorio Recursos hídricos % Población (millones) Recursos (m 3/hb/año) (km3/año) 1995/2025 1995/2025 Europa 2.536 5 504/515 5.031/4.924 Asia 10.700 23 3.413/4.912 3.135/2.178 África 4.570 10 747/1.597 6.117 /2.861 América Sur 11.760 25 326/494 36.073/23.805 América Norte y Centro 8.200 17 453/596 18.101 /13 .758 Oceanía 2.388 5 28/38 85.285/62.842 Antigua URSS 4.384 9 299/352 14. 662/12 .454 Mundo 46.768 100 5. 770/8.504 8.105/5.494 España 11 o 0,2 40/42 2.750/2.619 FUENTE: Ruiz, J.M., La situación de los recursos hídricos en España (1993). Con respecto a España, según los datos presentados en el Plan Hidrológico Nacional (datos de 1992) los recursos naturales de agua, del orden de 110 km3, son suficientes, como veremos posteriormente, para cubrir las necesidades previstas hasta el año 2010. Sin embargo, la regulación de menos de un 50% de los mismos y, en especial, la gran irregularidad de distribución en las diferentes cuencas, como se aprecia en la Tabla 1.3., conduce a un déficit hidráulico en muchas de ellas. También es importante señalar la gran variabilidad anual e interanual de las precipitaciones y por lo tanto de los recursos, llegando a ser en los años de mayor sequía la tercera parte de los valores medios indicados. 1.1.2. Ciclo hidrológico y contaminación Conviene también recordar el ciclo hidrológico del agua para observar la inte- rrelación entre las diversas formas en las que se encuentra. Vemos que la cantidad total de agua permanece prácticamente en constante equilibrio por compensación de los procesos de evaporación y transpiración (fenómeno por el que la planta libera el exceso de agua a la atmósfera a través de los pequeñísimos poros de las hojas denominados estomas, que actúan también como poros de intercambio para el oxígeno y el dióxido de carbono que participan en la fotosíntesis) con los de precipitación y escorrentía. El balance hídrico sería el siguiente equilibrio: Balance Hídrico: Precipitaciones = Escorrentía (Superficial+Subterránea)+ Evapotranspiración. © Ediciones Paraninfo 33 O El agua: generalidades TABLA 1.3. Recursos de Agua en España Recursos per cápita ,_ Cuenca Recursos en Hm3/año Población (m3/hb/año) Millones hb Naturales Regulados Naturales Regulados Norte de España 44.876 7.448 6,7 6.698 1.112 Duero 12.876 8.355 2,2 5.532 3.798 Tajo 10.185 7.372 5,3 1.922 1.391 Guadiana 5.110 1.897 1,6 3.194 1.186 Guadalquivir 9.234 2.152 4,4 2.090 489 Sur de España 2.830 689 1,9 1.489 363 Segura 960 1.243 1,3 738 956 Júcar 4.366 3.104 4,0 1.091 776 Ebro 18.341 11.271 2,7 6.793 4.174 Pirineo Oriental 3.250 1.654 5,5 591 301 Total peninsular 111 .322 45.185 35,6 3.127 1.269 Islas Baleares 690 290 0,6 1.150 483 Islas Canarias 965 496 1,4 689 354 Total España 112.977 45.971 37,6 3.005 1.223 FUENTE: Medio Ambiente en España 1986. MOPU Se calcula que circulan aproximadamente unos 500.000 km3 de agua al año, a través de los procesos implicados en la ecuación anterior. La Figura 1.1 nos indica una serie de actuaciones humanas que influyen en dicho ciclo: en cuanto al aspecto de los recursos hídricos lo más importante es señalar, en relación a las aguas superficiales, la creación de embalses y de cana- les, y el aprovechamiento de los recursos correspondientes a aguas subterráneas mediante diferentes tipos de pozos. En cuanto al uso (agrícola, urbano e indus- trial) y vertido posterior de las aguas empleadas, el ciclo nos indica además dos hechos relacionados con la contaminación antropogénica: por un lado la conta- minación es un problema que puede extenderse de unas zonas a otras, por ejem- plo de aguas superficialesa aguas subterráneas o de aguas fluviales a aguas mari- nas, y por otro, existirá una relación entre los problemas de contaminación atmosférica y de suelo con los de contaminación de las aguas, cuyo ejemplo más conocido lo encontramos en la lluvia ácida. Asimismo, vemos cómo el mantener un equilibrio entre los diferentes tipos de agua es fundamental, ya que, por ejemplo, la sobreexplotación de acuíferos sub- terráneos puede originar infiltraciones de agua salobre, lo que puede llegar a tener consecuencias de importante gravedad. 1.1.3. Usos del agua Es importante tener en cuenta los diferentes usos del agua por el hombre, por el interés que tiene para comparar recursos de agua y necesidades en el aspecto cuantitativo y también porque tendrá una gran importancia a la hora de valorar 34 © Ediciones Paraninfo El agua: generalidades D la contaminación del agua y los tratamientos que hagan posible su utilización. Habitualmente se distinguen los usos siguientes: - Usos consuntivos: Consumo de agua como tal, con modificación de la calidad. Se consideran esencialmente: 1. Urbano, doméstico, o de abastecimiento. 2. Industrial. 3. Agropecuario. - Otros usos: 4. Generación de energía eléctrica. 5. Medio de vida acuático (acuicultura). 6. Recreativo y estético. 7. Navegación. 8. Otros: Extracción de áridos, medioambientales (caudal ecológico) ... Comentábamos antes que la distribución de los recursos acuáticos es muy irregular, otro tanto podría decirse con respecto a su uso, pues depende del grado de desarrollo de un país o región y de su tipo de economía. A nivel mundial se considera un consumo total de agua del orden de 3.000 km3/año, repartidos en los siguientes porcentajes aproximados: uso agrario (75%), uso industrial (20%) y uso doméstico (5%). En la Figura 1.2 se aprecian datos de distribución de los usos de agua en dis- tintos países, según sea el grado de desarrollo y las actividades económicas pre- dominantes en los mismos. Una muestra de las diferentes demandas según el grado de desarrollo pueden ser los valores de uso doméstico per-cápita, en tres familias medias: New York 300 l/día Nigeria 120 l/día India 25 l/día ACUÍFERO CONFINADO ///¡¡ Terrenopermeable \o;'""'"""'"°' $ deagua )"'"'""""-subterránea FIGURA 1.1. Ciclo hidrológico del agua. Influencia de las actividades antropogénicas. © Ediciones Paraninfo 35 O El agua: generalidades 100 80 3 60 z w (.) g¡ 40 Q_ 20 INDUSTRIAL '""'' Mé:x.ICO MONGOLIA JAPÓN U.R.S.S. HUNGRÍA EEUU POLONIA ALEM. FEO. G. BRETAÑA FUENTE: G. O. Barney, El mundo en el año 2000. Informe técnico. Ed. Tecnos. FIGURA 1.2. Reparto del consumo del agua según países. En lo referente a España, podemos observar en la Figura 1.3 las demandas actuales y su previsible evolución futura en los diferentes sectores. Según estas previsiones, corresponde al uso urbano el mayor incremento porcentual, del orden de un 46%, y el menor al uso como aguas de riego, en el que el aumento porcentual se sitúa en un 16%, aproximadamente. En la Tabla 1.4, se observa la situación detallada por cuencas hidrográficas, donde podemos comprobar la irregularidad indicada anteriormente entre recur- 01992 ~2002 .2012 ABASTECIMIENTOS ,,. "'m ... ., "' O> T"" ""= rl~11i INDUSTRIAL FUENTE: Plan Hidrológico Nacional, 1992. MOPTMA. .... .... [ti~~~ . . OTROS TOTAL FIGURA 1.3. Previsiones de las demandas futuras de agua en el Estado español (Hm3/año). 36 © Ediciones Paraninfo @ rn a. ñ o ::;¡ ID "' "O Q¡ Ol ::;¡ :; o w "" TABLA 1.4. Distribución por cuencas de los recursos y demandas de agua en España. (Previsiones para año 201 O). Disponibilidades Hm3/año Demandas para usos consuntivos Balance hidráulico Cuenca hidrográfica Recursos regulados (Hm3/año) (Hm3/año) Superficial Subterránea Totales Urbano/indust. Regadío Total Superávit Déficit Norte de España 15.461 1.583 17.044 2.250 720 2.970 14.074 - Duero 9.862 599 10.461 335 5.850 6.185 4.276 - Tajo 8.206 1.023 9.229 2.200 3.300 5.500 3.729 - Guadiana 2.305 350 2.655 469 1.724 2.193 462 - Guadalquivir 4:1 25 375 4.500 2.088 4.500 6.588 - 2.088 Sur de España 1.286 479 1.765 508 1.081 1.589 - 176 Segura 575 216 791 406 1.765 2.171 - 1.380 Júcar 2.404 1.199 3.603 1.220 3.586 4.805 - 1.203 Ebro 12.712 195 12.912 869 6.685 7.552 5.360 - Pirineo Oriental 1.615 452 2.067 3.229 545 3.774 19 1.615 Totales peninsulares 58.556 6.471 65.027 13.574 29.754 43.328 27.920 6.462 Islas Canarias 42 454 496 269 333 602 - 106 Islas Baleares 31 280 311 135 198 333 83 - Totales de España 58.629 7.205 65.834 13.978 30.385 44.263 28.003 6.568 FUENTE: Medio Ambiente en España, 1989. MOPU. !!! 11) IC e 11) IC t'D ::s t'D ... ~ e: 11) c.. t'D "' D D El agua: generalidades sos y demandas de agua, dando lugar a cuencas con superávit y déficit hidráuli- co. Estas situaciones llevan a la posibilidad de trasvases de unas a otras, con plan- teamientos muy discutibles a la hora de llevarlos a cabo, en los que se entremez- clan razones ecológicas, políticas y económicas. El empleo del agua en diferentes usos lleva al planteamiento de dos cuestiones esenciales: 1. Los diferentes criterios de calidad y de métodos de tratamiento de las aguas a utilizar 2. Las diferentes aguas residuales producidas y por tanto la necesidad de métodos de depuración distintos. También conviene conocer la diferencia entre usos y demandas, términos que se emplean a veces de manera indistinta: - Uso del agua: volumen de agua utilizado para el servicio de una demanda. Otra acepción de esta palabra hace referencia a la finalidad del mismo (rie- go, abastecimiento, industrial ... ). - Demanda de agua: volumen de agua requerido para satisfacer de manera óptima las necesidades de un determinado uso. Suele ser igual o superior al uso del agua. 1.2. PROPIEDADES DEL AGUA Y CONSECUENCIAS MEDIOAMBIENTALES Recordemos algunas de las propiedades físico-químicas del agua que más trascendencia tienen desde el punto de vista medioambiental. En la Tabla 1.5 observamos los valores de algunas de estas propiedades, y respecto a los mismos podemos hacer las siguientes anotaciones: - Altos valores de su capacidad calorífica y de los calores latentes de fusión y vaporización, lo que se traduce en que los mantos acuíferos tengan un gran efecto estabilizador del clima. Los pares agua líquida/agua sólida y agua líqui- da/vapor de agua van a actuar como auténticos reguladores térmicos, tanto del clima como de los seres vivos. En los seres vivos las pérdidas de calor por res- piración y sudor son grandes, un adulto elimina por día de 300 a 400 g de agua mediante respiración y de 600 a 800 g por evaporación cutánea, representan- do una pérdida de calor de un 20% del total producido en un día. En la regulación del clima no podemos olvidar la importancia del efecto com- binado del vapor de agua y del dióxido de carbono (C02) en el mantenimiento, más o menos constante y ordenado, de la temperatura sobre la superficie de la tierra. La radiación solar no absorbida (zona visible) calienta la superficie terrestre y es emitida por las noches en forma de radiación de onda larga, zona de infrarrojo, que en buena parte es absorbida por el C02 y el agua atmosféri- cos; esta absorción es la responsable del mantenimiento de la temperatura en las horas nocturnas. El hecho de que el vapor de agua no se distribuya de for- ma uniforme, siendo además mayor su concentración cerca de la superficie terrestre, origina por ejemplo el que en climas desérticos muy secos, al ser la humedad muy baja, la tierra se caliente mucho durante el día y se enfríe mucho durante la noche (no hay casi vapor de agua que absorba la energía en el día y luego evite que se libere por la noche). 38 © Ediciones Paraninfo El agua: generalidades O TABLA 1.5. Propiedades del agua Propiedad Valor Comentario Color ni nguno cuando está pura Olor ninguno
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