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La degradación de la calidad de las aguas subterráneas: importancia y causas

Dr. Ricardo HirataInstituto de Geociências

Brasilrhirata@usp.br

Clasificación de los problemas de calidad del agua subterránea y su suministro como agua potable

Principalmente Fe y F, a veces MgSO4, As, Mn, Se, Cr y otras especies inorgánicas

Relacionado con la evolución química del agua subterránea y la solución de minerales

Contaminación que ocurre naturalmente

Principalmente NaCl, y otros contaminantes antrópicos

Aguas subterráneas saladas inducida a fluir hacia acuífero resultado de extracción excesiva

Intrusión salina

Principalmente patógenosConstrucción/diseño inadecuado del pozo

Contaminación de la cabeza del pozo

Patógenos, NO3, NH4, Cl, SO4, As, metales pesados, COD, Hidrocarburo aromáticos y halogenados, pesticidas

Protección inadecuada de acuíferos vulnerables contra fuentes potenciales de contaminación

Contaminación del acuífero

Contaminante de interésCausa subyacenteTipo de problema

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Una revisión de la contaminación de las aguas subterráneas permite algunas conclusiones importantes:

Una gran cantidad de actividades antrópicas, pero sólo algunas son generalmente responsables de la mayoría de los casos importantes de contaminación del acuífero

Número de estados en USA y los casos más comunes de contaminación de acuíferos

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La cantidad de sustancias potencialmente contaminante no tiene una relación directa con su ocurrencia en las aguas subterráneas.

La presencia de las sustancias en los acuíferos es controlada por su movilidad y persistencia en suelos y acuíferos.

USA National Priority List (1985), sustáncias más comunes detectadas en acuíferos

9Cianeto15Cadmio9Cu & compuestos15Arsenico

10Mercurio15Fenoles11Trans-1,2-diCl-etileno16Tetracloreto Carbon12Cl-metila20Cloroformio13Xileno22Bifeniles poliaromáticos13Etilbenzeno26Benzeno14Zn & compuesto28Tolueno141,1,1,triCl-etano30Plomo15Cromo33Tricloroetileno

N de casoCompuestoN de casoCompuesto

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Lista contaminantes prioritarios que figuran como de mayor peligro a la calidad de las aguas subterráneas (> 10 estados de USA) (USEPA 1990)

Contaminación de las aguas subterráneas

Relativamente una pequeña cantidad de sustancias muy tóxicas y persistentes es capaz de generar una pluma de contaminación muy grande, particularmente en acuíferos con alta velocidad de flujo.

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(Mckey & Cherry)

Una buena moraleja ......

Es posible clasificar las cargas contaminantes potenciales en términos de su peligro, basado en tipo de sustancias que manejan y tipo de actividad (que producen o que hacen).

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Entonces cuales son estas actividades: algunos ejemplos de fuentes difusas o multipuntuales

Áreas residenciales urbanas sin red de alcantarilladoNitrógenos y microorganismos patogénicos, con presencia de algunos solventes halogenados (productos de limpiezas)

Actividad agrícolaIntensificación del uso de abonos nitrogenados y plaguicidas

Fuentes potenciales de contaminación urbana

basurero fuga dered alcarrillado

laguna detratamiento

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Contaminación por sistema de saneamiento in situ

Fosa sépticao letrina

Plumacontaminante

Contaminación por fosas negras

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Urânia (SP)

SÃO PAULO

SESO

NO NE

E

N

S

O

9

Problema de contaminación de pozos en interior de São Paulo (Brasil)

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En USA, programa de monitoreo de aguas subterránea en 68.824 pozos de producción.Nitrato elevado en 25-30% dos pozos.Pesticidas detectados en 8-15% y mayor que MCL en 1% de los casos.Estratificación de los resultados

Casos relatados aumentan

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Ejemplo de problemas de calidad provocados por fuentes puntuales

Actividad industrialÁreas abandonadas con actividades potenciales de contaminación pretéritasEstaciones gasolinerasÁreas de disposición de basura y desechos sólidos

Fuentes potenciales de origen industrial

Efluentes líquidos

Resíduos sólidosMatéria prima

Inyección de efluentes

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1-Iron and Steel 12-Pharmaceutical Manufacturing2-Metal Products 13-Gum and Wood Chemicals3-Mechanical Products 14-Pulp Paper Industry4-Non-Ferrous Metal Manufacturing 15-Soap and Detergent5-Non Metalic Industry 16-Textil and Mill6-Petroleum Refining Industry 17-Leather Tanning and Finishing Industry7-Plastic Materials & Synthetic Industries 18-Agroindustry8-Rubber Processing 19-Pesticide Manufacturing9-Organic Chemicals Manufacturing 20-Fertilizer Industry10-Inorganic Chemicals Manufacturing 21-Power Plant11-Paint and Ink 22-Electric and Electronics

Industrial Potential Contaminant LoadPharmaceutical Manufacturing

Concent. (mg/L) Concent. (mg/L) Concent. (mg/L)Metals Max. Med. Aromatics Halogenated AliphaticsArsenic 0,12 0,01 Benzene 0,40 - Carbon Tetrachloride 6,00 -Beryllium - 0,01 Chlorobenzene 0,01 - Chloroform 1,60 -Cadmium 0,03 0,03 Dichlorobenzene - - 1,2 Dichloropropane - -Chromium 0,15 0,03 Ethylbenzene 0,07 - Methylene Chloride 850 -Copper 0,18 0,18 Hexachlorobenzene - - 1,1,1 Trichloroethane 360 -Cyanide 1,00 0,18 Toluene 17 - 1,2 Dichloroethylene 0,55 -Lead 0,05 0,01 Trichlorobenzene - - Thrichloroethylene 0,06 -Mercury 0,001 0,000 Dinitrotoluene 0,05 - Tetrachloroethylene 0,04 -Nickel 0,20 0,04 Polyciclic Aromatic Hydrocarbons Vinil Chloride - -Selenium 0,06 0,01 Anthracene - - PhenolsSilver - - Benzopyrene - - 2-4-Dichlorophenol 0,01 -Thallium 0,02 0,003 Chrysene - - Pentachlorophenol - -Zinc 0,30 0,12 Fluorene - - Phenol 17,00 -Phtalates Naphthalene - - Polychlorinated BiphenylsBIS (2-ethylhexyl) Pyrene - - Aroclor - -phtalatesDI-N-Butylphtalates 0,05 -

12-Waste water composition of pharmaceutical manufacturing

0,20 -

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Dense nonaquous phase liquid (DNAPL): sustancias halogenadas más densas que el agua

En muchos casos, la contaminación de acuíferos por DNPL es irreversible.Predicción del flujo del contaminante es difícil cuando estos compuestos están presentes en medios fracturados.

Reutilización de áreas abandonadas contaminadas

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Reutilización de áreas abandonadas contaminadas

Uno de los grandes problemas en áreas urbanas es el re-uso de los terrenos ocupados por antiguas áreas contaminadas. La contaminación del suelo y aguas subterráneas muchas veces no es analizada, poniendo en riesgo la populación.Existen 4238 áreas industriales abandonadas y inventariadas en la Región Metropolitana de São Paulo (RMSP), de los cuales 2076 tienen potencial contaminador (1997).El órgano de control ambiental apunta solamente 243 áreas confirmadas en la RMSP

Contaminación de agua subterránea por fuga de estaciones gasolineras

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Comportamiento de compuestos menos densos que el agua (LNPL)

Fase libre de combustible

gasolina

agua

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Cómo una estación gasolinera puede contaminar un área?

Tanque de combustible

Fugas de tuberías

Bombas de distribución

Tanque de aceite

Caja separadora de aceiteDerrumbrede combustible

Impactos de escapes de estaciones gasolineras

contaminación de suelo e de las aguas subterráneas por compuestos tóxicos/carcinogénicos constituyentes de combustibles

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Impactos en la vecindad

riesgo de incendios y explosiones debido a la presencia de combustibles en gases y liquido, en garajes subterráneas y obras civiles

Impactos en alrededor

riesgos a la salud humana por la posible ingestión de agua contaminada, contacto dérmico con suelo y agua subterránea contaminada y por inhalación de vapores de compuestos orgánicos volátiles

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Potenciomentría y flujo de las aguas subterráneas

GasolineraPozos donde se detectó la gasolinaen fase libre

Pluma de fase libre de diesel

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Fugas asociadas a la conexión de la bomba de diesel

Local probable de fuga de la

estación de servicio

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Otra buena moraleja ......

Cualquier carga contaminante debe ser analizada en términos de:Sustancias que manejan (mirando su toxicidad, concentración, persistencia y movilidad) yModo de disposición (carga hidráulica asociada, profundidad de descarga y duración de la descarga) .

Cual es la salida del problema ?

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Dificultades en proteger el acuífero

Dentro de un programa de protección de las aguas subterráneas, una de las mayores dificultades es establecer cuáles son las actividades antrópicas que requieren mayor atención ambiental, debido a la gran cantidad y complejidad de actividades existentes, sumada a los elevados costos de investigación detallada.

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Programa de protección de las aguas subterráneas frente a la contaminación antrópica

Un análisis de los diferentes programas de protección de acuíferos nos muestra que muchos son basados en el control del uso del suelo (actividades) frente a:

Mapeo de la vulnerabilidad de acuíferosPerímetro de protección de pozo y manantialesInventario y clasificación de actividades potencialmente contaminante

Vulnerabilidad de acuífero

altamediabaja

Car

ga c

onta

min

ante

elev

ada

mod

erad

are

duci

da

Peligro basado en la vulnerabilidad de acuífero y fuentes contaminantes (método POSH)

3 3 2

2 2 1

2 1 1

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+

pozo

Car

ga c

onta

min

ante

elev

ada

mod

erad

are

duci

da

Area de protección de manantial

ABCD

Peligro de contaminación basado en área de protección de manantial/pozo y fuentes contaminantes (método POSH)

noaceptable

aceptable

noaceptable

1

1

11

2

3

2

3

0

0

0

3

?

contaminaciónheredada

fuentes potenciales

fuentesfuturas

priorizar áreas contaminadas para estudios de remediación

priorizar áreas para estudios de detalle y monitoreo

compatibilizar nueva actividad con capacidad de terreno

ACUÍFERO

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Compatibilizazión de actividades antrópicas y vulnerabilidad de acuíferos

A: aceptable con padrones normales de diseño.PA: probablemente aceptable sujeto a estudio y diseño específicoPN: probablemente no aceptableN: inaceptable en prácticamente todos los casos

Tabla de permiso para vulnerabilidad y ppp

Compatibilizaziónde actividades antrópicas yperímetro de protección de pozos

A: aceptable con padrones normales de diseño.PA: probablemente aceptable sujeto a estudio y diseño específicoPN: probablemente no aceptableN: inaceptable en prácticamente todos los casos

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Foco y aplicación en diferentes niveles de evaluación del peligro de contaminación de acuíferos

Estrategia de monitoreo y medidas de control del peligro de contaminación

Evaluación del peligro de contaminación de pozo y manantial

Evaluación de peligro de la contaminación de acuífero

Evaluación de fuentes potenciales de contaminación en detalle

Reconocimiento de las mayores fuentes de contaminación potencial

Evaluación de vulnerabilidad del acuífero ante a la contaminación

Mapa de vulnerabilidad a la contaminación de acuíferos

Perímetro de protección de pozos(incl. Integridad sanitaria del pozo)

Evaluación socio-económica de la importancia de recurso agua subterránea

Principal AplicaciónProtección de fuentes de agua y planeamiento/control del uso de

suelo

Principal AplicaciónPlaneamiento/políticas de desarrollo/

conscientización de la población

Empresas de agua ymunicipalidades

Agencias reguladoras y ambientales estaduales y nacionales

Foco: Protección de pozo y manantial

1:25.000 – 100.000

Foco: Protección de acuífero1:100.000 – 250.000

Manejo de la calidad

Manejo de recursos hídricos subterráneo

Reconocimiento regional y

catastro de pozos y usuarios

Mapeo geológico

Mapeo hidrogeológico

Manejo de la cantidad

Determinación de propiedades del

acuífero y recarga

Determinación de régimen de flujo

de acuíferos

Evaluac. preliminar de rec. hídricos subterráneos

Evaluación de acuíferos(por monitoreo operacional)

Política de manejo de aguas subterráneas(control de perforación y caudal)

Catastro de usuarios de agua subterránea

Áreas críticas potenciales - sobre-exploraciónPeligro de contaminación

de acuífero

Investigación de actividad contaminante

Medidas de protección de acuíferos(tratamiento efluente, control de uso de suelo)

Mapa da vulnerabilidad de

acuífero

Catastro y clasificación de carga contaminante

potencial

Perímetro de protección de pozo

Rutina de monitoreo de niveles potenciométricos y de calidad de agua

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Hidrogeología &Contaminación ambiental

Laboratorio de Modelos Físicos - LAMO

Dr. Ricardo HirataInstituto de Geociências

rhirata@usp.brwww.igc.usp.br/pessoais/rhirata