Calidad del Agua Potable

El agua puede contener sustancias que la hacen inadecuada para su uso y puede ser vehículo de enfermedades si se utiliza para satisfacer las necesidades biológicas. En estos casos, actúa negativamente sobre los ecosistemas y es un factor limitante del desarrollo económico-social. Cada país adopta unos criterios sanitarios, recogidos en las correspondientes legislaciones, y por ello son de obligado cumplimiento, ya que tratan de garantizar a la población un suministro de agua de calidad adecuada. En España, el Real Decreto 1138/1990 del 14 de septiembre marca unos valores, concretados en dos categorías: NG o nivel guía y CMA o nivel máximo admisible, para cada parámetro que se considera.

Características Organolépticas

No deben infravalorarse ya que pueden ser indicadores de una mala o ausente desinfección o de deficiencias en la red de distribución.

• Olor: El mal olor es debido a sustancias orgánicas y a bacterias del hierro y del azufre.
• Sabor: Aunque las aguas insípidas no garantizan su potabilidad, el gusto es mejor detector de sustancias inorgánicas.
• Color: De origen diverso, es importante desde el punto de vista estético y por interferir en los análisis químicos del agua, por lo que debe suprimirse.
• Turbidez: Importante por proteger a los microorganismos ante los desinfectantes (aumentando la demanda de cloro del agua), por eso es necesaria una clarificación previa.

Características Físicas

• Conductividad: Integra las sustancias de carácter iónico presentes en el agua.
• Temperatura: La óptima para el consumo debe estar comprendida entre 8 y 15 °C. Ejerce efecto sobre otros parámetros como solubilidad de gases y sales, conductividad, pH, etc.
• Sustancias flotantes y sólidos disueltos: No debe superar los 30 mg/L.
• Radiactividad: Máximo de 100 picocurios/litro.

Características Químicas

Los factores inorgánicos más usados son:

• pH y alcalinidad (iones bicarbonato): Tienen escasa influencia para la salud, pero mucha para el tratamiento y la red de distribución.
• Dureza: Expresa las concentraciones de calcio y magnesio, de consecuencias sanitarias y económicas, pues, al inhibir la formación de espuma, incrementan el uso de jabones. Las aguas duras son un factor protector de enfermedades cardiovasculares, pero potencian los problemas renales.
• Concentración de cloruros (sabor desagradable), sulfatos (corrosión), sodio (tensión arterial alta), potasio, aluminio (destrucción de células), flúor (prevención de caries) y otros metales y aniones tóxicos.
• Los nitratos, nitritos, amoníaco, cloruros y materia orgánica son indicadores indirectos de contaminación fecal.

Los componentes químicos gaseosos que se pueden medir son:

• Gases comunes en la atmósfera (CO₂, nitrógeno, oxígeno).
• Gases procedentes de la descomposición de la materia orgánica (metano, amoníaco o sulfuro de hidrógeno).
• Gases usados en la desinfección, como cloro u ozono.

El hecho de que el agua tenga el máximo de oxígeno disuelto (OD) indica que no ha sido consumido en la degradación de materia orgánica. Los índices analíticos que determinan la materia orgánica del agua son:

• Demanda biológica de oxígeno: Mide el oxígeno que consumen los microorganismos del agua al oxidar la materia orgánica que esta contiene. El valor más usado es el consumido en cinco días. Se mide restando del oxígeno inicialmente disuelto el obtenido tras la incubación. Es un valor muy útil, pues relaciona los organismos aerobios con la materia orgánica que esta contiene. Valor recomendado ~ 3 mg O₂/L.
• DQO o demanda química de oxígeno: Representa el oxígeno disuelto en el agua que se gasta en oxidar la materia, por agentes químicos, en un medio ácido. Valor recomendado ~ 20 mg O₂/L.
• COT o carbono orgánico total: Es el contenido total de compuestos orgánicos; se obtiene midiendo el CO₂ producido por la muestra en un horno a alta temperatura.

Características Biológicas

Desde un punto de vista microbiológico, el agua se comporta como vehículo de infección, pudiéndose hablar de un ciclo de contaminación fecohídrica. Los microorganismos que puede haber en el agua son virus, bacterias, hongos, algas y protozoos. El control microbiológico del agua se centra en las especies patógenas para el hombre. Dado que buscar todo tipo de microorganismos patógenos, por su diversidad, es costoso y complicado y como la relación patógenos/no patógenos es muy pequeña, se realiza un control del agua a través de indicadores microbiológicos de contaminación.

El recuento de bacterias aerobias a 37 °C es importante por ser esta la temperatura óptima de las bacterias patógenas para el hombre. Como los otros grupos tienen distinta resistencia a las condiciones ambientales, permiten obtener conclusiones acerca del punto y momento en que se pudo haber producido la contaminación fecal. Las técnicas cuantitativas que se utilizan son:

• Número más probable (NMP): Se siembran sucesivas diluciones de agua en series de tubos con medio de cultivo líquido. El valor positivo de un tubo implica turbidez, cambio de color y/o producción de gas. Mediante tablas, y a partir de las concentraciones de los tubos sembrados, se obtiene un valor numérico o número más probable (NMP).
• Serie de diluciones seriadas y siembra en placa: Como cada bacteria produce una colonia, de su recuento y dilución se puede deducir la concentración en el agua mostrada.
• Filtración en membranas: El recuento se hace tras incubar estas membranas en el medio adecuado. Multiplicando el número de colonias por el volumen de agua filtrada, obtenemos su concentración.

La especificidad de las tres pruebas está en función de lo selectivo que para especies concretas de microorganismos sea el medio de cultivo. La identificación de organismos patógenos ocasionales y de difícil cultivo se lleva a cabo mediante antígenos específicos o por la técnica PCR (reacción en cadena de la polimerasa), que multiplica las regiones hipervariables del genoma del agente patógeno y, posteriormente, se usan para obtener su huella genética por complementariedad con sondas marcadas de ADN.

En el caso de que las aguas se destinen a actividades recreativas o para baño, las características microbiológicas y bioquímicas que deben cumplir no son tan estrictas y también se contemplan en un marco legal.

Potabilización

La potabilización es el conjunto de procesos que transforman las aguas naturales en aptas para el consumo humano, es decir, potables. En ella se eliminan o ajustan las concentraciones de sus componentes para que no supongan un factor de riesgo para la salud humana y tengan unas características organolépticas adecuadas. El tratamiento dependerá de las condiciones del agua de partida y de la red que la distribuirá posteriormente. Los principales procesos que se pueden dar en una estación potabilizadora son:

Captación

De forma práctica se pueden considerar cuatro tipos de agua en función de su captación, lo que condiciona su tratamiento para hacerlas potables:

• Aguas de precipitación (de lluvia o nieve): Suelen ser potables, pero es aconsejable su desinfección.
• Aguas superficiales continentales: En los ríos, la captación debe hacerse aguas arriba de la población a abastecer, en la parte central del cauce y próxima a la superficie. En los lagos y embalses se hará en zonas con pocos contaminantes flotantes y aireadas, lo que favorece su autodepuración.
• Aguas subterráneas (manantiales, pozos, etc.): Podrían considerarse puras, pero en la práctica no es así. Se debe evitar el arrastre de tierra o arena por el bombeo.
• Agua de mar: Su tratamiento es el más costoso, pero la investigación tecnológica lo está progresivamente abaratando, lo que junto a la gran demanda de agua de las zonas costeras hace que las plantas desaladoras sean cada vez más frecuentes.

Desbaste-Tamización

Su objetivo es eliminar la mayor cantidad de materiales que por su tamaño y naturaleza podrían crear problemas en tratamientos posteriores. Se realiza mediante rejas y tamices de distinto tamaño, normalmente autolimpiables periódicamente.

Aireación

Para desprender sustancias volátiles como CO₂ y H₂S o favorecer tratamientos posteriores.

Coagulación-Floculación

Favorece la precipitación de las partículas en suspensión que originan la turbidez del agua. Se utilizan sales de aluminio, como el alumbre Al₂(SO₄)₃.

Decantación o Flotación

Separación de partículas basada en la gravedad, en función de la densidad de las partículas contenidas en el líquido.

Filtración

Retención en medio poroso de la materia en suspensión contenida en un fluido. Son muy frecuentes los filtros de arena, autolimpiables al invertir el flujo del agua y con una aireación potente.

Desinfección

Necesaria en aguas de consumo público, para garantizar su potabilidad hasta el grifo del consumidor. Su finalidad es destruir los organismos patógenos de transmisión hídrica. Aunque existen procesos mecánicos (filtración por membranas) o físicos (calor, radiaciones ultravioleta o ionizantes) que solo se utilizan a pequeña escala, son los procedimientos químicos los más utilizados por su eficacia, bajo coste y simplicidad de manejo. Los desinfectantes químicos suelen actuar por oxidación y rotura de la pared celular, desintegrando el organismo o interfiriendo la actividad celular, tras penetrar en su interior.

El procedimiento más extendido es la cloración, pues el cloro tiene acción germicida, oxida sustancias inorgánicas reducidas (hierro, manganeso, sulfuros, etc.), destruye compuestos que producen olor y sabor, elimina algas y es un coadyuvante en la coagulación. Su inconveniente es el de poder originar sustancias tóxicas o mutagénicas (halometanos) cuando reacciona con ácidos húmicos que no se han retirado previamente. Para disminuir estos efectos negativos se utiliza una desinfección mixta con ozono, que es más efectivo y no produce compuestos tóxicos. El ozono es más caro y casi no tiene acción residual, pues desaparece a los 30 minutos, por lo que se complementa su acción con cloro.

Adsorción

Por carbono activo, cuya finalidad es eliminar microcontaminantes, olores y sabores.

Vigilancia del Agua de Consumo

Con una frecuencia marcada por la ley, en función del tamaño de la red y de la población que abastece.

Tratamiento de Aguas Marinas

En las zonas costeras deficitarias en aguas continentales, el principal procedimiento utilizado para desalinizar el agua marina es la ósmosis inversa. En ella se aplica una presión alta, al menos dos veces mayor que la osmótica, sobre la parte más concentrada (agua marina), de dos compartimentos separados por una membrana semipermeable (permite el paso del agua pero no de los solutos). Así se “invierte” el sentido normal de la ósmosis, pasando el agua de la zona de mayor concentración de solutos a la de menor concentración, quedando los solutos (sales marinas) retenidos en la membrana. Para obtener un rendimiento óptimo de las membranas es necesario eliminar los coloides y llevar a cabo un control bacteriológico del agua problema.

El abaratamiento de este proceso consiste en buscar un procedimiento económico que suministre esta sobrepresión requerida. La salmuera que originan puede plantear problemas ecológicos.

Depuración de Aguas Residuales

Depuración Natural o Autodepuración

Cuando la contaminación no es excesiva, el agua puede recuperar el equilibrio de sus componentes mediante la dilución de los contaminantes y la digestión biológica de la materia orgánica añadida. Esta acción está condicionada por la cantidad, grado y tipo de contaminación del agua vertida, por el volumen y movilidad del agua receptora y por las condiciones climáticas y geomorfológicas de la cuenca receptora.

Lo más frecuente ha sido el vertido directo a los ríos, lo que provoca alteraciones. Se pueden diferenciar en ellos tres zonas según su polución:

• Zona de degradación y descomposición activa, polisaprobia: Se inicia la descomposición de la materia orgánica, básicamente por bacterias, contribuyendo también las algas verdes, oligoqueros y larvas de insectos. Consumen el oxígeno disuelto (inferior al 40%) y desprenden gases (CO₂, H₂S y NH₃) que le dan un olor desagradable. También hay descomposición anaerobia. El agua tiene aspecto sucio, parduzco, con lodos flotantes. Las formas superiores de vida se sustituyen por otras formas inferiores más tolerantes.
• Zona de recuperación, mesosaprobia: Al incorporarse oxígeno por la fotosíntesis acuática y desde la atmósfera, se va recuperando su contenido normal, próximo a la saturación, lo que permite la oxidación de los materiales. Las aguas se vuelven más claras.
• Zona de aguas limpias, oligosaprobia: Sus características son similares a las que tenía antes de recibir el vertido, con polución natural o geoquímica, siendo normales la vida animal y vegetal.

Para que un río pueda recuperar esta zona, la concentración de materia orgánica no debe superar los 0,5 g/L, con una relación C/N ~ (6·10)^1/1 y sin altas concentraciones de tóxicos.

Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR)

Los procesos empleados en las plantas depuradoras municipales tienen por finalidad reducir los contaminantes para evitar problemas sanitarios y preservar el medio ambiente, devolviendo a la cuenca receptora el agua con mínimas alteraciones que permitan su rápida autodepuración o reutilización. Estos procesos se clasifican como tratamiento primario, secundario o terciario, de duración progresivamente mayor. El tipo de tratamiento que se da en cada caso a las aguas residuales está en función de su origen, características previas (biológicas y físico-químicas), de la extensión y posibilidades económicas de cada ayuntamiento, y el destino de las aguas depuradas.

Son totalmente necesarios los tratamientos previos de aquellas aguas residuales industriales, de laboratorios u hospitales que aporten materiales no biodegradables, microorganismos o reactivos. Se realizan en el lugar de origen, antes de ser recogidos por los colectores urbanos, para evitar atascos, corrosiones y contaminaciones no deseadas.

I. Pretratamiento

Elimina los materiales sólidos gruesos que podrían atascar las bombas y maquinaria de la EDAR. Se realiza un desbaste o cribado por medio de enrejados y tamices de tamaño progresivamente más pequeño, que retienen los materiales voluminosos. También se efectúa un desarenado y desengrasado, por cámaras aireadas de flujo en espiral con fondo en tolva, o clarificadores, provistos de brazos mecánicos encargados de raspar. Se eliminan los objetos flotantes, como grasas, aceites o fibras, y el residuo sólido en el fondo. Los materiales separados son recogidos en contenedores. Se depositan en vertederos controlados o se queman.

II. Tratamiento Primario

Elimina los sólidos en suspensión mediante procesos físico-químicos como:

• Sedimentación: Una vez eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación, que puede reducir de un 20 a 40% la DBO y de un 40 a 60% los sólidos en suspensión. La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas mediante coagulación y floculación. La coagulación es un proceso que consiste en añadir productos químicos como el sulfato de aluminio, el cloruro férrico o polielectrolitos a las aguas residuales; esto altera las características superficiales de los sólidos en suspensión y precipitan. La floculación provoca la aglutinación de esas partículas. Ambos procesos eliminan más del 80% de los sólidos en suspensión.
• Flotación: Se fuerza la entrada de aire a presión en la masa acuática. El agua residual, supersaturada de aire, se descarga a continuación en un depósito abierto. En él, la ascensión de las burbujas de aire hace que los sólidos en suspensión suban a la superficie, de donde son retirados. La flotación puede eliminar más de un 75% de los sólidos en suspensión.
• Neutralización o ajuste del pH para no interferir en los procesos posteriores.

III. Tratamiento Secundario

Elimina la materia orgánica biodegradable y restos en suspensión, no retirados en tratamientos anteriores, mediante procesos microbianos que suponen acelerar los procesos naturales de eliminación de residuos. En tanques o digestores, pueden realizarse procesos aerobios o anaerobios, con cultivo en suspensión o cultivo fijo. Consiguen eliminar entre el 70 y el 80% de materia orgánica.

Hay diversos procesos alternativos para el tratamiento secundario, incluyendo el filtro de goteo, el cieno activado y las lagunas.

• Filtro de goteo: En este proceso, una corriente de aguas residuales se distribuye intermitentemente sobre un lecho o columna de algún medio poroso revestido con una película gelatinosa de microorganismos que actúan como agentes destructores.
• Fango activado: Se trata de un proceso aerobio en el que partículas gelatinosas de cieno activado, llamadas flóculos, compuestas por millones de bacterias en crecimiento activo aglutinadas por una sustancia gelatinosa, quedan suspendidas en un tanque de aireación y reciben oxígeno.

Ambos casos requieren un clarificador secundario, que elimina las bacterias del agua antes de su descarga. En ellos, la materia orgánica se transforma en materia inorgánica, CO₂ y H₂O.

• Estanque de estabilización o laguna: Requieren una extensión de terreno considerable y, por tanto, suelen construirse en zonas rurales que no poseen los tratamientos anteriores. Las más comunes tienen una profundidad de 0,6 a 1,5 m y una extensión superior a una hectárea. Funcionan en condiciones mixtas, anaerobias en la zona del fondo y aeróbicas en la zona próxima a la superficie.

IV. Tratamiento Terciario

Elimina los contaminantes recalcitrantes, como minerales, virus y metales pesados. Los materiales suspendidos se separan por centrifugación. Los sólidos disueltos por medio de ósmosis inversa o electrodiálisis. La eliminación del amoníaco y de los fosfatos reduce el contenido en nutrientes. Son procesos muy caros, cada vez más frecuentes.

Las aguas depuradas se vierten al río o lago del que proceden, para completar su depuración y no variar sus caudales ecológicos. También se reutilizan en agricultura, jardinería, recarga de acuíferos o en la industria.

En las EDAR se producen lodos y gases que han de ser tratados. El gas producido en los digestores se puede recoger para la demanda energética de la propia EDAR.