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CAPITULO 1. MEDIO AMBIENTE:

CONCEPTO, INTERDISCIPLINARIEDAD, ESTADO ACTUAL. 1.1. CONCEPTO Y EXTENSIÓN DEL MEDIO AMBIENTE. Se entiende por medio ambiente un complejo entramado de relaciones entre factores físicos, biofísicos, sociales y culturales en el que ocurren las relaciones que conlleva la actividad humana y social.

- Los factores físicos se refieren a todo lo inerte presente en el planeta. - Los biofísicos a los seres vivos. - Lo social a las estructuras organizativas de las especies. - Lo cultural engloba todo lo hecho por el hombre.

El medio ambiente es el entorno en el que el hombre desenvuelve su vida. El medio ambiente es una de las unidades de estudio más complejas, ya que abarca los tres niveles epistemológicos conocidos, inerte, biofísico y comportamental, y por lo tanto necesita de todas las ciencias y disciplinas existentes para su estudio. Una característica del concepto de medio ambiente es su globalidad. Existe un único medio ambiente, aunque esto no está reñido con que puedan considerarse ambientes específicos relacionados entre sí y con el todo global. 1.1.0. Aproximaciones al concepto de medio ambiente: Constitución española (artículo 45):

- Todos tienen el derecho a disfrutar de un ambiente adecuado para el desarrollo de la persona. - Los poderes públicos velarán por la utilización racional de todos los recursos naturales con el fin de

proteger y mejorar la calidad de vida y defender y restaurar el medio ambiente, apoyándose en la solidaridad colectiva.

- Para quienes violen lo dispuesto en el apartado anterior, se establecerán sanciones penales o, en su caso, administrativas, así como la obligación de reparar el daño causado.

Acta única de la UE (artículo 130 R): La acción de la Comunidad tendrá por objeto

- Conservar, proteger y mejorar la calidad de vida. - Contribuir a la protección de la salud de las personas. - Garantizar una prudente y racional utilización de los recursos naturales.

Informe 72 del MIT al Club de Roma titulado “Los límites del crecimiento” (1972): Estableció interrelaciones a lo largo del tiempo entre las cinco grandes variables:

- Número de habitantes. - Contaminación ambiental. - Reservas de materias primas. - Producción industrial. - Necesidades de alimentos.

Concluyendo que en unos pocos decenios tendría lugar una crisis mundial caracterizada por una carencia de materias primas y alimentos, y un nivel tan elevado de contaminación, que daría lugar a un colapso planetario.

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Conferencia de Naciones Unidas para el Medio Ambiente Humano (1972): Se llegó al convencimiento de que resultaba dudoso admitir que la Tierra pudiera soportar que los países menos desarrollados alcancen el grado de desarrollo que hoy presentan los más industrializados utilizando los mismos métodos que éstos emplearon para alcanzar su actual nivel de desarrollo. Los sistemas naturales están al límite de su capacidad de autoregeneración, como consecuencia de una población creciente que cada vez produce y consume más. Informe Estrategia para la conservación mundial (1980): Utilizó por primera vez el término “desarrollo sostenible”, entendiendo como tal un tipo de desarrollo económico en el que los aspectos cualitativos priman sobre los cuantitativos y los aspectos medioambientales ocupan un lugar preferente. Informe Global 2000 (principios de los 80): Redactado a propuesta del entonces Presidente de los Estados Unidos, Jimmy Carter. Informe Brundtland (1987): El Gobierno de Noruega, consciente de la amenaza que para el mantenimiento de la vida en la tierra representaba la degradación de la naturaleza, propuso en 1984 a las Naciones Unidas la creación de una comisión para estudiar la situación del medio ambiente a escala mundial. Dicha comisión publicó 3 años después el Informe Brundtland. En este informe se examinan los problemas más críticos del medio ambiente y el desarrollo del planeta, y se formulan propuestas realistas para resolverlos y asegurar que el progreso humano se mantenga sin arruinar los recursos de las generaciones futuras. Debemos ser capaces de satisfacer las necesidades del presente, sin comprometer la posibilidad de que las futuras generaciones puedan satisfacer las suyas. Las dos ideas alrededor de las cuales gira su contenido son de una parte que debemos ser capaces de satisfacer las necesidades básicas de todos los seres humanos, priorizando las necesidades de los más pobres, y de otra, que el desarrollo sostenible es posible si se contempla como un desarrollo de cambio de actitudes que es función en cada momento de la tecnología disponible y la organización social imperante, combinados con su impacto sobre los recursos medioambientales. Aunque el término “desarrollo sostenible” había sido acuñado anteriormente, a partir del Informe Brundtland la definición de desarrollo sostenible ha sido adaptado a múltiples situaciones concretas, ya que un modelo europeo de desarrollo sostenible no tiene que ser idéntico al aplicable en otras partes del mundo con características sociales y económicas diferentes. Cumbre de la Tierra (Río de Janeiro, 1992): A partir de las propuestas recogidas en el informe “Más allá de los límites” publicado ese mismo año, los representantes de 175 países firmaron una serie de compromisos como:

- Agenda 21. - Tratado de Biodiversidad. - Tratado de los Cambios Climáticos. - Declaración de los Bosques. - Principios de la Declaración de Río relativa a la preservación del Medio Ambiente. (27 principios).

Cumbre de Johannesburgo (2002): Su objetivo fue focalizar la atención del mundo en la solución de problemas tales como la mejora en la calidad de vida de los ciudadanos y la conservación de los recursos naturales en un escenario en el que el aumento de la población implica la necesidad de más alimentos, agua, viviendas, energía, saneamientos y puestos de trabajo.

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1.1.1. Medio ambiente físico. El medio ambiente natural o medio ambiente físico abarca la atmósfera, hidrosfera y litosfera en las cuales están contenidos todos los recursos necesarios para el mantenimiento de la vida. Se define la biosfera como la parte de la tierra donde se desarrolla la vida animal y vegetal. La biosfera ocupa una estrecha franja que rodea a la superficie terrestre. Todos los materiales gaseosos, líquidos y sólidos necesarios para el sostenimiento de la vida, así como los desechos de los procesos metabólicos naturales o artificiales se encuentran o acumulan en la biosfera. En conclusión la biosfera se comporta al mismo tiempo como fuente de materias primas y como sumidero de desechos. La capacidad de asimilación de la biosfera no es infinita, y comienza a presentar síntomas de agotamiento por el impacto del hombre. 1.1.2. Ciencia y tecnología ambientales. La ciencia del medio ambiente es la disciplina que se ocupa de las interacciones del hombre con su ambiente de forma integral y globalista. La tecnología ambiental se ocupa de la aplicación de la tecnología a la resolución de los problemas medioambientales que surgen del propio desarrollo tecnológico. Ciencia y tecnología ambientales están totalmente relacionadas, y conjuntamente tratarán de disminuir el impacto que la actividad humana ocasione a nuestro entorno. Si en algún caso no fuera suficiente con la aplicación de la ciencia y de la tecnología ambiental, se deberá recurrir a la legislación ambiental. 1.1.3. Química e ingeniería del medio ambiente. La química medioambiental es aquella parte de la química que estudia los orígenes, transporte, destino, reacciones y efectos de las especies químicas presentes en el medio ambiente (aire, agua y suelo), así como la influencia que la actividad humana juega sobre dichos procesos. Tiene como misión principal la determinación de la naturaleza y cantidad de los diferentes contaminantes presentes en una muestra ambiental, y la búsqueda de soluciones a los problemas encontrados. La ingeniería ambiental tiene que ver con la solución de los problemas de sanidad medioambiental, especialmente con la provisión de aguas potables, la adecuada disposición o reciclado de las aguas residuales y de los residuos sólidos, así como del saneamiento necesario para ello, el control de la contaminación atmosférica acuosa y del suelo, y el impacto social y ambiental de las soluciones para conseguirlo. 1.1.4. Formación ambiental.

- Supone un aprendizaje continuo. - Debe tener como objetivo básico la preservación del medio ambiente. - Incluye a todos los miembros de la sociedad. - Constituye una formación que evolucionará de acuerdo con las modificaciones impuestas por los

nuevos conocimientos. - Se trata de una formación interdisciplinar que engloba investigación, docencia y divulgación.

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1.2. PROBLEMAS MEDIOAMBIENTALES PENDIENTES. Los problemas medioambientales van cambiando con el tiempo, sin embargo los principios que se utilizan para su resolución cambian más lentamente. Para definir los términos de un problema medioambiental es necesario contestar a un buen número de cuestiones como:

1) ¿Cuál es la causa de la contaminación? 2) ¿Cómo se distribuye el contaminante en el tiempo y en el espacio? 3) ¿Cuáles son las características del contaminante? 4) ¿Existe posibilidad de bioamplificación? 5) ¿Qué capacidad de descontaminación natural tiene el medio?

Tomemos como ejemplo el caso del DDT que sin duda representa el inicio de la era de los modernos pesticidas de contacto. El famoso DDT, diclorodifeniltricloroetano, condenado en la actualidad debido a su persistencia y bioamplificación, ha servido para evitar la pérdida de millones de toneladas de cereales y ha supuesto un gran servicio a la humanidad como consecuencia de su efectividad en el control de enfermedades transmitidas por insectos. Pues bien, la contestación a las anteriores cuestiones en el caso del DDT, como es de todos conocido, seria: el origen del DDT en el medio ambiente es consecuencia de la producción y aplicación como pesticida de dicho producto. El problema ambiental que el DDT representa está relacionado con su toxicidad, su baja biodegradabilidad y su bioamplificación a lo largo de la cadena trófica. La solución al problema que el uso de DDT plantea pasa por la introducción de algún otro pesticida alternativo de menor toxicidad, que no presente el problema de la bioamplificación, y que se degrade más fácilmente que el DDT; y porque su utilización, como es el caso, se prohíba por ley.

Consideremos a continuación algunas de las categorías de problemas medioambientales que en la actualidad nuestro planeta tiene planteados: 1.2.1. La explosión demográfica o superpoblación mundial. La incidencia de este factor sobre la calidad del medio ambiente es consecuencia del mayor número de agresores al mismo. La población mundial es ya de 7.000 millones, siendo la de España de 46 millones. La población mundial crece exponencialmente, con el agravante de que el 95% de los nacimientos se producen en los países menos desarrollados, mientras que el crecimiento demográfico de las naciones desarrolladas se reduce continuamente, y ya existe la preocupación de que ese crecimiento llegue a ser nulo. 1.2.2. La necesidad creciente de alimentos. La superpoblación implica una mayor demanda de alimentos:

- Fuerte presión sobre los recursos naturales. - Masiva incorporación de tierras para cultivo. - Tala indiscriminada de masas forestales. - Mayores necesidades de agua para riego. - Uso indiscriminado de biocidas y fertilizantes. - Introducción de nuevas variedades de especies con mayor rendimiento. - Monocultivos, etc.

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Todo lo cual tiene una influencia negativa sobre el medio ambiente pues lleva consigo, por ejemplo, la salinización de suelos, la contaminación de acuíferos, la eutrofización de lagos y la aparición de especies resistentes a los biocidas. El reto planteado a la agricultura del futuro es dar de comer a toda la población mundial con un deterioro del medio ambiente menor que el actual. Las técnicas para conseguirlo se dividen en tres categorías:

- Reducción del deterioro ambiental de biocidas y fertilizantes. - Reducción de la demanda de agua para riego. - Incremento del rendimiento de los cultivos.

1.2.3. Contaminación atmosférica. Los problemas generados por la contaminación del aire son, por una parte, los efectos perjudiciales (locales o globales) de los diferentes contaminantes atmosféricos, y por otra parte, los cambios climáticos a los que pueden dar origen. La actividad humana puede influir sobre las condiciones climáticas:

- Disminución de la temperatura terrestre, debido al incremento de la reflexión solar por haber mayor cantidad de partículas en la atmósfera.

- El efecto invernadero. Debido principalmente al CO2, y en menor medida al CH4 y a los CFCs. - La lluvia ácida. Debido a los óxidos y oxiácidos de azufre y nitrógeno. - El smog fotoquímico. Debido a los óxidos de nitrógeno y a los hidrocarburos. - La degradación de la capa de ozono. Debido a los CFCs y a los óxidos de nitrógeno. - A nivel local, la emisión de contaminantes es la de mayor importancia (daños en la vegetación y

en los materiales, corrosión, toxicidad, problemas respiratorios, oxidantes fotoquímicos, smog fotoquímico, etc.).

Para controlar los efectos nocivos de la contaminación atmosférica surgen los estándares de calidad del aire, que son valores que no deben sobrepasarse en ningún caso. Los estándares españoles de calidad del aire, aparecieron por primera vez en el Decreto 833/1975, de 6 de febrero, por el que se desarrolla la Ley 38/1972, de 22 de protección del ambiente atmosférico, habiendo sido modificados varias veces desde entonces, siendo en estos momentos el Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire el que fija dichos valores. La utilización de los combustibles fósiles, además de problemas de contaminación atmosférica, es origen de frecuentes tensiones políticas y económicas a nivel internacional debido a su desigual distribución geográfica, que plantea el problema de su abastecimiento inseguro. Otros dos problemas muy importantes son el cercano agotamiento de sus reservas, y el que su combustión significa la destrucción de una materia prima importantísima para la industria química. 1.2.4. Pesticidas. Los problemas que presentan son: la baja biodegradabilidad de muchos de ellos, lo que origina su acumulación en el medio ambiente con efectos desconocidos a largo plazo; su toxicidad intrínseca, sus posibilidades de bioamplificación, su falta de especificidad respecto al organismo a eliminar, y la resistencia de este último al producto. Hoy en día a nivel fitosanitario se utiliza el concepto de gestión integrada de plagas, que significa la utilización de todos los medios disponibles para la lucha contra las plagas, eliminando al máximo los plaguicidas químicos.

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Los pesticidas son compuestos químicos de estructura compleja que se utilizan para el control de plagas. Se clasifican en base a su grupo funcional, siendo los más importantes los Organoclorados (Derívados clorados de los hidrocarburos), los Organofosforados (ésteres orgánicos del ácido fosfórico) y Carbamatos (Derivados del ácido carbámico). Otro tipo importante lo constituyen los derivados del ácido fenoxiacético, utilizados ampliamente como herbicidas. Respecto a su toxicidad para el hombre se clasifican en cuatro clases de acuerdo con su DL-50 (Dosis letal al 50% por vía oral):

Clases Ejemplo característico CLASE A: De baja peligrosidad > 2000 mg/Kg. CLASE A: Acido 2,4 - fenoxiacético (>2000 mg/Kg.) CLASE B: Nocivos 2000-200 mg/Kg. CLASE B: Carbaril (540 mg/Kg.) CLASE C: Tóxicos 200-20 mg/Kg. CLASE C: Lindano (125 mg/Kg.) CLASE D: Muy tóxicos < 20 mg/Kg. CLASE D: Paratión (8 mg/Kg.)

Cuanto mayor es la DL-50 mayor es la cantidad de pesticida que se precisa para provocar el efecto deseado. La persistencia de un pesticida se define como el tiempo necesario para que pierda el 95% de su actividad ambiental o, mediante el concepto de vida media, siendo esta el tiempo que tarda en degradarse la mitad de la cantidad de pesticida aplicada. 1.2.5. Metales pesados.

El término metales pesados, más que a su densidad, se refiere a que sus efectos sobre el medio ambiente sean similares a los del plomo y a los del mercurio. Varios de ellos, en pequeñas dosis, son esenciales para la vida. Parece lógico pensar que la presencia de estos metales en el medio ambiente va a incrementarse en el futuro como consecuencia de un aumento en el empleo de carbón como fuente de energía, a causa del previsible aumento del precio del petróleo. Desde un punto de vista medioambiental es positivo el aumento del precio de muchos de estos metales, debido a su escasez o a las dificultades para su extracción, lo que provocará la recuperación de mayores cantidades de algunos de ellos.

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1.2.6. Contaminación del agua. Los problemas de la Contaminación del Agua pueden agruparse en 5 grupos:

- Problemas relacionados con la concentración de oxígeno en el agua. - Problemas de eutrofización debidos al aporte de nutrientes procedentes de detergentes y

fertilizantes. - Problemas de contaminación por productos químicos tóxicos: pesticidas, bifenilos policlorados,

metales pesados, etc. - Problemas de contaminación del agua de mar por vertidos de petróleo. - Problemas relacionados con la existencia de patógenos.

1.2.7. Contaminación por residuos sólidos. La producción de residuos sólidos per cápita se ha incrementado notablemente en las últimas décadas. Actualmente, en los países más ricos, se llega a los 1000 Kg. por habitante y año de forma directa y a 20 toneladas de forma indirecta. 1.2.8. Aditivos alimentarios. En el mundo se utilizan más de 2000 compuestos químicos como aditivos alimentarios, por lo que resulta vital conocer el riesgo que implica su uso para la salud humana. Los aditivos alimentarios son compuestos o preparados, sin valor nutritivo, que se adicionan intencionadamente a los alimentos y que sirven para mejorar o conservar su calidad y sus características organolépticas. Se suelen clasificar en base a la función que realizan en los siguientes tipos: antioxidantes, colorantes, emulgentes y estabilizantes, enzimas, potenciadores de sabor, aromatizantes, auxiliares de panificación, edulcorantes sintéticos, controladores de pH, conservantes, espesantes y gelificantes, estimulantes, secuestrantes, antiaglutinantes y acidificantes. Si bien en el mundo actual los aditivos alimentarios son cada vez más utilizados, también es verdad que cada vez hay un mayor rechazo social hacia ellos, debido a que en la mayoría de los casos no se conocen suficientemente sus efectos toxicológicos a largo plazo. Numerosos organismos internacionales relacionados con la alimentación y la salud (FAO, OMS, FDA) , han propuesto una «Dosis Diaria Admisible» DDA para los aditivos alimentarios que se define como «La dosis máxima diaria que podría ser ingerida de un aditivo sin que se produzcan efectos adversos sobre la salud a corto o largo plazo». La determinación de la DDA no es tarea fácil, ya que debe realizarse por experimentación en animales y extrapolación posterior al hombre con los coeficientes de seguridad adecuados. Otro concepto es la Dosis tecnológicamente útil, que indica la dosis que permite obtener el efecto deseado.

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1.2.9. Necesidad de nuevas fuentes de energía. Actualmente dependemos demasiado de los combustibles fósiles y se hace necesario una mayor diversificación energética. También va a ser necesario dedicar muchos esfuerzos y recursos a mejorar la eficiencia energética y el ahorro de energía. Las fuentes diferentes de los combustibles fósiles se dividen en dos clases, los que ya están completamente disponibles y los que lo estarán en un futuro inmediato:

- Procedentes directamente del sol (solar térmica y fotovoltaica). - Procedentes indirectamente del sol (hidroeléctrica, eólica, biomasa, etc.). - Consecuencia del efecto gravitatorio de la luna y el sol (mareomotriz). - Aprovechamiento de las reacciones químicas naturales de la tierra (geotérmica). - Reacciones nucleares (fisión y fusión).

Las fuentes energéticas citadas, a excepción de las nucleares, se conocen como energías renovables, que son aquellas fuentes de energía que se encuentran a disposición del ser humano de forma natural y continua o repetitiva para que éste la pueda aprovechar y transformar en energía útil. Se renuevan ininterrumpidamente y se pueden considerar inagotables. Sin embargo, son necesarios avances tecnológicos que abaraten la generación de estas energías, además de un reconocimiento social que fomente su utilización. Las energías renovables tienen importantes beneficios, no sólo por la reducción de emisiones, sino también por una menor dependencia de las importaciones energéticas y por lo tanto por una mayor seguridad en el abastecimiento. Otro factor que cada día está adquiriendo mayor importancia es el ahorro energético. Los avances tecnológicos permiten reducir considerablemente la cantidad de energía necesaria para un determinado nivel de vida, mitigando al mismo tiempo los problemas medioambientales derivados del exceso de consumo. Las energías renovables también tienen inconvenientes, entre ellos destacan su carácter intermitente y la imposibilidad de su utilización directa para el transporte. Por estos inconvenientes es imprescindible un sistema energético intermedio o vector energético que sirva de nexo entre las energías renovables y los diferentes sectores de consumo. Estos vectores energéticos pueden ser la electricidad y el hidrógeno:

La electricidad puede producirse a partir de cualquier tipo de energía y es utilizable en la mayoría de los casos de forma eficiente y versátil a nivel de consumo final. Sin embargo, no es almacenable de forma conveniente y tiene pérdidas significativas durante su transporte. El hidrógeno es otro vector energético que puede ser el complemento ideal de la electricidad, ya que es fácilmente almacenable, transportable, fácil de producir, renovable, independiente de los recursos primarios, aplicable de diversas formas, más eficiente que los combustibles actuales y no contaminante. Para su obtención se necesita energía, por lo que se le considera un vector energético más que una fuente de energía. Una vez producido, el hidrógeno puede sustituir a los combustibles fósiles en todas sus aplicaciones sin ninguno de sus inconvenientes. En España se están planteando soluciones que combinan el uso de energía solar y eólica para producirlo y así reducir la dependencia energética del exterior.

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En cuanto a su transporte y almacenamiento, por tratarse de un gas, el hidrógeno puede ser transportado y almacenado mediante las mismas tecnologías que se utilizan para el gas natural. También puede licuarse para ser transportado o almacenado en dicho estado de agregación. El hidrógeno se usa de forma habitual en aviación y en cohetes espaciales. En la actualidad se estudia su aplicación en dos tipos diferentes de vehículos: los que utilizan motores de combustión interna (sólo producen vapor de agua y NOx) y los que emplean células de combustible (sólo producen vapor de agua). Otra cuestión interesante a considerar en el caso del hidrógeno son los riesgos inherentes a su utilización. Debe quedar claro en este caso que, aunque puede parecer que el hidrógeno es más peligroso que el gas natural o la gasolina, dicha percepción no está justificada ni por sus propiedades físicas y químicas ni por sus muchos años de utilización a nivel industrial o doméstico. Lo que si es verdad es que todos los combustibles químicos, incluidos el hidrógeno, el gas natural y la gasolina, son potencialmente peligrosos, debiendo ser manejados con cuidado. Podemos por tanto concluir que el sistema energía solar-hidrógeno es un sistema permanente de energía, capaz de satisfacer todas las necesidades energéticas de la sociedad en el momento actual, y previsiblemente en el futuro, sin causar daños al medio ambiente, siendo en la actualidad el único sistema energético que permite un desarrollo sostenible, por lo que deberíamos contribuir todos, de forma activa, a su implantación gradual pero inmediata.

1.2.10. Utilización creciente de productos químicos. Con frecuencia a la Química se le considera por muchos como la responsable directa del deterioro del medio ambiente, debido a la producción de ingentes cantidades de productos químicos más ó menos tóxicos o peligrosos. Los tipos principales de problemas ambientales que son consecuencia de la actividad industrial se pueden concretar en:

1. La fabricación de productos intrínsecamente peligrosos, ya sea como productos intermedios, o en algunos casos como productos finales. 2. Los problemas de exposición a dichos productos no solo de los trabajadores que intervienen en el proceso productivo sino también de los habitantes de las zonas próximas. 3. Los problemas derivados de posibles accidentes de los que pueden resultar afectados, en mayor o menor grado, un amplio sector de población, que se conocen cómo «Accidentes mayores». 4. Los problemas derivados de los residuos, procedentes de la producción y/o utilización de estos productos, en especial los de bioacumulación en la cadena alimentaria.

Sin embargo, como se dijo en la Conferencia sobre el Medio Ambiente Humano celebrada en Estocolmo en 1972, la pobreza y la escasez de recursos son los mayores contaminantes actuales de la Humanidad que no podrán ser erradicados sin la valiosa ayuda de la Ciencia y la Tecnología, de las que la Industria Química es una parte muy importante.

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CAPÍTULO 2. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA (I).

LA ATMÓSFERA Y LOS CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS. 2.1. LA ATMOSFERA. La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea nuestro planeta aislándole del ambiente hostil del espacio exterior. Absorbe los rayos cósmicos y parte de la radiación ultravioleta sirviendo de escudo protector. Tiene un papel esencial en el balance térmico y del ciclo hidrológico. Su composición varía con la altitud y la latitud. Sus componentes mayoritarios son el nitrógeno (78%) y el oxigeno (21%), los minoritarios, argón, dióxido de carbono y vapor de agua. 2.1.1. Regiones de la atmósfera. Se pueden distinguir 5 regiones: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera o ionosfera y exosfera.

- Troposfera (0-10 km): composición de aire seco homogéneo y vapor de agua heterogéneo, la temperatura desciende con la altura. Los componentes gaseosos más importantes son N2, O2 H2O, Ar, y CO2, además de los contaminantes ambientales debidos a fuentes naturales y antropogénicas. La tropopausa es el límite entre la troposfera y la estratosfera (a -55ºC)

- Estratosfera (10-50 km): Los componentes químicos son los mismos que en la Troposfera, a los que debemos añadir el ozono, que alcanza su máxima concentración a una altura de 25 km. Esta zona de máxima concentración recibe el nombre de ozonosfera y actúa de escudo protector frente a las radiaciones ultravioletas procedentes del sol. En la estratosfera la temperatura aumenta con la altura hasta alcanzar en la estratopausa (límite entre estratosfera y mesosfera) una temperatura de alrededor de 0ºC. El elemento que más causa su destrucción es el óxido nítrico.

- Mesosfera (50-90 km): las especies químicas más características son el O2 y los cationes O2+ y

NO+. La concentración de oxígeno atómico es muy superior a la molecular. La temperatura decrece con la altura. Los componentes químicos mayoritarios son moléculas neutras o ionizadas (N2, 02

+, NOx) - Termosfera (90-110 km): la temperatura crece con la altura llegando al orden de los 1200ºC.

Aire tremendamente enrarecido. - Exosfera: es el límite exterior de la atmósfera y hay un cierto intercambio de masa con el

exterior. Las tres primeras forman la homosfera y las dos últimas la heterosfera.

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2.1.2. Balance térmico terrestre: El sol se comporta como un inmenso reactor nuclear, en el que mediante reacciones de fusión se produce un continuo desprendimiento de energía, que es irradiada hacia el espacio exterior en forma de ondas electromagnéticas. La energía emitida lo es en un amplio margen de longitudes de onda λ y puede ser dividida en las siguientes tres regiones espectrales:

- λ > 0,7 µm � radiación infrarroja (48% del total). - 0,4 > λ > 0,7 µm � región visible (43%). - λ < 0,4 µm � radiación ultravioleta y rayos X (9%).

De no existir atmósfera la tierra recibiría del sol una energía de 1,34 Kw/m2, llamada constante solar. Si toda la energía anterior alcanzara la superficie terrestre y fuera retenida, haría mucho tiempo que la tierra se hubiera vaporizado. Afortunadamente existe un sistema complejo de factores que mantiene el balance térmico terrestre en los límites necesarios para que existan unas condiciones climáticas que permitan la vida en la tierra. De forma simplificada, los mecanismos por los que la temperatura media de la tierra se mantiene en los valores actuales, son los siguientes:

El 50% de la radiación incidente llega a tierra directamente o dispersada por nubes, gases atmosféricos o partículas. El otro 50% o bien es reflejado o bien es absorbido y después emitido al espacio. De la radiación incidente sobre la superficie terrestre, una fracción es reflejada en ella constituyendo el albedo, en tanto que el resto es absorbida, y se utiliza en provocar el movimiento de las masas de aire, mantener el ciclo hidrológico, y proveer de energía a todos los procesos vitales que ocurren en la tierra. El poder reflexivo de la superficie varía de unos puntos a otros según se indica en la lista siguiente, observándose que las zonas provistas de vegetación presentan un valor local de albedo muy inferior a las desertizadas. Para la tierra en su conjunto, conocido como, albedo planetario, el valor es aproximadamente del 15%.

Nieve fresca: 90% Nieve primavera: 40% Arena: 35%

Bosques y vegetación: 10-25% Tierra seca: 12-20% Ciudades y rocas: 12-18%

Tierra húmeda: 10% Agua en calma: 2%

Si comparamos la longitud de onda de la radiación emitida por la superficie terrestre, con respecto a la que recibe del sol, comprobaremos que ésta última es menor. De hecho, como ya hemos dicho, el máximo de emisión de la radiación procedente del sol corresponde a 0,5 µm, región visible, mientras que la radiación emitida por la superficie terrestre tiene un máximo de intensidad a unos 10 µm, región infrarroja. Es decir, la tierra pierde energía en forma de radiación electromagnética de más pequeña energía por fotón, lo cual es muy importante para mantener el balance térmico terrestre, ya que el dióxido de carbono y el vapor de agua contenidos en la atmósfera son bastante transparentes para la radiación de longitud de onda comprendida en la región del visible, donde está contenida la mayor parte de la radiación solar, mientras que presentan una absorción importante para la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre, que de otra manera se perdería en el espacio. Sin esa absorción de la radiación infrarroja, la temperatura media de la superficie terrestre seria de -40ºC. En concreto el dióxido de carbono, que absorbe intensamente entre 12 y 16,3 µm juega un papel muy importante en mantener el balance térmico, tanto es así, que existe gran preocupación sobre los problemas que se pueden derivar de un incremento en los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, lo que provocaría un ligero aumento de la temperatura terrestre. Este es el conocido efecto invernadero originado primeramente por la combustión de los combustibles fósiles y por la deforestación del planeta.

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Efecto invernadero. Consiste básicamente en que concentraciones crecientes de dióxido de carbono (CO2) en la

atmósfera, resultantes de las actividades humanas, pueden causar cambios climáticos al verse afectada la temperatura

superficial de la tierra.

Es debido a que cuando la radiaciones procedentes del sol, de longitud de onda correspondiente a la zona visible del

espectro electromagnético, inciden sobre la Tierra, parte de ellas son absorbidas y posteriormente reemitidas a la

atmósfera en forma de radiaciones de mayor longitud de onda, correspondientes a la zona infrarroja.

Ciertos compuestos de la atmósfera, como el dióxido de carbono son capaces de absorber la radiación, aumentando la

temperatura en la troposfera. Cuanto mayor sea la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera más calor se

retendrá y más se calentará la atmósfera.

El mismo efecto que el CO2 aunque con mucha menor intensidad ejercen otros gases tales como: N2O, CH4 y los FCCs,

entre otros.

2.1.3. Química de la atmósfera. En la atmósfera se producen unas reacciones químicas llamadas fotoquímicas que juegan un papel importante en la composición y propiedades de la atmósfera. La primera etapa es la excitación de una especie química mediante absorción de un fotón de radiación electromagnética y posteriormente se descompone dando lugar a diferentes reacciones fotoquímicas:

- Fotoexcitación: consiste en la absorción de un fotón por una partícula (átomo o molécula) pasando a un estado de excitación. Por ejemplo

- Luminiscencia: la especie activada emite radiación electromagnética en la zona visible del

espectro. Distinguimos entre fluorescencia (si la emisión es instantánea) y fosforescencia (si la emisión es al cabo de cierto tiempo).

- Fotosensibilización: Consiste en la desactivación de moléculas excitadas mediante la transferencia energética a otro átomo o molécula. Por ejemplo

Dentro de este tipo de reacciones se incluirían las reacciones de descomposición y formación de ozono.

- Fotoionización: consiste en la salida de un electrón de la especie activada, con lo que se produce su ionización. Por ejemplo

N* � N+ + e

- Fotodisociación: las especies activadas se disocian produciendo átomos y radicales libres. Por ejemplo

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2.2. CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS. La Ley 34/2007, de 15 de noviembre, de calidad del aire y protección de la atmósfera define la contaminación atmosférica como la presencia en la atmósfera de materias, sustancias o formas de energía que impliquen molestia grave, riesgo o daño para la seguridad o la salud de las personas, el medio ambiente y demás bienes de cualquier naturaleza.

La mera presencia en el aire de sustancias extrañas a su composición habitual no debe interpretarse en sí como una contaminación, sino en cuanto que dicha presencia sea susceptible de afectar de alguna manera al hombre o sus propiedades. En este sentido apunta también, de forma más explícita, la definición dada por el Consejo de Europa, al determinar que sólo cuando los conocimientos científicos actuales permitan establecer de forma clara el efecto perjudicial de un determinado agente, es dado considerarlo como contaminante. 2.2.1. Clasificación general de los agentes contaminantes.

- Biológicos, que son agentes vivos (virus, bacterias, hongos, insectos, etc.). En determinados ambientes laborales pueden cobrar gran importancia, siendo causa de diversas enfermedades profesionales, como el ántrax, la brucelosis, etc., pero a nivel atmosférico global no se consideran.

- Físicos son manifestaciones energéticas agresivas, que pueden tener lugar en el medio ambiente y ser causa de alteraciones de la salud (radiaciones corpusculares o electromagnéticas, ruido, vibraciones, excitaciones térmicas, etc.).

- Químicos, todas aquellas sustancias contaminantes que carecen de vida propia. 2.2.1.1. Clasificación de los contaminantes químicos. a) Según el estado de agregación (sólidos, líquidos, gases o mezclas de ellos):

a. Aerosoles, que son una dispersión de partículas sólidas o líquidas, finamente divididas, en un medio gaseoso. Se clasifican en:

- Sistemas sólido-aire: Polvo, fibra, hollín, humo (fume, smoke). - Sistemas líquido-aire: Niebla, bruma, calina húmeda, smog (combinación de bruma y

humo).

b. Sistemas gas-aire, que son homogéneos y están formados por disolución de diversos contaminantes, perteneciendo a esta categoría agentes químicos de gran importancia cuantitativa, como los óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno o CO.

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b) Según su importancia cuantitativa:

a. Mayoritarios: óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, CO, partículas en suspensión e hidrocarburos. b. Minoritarios: metales, compuestos metálicos, cloro molecular, fluoruros, sulfuros de hidrógeno y sulfuros de carbono, ozono y diversos compuestos orgánicos.

2.2.2. Fuentes de contaminantes atmosféricos. La contaminación atmosférica surge por emisión de materiales a la atmósfera, ya sea desde un foco, o conjunto de focos, pudiendo ser éstos localizados o difusos, y constituyendo los materiales emitidos la denominada emisión primaria. La emisión secundaria resulta de la primaria como consecuencia de transformaciones químicas. La inmisión hace referencia a la concentración de contaminantes, precedentes de diversas fuentes, a nivel del suelo.

La contaminación de la atmósfera se produce cuando un determinado foco lanza al aire sustancias (o energía)

contaminantes. Este proceso recibe el nombre de “emisión”. Es decir, son emisiones los humos que salen por las

chimeneas, los gases de escape de los vehículos, la polvareda que se produce al descargar material a granel, etc., en el

momento en que abandonan su fuente de procedencia y pasan al aire que los rodea.

Una vez lanzados a la atmósfera, los contaminantes no permanecen indefinidamente en ella, sino que experimentan

complejos procesos de transporte, mezcla y transformación química que dan lugar a una distribución variable de su

concentración en el aire, tanto en el espacio como en el tiempo. Pues bien, la concentración de contaminantes en el aire

a nivel del suelo, que es el aire directamente respirado por el ciudadano, recibe el nombre de “inmisión”. La inmisión

es, pues, una medida de la calidad del aire ambiente. Suele expresarse como concentración de contaminante en

microgramos partido por metro cúbico de aire en condiciones normales de presión y temperatura.

Contaminantes mayoritarios: - CO: procedente del transporte. - Óxidos de azufre: emitidos por los generadores de calor. - Hidrocarburos: originados por combustiones incompletas y el transporte. - Óxidos de nitrógeno: ocasionados por altas temperaturas de combustión. - Plomo: el empleo de gasolina plomada como combustible para motores de explosión, es

responsable de la contaminación por plomo.

2.2.3. Contaminantes mayoritarios y minoritarios. El CO2, no considerado tradicionalmente como contaminante, pero debido al incremento de su concentración en la atmósfera como consecuencia de la combustión de combustibles fósiles ha llevado a que, desde hace algún tiempo, se considere como el contaminante mayoritario por excelencia, por las alteraciones que puede provocar debido a su importancia como gas de efecto invernadero Las emisiones de CO, NOx, hidrocarburos, SOx y partículas suponen más del 90% del problema de la contaminación atmosférica. Seguidamente vamos a considerar brevemente cada uno de los contaminantes citados que son los conocidos como contaminantes mayoritarios Existen, como ya hemos dicho, otros compuestos que son insignificantes como contaminantes atmosféricos, globalmente hablando, pero que pueden tener importancia a nivel local, y que también merecerían un estudio detallado. Una consideración especial, por sus efectos sobre la capa de ozono, debería dedicarse a los clorofluocarbonos CFC´s conocidos genéricamente como freones. No vamos a considerar los contaminantes minoritarios de forma individual.

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2.2.3.1. Monóxido de carbono. En áreas urbanas, la fuente principal es el tráfico rodado, en especial los vehículos automóviles accionados por motores de explosión y en proporción bastante menor los accionados por motor Diesel. Los máximos niveles se producen en hora punta, alcanzando las 50-100 ppm. El uso de catalizador en los coches ha reducido las emisiones totales de CO debidas al tráfico. El origen natural del CO es la oxidación del metano formado por descomposición anaerobia de la materia orgánica procedente de los restos de seres vivos; también, por los grandes incendios de áreas forestales. Su eliminación natural es su oxidación a CO2 en las capas altas de la atmósfera. En el suelo existen determinados organismos que transforman el CO en CO2 o en CH4. El principal efecto sobre el hombre es interferir en el transporte de oxígeno a través de la sangre ya que reacciona con la oxihemoglobina de ésta, formando carboxihemoglobina que no es apta para transportar oxígeno. La intoxicación por CO produce en primer lugar inconsciencia, y concentraciones mayores, trastornos en las funciones nerviosas y cardíacas, fallo respiratorio y la muerte. Los efectos producidos dependen de la concentración.

� 50-100 ppm Sólo se producen pequeñas molestias si los tiempos de exposición son prolongados (habitación con fumadores poco ventilada).

� 100-700 ppm Se producen fuertes dolores de cabeza. � > 700 ppm Ocurre una progresiva reducción de la conciencia, coma, y finalmente la muerte.

2.2.3.2 Dióxido de azufre. La fuente principal es la combustión de carbones y productos derivados del petróleo. Otra parte viene de la descomposición de materia orgánica:

y por su oxidación a trióxido de azufre por el oxígeno atómico o molecular:

Los efectos sobre el hombre se manifiestan sobre el aparato respiratorio: irritaciones, edemas pulmonares, etc. Sobre los animales, en general, produce los mismos efectos que al hombre, resultando las aves las más afectadas. Sobre las plantas, la presencia de SO2, por ejemplo, disminuye su contenido en clorofila. Además ataca a materiales de construcción tales como mármol, piedra caliza, pizarra, etc. También provoca corrosión en materiales metálicos. Los componentes principales del smog sulfuroso son: humos, niebla, dióxido de azufre y ácido sulfúrico. Los factores desencadenantes son de una parte concentraciones elevadas de S02 y de materia particulada, procedentes de vehículos diesel, calefacciones e instalaciones industriales, y por otra, una inversión térmica persistente en la atmósfera. Su carácter ácido procede no sólo del S02, sino también y fundamentalmente de sus productos de oxidación.

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2.2.3.3 Óxidos de nitrógeno. Los 3 óxidos de nitrógeno que se encuentran en la atmósfera normalmente son: El óxido nitroso (N2O) se produce en la naturaleza en procesos microbiólogicos. Es un gas incoloro, de olor débil y agradable y sabor dulce. Produce hilaridad y efectos anestésicos. Es un gas poco reactivo cuya concentración decrece con la altitud, según la reacción

Y otras reacciones con el O2 El óxido nítrico (NO), es incoloro e inodoro; reduce la cantidad de oxigeno transportado por la sangre. El dióxido de nitrógeno (NO2) es de olor picante y color rojizo; causa inflamaciones, principalmente de ojos, garganta y vías respiratorias. La mayoría de NOx son emitidos en forma de NO, según la reacción:

El óxido nítrico se oxida posteriormente según:

En cuanto a los efectos sobre la salud humana de estos compuestos, el óxido nítrico actúa como el monóxido de carbono, reduciendo el transporte de oxígeno por parte de la hemoglobina sanguínea. Los efectos tóxicos del NO2 son superiores a los del NO y varían, lógicamente, con el grado de exposición:

Para exposiciones menores de una hora, un nivel de 50 a 100 ppm de NO2 causa una inflamación del tejido pulmonar que dura seis a ocho semanas, pasadas las cuales, el individuo normalmente se recobra; mientras que concentraciones de 150 a 200 ppm producen lesiones irreversibles que conducen a la muerte en un plazo de tres a cinco semanas, reduciéndose dicho plazo después de exposiciones a 500 ppm o superiores.

Un efecto indirecto de los NOx puede aparecer a través de la destrucción de la ozonosfera, que como se recordará absorbe la peligrosa radiación ultravioleta de longitudes de onda comprendidas entre 220 y 330 nm, lo que se traduciría en un incremento notable en el número de casos de cáncer de piel. Por dicha razón resultan particularmente peligrosas las emisiones de NOx de los motores a reacción que impulsan los aviones comerciales, que vuelan a una altura aproximada de unos 11.000 m siguiendo rutas prácticamente fijas. No debe terminarse la referencia al efecto contaminante de los óxidos de nitrógeno, sin mencionar que contribuyen a la lluvia ácida y que desempeñan un importante papel en la aparición del smog fotoquímico, que será posteriormente estudiado. Por otra parte, el N20 contribuye, aunque en pequeña proporción, al efecto invernadero.

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2.2.3.4 Partículas en suspensión. Algunos autores denominan a los aerosoles como materia particulada. Cuando las partículas poseen carga eléctrica se denominan micelas y su tamaño suele ser inferior a 0,1 micras, o bien materia suspendida, con tamaño inferior a 10 micras que son las más peligrosas. A su vez esta última puede clasificarse en inhalable (5 y 10 micras), y respirable (< 5 micras) Las partículas suelen clasificarse de acuerdo a sus características:

- físicas: (tamaño, modo de formación y propiedades de sedimentación y ópticas) - químicas: (composición inorgánica y orgánica) - biológicas: (bacterias, virus, esporas, pólenes, etc)

Existe una gran variedad de fuentes naturales que contribuyen a la presencia de materia particulada en la atmósfera: brumas marinas, erupciones volcánicas, incendios naturales, vientos terrestres, pólenes, etc. Entre las fuentes debidas a la actividad humana, las más importantes a nivel local son las combustiones, y diversos procesos industriales como cementeras, parques de carbones, etc. Las partículas de tamaño inferior a las 10 micras (respirables) son las únicas capaces de alcanzar los alvéolos pulmonares; las inhalables son retenidas, en su casi totalidad por la región naso-faríngea y por el epitelio ciliado que recubre los bronquios, siendo eliminadas con las correspondientes secreciones mucosas. También se ha estudiado la retención de fibras, encontrándose que la inmensa mayoría de las que acceden a los alvéolos pulmonares son de longitud inferior a 50 micras, resultando despreciable la proporción de las que presentan una longitud superior a 200 micras. La composición química en el caso de atmósferas urbanas es fundamentalmente materia orgánica, así como compuestos de nitrógeno, azufre y de diversos metales, en especial el plomo. Los efectos biológicos causados por las partículas van desde procesos leves, como la simple irritación por depósito en ojos y conductos nasales, pasando por daños de mayor o menor extensión en piel y mucosas a causa de una acción química o puramente mecánica, hasta alteraciones graves del organismo. La principal vía de entrada de las partículas en la especie humana es a través del tracto respiratorio. Las partículas más pequeñas alcanzan los pulmones y son retenidas allí. El sistema respiratorio posee mecanismos para eliminar la materia particulada. Efectos secundarios de las partículas, pero dignos de mención son que reducen la visibilidad, y que actúan como catalizadores de diversas reacciones químicas que ocurren en la atmósfera. No podemos terminar estas consideraciones sobre las partículas atmosféricas, sin referirnos a su importancia, junto con los óxidos de azufre, en la formación del llamado smog sulfuroso que ha sido la causa principal de numerosos episodios agudos de contaminación atmosférica.

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2.2.3.5 Hidrocarburos. Estas sustancias contienen solo los elementos hidrógeno y carbono, estando relacionado su estado físico con su masa atómica y estructura molecular. Desde el punto de vista de la contaminación ambiental los más importantes son los más volátiles, si bien formando parte del material particulado pueden encontrarse hidrocarburos aromáticos policíclicos sólidos que se sabe son cancerígenos. La mayor parte de los hidrocarburos que se emiten a la atmósfera son de origen natural, habiéndose estimado que sólo la séptima parte proceden de la actividad humana. Los bosques de coníferas y las grandes manchas arbóreas emiten gran cantidad de hidrocarburos y aceites esenciales. También recibe la atmósfera gran cantidad de metano, como consecuencia de la descomposición anaerobia de los restos orgánicos procedentes de animales y vegetales, originando el llamado gas de los pantanos. Como consecuencia de la actividad humana, la mayor parte de los hidrocarburos emitidos lo son por los automóviles en áreas de alta densidad de población. La contaminación atmosférica debida a los hidrocarburos es grave no tanto por los efectos de los hidrocarburos en sí, como por contribuir a la formación del llamado smog fotoquímico y por la contribución importante del CH4 al efecto invernadero. En la actualidad se utiliza con gran profusión el término Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs) para referirse a un amplio grupo de compuestos orgánicos que incluye hidrocarburos (alcanos, alquenos y aromáticos), compuestos oxigenados (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos y éteres) y compuestos halogenados. El metano es uno de los principales componentes de los COVs y normalmente se considera de forma individual ya que además sus efectos son fundamentalmente sobre el calentamiento terrestre. El smog fotoquímico se produce cuando en la atmósfera existen hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y condiciones atmosféricas propias de los anticiclones estacionarios, es decir, fuerte radiación solar, inversión térmica intensa y a baja altitud, humedad relativa elevada y calma atmosférica. Tiene las siguientes etapas:

1) Emisión de NOx, produciéndose su acumulación durante las horas nocturnas. 2) Absorción de luz solar, causando fotodisociación del dióxido de nitrógeno y produciendo oxígeno atómico muy reactivo, con la generación de especies oxidantes:

3) Oxidación de los hidrocarburos presentes en la atmósfera. 4) Dispersión de contaminantes.

Los efectos de la bruma fotoquímica son irritación de ojos, garganta y vias respiratorias, asma, etc. En animales de laboratorio acelera el envejecimiento y provoca alteraciones cromosómicas. Los oxidantes originan daños importantes en plantas, colapsando células, incrementando tiempos de crecimiento o reduciendo el rendimiento de cosechas.

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2.2.3.6 El plomo. Utilizado para mejorar el índice de octano de las gasolinas, que son la fuente principal del total de emisiones de plomo a la atmósfera. En los últimos años, el uso de gasolina sin plomo ha reducido considerablemente la emisión a la atmósfera de este metal. El plomo es un tóxico sistémico que afecta al sistema nervioso, renal y sanguíneo. Tipos de smog

Los dos tipos más importantes de smog son el smog sulfuroso o smog ácido, denominado también smog de Londres y el smog fotoquímico o smog de Los Angeles.

Los componentes principales del smog sulfuroso son: humos, niebla, dióxido de azufre y ácido sulfúrico. Los factores desencadenantes son de una parte concentraciones elevadas de S02 y de materia particulada, procedentes de vehículos diesel, calefacciones e instalaciones industriales, y por otra, una inversión térmica persistente en la atmósfera. Su carácter ácido procede no sólo del S02 sino también y fundamentalmente de sus productos de oxidación.

El Smog Fotoquímico tiene su origen en reacciones fotoquímicas complejas inducidas por los óxidos de nitrógeno y para las que son necesarios hidrocarburos procedentes principalmente de los motores de combustión interna, así como una buena luminosidad. Los efectos del smog, como en el caso anterior, se acentúan notablemente en condiciones de inversión térmica. Como consecuencia de dichas reacciones, se origina una serie de contaminantes secundarios de elevada toxicidad (ozono, aldehídos, peroxiácidos, etc.)

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CAPÍTULO 3. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA (II).

DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES Y MÉTODOS DE CONTROL. 3.1. METEOROLOGÍA Y DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES. El problema de la contaminación atmosférica consta de tres factores:

- La fuente del contaminante. - La dispersión del contaminante. - El receptor de la contaminación.

Los movimientos de masas de aire, que pueden tener sentido horizontal o vertical, tienen mucho que ver con el transporte y concentración de los contaminantes atmosféricos. El movimiento horizontal es debido al viento, a más velocidad del viento más facilidad para que los contaminantes se dispersen. Sin embargo, si la velocidad es baja, influye más en la dispersión el movimiento vertical del aire. El movimiento vertical se debe a la variación de temperatura del aire con la altura. Se denomina atmósfera adiabática a una situación atmosférica teórica en la que no existe transferencia de calor entre una pequeña masa de aire contaminado y el entorno que le rodea. En condiciones adiabáticas el gradiente de temperatura con la altura permanece constante y es de aproximadamente -1°C por cada 100 metros de elevación. En estas condiciones, la dispersión de los contaminantes se produce por expansión debido al descenso de la presión atmosférica. Las condiciones adiabáticas corresponden a situaciones teóricas, que raramente se producen. En la realidad puede ocurrir que la variación de temperatura con la altura sea mayor a la teórica, es decir que el gradiente sea mayor de -1°C por cada 100 metros, situación que se conoce como atmósfera superadiabática (favorece la dispersión de los contaminantes). Por el contrario cuando la variación de la temperatura con la altura es inferior a la teórica, se denomina atmósfera subadiabática (dispersión de contaminantes se ve dificultada) Un caso extremo de atmósferas subadiabáticas, se presenta cuando la temperatura de la atmósfera, aumenta con la altura. Estas situaciones se conocen como de inversión atmosférica y corresponden a una gran estabilidad de la atmósfera, que impide la dispersión vertical de los contaminantes. Las situaciones de inversión térmica se traducen en un incremento de la actividad fotoquímica y en una mayor formación de “smog” fotoquímico.

Existen varios modelos que permiten relacionar la dispersión de los efluentes con parámetros como naturaleza del efluente, condiciones meteorológicas existentes, altura de la chimenea, topografía del terreno, velocidad del viento, etc. Consideraremos el modelo Gaussiano de dispersión, que permite estimar la concentración de los contaminantes gaseosos procedentes de una fuente puntual en la dirección en la que sopla el viento. Este modelo es muy simple, ya que asume que la distribución de contaminantes en los planos vertical y horizontal del penacho de humo sigue una distribución normal, que la velocidad de emisión es constante, que la velocidad del viento no varía con la altura, que ninguna parte del contaminante se pierde por deposición química o reacción, y que el terreno es llano.

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La concentración del contaminante es directamente proporcional a la velocidad de emisión Q. Los modelos de difusión atmosférica son muy necesarios, si se considera que la previsión y cuantificación del impacto ambiental atmosférico sólo es posible cuando se ha conseguido de una manera suficientemente representativa, la modelización de las características básicas de los medios emisor, difusor, y receptor, en su interrelación temporal y espacial. La necesidad de abordar la problemática de la contaminación atmosférica a través del análisis de los resultados obtenidos con los modelos de difusión atmosférica, se presenta como primordial e insustituible frente a otros métodos, desde el momento en que se pueden prever los resultados, aún antes de la puesta en marcha de la industria contaminadora. La utilización de modelos de difusión atmosférica tiene como objeto la integración de todos aquellos elementos que inciden en la calidad del aire, como son las condiciones atmosféricas del lugar, la localización de los focos e intensidad de los mismos, la situación de los receptores, la influencia de la topografía, orografía, etc., a fin de adecuar las medidas correctoras económica y técnicamente más viables. La fiabilidad de cualquier modelo de dispersión de contaminantes está directamente relacionada con el banco de datos que se posea, por lo que resulta fundamental que la información meteorológica se base en series suficientemente amplias y detalladas de los diferentes parámetros climáticos que incidan en el modelo. Los modelos de difusión atmosférica se usan para:

� Evaluaciones de impacto ambiental. � Optimización de chimeneas. � Planificación industrial y urbana. � Diseño de redes de control de la calidad del aire. � Programas de prevención atmosférica.

Inversión Térmica

La inversión térmica de la atmósfera es el fenómeno que ocurre cuando la temperatura del aire crece con la altura, lo cual imposibilita la ascensión de los gases contaminantes y por tanto su difusión y dispersión, con el consiguiente incremento de las concentraciones de contaminantes a nivel local, sobre todo si, como frecuentemente ocurre en estas situaciones, no existen movimientos horizontales del aire (vientos). La altura máxima en la que persiste el fenómeno de inversión recibe el nombre de altura de inversión y su espesor se denomina capa de inversión. Estos datos son importantes a la hora de predecir la dispersión de contaminantes emitidos por una chimenea, ya que incluso en condiciones de inversión térmica, los contaminantes podrán dispersarse siempre que la altura efectiva de la chimenea supere la altura de inversión.

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3.2. MEDIDA DE LA CALIDAD DEL AIRE. El aire es un término que utilizamos para referirnos a la mezcla de gases que existe alrededor de la tierra hasta una altura de 100 km. El aire puro se define normalmente como el que contiene sólo los gases naturales. Como puede imaginarse el aire puro no existe, ya que siempre estarán presentes, polen, partículas, etc., incluso aunque no haya industria. La medida de la calidad del aire puede referirse a:

� Medidas de emisiones, también llamada medida de chimeneas cuando se utiliza una fuente estacionaria.

� Medidas meteorológicas, necesarias para conocer cómo y por qué los contaminantes se desplazan desde la fuente al receptor.

� Medidas de inmisiones, ya que la calidad del aire que respiramos es finalmente la que nos interesa.

Tanto en el caso de emisiones como de inmisiones podemos medir partículas y gases. Inmisiones:

• Partículas sedimentables: se utilizan unos muestreadores muy sencillos, cuyas características técnicas están establecidas legalmente, con un período de muestreo mensual.

• Partículas en suspensión: se utilizan muestreadores de alto volumen (aspiradores) y la determinación se efectúa gravimétricamente, y el dato obtenido se conoce como partículas suspendidas totales. También se utiliza la medida de la fracción respirable, que muestrea aquellas partículas que pueden llegar a los pulmones, que son las menores de 10 µm, aunque las que más influyen son las más próximas a 2,5 µm (partículas finas). Las más peligrosas son las partículas aún más pequeñas (diámetro menor de 1 nm), porque incluso pueden entrar en la circulación sanguínea.

• Gases: se utiliza un borboteador por donde se hace pasar el gas, que o bien contiene un líquido que reacciona con el gas, o bien lo disuelve. Posteriormente se utilizan diversas técnicas para medir su concentración. En ocasiones la muestra gaseosa se recoge y después se analiza en el laboratorio. Para la recogida se utilizan ampollas de dos llaves, en las que previamente se ha hecho el vacío.

Emisiones: En las medidas de emisiones, el problema más importante relacionado con la recogida de muestras es su representatividad. Por lo tanto, es necesario un especial cuidado en la medida del flujo gaseoso a través de la chimenea, de su temperatura de salida y de la concentración de los contaminantes que emergen. Normalmente la toma de muestras en chimeneas se realiza mediante un aparato denominado sonda isocinética, que permite captar la muestra a una velocidad idéntica a la velocidad de salida de los gases por la chimenea, con lo que se evitan los efectos inerciales que afectan a la toma de muestras de partículas y no a la de gases, y por lo tanto se evitan resultados erróneos en el muestreo. Debe quedar claro que cuando se quiere medir la calidad del aire, los resultados que se obtengan solamente serán representativos si las muestras analizadas también lo son. Como técnica general para el análisis de muestras gaseosas se puede citar la cromatografía de gases, que es un método físico de separación en el que los componentes a separar se distribuyen entre dos

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fases, una de las cuales es un lecho estacionario de gran área superficial, y la otra un fluido que se infiltra a través del lecho estacionario. Tipos de clasificaciones cromatográficas:

1) Según la fase implicada en la separación: gas-líquido, líquido-líquido, gas-sólido. 2) Según la técnica de separación: elución, análisis frontal y desplazamiento. 3) Según el mecanismo de separación: absorción, reparto, intercambio iónico y filtración sobre gel.

El cromatógrafo de gases está formado fundamentalmente por:

- Gas inerte a presión. - Columnas cromatográficas (la de trabajo y la de referencia). - Conjunto de dispositivos detectores (integrales o diferenciales): dichos dispositivos van

acoplados a un registro gráfico. - Colectores donde se recogen las fracciones que van emergiendo.

Los parámetros más utilizados son:

- Tiempo de retención. - Tiempo de retención modificado - Retención relativa - Volumen de retención. - Volumen de retención corregido - Factor de conversión, - Indice de Kovats, etc.

3.3. CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE. Hay que comenzar diciendo que la atmósfera posee un mecanismo natural de descontaminación sin el cual el aire a través de los tiempos se hubiera vuelto irrespirable. Sin embargo dichos mecanismos son limitados, por lo que nuestra industrializada sociedad debe evitar por todos los medios las emisiones masivas a la atmósfera. Dentro de los procesos naturales de limpieza de la atmósfera podemos citar:

- La dispersión. - La sedimentación gravitacional. - La floculación.

- La absorción. - La sedimentación húmeda. - La adsorción.

La mayoría de los mecanismos para el control de la contaminación del aire a los que nos vamos a referir a continuación, hacen uso de alguno de los principios que intervienen en los procesos naturales de limpieza de la atmósfera. El control de las emisiones a la atmósfera se puede llevar a cabo de cinco diferentes maneras representadas esquemáticamente en la figura y explicadas a continuación.

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Dispersión o dilución La dilución de contaminantes es una de las posibles formas de control y puede realizarse mediante la utilización de chimeneas. Cuanto más altas son (las hay de más de 150 m. de altura), más diluirán los contaminantes. Sin embargo debemos pensar que todo lo que evacuamos a la atmósfera tiene que, eventualmente, volver a la superficie terrestre, aunque, eso si, a más o menos distancia de la fuente originaria. Se trata por tanto de un método que globaliza el problema de la contaminación, aunque rebaje los niveles de contaminación en las proximidades de la fuente. Desde este punto de vista la dilución tiene la ventaja de ser un método de control a corto plazo y puntual, y el inconveniente de resultar el origen de la contaminación a largas distancias o transfronteriza. Control en origen El control de contaminantes en origen se puede llevar a cabo de diferentes formas, la más obvia de ellas es la de impedir que se produzcan. Por ejemplo, los contaminantes asociados con el proceso de combustión, no se formarán si sustituimos dicho método de producción de energía por otro de tipo hidráulico, geotérmico o solar. Los demás métodos de control podrán reducir las emisiones de contaminantes pero no eliminarlos enteramente: así por ejemplo, sustituir el combustible por otro menos contaminante (gasoleo corriente por otro de menor potencial contaminante conseguirá rebajar las emisiones); otro método de control en origen es mantener a punto todo el equipamiento que intervenga en el proceso de producción, en especial el que tenga que ver con la combustión (simplemente con una buena puesta a punto de nuestro coche conseguiremos reducir del 20 al 50% sus emisiones de hidrocarburos y de monóxido de carbono). Un cambio en el proceso de producción puede ser otra forma de controlar las emisiones en origen (los incineradores municipales que son una fuente importante de malos olores, si se hacen funcionar a temperatura suficiente elevada para que se oxiden completamente los productos orgánicos causantes del mal olor, éste desaparece). Por último, otra forma de disminuir las emisiones de contaminantes en origen consiste en instalar equipamientos de control designados para destruir, transformar, o recoger los contaminantes. Estrictamente hablando para estos últimos métodos se utiliza la palabra inglesa «abatement». Recogida de contaminantes Muchas veces el mayor problema en el control de la contaminación lo constituye la recogida de los contaminantes sin la cual no podremos someterlos a ningún tipo de tratamiento. Un caso típico es el de los automóviles. En general, las fuentes móviles suponen una dificultad adicional en este aspecto. Normalmente los ingenieros ambientales tienen enormes problemas cuando intentan controlar la contaminación de una industria que emite los contaminantes por ventanas, puertas, etc. A menudo resulta necesario un nuevo diseño del flujo de aire en toda la planta de producción, y en cualquier caso son problemas que no se suelen resolver con la instalación de equipamientos de control.

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Enfriamiento de los gases emitidos Suele ocurrir que los gases que necesitan ser tratados, están lo suficientemente calientes como para que antes de ser sometidos a los procedimientos de control, deban ser enfriados. La forma de hacerlo puede ser mediante dilución (conveniente si la cantidad de gases calientes es pequeña), por intercambio de calor (utilizado ampliamente y especialmente indicado cuando se desea recuperar el calor), o por medio de su «apagado» utilizando un líquido (ventaja de eliminar parte de las partículas, pero su inconveniente es que da lugar a un líquido sucio y caliente que a su vez plantea un nuevo problema) Tratamiento Los sistemas de control de la contaminación atmosférica pueden dividirse en primer lugar según sean aplicables al control de partículas o al de gases. En todos los casos se utiliza para medir la eficiencia del sistema la siguiente relación:

donde Mr es la cantidad de contaminante recogida y Me es la cantidad de contaminante que escapa. 3.3.1. Métodos utilizados en el control de partículas. El método de control que se elija en un caso determinado, será el resultado de la consideración en profundidad de los diversos factores que intervienen, entre los cuales estarán el tamaño de las partículas emitidas, su densidad, su concentración en el gas en que se encuentran disueltas, así como las características y propiedades de dicho gas. A la hora de elegir un método de control para partículas, habrán de tenerse muy en cuenta los factores de tipo económico que inciden en el método elegido tanto en lo que se refiere a la instalación necesaria, como a los costes de operación y mantenimiento.

• Cámaras de sedimentación: la separación se consigue por gravedad para partículas con diámetro mayor de 50 µm.

• Colectores de inercia (Ciclones): la separación se logra por la fuerza centrífuga que se origina por la circulación en espiral del gas y que hace que las partículas que contiene se muevan hacia las paredes del cilindro donde debido a la fricción pierden velocidad y caen. La eficiencia aumenta con el radio del ciclón y son adecuados para partículas con diámetro mayor de 10 µm.

• Purificadores húmedos: basados en la retención de las partículas por pequeñas gotas de agua, que después se separan por gravedad, son aptos para partículas con diámetro mayor de 0,05 µm.

• Filtros de tela: basados en la retención de partículas por una trama de tela del tamaño de malla adecuado. Se pueden llegar a retener partículas con diámetro mayor de 0,01 µm.

• Precipitadores electrostáticos: basados en la retención electrostática de las partículas previamente cargadas. Normalmente las partículas se cargan con carga negativa y se retienen después sobre un electrodo de carga positiva. Son aptos para separación de partículas de pequeño tamaño, con diámetro mayor de 0,005 µm.

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Como es lógico las eficiencias y costes de los diversos sistemas de control varían grandemente. Cada uno de los sistemas a los que nos hemos referido tiene sus propias ventajas e inconvenientes, por lo que resultará una tarea complicada decidir en cada caso que tipo de sistema es el más adecuado, decisión esta, que será fruto de numerosas consideraciones o muchos factores.

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3.3.2. Métodos y equipamientos utilizados para evitar la emisión de contaminantes gaseosos a la atmósfera. Se basan en los siguientes fenómenos fisico-quimicos:

� Absorción: consiste en la separación de un componente gaseoso de una mezcla de gases utilizando un líquido adecuado, operación conocida como lavado. El gas pasa al líquido por difusión. El absorbente debe ser lo suficientemente selectivo como para absorber el componente a separar y ser inerte respecto a los otros componentes. La desorción es el proceso opuesto a la absorción, por lo que variando convenientemente las condiciones de presión y de temperatura el gas absorbido puede ser liberado del líquido, lo que permite un proceso cíclico. La absorción también ocurre si en vez de un líquido o una solución, se utiliza una suspensión de la sustancia activa, como es el caso de las suspensiones de caliza para la absorción de gases ácidos como el dióxido de azufre.

Como equipamiento se utiliza la torre de pulverización, columnas de platos, columnas de relleno y los lavadores Venturi.

� Adsorción: fenómeno de tipo superficial que puede ocurrir como resultado de las fuerzas que se establecen entre las moléculas de un sólido adsorbente y la sustancia adsorbida (fuerzas de Van der Waals, adsorción física) o compartición de electrones (adsorción química). La adsorción, además de utilizarse en la deshumidificación del aire y otros gases, y en la eliminación de olores y de componentes gaseosos tóxicos procedentes de efluentes gaseosos industriales, resulta una técnica especialmente útil cuando el gas a eliminar no es combustible, es suficientemente valioso para justificar su recuperación, o se encuentra a muy bajas concentraciones en el efluente gaseoso. Los equipamientos suelen ser cilindros que contienen el adsorbente en lecho fijo, móvil o fluidizado.

� Condensación: es un proceso de retención de gases o vapores mediante enfriamiento y/o aumento de presión, normalmente se combina con el proceso de absorción. En contaminación atmosférica la condensación se considera como un método de pretratamiento, y los condensadores se utilizan junto con unidades de absorción y adsorción, o bien a la salida de quemadores.

Las aplicaciones específicas de la condensación dependen del tipo y cantidad de líquido refrigerante que se tenga que usar, de los problemas de residuos que puedan surgir, y de las cantidades de contaminante que deban recuperarse.

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� Oxidación-reducción: consiste en transformar el contaminante por oxidación o reducción en

otro compuesto menos tóxico o bien en otro compuesto más fácilmente purificable. La oxidación se lleva a cabo generalmente con el oxígeno atmosférico mientras que la reducción se realiza utilizando carbón, monóxido de carbono o hidrógeno.

Cuando la oxidación ocurre de manera completa (combustión) y el compuesto es orgánico, los productos mayoritarios que resultan son dióxido de carbono y vapor de agua, por lo que la combustión es un método de eliminación de contaminantes muy satisfactorio.

Dependiendo del contaminante a oxidar, la combustión se puede llevar a cabo mediante los métodos de:

a) Combustión con llama directa: los gases son quemados directamente en un quemador con o sin adición suplementaria de combustible. Aunque este tipo de combustión es un método idóneo en el caso de gases combustibles, el hecho de alcanzarse elevadas temperaturas causa la formación de óxidos de nitrógeno a partir del nitrógeno del aire, lo que crea un nuevo problema de contaminación.

b) Combustión térmica: se utiliza cuando la concentración del contaminante combustible en el efluente gaseoso es tan baja que no es posible su combustión directa. En este caso el gas a quemar se calienta previamente y después se quema utilizando combustible suplementario. Puesto que la combustión incompleta puede originar productos intermedios indeseables (principalmente CO), habrán de controlarse cuidadosamente el tiempo de residencia, la turbulencia, la temperatura y el caudal de oxígeno.

c) Combustión catalítica: se utiliza en los mismos casos que la combustión térmica, pero utilizando un catalizador, con lo que se consigue disminuir el tiempo y la temperatura de combustión. Los catalizadores son muy sensibles a determinadas sustancias conocidas como venenos para el catalizador, por lo que no podrán utilizarse en todos los casos. Entre las sustancias químicas, los halógenos, que dan lugar a haluros metálicos volátiles, son de los productos químicos que más dañan los sistemas catalíticos. Las altas temperaturas también perjudican notablemente los catalizadores

� Incineración: Es un tipo de oxidación que consiste en la combustión térmica o

catalítica del gas a depurar. Se utiliza para el control de componentes combustibles de gases contaminados.

� Descomposición Térmica: se utiliza para descomponer térmicamente en sus

elementos aquellos compuestos contaminantes. Un ejemplo es la descomposición térmica de los óxidos de nitrógeno en los tubos de escape de los automóviles mediante un catalizador.

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3.3.3. Control de las emisiones procedentes del escape de los automóviles. Cuatro son los puntos de contaminación a considerar:

� Las evaporaciones procedentes del tanque de gasolina. � Las evaporaciones procedentes del carburador. � Las evaporaciones procedentes del carter. � Las emisiones de óxidos de nitrógeno, hidrocarburos, monóxido de carbono y partículas

procedentes de los gases de escape. El más perjudicial es este último, por lo que para su control hay diferentes métodos como:

- el uso de catalizadores (formados por metales como platino, rodio y paladio soportado sobre alúmina, el más utilizado es el de tres vías),

- puesta a punto (controlando la dosificación de la mezcla, teniendo en cuenta que una mezcla rica minimiza las emisiones de NOx pero aumenta la de CO e hidrocarburos, y una mezcla pobre lo contrario),

- modificaciones del motor - desarrollo de combustibles sustitutivos.

Una vez considerados los diversos métodos que se utilizan para el tratamiento de efluentes gaseosos, tanto en fuentes fijas como móviles, debemos dejar claro, a modo de consideración final, que los métodos de control de la contaminación a los que nos hemos referido representan dentro del proceso de producción, la forma más cara de actuar, por lo que en ingeniería ambiental se trata, antes de nada, de mejorar las condiciones de operación del proceso, o, si es posible, de buscar alternativas al propio proceso con objeto de disminuir la emisión de contaminantes y de esta forma no necesitar de efectivos, pero costosos, métodos de control de la contaminación. Se trata, en resumen, de prevenir que aparezcan los contaminantes, en vez de controlarlos una vez producidos.

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¿Qué factores influyen sobre la dispersión de contaminantes en la atmósfera?

Los factores que intervienen en la difusión o dispersión de los contaminantes en la atmósfera son muy

numerosos, pudiéndolos agrupar en los tres grupos siguientes:

I. Factores meteorológicos: clasificados a su vez en 2 subgrupos:

a) Movimientos del aire. Pueden ser de dos tipos: movimientos verticales, debidos a los gradientes

de temperatura y de presión. La dispersión se favorece en condiciones adiabáticas y más aún en

condiciones superadiabáticas (enfriamiento de la atmósfera con la altura aún mayor que en

condiciones adiabáticas). Por lo contrario se ve dificultada en condiciones subadiabáticas y más

aún si hay inversión térmica. Movimientos horizontales (viento), obviamente, a mayor velocidad del

viento mayor dispersión de los contaminantes.

b) Fenómenos atmosféricos: La niebla, lluvia y nieve ejercen un efecto de limpieza de los

contaminantes atmosféricos absorbiéndolos o arrastrándolos hacia la tierra.

II. Factores topográficos: La situación del foco o focos emisores en un valle, por ejemplo, dificulta la

dispersión de contaminantes y favorece que se produzcan inversiones térmicas.

III. Los factores que dependen del foco emisor: La altura de la chimenea, la velocidad de salida del

penacho, la temperatura de salida de los gases, y su composición, son factores entre otros, que influyen

sobre su dispersión. Concretamente, un incremento en los tres primeros favorece la dispersión.

Clasifique los métodos generales de control de los contaminantes atmosféricos.

Dejando a un lado la propia capacidad de autodepuración de la atmósfera mediante una serie de mecanismos

condicionados en gran medida por las características topográficas y metereológicas de la zona, los

principales métodos generales de control de contaminantes atmosféricos se clasifican en 3 grupos:

I. Diluir los contaminantes: se consigue utilizando chimeneas con alturas elevadas que superen las

posibles capas de inversión (150 m o incluso más). Este método es eficaz para disminuir la

contaminación local alrededor del foco, aunque puede incrementar la contaminación global a

largas distancias.

II. Actuar sobre el foco emisor (control en origen): es la forma más efectiva para el control de la

contaminación. Consiste en no producir contaminantes sustituyendo los productos que la

originan. Por ejemplo en los procesos de producción de energía, sustituir los combustibles con

contenidos elevados de azufre por otros con menores contenidos o por formas de generación de

energía más limpias, como por ejemplo utilizando gas natural.

Dentro de este grupo se incluyen también todos los procesos de optimización y mantenimiento

de las instalaciones.

III. Actuar sobre los productos antes de su emisión a la atmósfera: mediante tratamientos físico-

químicos de purificación adecuados tales como: absorción, adsorción, sedimentación,

centrifugación, filtración, separación electrostática o reacción química (ácido-base, reducción,

oxidación, etc.).

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CAPÍTULO 4.

EL AGUA: ESTADO NATURAL. PROPIEDADES. CONTAMINANTES. ANÁLISIS. 4.1 INTRODUCCIÓN. El agua es uno de los recursos naturales fundamentales: junto con el aire, la tierra y la energía constituye los cuatro recursos naturales básicos en los que se apoya el desarrollo humano. El agua es uno de los compuestos más abundantes de la naturaleza. Hoy en día, la importancia tanto de la cantidad como de la calidad del agua está fuera de toda duda.

Su masa representa el 7% en peso de la masa total de la tierra, que equivale a un volumen total aproximado de 1,36 x 109 km3. Se localiza principalmente en la superficie terrestre en estado líquido, ocupando sus tres cuartas partes.

El 97,2% del total del agua del planeta se encuentra en los océanos y otras masas salinas. El resto (2,8%) son aguas dulces continentales. De estas últimas, más del 2% se encuentran en estado sólido, como aguas subterráneas profundas prácticamente inaccesibles, o como vapor de agua en la atmósfera. El resto, aprox. 0,62%, se encuentra en lagos, ríos y aguas subterráneas accesibles, disponible para las necesidades humanas que no es una cantidad escasa y que se puede estimar en unos 8,4 x 106 km3.

El mayor problema es su distribución irregular en el planeta. El agua es el constituyente mayoritario de los seres vivos. Por ejemplo, en el hombre: huesos y tejido adiposo 22-34%, vísceras 70-80%, tejido nervioso 82-94%.

El agua también constituye la mayor parte de los alimentos. Por ejemplo: frutas y verduras 78-97%, pescados 80%, carnes 72%.

Las necesidades de agua para el hombre y los animales domésticos es del orden de 10 l/año por Kg. de tejido vivo. Dichas necesidades humanas de agua potable son mínimas comparadas con las necesidades globales que el hombre necesita directa o indirectamente: usos agrícolas y ganaderos 69%, usos industriales y comerciales 23%, usos domésticos 8%.

El agua subterránea es posiblemente la mayor reserva de agua potable y la más asequible. Tipos de agua: Agua pesada: Es un agua formada por el isótopo deuterio (D) del hidrógeno. Forman parte del agua natural en una

proporción de aproximadamente 0,018%. Puede obtenerse como residuo de la electrolisis del agua debido a que el

potencial de descarga del D+ es ligeramente más alto que el del H

+, por lo que aquel se descarga más difícilmente.

Agua desionizada: Es un agua sin iones salinos. Se puede obtener haciendo pasar un agua natural a través de una resina

cambiadora, o mediante destilación. Presentan una conductividad electrolítica muy baja, tanto menor cuanto mayor sea

su desionización.

Agua dura: Es un agua con un contenido muy elevado de sales de calcio y magnesio (superior a 300 mg/l, expresada

como CaCO3). Estas aguas no resultan aptas para el consumo humano, ni para su utilización industrial, ni para el riego,

debiendo ser sometidas a procesos de ablandamiento.

Agua natural: Es un agua más o menos pura que lleva en disolución cantidades variables de compuestos procedentes de

la solubilización de los materiales en contacto en su recorrido por las capas superficiales de la tierra.

Agua esterilizada: Es un agua que ha sido sometida a un proceso enérgico de desinfección que ha eliminado todos los

microorganismos patógenos.

La alcalinidad total de un agua se define como la cantidad total de iones negativos que reaccionan con los iones H3O

+

para neutralizarlos utilizando naranja de metilo como indicador (pH = 4,5). Es debida a la presencia en el agua de los

iones carbonatos (CO3=), bicarbonatos (HCO3

-) e hidroxilos (OH

-).

Se determina valorando un volumen dado de agua con una disolución de ácido sulfúrico de normalidad conocida

utilizando naranja de metilo como indicador. Se expresa en mg/l de carbonato cálcico equivalente.

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4.2. CICLO HIDROLÓGICO O CICLO DEL AGUA. La Tierra con su atmósfera se comporta como un sistema cerrado que evita la salida del agua al espacio exterior. Se denomina ciclo hidrológico o ciclo de agua al proceso por el cual se mantiene constante la cantidad de agua existente en la tierra y es debido al intercambio de agua que se produce entre la superficie de la tierra y la atmósfera, por medio de la precipitación y la evaporación, como consecuencia de la energía solar.

La unidad que se utiliza para medir la precipitación es el mm (1 mm = 1 l/m2).

La cantidad estimada de agua que cae por año en la superficie terrestre es de 517 billones de m3, de ellos solo caen sobre los continentes un 20%, el resto vuelve a los océanos (más del 80%). Por otra parte, aproximadamente un 63% del agua que cae en los continentes, retorna a la atmósfera por evaporación para repetir el ciclo. El resto (aproximadamente un 37%), constituye la escorrentía superficial que permanece en la superficie terrestre formando los diversos tipos de cursos de agua que vierten finalmente a los lagos o al mar. Una pequeña parte percola a través del suelo y da origen a las aguas subterráneas que, muy lentamente, se mueven hacia el mar.

La presencia del vapor de agua en la atmósfera, que hemos supuesto era el origen del ciclo, se debe a que las grandes masas de agua de los océanos, mares, lagos y ríos, especialmente de los primeros, emiten constantemente vapor de agua a la atmósfera como consecuencia de la evaporación que produce el calor de la radiación solar. Debido a que la densidad del vapor de agua es menor que la del aire, el vapor sube a las zonas altas de la atmósfera saturando el aire de humedad. Los vientos desplazan estas masas de aire húmedo sobre los continentes y al enfriarse, el vapor de agua condensa en minúsculas gotitas de agua, que constituyen las nubes y la niebla. Si las gotitas se unen unas a otras, terminan cayendo sobre la tierra, como ya hemos dicho, en forma de lluvia, granizo o nieve.

En los océanos, la evaporación es superior en un 9% al total de agua caída como lluvia. Esta cantidad se equilibra porque sobre la tierra la precipitación es superior a la evaporación, precisamente en la cantidad del 9% citada antes en el caso de los océanos. Puede estimarse que para tal fin el agua aportada al mar por glaciares, ríos, emisarios submarinos y manantiales costeros alcanza una cifra de unos 33 millones de Hm3 al año.

En sus desplazamientos, el agua provoca una descomposición de las rocas arrastrando materiales en disolución y suspensión, desde las zonas altas a las bajas de la corteza terrestre, siendo ésta la principal causa de erosión de las rocas.

El almacenamiento de agua en embalses, es una labor de enorme importancia en países con ciclos hidrológicos irregulares como España.

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4.3. COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DEL AGUA. El agua se conoce como una combinación de hidrógeno y oxígeno de fórmula química H2O. En realidad, su constitución es más compleja, ya que está constituida por una mezcla de 18 especies posibles, con dos series de isótopos, los del Hidrógeno (hidrógeno 1H, deuterio 2H, tritio 3H) y los del Oxígeno (16O, 17O, 18O). Pero como la mayor variedad de agua existente en el planeta es el agua ligera, se considera que la formula del agua es: 1H2 16O.

Estructura de la molécula del agua:

Sobre el enlace covalente, es preciso señalar que para su estudio según la mecánica ondulatoria es necesario resolver la ecuación de ondas de Schrodinger que, al no poderse resolver exactamente, se usan métodos de aproximación que dan lugar a dos teorías diferentes:

La teoría del orbital molecular supone que los núcleos de los átomos están en equilibrio y los electrones de valencia están colocados en orbitales moleculares aproximados, que son los responsables del enlace covalente.

La teoría del enlace de valencia supone que, previamente a la formación del enlace, se produce una combinación lineal de los orbitales atómicos de valencia de cada átomo, dando lugar a un número igual de orbitales atómicos híbridos en donde se alojan los electrones de valencia. A continuación, mediante dichos orbitales atómicos híbridos, se produce el enlace covalente con los otros átomos formando la molécula.

En el caso que nos ocupa del agua, el oxígeno presenta 4 orbitales híbridos sp3 (6 electrones de valencia), con dos orbitales completos con dos electrones cada uno, y los otros dos orbitales cada uno con un electrón. Estos dos orbitales híbridos incompletos del oxígeno se emplean para unirse con los dos átomos de hidrógeno (un electrón de valencia cada uno) mediante el enlace covalente, formando la molécula de agua. Esta molécula forma un tetraedro regular con ángulos de 109º.

Además de los enlaces covalentes entre los átomos de oxígeno y los de hidrógeno, en el agua existe un tipo especial de enlaces entre sus moléculas, que es el enlace por puentes de hidrógeno. El origen de estas interacciones es la elevada polaridad del enlace O-H, a causa de la mayor electronegatividad del oxígeno, que hace que el par de electrones del enlace se desplace hacia el oxígeno. Como consecuencia, las moléculas de agua tienen un momento dipolar elevado, por lo que presentan una fuerte interacción entre ellas.

Los enlaces de hidrógeno son débiles en comparación con los enlaces covalentes, pero son importantes, porque aunque son débiles son muy numerosos. De hecho son responsables de muchas de sus propiedades más importantes, que hacen del agua un compuesto muy singular:

- Puntos de fusión y ebullición elevados en comparación con otros compuestos de hidrógeno de los elementos del mismo grupo de la tabla periódica que el oxígeno (S, Se y Te).

- Hielo menos denso que el agua (densidad máxima a 4ºC), lo que provoca su flotación en lugar de su hundimiento.

- Calor específico elevado. - Calor de fusión elevado. - Calor de evaporación elevado.

Estas tres últimas propiedades hacen que el agua se comporte como un gran termostato que mantiene la temperatura del planeta dentro de unos límites muy precisos.

Los enlaces por puentes de hidrógeno, además de en el agua, también son importantes para la vida porque son uno de los principales medios por los que las moléculas de las proteínas se mantienen unidas.

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4.4. COMPOSICIÓN Y CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS NATURALES.

El agua de lluvia procedente del ciclo hidrológico presenta una composición débil en minerales y es algo ácida debido al CO2. Cuando cae en la superficie terrestre y circula superficialmente el grado de mineralización no se torna elevado ya que la superficie ha sido lavada anteriormente por otras lluvias, pero si percola (se infiltra) da lugar a aguas subterráneas con elevada mineralización.

La mineralización se puede expresar de varias formas:

- grado de mineralización total: residuo seco, conductividad. - grado de mineralización parcial: contenido en un determinado ión, mg/l - grado de mineralización cuantitativa: cantidad de los distintos iones.

Ocurre también, que el agua que cae en forma de lluvia incorpora, junto con los gases y las partículas en suspensión, a los microorganismos del aire así como posteriormente a los microorganismos del suelo. Precisamente la microbiología acuática tiene por objeto el estudio de los microorganismos, bacterias, algas, protozoos, hongos y virus, y de sus actividades en las aguas.

Además las aguas superficiales, a nivel microbiológico, se contaminan como consecuencia de la actividad humana, en tanto que las aguas subterráneas generalmente están poco contaminadas al eliminarse los microorganismos por un proceso de filtración.

La principal causa de contaminación antropogénica de las aguas son los vertidos procedentes de su utilización a nivel urbano, industrial y agropecuario.

Los contaminantes del agua se clasifican en distintas categorías, que veremos a continuación:

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4.4.1. Residuos con requerimiento de oxígeno. Una de las características más importantes para medir la calidad de las aguas es la que hace referencia a la cantidad de oxígeno disuelto (OD).

La solubilidad de un gas en un líquido viene dada por la ley de Henry: S = K · p, donde K es una constante para cada gas en un líquido determinado y p es la presión parcial de dicho gas.

Los residuos con requerimiento de oxígeno son sustancias que se oxidan, en presencia de oxígeno, debido a la actividad bacteriana. Si representamos la materia orgánica como (CH20) ocurre:

A medida que la cantidad de oxígeno baja, la vida de las poblaciones animales y vegetales se ve afectada y aparecen olores, sabores y colores que impiden su utilización para determinados usos.

La mayor parte de los residuos con requerimiento de oxígeno son sustancias orgánicas biodegradables procedentes de las aguas residuales urbanas, o de vertidos de industrias como las alimentarias o las papeleras. 4.4.2. Patógenos.

Son aquellos organismos que crecen y se multiplican en el hospedador. Cada patógeno tiene una vía de entrada determinada en el huésped. Se denominan patógenos entéricos aquellos que causan enfermedades en el aparato digestivo.

Los organismos patógenos pueden ser:

- Bacterias, responsables del cólera, disentería y tifus. - Virus, responsables de la poliomielitis y de la hepatitis infecciosa - Protozoos, que causan la disentería amebiana. - Helmintos o parásitos, intestinales que causan la esquistosomiasis.

4.4.3. Nutrientes.

Son aquellos elementos químicos esenciales para el crecimiento de los seres vivos. Entre los nutrientes se encuentran el nitrógeno, fósforo, carbono, azufre, potasio, calcio, hierro, manganeso, boro y cobalto. Desde el punto de vista de la calidad del agua los nutrientes son contaminantes cuando sus concentraciones son tan elevadas que permiten un crecimiento excesivo de las plantas acuáticas, principalmente algas.

Eutrofización: Es el enriquecimiento excesivo en nutrientes de las aguas, especialmente en nitrógeno y fósforo, generalmente producidos por vertidos de nitratos (agricultura y ganadería) y de fosfatos (procedentes de los detergentes). Esta circunstancia provocará un incremento indeseable de la flora acuática.

El aumento de algas y otras plantas acuáticas que se produce como consecuencia del enriquecimiento en nutrientes, lleva consigo que eventualmente mueran y se descompongan, con lo cual se consumirá oxígeno y se producirán los efectos perniciosos sobre la vida acuática discutidos al tratar de los residuos con requerimiento de oxígeno.

Nutriente limitante es aquel nutriente que determina (limita) que no se produzca un crecimiento vegetal excesivo en las aguas. Normalmente, este nutriente en el mar es el nitrógeno y en los lagos es el fósforo. Es muy importante controlar los vertidos de nutriente limitante en las aguas para evitar los problemas de eutrofización.

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4.4.4. Salinidad.

Es la concentración de sales en el agua provocada por distintas causas: efluentes industriales, evaporación, vertidos en carreteras contra los hielos, etc. En función de la concentración de sales disueltas, las aguas se clasifican en:

- Aguas naturales: hasta 1500 mg/l. - Aguas salobres: entre 1500 y 5000 mg/l. - Aguas salinas: por encima de 5000 mg/l.

La cantidad de sales disueltas es un factor que limita las posibles aplicaciones que se pueden dar a un agua. Así por ejemplo, el agua potable debe tener un contenido salino menor de 500 mg/l., el ganado tolera más altas concentraciones. También hay que prestar mucha atención a la salinidad en las aguas destinadas al regadío: la mayoría de las cosechas toleran un agua de riego de unos 1.500 mg/l.

4.4.5. Metales pesados.

El término metales pesados, más que a su densidad, se refiere a sus efectos sobre el medio ambiente. Pueden citarse aluminio, arsénico, berilio, bismuto, cadmio, cinc, cobalto, cobre, cromo, estaño, estroncio, hierro, manganeso, mercurio, níquel, plomo, selenio, talio y titanio. Algunos de ellos se sabe son nutrientes para muchos animales y plantas, pero a partir de determinadas concentraciones son tóxicos. La principal vía de entrada al organismo es la ingestión. El peligro de su ingestión es su toxicidad en algunos casos, o bien su afinidad con otros que pueden ser tóxicos, destruyendo las proteínas y atacando los riñones. Una característica particular de la contaminación metálica es su persistencia en el ambiente como consecuencia de que los metales no pueden degradarse ni biológica ni químicamente en la naturaleza. Los compuestos metálicos pueden transformarse, algunas veces en compuestos más tóxicos, pero los metales como tal permanecen. Su peligrosidad reside en su bioamplificación o bioacumulación, ya que cualquier sustancia es más soluble en un organismo que en el aire o el agua. 4.4.6. Compuestos orgánicos traza.

El término traza hace referencia a que la sustancia a la que se aplica está presente en muy pequeña proporción (pocos ppm). Son compuestos de esta categoría los plásticos, carburantes, disolventes, pinturas, plaguicidas, detergentes, aditivos alimentarios, productos farmacéuticos, etc. Se pueden considerar también los compuestos orgánicos volátiles (COVs) como el cloroformo, siendo la aireación el método principal de tratamiento. El más tóxico del grupo es el cloruro de vinilo que se utiliza para la fabricación de policloruro de vinilo. También hay que considerar el tetracloro etileno (disolvente), el tricloroetileno (artículos de limpieza) y el 12-dicloroetano (desengrasante de metales).

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4.4.7. Petróleo. Su existencia en el agua es consecuencia fundamentalmente de accidentes que ocasionan derrames de un número elevado de toneladas al mar. Entre las acciones que se pueden tomar para controlar los vertidos, una vez producidos, se encuentran:

- La contención (barreras flotantes, absorbentes, de burbujas). - La recuperación del petróleo vertido (métodos mecánicos de succión, absorbentes inorgánicos y

orgánicos). - Métodos de eliminación (combustión, tratamiento biológico, agentes hundidores).

4.4.8. Sustancias radiactivas. La mayor preocupación está relacionada con los residuos de las centrales nucleares o los derivados de la utilización de uranio con fines científicos, biomédicos, químicos, industriales y militares. Algunos elementos radiactivos del agua son naturales (potasio-40, radio-226). Especial peligro tiene el gas radón que se encuentra naturalmente presente en las aguas subterráneas, ya que se libera cuando éstas son calentadas o agitadas y puede ser la principal causa de cáncer de pulmón. La radiactividad se mide en picocuries/l. 4.4.9. Contaminación térmica. Es consecuencia de la utilización del agua como refrigerante en numerosos procesos industriales. Una gran parte de dicha agua vuelve a su origen con algunos grados más. La contaminación térmica del agua influye en:

- La disminución de la cantidad de oxígeno disuelto (OD) - Aumento de las reacciones metabólicas de los seres vivos acuáticos como consecuencia del

incremento de temperatura, circunstancia que origina un mayor consumo de oxígeno. Como posible remedio se puede considerar la utilización de torres de refrigeración del agua antes de su vertido al cauce de donde se tomó. 4.4.10. Sedimentos. Son mezcla de barro, cieno, materia orgánica y diversos materiales que se producen generalmente como consecuencia del proceso de erosión. Los ríos transportan estos sedimentos a los embalses donde se produce el proceso de decantación, disminuyendo la capacidad del embalse. Sus efectos son perjudiciales, ya que además de disminuir la capacidad de los embalses, afectan a la vida de los fondos y producen turbidez, lo que reduce la penetración de la luz en el agua y supone un inconveniente a la hora de la purificación del agua.

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4.5. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE EL PROCESO ANALÍTICO DE MUESTRAS ACUOSAS. Se trata de la medición de diferentes parámetros físicos, químicos y biológicos. 4.5.1. Toma de muestras, que sea representativa del conjunto que se quiere analizar, para lo cual debemos elegir cuidadosamente frecuencia, lugar y tiempo de muestreo. El volumen a recoger es importante (de 2 a 4 litros), dependiendo del número de parámetros a analizar. Durante su transporte y almacenamiento es imprescindible que no se altere su composición hasta que se proceda a su análisis. Se distinguen entre:

- Muestra simple: tomada en un punto y lugar determinados. - Muestra compuesta: mezcla y homogeneización de varias muestras simples.

La repetición de muestras simples en tiempos o lugares diferentes es la mejor manera de estudiar la variación de la calidad de la muestra. Las formas de muestreo son:

- Muestreo zonal: muestras a diferentes niveles (profundidades). - Muestreo cronológico: repetitivo a intervalos en el mismo punto.

La selección del método de análisis más adecuado dependerá del parámetro a investigar y de consideraciones tales como su concentración en la muestra, la exactitud y precisión requeridas en los resultados, el número de análisis a realizar, tiempo para llevar a cabo el mismo, etc. 4.5.2. Métodos volumétricos de análisis Un gran número de análisis que se llevan a cabo en las muestras acuosas tienen su fundamento en volumetrías. Las hay ácido-base, redox, de formación de complejos y de precipitación. Una valoración es un proceso en el cual se mide cuantitativamente la capacidad de una sustancia para combinarse con un reactivo. La medida se estima por medio del punto de equivalencia, que observamos a través de los cambios físicos que se producen. El punto final de la valoración se puede efectuar por la adición de un indicador que nos lo muestra. Algunos ejemplos son la determinación de la acidez y la alcalinidad, la del ión cloruro, la de la dureza, la de la cantidad de oxígeno disuelto, la del ión sulfuro, la del ión sulfito, etc. 4.5.3. Espectrofotometrías de absorción. La colorimetría es la espectrofotometría de especies absorbentes en solución si la luz absorbida está en la región del visible, siendo una técnica muy útil para la determinación de numerosos contaminantes en aguas. Consta básicamente de un emisor de radiación monocromática que se divide en dos rayos, uno que pasa a través de la muestra y otro a través del blanco, midiendo la cantidad de luz monocromática que es absorbida por la muestra a cada longitud de onda.

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Los parámetros que se utilizan son la absorbancia y la transmitancia: La expresión anterior es la Ley de Beer, donde I0 es la intensidad del rayo incidente e I es la intensidad del rayo que emerge a través de la muestra, C la molaridad de la solución, L la longitud a través del medio absorbente, y ε es el coeficiente de extinción molar. El problema de este método es que solamente un pequeño número de sustancias absorben la luz visible en cantidad suficiente para ser analizados. Sin embargo, también pueden analizarse mediante este método otras sustancias, siempre que éstas sean capaces de reaccionar con un reactivo que dé origen a un producto coloreado, o bien sustancias que puedan convertirse en un derivado que a su vez reaccione con un reactivo que dé origen a un producto coloreado. Los requisitos que deben cumplir las sustancias son:

- Deben ser fuertemente coloreadas. - Que su color no pueda ser afectado por el pH del medio. - Que sean estables. - Que reaccionen rápida y totalmente.

Existen numerosos métodos colorimétricos para la determinación de metales, sin embargo, la sensibilidad y especificidad de la absorción atómica, ha hecho que esta técnica sea la que se utilice normalmente. Otros contaminantes de las aguas, por ejemplo los nitratos, pueden ser determinados por espectrofotometría ultravioleta, ya que absorben en dicha región del espectro. 4.5.4. Espectrofotometría de absorción atómica. La absorción atómica es una técnica cuantitativa que se utiliza para determinar concentraciones de metales en muestras acuosas, en un intervalo muy amplio de concentraciones. Se reduce el elemento que se quiere determinar al estado elemental, vaporizándolo, e introduciéndolo en el haz de luz procedente de una lámpara de cátodo hueco que emite radiación característica del metal a determinar, la muestra es aspirada y se determina la cantidad de luz absorbida, siendo proporcional con la concentración del elemento a determinar. Los componentes de un espectrofotómetro son: una fuente, un monocromador, un recipiente de muestra (una llama o una cámara de grafito), un detector y un amplificador-registrador. 4.5.5. Cromatografía líquida de alta resolución. Sirve, al igual que la cromatografía de gases, para la determinación de compuestos orgánicos. Presenta ventajas, como poder analizar directamente sustancias poco volátiles y poderse utilizar para la separación de sustancias iónicas y en solución acuosa. Consiste en una fase móvil que se impulsa a alta presión a través de una fase estacionaria que se encuentra empaquetada en una columna, produciéndose la separación de los componentes que pasan a través de un detector, que puede ser un espectrofotómetro, un amperímetro, etc.

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4.6. PARÁMETROS UTILIZADOS PARA DETERMINAR LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, QUÍMICAS Y BIOLÓGICAS DE UN AGUA.

4.6.1. Parámetros físicos.

- Temperatura: Es una propiedad fácilmente medible y muy importante por su relación con otras propiedades de la muestra como por ejemplo, la velocidad de las reacciones químicas que ocurren, la solubilidad de los gases disueltos, la amplificación de sabores y olores, etc.

- Color: hay que distinguir entre color verdadero (debido a materiales disueltos) y color aparente (debido a los materiales en suspensión).

- Sabor y olor: debidos a impurezas de naturaleza orgánica. Son propiedades subjetivas y, por tanto, difíciles de medir.

- Turbidez: es una medida de la extensión en que la luz es absorbida o dispersada por la materia suspendida en el agua. La presencia de materia coloidal da al agua una apariencia más o menos lechosa que no es atractiva y que puede ser perjudicial. La turbidez en el agua suele ser debida a la presencia de partículas de arcilla, cieno, fibras vegetales o microorganismos.

- Sólidos en suspensión: debemos distinguir entre sólidos totales, orgánicos e inorgánicos. La mayoría pueden separarse por filtración. Los sólidos totales se determinan llevando una muestra de agua a sequedad a 103ºC. La diferenciación entre sólidos disueltos y en suspensión se consigue sometiendo al anterior tratamiento muestras de agua filtradas (eliminando los sólidos en suspensión, quedan los disueltos) y sin filtrar (sólidos totales).

- Conductividad eléctrica: depende de las sales disueltas y puede definirse como la facilidad que presenta la concentración para que pase la corriente eléctrica a su través. Se expresa en milisiemens por metro (mS/m.)

4.6.2. Parámetros químicos.

- pH: es una medida de los iones hidrógeno (H+) en la muestra. La determinación de este parámetro, que se suele llevar a cabo mediante un pHmetro, nos informa, entre otras cosas, de las reacciones químicas que van a poder ocurrir en la muestra, ya que muchas reacciones químicas son controladas por el pH, y de la actividad biológica de la muestra, ya que dicha actividad suele quedar restringida a unos valores de pH comprendidos entre 6 y 8.

- Potencial de oxidación-reducción: En cualquier sistema redox hay siempre una relación cambiante entre los materiales en su forma reducida y en su forma oxidada. El potencial requerido para transferir electrones del reductor al oxidante viene dado por la expresión:

donde Eo es el potencial normal del sistema a 25ºC cuando las concentraciones de todas las especies son la unidad, y n el número de electrones intercambiados en el proceso. La medida

del potencial se realiza mediante un potenciómetro.

El potencial de reducción del oxígeno en solución acuosa, definido por la ecuación:

vendría dado por

Considerando un pH = 7 para el agua, una concentración de O2 1M, y teniendo en cuenta que el potencial normal del O2 es EO=1,23V; resulta un valor de E = 0.812 v. El valor del potencial disminuye al hacerlo la concentración de oxígeno. Se han observado determinadas relaciones entre los valores de E y la posibilidad de existencia o no de algunos tipos de bacterias, así por ejemplo, las reacciones aerobias necesitan valores de E superiores a 200 mV; mientras que las reacciones anaerobias ocurren por debajo de 50 mV.

- Salinidad: contenido total en sales.

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- Alcalinidad: cantidad de iones hidroxilo (OH-) presentes en el agua que reaccionan con los iones hidrógeno para neutralizarlos. Se debe a la presencia de bicarbonatos, carbonatos o hidróxido. Hay que distinguir en alcalinidad a la fenolftaleina (pH 8,3) de la alcalinidad total o al naranja de metilo (pH 4,5). En el primero se reduce todo el hidróxido y la mitad de los carbonatos y el segundo se reduce todo el bicarbonato.

- Dureza: se debe fundamentalmente a la presencia de compuestos de Ca y Mg en solución.

- Oxígeno disuelto (OD): es de los constituyentes más importantes para mantener la vida. Normalmente las aguas superficiales están saturadas en oxígeno, pero estas cantidades se rebajan como consecuencia de la demanda de oxígeno de los materiales orgánicos que puedan verterse a la masa de agua.

Las aguas saturadas en oxígeno prácticamente no tienen ni olor ni sabor, por lo que las aguas potables se airean, si es necesario, para asegurar el máximo valor en oxígeno disuelto.

Situación diferente se presenta, por ejemplo, en el agua para calderas. En este caso el oxígeno disuelto supone un grave inconveniente puesto que su presencia aumenta los riesgos de corrosión en el sistema.

- Demanda de oxígeno (DBO) y (DQO): Los compuestos orgánicos biodegradables son aquellos que pueden ser utilizados como alimento por los microorganismos en un período de tiempo razonable. La utilización microbiológica de los compuestos orgánicos disueltos en agua se puede llevar a cabo por oxidación o reducción. Los procesos de oxidación son los predominantes cuando hay oxígeno disponible (procesos aerobios) y los productos resultantes son compuestos estables, relativamente inertes y, desde el punto de vista de la contaminación, aceptables.

En los procesos en los que la utilización microbiológica se lleva a cabo en ausencia de oxígeno (procesos anaerobios), los productos resultantes son productos de reducción tales como sulfuro de hidrógeno, metanotiol, metano, amoníaco y aminas, que son productos inestables e indeseables.

La demanda de oxígeno de los productos orgánicos biodegradables es de la mayor importancia, ya que si la utilización del oxígeno ocurre más rápidamente que su reposición, se producirán procesos anaerobios, lo que supone, aparte de los malos olores, que sólo resulte posible la vida para los microorganismos anaerobios, y por ende que se afecte gravemente la ecología del sistema.

La cantidad de oxígeno consumido durante la utilización microbiológica de los compuestos orgánicos presentes en el agua recibe el nombre de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO).

Se mide determinando el oxígeno consumido por una muestra colocada en un recipiente con una cantidad conocida de aire que se deja en incubación a 20ºC durante 5 días, (DBO5) y se expresa en miligramos/l o ppm.

En el agua, además de los compuestos biodegradables, a los que nos hemos referido, pueden existir compuestos no biodegradables (ácidos tánico y lígnico, la celulosa, los fenoles los alquilbencenosulfonatos que son utilizados como detergentes), o aquellos compuestos que resultan tóxicos para los microorganismos, como puede ser el caso de los pesticidas.

La medida de la materia inorgánica reductora y de la orgánica no biodegradable suele realizarse determinando la Demanda Química de Oxígeno (DQO), que se expresa en las mismas unidades que la DBO, para lo cual se oxida la materia orgánica mediante un oxidante químico fuerte (dicromato potásico o permanganato potásico) en medio ácido y con la ayuda de catalizadores. De esta forma, restando a la DQO el valor de la DBO podemos saber la cantidad aproximada de materia orgánica no biodegradable.

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- Otro parámetro que se utiliza para hacer referencia a la materia orgánica presente en una muestra acuosa es el Carbono Orgánico Total (COT).

- Nitrógeno: es un elemento importante ya que las reacciones biológicas no pueden ocurrir si no hay suficiente. Las formas en las que se presenta son nitrógeno orgánico, amoniaco, nitritos y nitratos. Las concentraciones relativas de las diferentes formas de nitrógeno presentes en un agua proporcionan una buena información sobre la naturaleza de la muestra.

Así por ejemplo, un agua que contenga cantidades elevadas de Nitrógeno orgánico y amoniacal y poco NO2

- y NO3- indicará que ha sido contaminada recientemente y por tanto no será apta para el

consumo. Por el contrario un agua con cantidades moderadas de nitratos podrá considerarse, en principio, como adecuada.

- Fósforo: Se encuentra en las aguas en forma de fosfatos procedentes, en las aguas superficiales, de los detergentes y fertilizantes. Aunque los fosfatos no suponen un riesgo directo para la salud humana o de otros organismos, representa una amenaza indirecta para la calidad del agua, como ya hemos dicho en otro lugar (eutrofización).

4.6.3. Parámetros microbiológicos.

El agua es un agente potencialmente portador de microorganismos patógenos que pueden poner en peligro la salud y la vida. Los agentes patógenos que más fácilmente pueden transmitirse a través del agua de bebida son los que producen las fiebres tifoideas y paratifoideas, la disentería, y el cólera, así como los de la poliomielitis y la hepatitis infecciosa. Históricamente, la prevención de enfermedades transmitidas por el agua constituyó la razón primaria del control de su contaminación. Las modernas técnicas de desinfección han disminuido mucho este peligro. El hecho de que tales agentes patógenos estén bajo control, no debe conducir a una idea de falsa seguridad. Siempre existe la posibilidad de que un suministro de agua contaminada dé lugar a una epidemia. Viene del punto 4.2 Ciclo hidrológico El ciclo de agua en la naturaleza se puede representar mediante el esquema siguiente:

1 = Evaporación en la tierra 2 = Evaporación de los océanos 3 = Evapotranspiración de las plantas 4 = Respiración de animales 5 = Precipitaciones en la tierra 6 = Precipitaciones en los océanos 7 = Infiltración o percolación 8 = Escorrentía superficial 9 = Flujo subterráneo.

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CAPITULO 5.

TRATAMIENTOS DE AGUAS Y AGUAS RESIDUALES. 5.1. INTRODUCCIÓN. Las aguas desde siempre han contenido contaminantes naturales, pero también, como dijimos del aire, han dispuesto de sus propios mecanismos naturales de purificación, por lo que con pocas excepciones han sido suficientes para conseguir su descontaminación. La degradación de la calidad del agua de los efluentes procedentes de las actividades antropogénicas depende del tipo de actividad. Así, las aguas de uso doméstico se caracterizan por una notable disminución del oxígeno disuelto (OD), mientras que los efluentes industriales y mineros, además de la disminución del OD, presentan elevadas cargas contaminantes por contener una gran variedad de productos orgánicos y metales pesados. Los vertidos de aguas de refrigeración procedentes de centrales termoeléctricas originan contaminación térmica en los cauces receptores. Las aguas de riego se caracterizan por un incremento de su salinidad y una importante contaminación por residuos de abonos y de pesticidas. Los mecanismos de purificación natural del agua son:

- Procesos físicos: dilución, sedimentación, filtración, etc. - Procesos químicos: oxidación-reducción, disolución-precipitación, etc. - Procesos biológicos.

Hay tres categorías de tratamiento o purificación de las aguas:

- Purificación de uso doméstico. - Tratamiento para aplicación industrial.

- Acondicionamiento para vertido de aguas tanto urbanas como industriales.

El método y grado de tratamiento depende de las características del agua de partida y del uso que se vaya a dar al agua tratada. Así por ejemplo, para usos domésticos, el agua debe estar perfectamente desinfectada, pero puede sin embargo presentar una dureza considerable, mientras que un agua para calderas debe ser un agua blanda, para así prevenir la formación de incrustaciones, no siendo tan necesaria su perfecta desinfección. Lo que parece fuera de toda duda es que debido a que los recursos acuosos son limitados y su consumo aumenta de forma continuada, se hacen necesarias más y mejores plantas de tratamiento.

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5.2. TRATAMIENTO DE AGUAS PARA CONSUMO HUMANO. Una de las grandes conquistas de la tecnología ha sido reducir drásticamente la incidencia de las enfermedades transmitidas a través del agua potable como el cólera o las fiebres tifoideas. Quizás lo que más influyó para alcanzar tan importante logro fue reconocer que la causa más importante de la contaminación de los abastecimientos de agua para bebida eran los residuos domésticos, lo que ha ayudado mucho para prevenir la contaminación de las aguas tanto subterráneas como superficiales que sirven de aprovisionamiento. Una planta potabilizadora va a ser diferente según que el agua de partida sea superficial o subterránea, en cualquiera de los dos casos, se debe someter a un proceso de aireación para purgar los gases disueltos, como pueden ser los ácidos grasos volátiles y trazas de ácido sulfhídrico y mercaptanos, que le confieren un olor desagradable.

Posteriormente ha de someterse a alguno de los tres procesos siguientes:

� eliminación de partículas, tales como arena, arcilla, materia orgánica, bacterias y algas � eliminación de sustancias disueltas como son las que causan el color y la dureza y � eliminación o destrucción de los gérmenes patógenos.

5.2.1 Eliminación de partículas sedimentables. Las partículas coloidales en el agua le dan el aspecto turbio, por lo que se elimina mediante un proceso de coagulación-floculación. Las partículas coloidales están eléctricamente cargadas lo que impide que se puedan agrupar para formar partículas mayores que sedimentarían. Productos tales como los sulfatos de aluminio o de hierro (III), llamados coagulantes, neutralizan la carga de las partículas coloidales, lo que se conoce como coagulación, por lo que ya es posible la formación de partículas mayores, llamadas flóculos, que sedimentan, y para este último proceso utilizamos el término floculación.

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Cuando se añade el sulfato de aluminio al agua, el catión se hidroliza mediante reacciones que consumen alcalinidad según la ecuación:

El Hidróxido de Aluminio arrastra en su precipitación materiales suspendidos. A su vez, los iones metálicos de los coagulantes también reaccionan con los virus eliminando el 99% de ellos. A las aguas subterráneas se les somete también a un proceso de aireación para eliminar gases indeseables como H2S y además proporcionarle el oxígeno necesario. El hierro y el manganeso son dos elementos ampliamente distribuidos en la naturaleza que en ausencia de oxidantes son solubles en agua, en forma de iones Fe2+ y Mn2+. Sin embargo, en contacto con el oxígeno en el proceso de aireación o con otros agentes oxidantes, ambos iones se oxidan a estados superiores de valencia, Fe3+ y Mn4+ dando lugar a compuestos que no son solubles y se separan por sedimentación. 5.2.2 Dureza de un agua. Métodos de ablandamiento de aguas. El proceso de ablandamiento consiste en rebajar la dureza del agua, que se debe fundamentalmente a la presencia de compuestos de Ca y Mg en solución, aunque también pueden contribuir algunos elementos divalentes como el Sr2+, Fe2+ y Mn2+. Los aniones con los que estos iones divalentes suelen estar asociados son, bicarbonato y sulfato, aunque en algunas aguas naturales existen cloruros y nitratos de calcio y magnesio. Debido al CO2 de la atmósfera, el agua de lluvia se puede considerar como una solución diluida de ácido carbónico que disuelve lentamente la caliza según las siguientes reacciones:

CO2 + H2O � H2CO3 H2CO3 � HCO3

- H+ + Ca(CO3) � HCO3

- + Ca 2+

de tal manera que la reacción global es La determinación de la dureza se puede hacer valorando con EDTA (sal sódica del ácido etilendiamintetraacético). Si se utiliza una solución de EDTA 0,01 M, 1ml equivale a 1mg de dureza como CaCO3. La dureza de las aguas se expresa como mg/l de CaCO3 y se pueden clasificar según su grado de dureza:

- Blandas: < 50 mg/l como CaCO3 - Moderadamente duras: 50-150 mg/l como CaCO3 - Duras: 150-300 mg/l como CaCO3

- Muy duras: > 300 mg/l como CaCO3. El agua dura contiene cationes divalentes que forman precipitados con el jabón o por ebullición, debido respectivamente a la formación de las sales insolubles de Ca y Mg de los ácidos grasos y de los carbonatos respectivos. La reacción entre los cationes del agua dura y las sales hidrocarbonadas de cadena larga de los jabones, da lugar al residuo que se forma en las lavadoras o en las bañeras.

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Debido a esas propiedades indeseables, las aguas duras requieren normalmente su ablandamiento especialmente aquellas que se van a utilizar con propósitos de lavado y en calderas. Desde el punto de vista de su potabilidad, un agua se considera blanda si contiene menos de 50 mg/l de dureza expresada como CaCO3. Una dureza por encima de 300 mg/l, suele considerarse como inaceptable más por consideraciones de conveniencia y economía que por motivos de salud, ya que incluso durezas de 1000 mg/l resultan prácticamente inocuas para el hombre. La dureza puede ser:

- Temporal o de bicarbonato: causada por la presencia de iones de bicarbonato en el agua que pueden eliminarse por ebullición. Así desaparece el CO2 y precipitan los carbonatos insolubles.

- Permanente: no debida a bicarbonatos, está causada por presencia de iones sulfatos u otros aniones en el agua, que no precipitan por ebullición.

- Total: es la suma de la dureza temporal y la permanente. La eliminación de la dureza por ebullición es cara y poco práctica debido a las grandes cantidades de agua que se precisan para usos industriales. Un agua dura es reconocible por el residuo grisáceo que forma con el jabón, por la apariencia opaca de las ropas lavadas, por la costra que forma en los recipientes utilizados para la cocción y, algunas veces, por un sabor desagradable. Los procesos para el ablandamiento son:

- Proceso de la cal-sosa: se añade cal al agua que alcanza un pH superior a 10 y los iones solubles se convierten en carbonatos insolubles, que se separan por filtración. Las reacciones que se producen son:

Si existe sulfato magnésico o cálcico, las reacciones de ablandamiento son:

La mayoría de los precipitados formados se eliminan en un tanque de sedimentación. Suele ocurrir que el agua procedente de las operaciones de ablandamiento con cal-sosa contiene partículas muy finas de carbonato cálcico que no precipitan, dando lugar después a depósitos en las conducciones y tuberías, por lo que el agua se suele someter a un proceso de recarbonatación con dióxido de carbono para convertir las partículas de carbonato en bicarbonatos solubles.

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- Sustitución de cationes: consiste en sustituir los cationes responsables de la dureza Mg2+,Ca2+ y Fe2+, por el ión sodio. Se consigue haciéndolos pasar por una columna de zeolita y esos iones se intercambian por iones Na+ y son así separados de la fase líquida.

Cuando su capacidad de intercambio está agotada, la zeolita puede regenerarse haciendo pasar a través de la columna una disolución concentrada de cloruro de sodio. En este caso tiene lugar la reacción inversa de la que se ha indicado más arriba y la columna queda lista para su uso posterior. Los materiales orgánicos sintéticos conocidos como resinas de intercambio iónico se ha comprobado que son todavía mejores ablandadores que las zeolitas.

- Resinas de intercambio iónico: se pasa el agua varias veces por dichas resinas para eliminar prácticamente la totalidad de los iones del agua. El agua con casi todos los iones eliminados (a excepción de los iones H+ y OH- o que están presentes normalmente a partir del equilibrio de ionización del agua) se denomina agua desionizada. Las resinas de intercambio iónico se utilizan en unidades para el ablandamiento de agua en el hogar y en la industria.

5.2.3. Desinfección de aguas para consumo humano. El método de desinfección más ampliamente utilizado es la cloración, con cloro gas o hipoclorito. El cloro reacciona con el agua para dar ácido hipocloroso

Además, el ácido hipocloroso se disocia débilmente como H+ y ClO-.

Las dos especies formadas, HOCl y ClO-, son el cloro libre, que es lo que elimina las bacterias. A veces, el cloro se puede sustituir por hipocloritos de sodio y calcio, de poder desinfectante equivalente al del Cl2 gas a igual pH. Cuando el agua a tratar contiene amoníaco o aminas, estos compuestos reaccionan con el HOCl obteniéndose cloraminas, que constituyen el cloro combinado, que presenta un poder de desinfección menor que el cloro libre, pero con la ventaja de que su efecto desinfectante permanece por más tiempo. En el proceso de cloración existe un momento, conocido como punto de ruptura, que se alcanza cuando todo el amoníaco y las aminas han reaccionado con el ácido hipocloroso, quedando un pequeño exceso de HOCl y ClO- sin reaccionar. La cloración por encima de este punto asegura una buena desinfección. El cloro resulta muy efectivo contra las bacterias, pero no lo es tanto contra los virus, siendo el mejor método contra ambos tipos de microorganismos la ozonización, que utiliza el ozono como agente desinfectante. También se utiliza para la desinfección de aguas de consumo público la radiación ultravioleta (240-280 nm).

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5.3 TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES URBANAS. Las aguas residuales urbanas son una compleja mezcla de agua, en una proporción superior al 99%, y una serie de contaminantes orgánicos e inorgánicos tanto en suspensión como disueltos:

- Contaminantes inorgánicos: cloruros, sulfatos, nitrógeno, fósforos, carbonatos, bicarbonatos de calcio, magnesio y metales pesados.

- Contaminantes orgánicos: proteínas y carbohidratos, se incluyen en este apartado los microorganismos, más de un 90% son proteínas y carbohidratos.

El término aguas urbanas se suele utilizar para referirse al conjunto de las aguas domésticas procedentes de las áreas residenciales junto con las aguas residuales provenientes de los establecimientos comerciales o industriales que existan en la ciudad. Los contaminantes presentes en las aguas residuales causarían serios problemas ambientales si dichas aguas residuales urbanas las incorporáramos directamente a un curso de agua no contaminado. Se hace necesario por tanto su tratamiento con objeto de reducir en el efluente la concentración de determinados contaminantes hasta niveles que no afecten desfavorablemente la calidad del agua al que las vamos a incorporar. Dos aspectos muy importantes relacionados con el objetivo:

� sólo se intenta rebajar el contenido de determinados contaminantes y no de todos, � se trata de reducir su concentración, y no de eliminarlos totalmente.

Parámetros para caracterizar un agua residual:

- Turbidez. - Sólidos en suspensión. - Sólidos totales disueltos. - Acidez. - Oxígeno disuelto. - Demanda de oxígeno: para este parámetro se utiliza la demanda biológica de oxígeno DBO y la

demanda química de oxígeno DQO. El grado de tratamiento al que habrá de someterse un agua residual urbana dependerá del grado de depuración necesario para que el efluente cumpla con la normativa que sea de aplicación y se lleva a cabo en plantas de tratamiento, que, normalmente, están diseñadas para que el agua residual pueda ser sometida a lo que se conoce como tratamientos primarios, secundarios y terciarios:

- Los primarios, eliminan la materia insoluble y rebajan moderadamente la DBO. Según la EPA (Environmental Protection Agency) como tratamiento primario se define aquel que rebaja la DBO en un 30-40%. Son todos procesos físicos.

- Los secundarios, son procesos biológicos orientados principalmente a rebajar la DBO y DQO.

- Los terciarios, son procesos físicos, biológicos o químicos que se utilizan para eliminar los

contaminantes disueltos o en suspensión que quedan después del tratamiento secundario.

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5.3.1 Procesos de tratamiento primario. Los tratamientos primarios, eliminan la materia insoluble y rebajan moderadamente la DBO. Según la EPA (Environmental Protection Agency) como tratamiento primario se define aquel que rebaja la DBO en un 30-40%. Son todos procesos físicos. Las fases del tratamiento primario:

1. Cribado: eliminación de objetos flotantes de mayor tamaño > 2,5 cm. 2. Molienda: sólidos provenientes del cribado se reducen hasta < 0,3 cm. 3. Desarenado: Después del cribado y la molienda, el agua residual pasa a una cámara de desarenado donde la velocidad del agua disminuye de forma que sedimenten las impurezas más densas. El tiempo de retención (volumen del tanque dividido por el caudal), se elige de forma que haya tiempo para la sedimentación de la arena, y otros materiales pesados. 4. Tanque de sedimentación o clarificador: donde se elimina la mayor parte de la materia en suspensión. El tiempo de retención suele ser de 2-3 horas, y se consigue eliminar del 60-70% de los sólidos suspendidos y un 25-40% de la DBO. Los sólidos sedimentados constituyen los llamados fangos brutos, generalmente muy malolientes y bastante diluidos, (contienen de 0,5 a 5% de sólidos), por lo que hay que estabilizarlos, por digestión anaerobia o aerobia, y secarlos, antes de su ubicación definitiva en lugares adecuados. De hecho el tratamiento y disposición final de los fangos generados en el tratamiento primario y los que, como a continuación veremos, se originan durante el tratamiento secundario, constituyen uno de los problemas más difíciles de resolver de entre todos los que surgen durante los procesos de tratamiento de aguas residuales urbanas. 5. Desaceitado y desengrasado: si la cantidad de grasa es importante conviene efectuar la separación en un equipo específico, en caso contrario se puede llevar durante el desarenado. La eliminación de aceites (desaceitado) se trata de la separación líquido-líquido y el desengrasado de la separación líquido-sólido. Como fundamento se usa la diferencia de densidad entre los elementos (los aceites y grasas son más ligeros que el agua por lo que tienden a subir a la superficie)

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5.3.2 Procesos de tratamiento secundario. Son los procesos a los que se somete al efluente procedente del tratamiento primario. Su objetivo principal es rebajar la DBO y DQO del agua residual, lo que se consigue mediante procesos biológicos tanto aerobios como anaerobios.

Los sistemas de tratamiento más empleados:

- Filtros de goteo o filtro percolador: consiste en un lecho de piedras y grava por el que pasa lentamente el agua a tratar. Este método reduce entre el 60% y 70% de la DBO. El problema que tienen es el peso del material, que hace que las profundidades de más de 2 m. no sean posibles. Se pueden usar materiales plásticos para sustituir las piedras y gravas.

- Biodiscos o discos rotatorios biológicos: consiste en una serie de discos de plástico (diámetro

3-5 m.) sumergidos en un 40% en las aguas residuales con una capa bacteriana adherida en su superficie. Mediante el movimiento giratorio del biodisco, la película de materia orgánica alterna su contacto con el agua a tratar y con el oxígeno del aire. Cuando la película está en contacto con el aire se oxigena, mientras que cuando está sumergida absorbe la materia orgánica a degradar. Con ello se produce una degradación biológica mixta aerobia-anaerobia. El exceso de biomasa formada se desprende por rozamiento cuando el biodisco se desplaza por el agua residual, y se acumula en su fondo. El movimiento giratorio del biodisco mantiene la biomasa desprendida en suspensión y forma partículas densas que luego son separadas sin ninguna dificultad. Además, dicho movimiento giratorio origina una turbulencia en la interfase agua-biomasa, que contribuye a mejorar el nivel de depuración. Los biodiscos se utilizan principalmente para el tratamiento de aguas urbanas de pequeñas y medianas colectividades.

- Lagunas de oxidación: es un depósito de unos 2 m de profundidad y un área superficial que se

calcula en función de la carga de DBO del agua residual y del tiempo de retención, donde la materia orgánica se descompone por los microorganismos de forma aerobia en la superficie y anaerobia en el fondo. Mediante este sistema se consiguen una eliminación de la DBO comprendida entre el 75 y 85%. El efluente que resulta contiene cantidades notables de algas que aumentan su DBO, además la acumulación de los detritus finales en su fondo hace necesario su drenaje. Otro inconveniente está relacionado con los bajos rendimientos que se consiguen en invierno.

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- Procesos de fangos activados: se trata de un tanque aireado en el que están dispuestos los fangos con las bacterias y por el que circula el agua residual procedente del tratamiento primario. Convierten la materia orgánica disuelta en CO2 y H2O y más bacterias. Para mantener las condiciones aerobias se debe agitar y mantener el tanque con aire u oxígeno. Después de unas 8 horas de agitación, los microorganismos se separan en un tanque de sedimentación secundario, donde por no haber materia orgánica disponible, se activan, es decir, echan en falta la materia orgánica necesaria para su supervivencia, por lo que al bombear una parte de ellos de nuevo al tanque de aireación el proceso de eliminación de la materia orgánica continúa. El proceso de los fangos activados permite conseguir mayores velocidades de eliminación de DBO que los filtros de goteo, sin embargo sus costes de operación son también superiores. Las balsas de fangos activados se diseñan teniendo en cuenta la cantidad de materia orgánica existente en el agua residual y los microorganismos disponibles.

Un parámetro importante es la relación DBO/SSLM, siendo SSLM los sólidos suspendidos en el licor de la mezcla. Una relación de carga baja (poca comida para muchos microorganismos) con un período de aireación largo, implica que los microorganismos pueden transformar una gran parte de la materia orgánica (alto grado de depuración). Si la relación de carga es alta, el proceso de depuración es lento e incompleto, aún con períodos de aireación largos. Para el proceso de oxidación biológica y crecimiento de las nuevas células, además del oxígeno y de los microorganismos aerobios, son necesarios el N y el P. Metales pesados como el Pb o Hg actúan de tóxicos y desactivan el proceso. Para el tratamiento de fangos se elimina el agua y después se le hace una digestión anaerobia para eliminar el olor y los microorganismos patógenos. Esta digestión consta de tres etapas: fermentativa, acetogénica y metanogénica. El resultado de estas etapas es el biogás y los lodos de digestión. El desarrollo de las bacterias metanogénicas está estrechamente relacionado con la temperatura. Según los márgenes de temperatura que necesitan para su normal desarrollo podemos clasificar las bacterias en psicrófilas (0-30ºC), mesófilas (30-45ºC) y termófilas (45-75ºC). Otros factores esenciales para el proceso de digestión anaerobio son el pH, (entre 6,5 y 7,5); la relación C:N:P en el medio (50:2:0,4) y la ausencia de materiales tóxicos como metales pesados, pesticidas, detergentes, etc., que pueden inhibir el desarrollo de las bacterias. En la mayoría de las plantas de tratamiento de fangos por digestión anaerobia se lleva a cabo en dos digestores diferentes, el primario y el secundario. El primario se calienta hasta 35ºC, y se agita, con objeto de incrementar la velocidad de digestión. En el secundario no se calienta ni se agita, y en él ocurre una estratificación que permite una cierta separación del líquido, llamado sobrenadante, de los sólidos. A medida que los sólidos sedimentan, el líquido sobrenadante se bombea a la planta principal para que vuelva a sufrir tratamiento. El biogás es una mezcla gaseosa de metano, dióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno, y sulfuro de hidrógeno. El biogás producido, que contiene alrededor del 60% de metano, se utiliza para producir parte de la energía eléctrica que se necesita para el funcionamiento de la propia planta.

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Los fangos procedentes del digestor secundario son todavía muy líquidos por lo que hay que proceder a la eliminación del agua que contienen, y se hace mediante espesadores bien de gravedad o por flotación. El espesamiento de fangos se caracteriza mediante el índice de volumen de fango (IVF), que se define como el volumen ocupado por 1 Kg. de fango después de sedimentar durante 30 minutos. Otra forma de proceder para eliminar el agua que contienen los fangos consiste en su secado. El secado difiere del espesamiento, en que el fango, una vez llevado a cabo el secado, se comporta como un sólido. La mayoría de las plantas de tratamiento utilizan el secado como método final para conseguir la reducción de volumen de los fangos antes de su disposición definitiva. Las eras de secado representan el método más económico de llevar a cabo el proceso. El fango se extiende sobre superficies de arena en capas de unos 15 cm. De esta manera, se combinan dos mecanismos para separar el agua del sólido: el filtrado y la evaporación. Otros métodos de realizar el proceso de secado de los fangos son los filtros de vacío, los filtros de presión, y la centrifugación. La disposición definitiva de los fangos, existen varias opciones una es la incineración, que aprovecha su potencia calorífica media, y además lleva consigo una reducción muy significativa de volumen inicial. La incineración de fangos presenta los mismos problemas que la incineración de los residuos sólidos que trataremos en el siguiente capítulo. Otra opción es su utilización como acondicionadores de suelos, que por razones medioambientales y de costos es la que más se utiliza.

5.3.3 Procesos de tratamiento terciario. Son procesos físicos, biológicos o químicos que se utilizan para eliminar los contaminantes disueltos o en suspensión que quedan después del tratamiento secundario. Los contaminantes que se pueden eliminar en este proceso se agrupan en:

- Sólidos en suspensión: responsables de la DBO residual del efluente. Para su eliminación se utiliza el método de coagulación seguida de filtración; como su nombre indica consiste en la adición de coagulantes que rodean las partículas en suspensión y sedimentan con ellas. Una vez llevada a cabo la coagulación se procede a la filtración.

- Compuestos orgánicos disueltos: el método para eliminarlos es la adsorción con carbono activo.

El poder de adsorción del carbón activo se rige por el parámetro del valor del fenol, que se define como la cantidad de carbón activo en mg necesaria para reducir en un 90% el fenol presente en un litro de disolución que contiene 100mg/l de dicho compuesto. Para su eliminación se usa principalmente el método de adsorción sobre carbón activo (granulado ó pulverizado); otros métodos son el empleo de polímeros sintéticos como adsorbentes y la utilización de ozono, agua oxigenada, cloro, etc. como oxidantes.

- Compuestos inorgánicos: En general el efluente del proceso de tratamiento secundario contiene

más materiales inorgánicos disueltos que el agua potable original. Para eliminarlos se utiliza la electrodiálisis, las resinas cambiadoras de iones y la ósmosis inversa ya que la destilación o la congelación son muy antieconómicos.

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Realmente estos tres tratamientos se emplean en el caso de aguas residuales industriales. A las aguas residuales urbanas se les aplican la eliminación de nutrientes, y en caso de riesgo de epidemia la c!oración para eliminar los gérmenes patógenos. La eliminación de nutrientes:

• Eliminación nitrógeno: el nitrógeno se presenta en forma de amoníaco NH3 o ión amonio NH4

+. Para su eliminación será necesario aumentar la alcalinidad del agua hasta un pH=11 mediante el tratamiento de óxido de calcio y someter luego a aireación el agua que queda para que desprenda el nitrógeno restante.

• Eliminación del fósforo: el fósforo se encuentra en forma de iones monohidrógeno

fosfato (HPO42-) y dihidrógeno fosfato (H2PO4

-) que precipitan como hidroxifosfato cálcico cuando se trata con hidróxido de calcio, según la reacción:

- Contaminantes biológicos: bacterias y virus. Entre las primeras están las causantes de la tuberculosis, disentería, cólera, etc. Entre los virus, los que causan diarreas, infecciones oculares, hepatitis y polio.

5.3.4 Gestión de una planta depuradora de aguas residuales urbanas.

- Debe existir un equipo de técnicos y operarios convenientemente preparados para que la planta funciones correctamente con el mínimo coste.

- Se realizará un control exhaustivo del agua a tratar, ya que contiene microorganismos vivos que

son responsables de muchos de los procesos de tratamiento. - Se cuidarán especialmente los trabajos de explotación y mantenimiento. - Seguridad de las instalaciones. - Higiene del personal. - Plan de formación del personal.

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5.4 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA INDUSTRIA Y DE VERTIDOS INDUSTRIALES. 5.4.1 Acondicionamiento del agua para el uso industrial. El agua para uso industrial, se emplea principalmente en procesos de calefacción y refrigeración, como disolvente, como diluyente y para fines generales de limpieza. Podemos decir que normalmente no requiere unos niveles elevados de pureza pero sin embargo debe reunir ciertas características específicas como son las siguientes:

- No debe producir incrustaciones en las paredes de los equipos en los que se utilice, por lo que para evitarlo es mejor dar un tratamiento de ablandamiento al agua.

- No debe ser corrosiva, por lo que para evitarlo se trabajará con pH entre 7 y 11, se eliminarán

los gases disueltos y mantener bajo control las sales de calcio y magnesio, se realizará limpieza química cuando sea necesario eliminar las sustancias ya sedimentadas, se evitarán temperaturas elevadas, se evitarán los cambios de pH y variaciones repentinas de presión, se emplearán aceros con cromo y molibdeno y se conseguirán velocidades de flujo altas.

- No debe contener algas, ni crecimientos biológicos ni limos bacteriológicos ni cualquier otro

tipo de microorganismos. Los microbicidas más efectivos son el cloro e hipoclorito. También se usan fenoles clorados.

5.4.2 Tratamiento de efluentes industriales. Como consecuencia de su carga contaminante, los efluentes acuosos industriales, deberán ser depurados antes de su vertido. A diferencia de las aguas residuales urbanas, cuya composición es muy uniforme, las aguas residuales industriales presentan una composición muy variable que depende del tipo de actividad. Por lo tanto los métodos de tratamiento para su depuración deberán ser específicos para cada tipo de contaminante.

Si el nivel de contaminación no es muy elevado y/o el contaminante no es muy peligroso, las industrias ubicadas dentro de las ciudades suelen verter sus aguas a la red general urbana, realizando o no un tratamiento previo, mediante el pago de un «cánon de vertido».

siendo: V: volumen de vertido autorizado. PB: precio básico en € por m3 Ce: coeficiente de mayoración o minoración, cuyo valor máximo no puede superar 4.

Por lo que respecta a la contaminación por efluentes industriales acuosos, hay que indicar que resulta muy conveniente estudiar posibles modificaciones del proceso de fabricación, o la posible recuperación de productos intermedios, o la reutilización del agua residual, con objeto de ahorrar tanto en el agua de suministro, como en el tratamiento de las aguas residuales que se generan:

� homogeneizar las aguas residuales en una balsa antes de su vertido a la red general de aguas residuales con objeto de perturbar lo menos posible a los microorganismos del tratamiento biológico posterior.

� segregación de las diferentes corrientes de aguas residuales producidas durante el proceso de fabricación, para someter cada una de ellas, de forma individual, al tratamiento específico más idóneo.

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La DBO es de 5 a 20 veces superior en las aguas residuales industriales que en las urbanas. Los sólidos totales son también superiores en dichas aguas. En los vertidos industriales acuosos, en orden al posterior tratamiento en las plantas de aguas residuales urbanas, conviene que además de las dos características anteriormente comentadas, DBO y sólidos totales, se tengan en cuenta su contenido en nutrientes y componentes tóxicos, debiéndose someter en su caso a un tratamiento previo de adecuación.

Las industrias del acabado metálico, por su parte, deben tratar sus aguas residuales para eliminar cianuros, cromo, y otros metales pesados, y las industrias de fabricación de clorofenoles deben reducir el contenido en fenol de sus aguas residuales hasta menos de 1 ppm. Cuando el agua residual industrial, se vaya a someter a tratamiento biológico, habrán de controlarse cuidadosamente los valores del pH y la presencia de metales pesados y

compuestos orgánicos tóxicos porque tienen una notable influencia sobre el desarrollo de los microorganismos. El control de otras características del agua residual con influencia sobre el proceso de tratamiento biológico, habrán de controlarse también adecuadamente. Los tratamientos de las aguas industriales pueden ser:

- De tipo químico, como la neutralización, ajuste de pH, la precipitación y la oxidación reducción. - De tipo físico, como la flotación, sedimentación, filtración, adsorción y métodos biológicos

tanto aerobios como anaerobios.

Métodos para rebajar los materiales inorgánicos disueltos:

- Electrodiálisis: aplicación de una corriente eléctrica a través de una conducción de agua compartimentada mediante membranas, que son permeables alternativamente a los cationes y a los aniones. Algunos compartimentos se enriquecerán de sales y otros disminuirán, siendo estos últimos los que recogemos. Utilizando este procedimiento se puede conseguir reducir la concentración salina hasta en un 50%.

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- Proceso de intercambio iónico: se hace pasar el agua a tratar a través de una resina

intercambiadora de cationes, y después a través de otra de aniones. La primera intercambia los cationes por iones hidrógeno y la segunda los aniones por iones hidroxilo. Las reacciones son:

H+ Resina catiónica

- + M

+ + X

- � M

+ Resina catiónica

- + H

+ + X

-

OH- Resina aniónica

+ + H

+ + X

- � X

- Resina aniónica

+ + H2O

Donde M

+ X

- es una hipotética sal disuelta

- Ósmosis inversa o hiperfiltración: el agua salina a tratar se fuerza mediante presión para que

pase a través de una membrana semipermeable. Esta membrana solamente deja pasar el agua a su través. La velocidad de transferencia de agua desde la disolución hacia el agua pura depende de la concentración de la disolución, de las características de la membrana y de la magnitud de la presión aplicada.

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CAPITULO 6. RESIDUOS URBANOS, INDUSTRIALES Y RADIACTIVOS.

6.1. LOS RESIDUOS SÓLIDOS: DEFINICIÓN, ORIGEN Y CLASIFICACIÓN. DEFINICIÓN DE “RESIDUOS”: según la OCDE, son aquellas materias o productos generados como consecuencia de cualquier actividad o proceso productivo, ya sea físico, químico o biológico, que no alcanzan ningún valor económico debido a que:

� No existe tecnología ni mercado que posibilite su uso. � Aunque tenga un cierto valor, no es utilizable económicamente debido a su dispersión (ejemplo:

residuos agrícolas). La Ley de Residuos 10/1998 da una definición general de residuo como «Cualquier sustancia u objeto perteneciente a algunas de las categorías que figuran en el anejo de esta ley, del cual su poseedor se desprenda o del que tenga la intención u obligación de desprenderse. En todo caso, tendrán esta consideración los que figuren en el Catálogo Europeo de Residuos (CER), aprobado por las instituciones comunitarias».

6.2. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU). La Ley de Residuos 10/1998 los define como “aquellos generados en los domicilios particulares, comercios, oficinas, y servicios, así como todos aquellos que no tengan la calificación de peligrosos y que por su naturaleza o composición puedan asimilarse a los producidos en los lugares o actividades anteriores”. Serán considerados también como RSU:

� Residuos procedentes de limpieza de vías públicas, zonas verdes, áreas recreativas y playas. � Animales domésticos muertos, muebles, enseres y vehículos abandonados. � Residuos y escombros de obras menores de construcción y reparación domiciliaria.

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6.2.1. Cantidades, composición y propiedades de los RSU. La generación de RSU es función de:

- el nivel de vida de la población, - del día de la semana, - del período del año, - del clima y - de los métodos de envase y embalaje de los productos.

Variables que más influyen en el proceso de gestión de los RSU: La cantidad y la composición son las dos variables que más influyen en el proceso de gestión de los RSU. Las cantidades se expresan en peso o en volumen, el primero constituye un dato más preciso y fácil de medir por lo que su uso está más generalizado, y a menudo mediante la relación peso de RSU/habitante. La composición de los RSU depende del clima, del nivel de vida de la población, de los hábitos sociales, de la época del año, y del grado de urbanización e industrialización de la zona. En cuanto a los datos sobre composición, habremos de indicar, además, a qué momento del proceso de gestión están referidos ya que pueden variar a lo largo del mismo, debido a que se producen transferencias de humedad entre los diversos componentes. Por lo que respecta a la tendencia general respecto a la producción de RSU puede indicarse que son previsibles aumentos anuales del 1 al 3% dependiendo del tamaño de la población que se considere. Referente a su composición la tendencia es hacia un mayor contenido en materiales combustibles e inertes y una disminución en materiales fermentables. Además de la cantidad y la composición, otras características a tener en cuenta en la gestión de los RSU son:

� La densidad: tiene influencia en los medios de recogida y sobre las opciones de tratamiento, varía entre 100-300 Kg. / m3.

� La humedad: varía con el origen y la época del año (20-60%). � El poder calorífico: es importante si el tratamiento final es la incineración, y depende

fundamentalmente de la humedad y de la naturaleza de los materiales. Su valor medio está entre 3500 y 7000 kJ/Kg.

6.2.2. Gestión de los RSU. Es el conjunto de operaciones que van desde la recogida hasta su eliminación.

1. Recogida y transporte: es la fase más cara, comprende las operaciones a realizar para retirar los RSU desde el punto de recogida hasta el punto de tratamiento.

En las medianas y grandes poblaciones la recogida suele hacerse a diario, bien diurna o nocturna, mediante vehículos diseñados para tal fin. El transporte puede ser directo al destino de eliminación o tratamiento, o bien pasar por una fase intermedia o estación de transferencia. En este último caso los vehículos de recogida depositan los residuos en la estación de transferencia y de aquí son posteriormente trasladados al vertedero definitivo en grandes contenedores. Debido a que como hemos dicho la fase de

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recogida y transporte es la más cara, se van introduciendo nuevos métodos para reducir costes. Algunos de los más utilizados son los siguientes:

- Tuberías neumáticas. Han sido instaladas en pequeñas comunidades de numerosos países. Los desechos se depositan en la tubería y son absorbidos a través de las tuberías subterráneas que los llevan hasta una planta central de procesado.

- Compactadores. Su nombre indica como actúan. Los hay individuales y para establecimientos comerciales y comunidades.

- Optimización de las rutas. Existen varios programas de ordenador para seleccionar las rutas y frecuencias de recogida más económicas.

En un plan de recogida de RSU hay que tener muy en cuenta la siguiente información de cara a establecer un servicio lo más racional posible: características y cantidades de los residuos a recoger, estructura urbana, tipo de edificaciones, anchura de calles, sentidos de la circulación, distancia al centro de eliminación, normalización de cubos y recipientes de recogida, etc.

2. Tratamientos: conjunto de operaciones encaminadas a dar a los mismos el destino final más adecuado desde el punto de vista de la salud humana, los recursos naturales y el medio ambiente. La tecnología ofrece múltiples soluciones para la disposición final de los RSU pudiéndose distinguir entre las que no procesan el desecho y las que lo procesan previamente. Entre las primeras las que ofrece mejores resultados y tiene más garantías es el vertido controlado con trituración y compactación.

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6.2.2.1 Vertido Sanitariamente Controlado con Trituración y Compactación. Un vertedero se considera sanitariamente controlado cuando se toman todas las medidas necesarias para evitar que resulte nocivo, molesto o cause deterioro al medio ambiente. Cuando se selecciona un lugar para vertedero sanitariamente controlado deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: Drenaje del terreno, dirección del viento, distancia a la zona de recogida, tamaño del vertedero, producción de lixiviados, formación de gases, ruidos, olores, contaminación del aire, incendios, roedores, insectos, pájaros, rotura del paisaje y utilización final de los terrenos del vertedero una vez clausurado. Los vertederos controlados de RSU se clasifican:

- Según sean con trituración previa o no

- Según el grado de compactación:

� De baja densidad (0,5 T/m3): se extienden y compactan en capas de residuos de 1,5 a 2,5 m. de espesor, que se cubre diariamente con una capa de tierra de unos 20-30 cm.

� De densidad media (0,8 T/m3): las capas de residuos tienen espesores inferiores a los anteriores y no necesitan cubrición tan frecuente.

� De alta densidad (1 T/m3): con capas de residuos de menor espesor que en los dos casos anteriores, y utilización de equipos compactadores potentes.

Los vertederos sanitariamente controlados, una vez agotada su capacidad, deben ser clausurados y sellados para, posteriormente, proceder a la recuperación de los terrenos afectados: repoblación forestal u ornamental, construcción de parques públicos, instalaciones deportivas, etc. Procesos que tienen lugar en un vertedero controlado: Un vertedero controlado es un reactor en el cual tienen lugar procesos físicos, químicos y sobre todo biológicos, especialmente de tipo anaerobio, que transforman los desechos en un residuo inerte, al tiempo que se emiten una serie de gases (biogás) y lixiviados líquidos. El biogás está formado principalmente por metano (60%) y anhídrido carbónico. Es un gas inflamable con riesgo de explosión si su concentración en el aire es suficientemente elevada (entre el 5 y el 15% en volumen), por lo que dicho riesgo debe ser controlado. Actualmente el biogás se recoge mediante un sistema de tuberías interconectadas, que permite concentrar todo el gas en un punto, para proceder a su combustión mediante antorchas especiales, o bien conducirlo a instalaciones de recuperación energética. Su poder calorífico está en torno a los 16000 kJ/m3. Los líquidos lixiviados son líquidos muy contaminantes con valores extremos de pH, DQO y N-amoniacal, de intenso y desagradable olor y fuerte coloración, procedentes del proceso de descomposición en el vertedero y mezclados con agua filtrada de la lluvia. La cantidad de líquidos lixiviados producidos en un vertedero es difícil de calcular y depende de diversos factores: composición del desecho, climatología, impermeabilización del vertedero, etc. Los líquidos lixiviados que se producen en un vertedero, debido a su alta carga contaminante, deben ser tratados antes de su vertido a cualquier cauce receptor. A causa de la complejidad de estos efluentes, no es efectivo un sistema individual de depuración, ya que ninguna alternativa permite alcanzar un grado de depuración aceptable.

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Clasificación de las distintas técnicas de tratamiento de los líquidos lixiviados:

� Transferencia: a estaciones depuradoras urbanas o del propio vertedero. � Tratamientos biológicos: aerobios o anaerobios. � Tratamientos físico-químicos: precipitación química, oxidación-reducción, adsorción con carbono

activo, ósmosis inversa, eliminación de amoníaco. 6.2.2.2 Tratamientos térmicos de RSU. Dentro de los métodos de disposición final de RSU que utilizan algún tratamiento previo de los mismos, vamos a considerar sucintamente aquellos que suponen una reducción de volumen previa a su eliminación y que son la incineración, la pirólisis y la pirólisis-gasificación. A) Incineración: Consiste en la combustión controlada de los RSU en hornos adecuados.

Ventajas:

� Gran reducción de volumen (90%) y del peso inicial (70%) del residuo. � El residuo obtenido es biológicamente estéril y puede ser utilizado como conglomerante en

la construcción. � Se evita la producción de metano. � El calor de combustión del residuo puede utilizarse para producir agua caliente para uso

doméstico, o generar vapor de agua y producir energía eléctrica. � Es la mejor manera de gestionar los residuos hospitalarios o los altamente inflamables. � La planta puede ubicarse en lugares más próximos a los puntos de colección de residuos que

los vertederos, y necesitan un espacio notablemente inferior a éstos.

Inconvenientes:

� Instalaciones costosas. � Los gases generados son tóxicos y deben ser controlados y depurados. � Con frecuencia el residuo de la combustión contiene metales pesados y otros compuestos

tóxicos, que por tal circunstancia deben ser gestionados como residuos peligrosos. � Las instalaciones son poco versátiles, ya que se diseñan específicamente en función del

poder calorífico del residuo. � Gran rechazo social en su ubicación debido a los problemas medioambientales que puede

generar, especialmente por las emisiones gaseosas y los residuos sólidos finales.

Factores a considerar en el diseño de una instalación de incineración:

� Composición del residuo. � Potencia calorífica del residuo. � Temperatura del lecho de combustión. � Tiempo de residencia. � Relación aire/residuo.

Las variaciones en la composición de los residuos constituyen un problema muy importante en la explotación de este tipo de instalaciones.

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B) Pirólisis: Consiste en la ruptura térmica de las moléculas aplicándoles calor en ausencia de oxígeno. Mediante este método se obtienen fracciones (productos combustibles) gaseosos, líquidos y sólidos, que tienen valor económico. El rendimiento de las fracciones obtenidas depende de tres factores: la temperatura, la velocidad de calentamiento y el tiempo de residencia. En general, temperaturas altas (< 700ºC) con velocidades altas y bajos tiempos de residencia conducen a altos rendimientos de la fracción gaseosa, mientras que temperaturas bajas o moderadas (400-600ºC) con bajas velocidades y tiempos de residencia altos conducen a rendimientos altos de la fracción líquida. C) Pirólisis – Gasificación: Actualmente se están ensayando métodos mixtos de pirólisis-gasificación en el tratamiento de RSU, que origina como productos finales gas de síntesis (CO + H2) y un residuo sólido que debe gestionarse como residuo tóxico. El gas de síntesis puede ser utilizado para generación de energía, o también como materia prima para la síntesis de otros productos como metanol. 6.2.2.3 Separación y recuperación de las fracciones para su aprovechamiento o reciclado. Hay que indicar, que tanto la incineración como la pirolisis son métodos de tratamiento cuyo principal objetivo es convertir los RSU en algo más fácilmente eliminable. Vamos a considerar aquellos métodos de tratamiento de RSU cuya finalidad primordial es la clasificación para la recuperación de materiales. La recuperación de recursos a partir de los residuos depende de la posibilidad de poder disponer de fracciones de componentes más o menos puros, lo cual puede conseguirse mediante la separación de dos maneras diferentes: a) Separación en origen: Es el ciudadano quien realiza estas operaciones, y debe realizarse en 2 fases, la primera en el propio hogar con las bolsas para cada tipo de material, y la segunda en la calle utilizando los contenedores de vidrio, plásticos y metales, papel y materia orgánica. Combinando la separación en origen con técnicas de separación mecánicas, neumáticas y magnéticas, se obtienen 4 fracciones: fracción magnética (chatarra), fracción celulósica, fracción plástica y fracción orgánica, además del vidrio ya separado. La rentabilidad del proceso tropieza con dos problemas: las inversiones necesarias y la comercialización de las fracciones recuperadas. Así, mientras la chatarra es relativamente fácil de comercializar, el compost depende del entorno agrícola, y las briquetas (biocombustible) dependen del entorno industrial donde está situada la planta de clasificación. El proceso de clasificación de RSU implica normalmente separaciones binarias. Una separación binaria es la que se realiza cuando tratamos de separar un material “x” de una mezcla “xy”.

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Se parte de una composición inicial x0y0, y como la separación no es perfecta, obtendremos:

� Por una parte el producto o extracto, compuesto por casi todo el componente x0 inicial más una pequeña cantidad de y0, de composición x1y1.

� Por otra parte el rechazo, compuesto por casi todo el componente y0 inicial más una pequeña cantidad de x0, de composición x2y2.

La recuperación de x podrá expresarse como: Siendo R(x) el porcentaje de recuperación, x1 la cantidad de x en el producto o extracto, y x0 la cantidad del componente x antes de la separación. Se define la pureza del extracto como:

Y la eficiencia del proceso como:

b) Separación en la central de transferencia o clasificación: El tipo de operaciones de separación más utilizadas en las centrales de transferencia y clasificación son:

� Separación neumática, se usa en mezclas secas para la separación de los componentes orgánicos (fracción ligera) de los inorgánicos (fracción pesada).

� Separación magnética, se usa en mezclas para la separación de los materiales férreos. � Tamizado o separación mecánica, se usa en mezclas de materiales de diferente tamaño para la

separación en dos o más fracciones.

Además de las técnicas de recuperación indicadas, cuando los sólidos se utilizan en procesos de producción de energía, es aconsejable someterlos a procesos de deshidratación y/o secado. Las fracciones de materiales recuperables en los RSU son las siguientes:

- Vidrio: sin ningún problema técnico (separación). - Papel y cartón: se dispone de la tecnología adecuada y además se encuentran en un

porcentaje muy elevado en los RSU. - Materiales metálicos: el contenido en metales de los RSU oscila entre el 5 y el 10%, siendo

más de una quinta parte materiales ferrosos, que se recupera mediante separación magnética (chatarra). Otros metales (aluminio) se recuperan por diferencia de densidad.

- Plásticos: el contenido en plásticos de los RSU oscila entre el 7 y el 10%, y se dispone de

tecnología suficiente. El reciclado puede ser mecánico, energético y químico. - Materia orgánica: la materia fermentable de los RSU se usa para la obtención de compost,

mediante la técnica denominada compostaje.

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COMPOSTAJE: Proceso de descomposición termófilo y aerobio de los constituyentes orgánicos de los RSU mediante la actividad de poblaciones de microorganismos. Es un proceso relativamente rápido, que necesita entre 4 y 6 semanas para conseguir reducciones en volumen de hasta el 70%. El compostaje se realiza en dos fases:

1) Obtención de una fracción orgánica más o menos pura (50%), que en gran medida se puede conseguir mediante separación en origen. 2) Proceso de fermentación de dicha fracción orgánica.

Durante el proceso de fermentación, los factores principales a controlar son:

1) Aireación (aportación de aire): particularmente importante para que la fermentación sea aerobia. La concentración mínima de oxígeno debe ser del 18% en volumen. Se consigue mediante el volteo de la masa a fermentar, o por medio de sistemas mecánicos de ventilación. 2) Temperatura: el proceso global se realiza en dos fases, una primera fase termófila, que es la más importante, en la que la temperatura puede llegar a los 60ºC aunque debe controlarse entre los 30-35ºC, y una segunda fase mesófila (de maduración) a una temperatura inferior a los 30ºC. 3) Humedad: la humedad mínima del residuo debe ser del 40%, pero siempre teniendo en cuenta que contenidos muy altos de agua dificultan el intercambio de oxígeno. 4) pH: el intervalo óptimo es de 5,5 a 8. Las bacterias prefieren pH neutros y los hongos ligeramente ácidos. 5) Relación Carbono/Nitrógeno (C/N): la óptima debe ser 25, y los valores habituales están entre 26 y 45, por lo que es conveniente añadir lodos de depuradoras de aguas residuales para disminuir la relación. Hay que tener en cuenta que valores por encima de 25 disminuyen la velocidad de degradación, mientras que valores inferiores a 25 originan pérdidas significativas de nitrógeno. 6) Tamaño del grano: la degradación es tanto más rápida cuanto menor es el tamaño del grano.

Una vez obtenido el compost se procede a su depuración con objeto de reducir su contenido en inertes y conseguir una granulometría adecuada que facilite su aplicación agrícola como corrector y fertilizante.

Otros métodos aplicables a la fracción orgánica de los RSU:

� Hidrólisis ácida, mediante la cual la celulosa de la fracción orgánica produce gas metano. � Procesos químicos, que conducen a la formación de etanol. � Procesos biológicos anaerobios, que permiten la producción de biogás.

6.2.3. Costes de la gestión de los RSU. Se dividen en dos partes:

1) Costes de explotación: personal, energía, transporte, mantenimiento y conservación de maquinas e instalaciones. A estos costes habrá que descontarles los ingresos obtenidos por la venta de los productos recuperados. 2) Amortización de las inversiones: obra civil, maquinaria, instalaciones, etc.

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6.3. RESIDUOS TÓXICOS Y PELIGROSOS (RTP). 6.3.1. Definición y clasificación de un RTP. Este término engloba todos los desechos de actividades productivas que pueden representar un determinado riesgo o peligro para el hombre, para cualquier otro ser vivo o para el medio ambiente. La Agencia de Protección Medioambiental (EPA) de EEUU los define como aquellos residuos o combinación de residuos que presentan un determinado peligro, ya sea actual o potencial, para la salud humana o para otros organismos vivos, debido a alguno de los cuatro motivos genéricos siguientes:

� Difícil degradabilidad y persistencia en el lugar del vertido. � Posibilidad de ser nocivos por acumulación. � Posibilidad de sufrir transformaciones biológicas, que aumenten sus efectos perjudiciales. � Contenido elevado en componentes tóxicos.

La Legislación Española (Reglamento de Residuos Tóxicos y Peligrosos) los define como “materiales sólidos, pastosos, líquidos, así como los gaseosos contenidos en recipientes, que siendo el resultado de un proceso de producción, transformación, utilización o consumo, su productor destine al abandono y contengan en su composición alguna de las sustancias o materias que figuran en el anejo de la presente ley, en cantidades o concentraciones tales que representen un riesgo para la salud humana, recursos naturales y medio ambiente”. 6.3.2. Métodos de gestión de los RTP. El objetivo de cualquier plan de gestión de RTP es su transformación en algo menos tóxico o nada tóxico o peligroso, y si no puede ser así, almacenarlos en un lugar seguro. Definición de gestión: Conjunto de actividades encaminadas a dar a los RTP el destino final más adecuado de acuerdo con sus características y en orden a que se garantice la protección de la salud humana, la defensa del medio ambiente y la preservación de los recursos naturales. Comprende las operaciones de recogida, almacenamiento, transporte, tratamiento, recuperación y eliminación de los mismos. Tendrán carácter de RTP aquellos que por su contenido, forma de presentación u otras características puedan considerarse como tales según los criterios reglamentarios, incluyendo asimismo los recipientes y envases que los hubieran contenido y se destinen al abandono. 6.3.2.1. Depósitos de seguridad. Un depósito de seguridad “es una instalación controlada para la disposición por tiempo indefinido de RTP en condiciones totalmente seguras para la salud de las personas y para el medio ambiente, lo que se consigue a base de que los residuos queden totalmente confinados de forma que no puedan escapar fuera de la instalación”. Los principales medios de escape son el aire y el agua. Por esta razón, los depósitos deberán contar con instalaciones de recogida y tratamiento de aguas contaminadas y lixiviados, así como para impedir las emisiones gaseosas y polvos.

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Para la construcción de un depósito de seguridad deberá efectuarse un detallado estudio geológico e hidrogeológico del lugar, con objeto de conocer la impermeabilidad del terreno, la presencia o ausencia de acuíferos próximos, aprovechamiento o no de dichos acuíferos, etc. Los RTP aptos para su disposición en un depósito de seguridad, previamente a su disposición definitiva, deben haber sido destoxificados y concentrados para minimizar su peligrosidad y volumen. Los residuos incompatibles deben ser segregados para evitar las posibilidades de interacción entre ellos. Otros dos aspectos importantes son el transporte de los residuos desde el lugar de producción hasta el punto de tratamiento, y la información a otras empresas sobre los RTP disponibles, pues puede ocurrir que lo que para unos es un RTP para otros sea una materia prima barata, por lo que para favorecer este aprovechamiento existen las denominadas “Bolsas de Subproductos”, en España denominadas Bolsas de Remanentes Químicos, cuyo objetivo final es posibilitar el aprovechamiento de los RTP, lo que significa un beneficio empresarial y medioambiental.

6.3.2.2. Tratamientos de los RTP. Una planta de tratamiento de RTP es cualquier instalación industrial donde los residuos puedan ser sometidos a algún tipo de tratamiento físico, químico o biológico, o combinación de los mismos, con objeto de disminuir o eliminar su peligrosidad.

Normalmente, antes de su tratamiento los RTP son separados por tipos y características químicas, lo que se conoce como segregación de residuos. Clasificación de los tratamientos de RTP:

1) Procesos físicos: los más utilizados son los que permiten la separación sólido-líquido, tales como la centrifugación, la sedimentación, la flotación y la filtración. Como métodos particulares para separar un componente específico empleamos la ósmosis inversa, la electrodiálisis o la adsorción por carbono activo. También se utilizan la extracción y la destilación. Finalmente también se emplea la encapsulación del residuo en recipientes diversos.

2) Procesos químicos: cualquiera que implique una reacción química, tales como la oxidación de cianuros a cianatos mediante cloro, la reducción de Cr6+ a Cr3+ por anhídrido sulfuroso, la precipitación de metales pesados por iones sulfuro, el ajuste de pH, el intercambio iónico para separar determinados cationes y aniones inorgánicos, la fijación o absorción química de compuestos inorgánicos sobre silicatos, la hidrólisis de pesticidas organofosforados, etc. La incineración y la pirólisis también son tratamientos químicos que se aplican a RTP de naturaleza hidrocarbonada.

3) Procesos biológicos: de tipo aerobio o anaerobio. Los anaerobios normalmente se realizan diluyendo los RTP en las aguas residuales municipales.

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6.3.3. Gestión de los residuos industriales en España. La mayor parte de los RTP tienen su origen en las actividades industriales, principalmente en la industria química (32,6%), seguida de la automovilística (11,2%) y de la metalúrgica (10,2%). La gestión controlada de RTP, en el contexto que establece la legislación vigente, pretende alcanzar el objetivo denominado “minimización de residuos”. Este concepto está relacionado con el uso de procedimientos de fabricación que tengan el menor impacto posible sobre el medio ambiente, y en los cuales todas las materias primas y energías son utilizadas de la manera más racional. Las técnicas para conseguir esta reducción de RTP no necesariamente deberán estar basadas en tecnología punta: una buena gestión del proceso productivo puede ser suficiente para evitar la generación innecesaria de residuos. Aunque puede parecer anecdótico, evitar cualquier tipo de goteo, impedir el rebose de tanques y depósitos, utilizar procedimientos adecuados de transferencia de materia, la realización de programas de mantenimiento de instalaciones, de formación de personal, etc., son algunos tipos de actuaciones que puedan llevarse a cabo en cualquier industria y que contribuirán notablemente a la minimización de residuos.

El objetivo principal de la gestión de residuos industriales es la minimización de los mismos durante la producción, y una vez producidos proceder a su reciclado, reutilización y valoración.

6.4. RESIDUOS RADIACTIVOS. Son la consecuencia de la utilización de las reacciones nucleares por parte del hombre con fines energéticos, científicos, biomédicos, químicos, industriales o militares. Se consideran residuos radiactivos a aquellos materiales que contienen o están contaminados por radionucleidos, en concentraciones superiores a las establecidas por las autoridades en la materia y para los cuales no está previsto ningún uso. Es necesario establecer una clasificación de los diversos tipos de residuos radiactivos con el fin de gestionar su disposición definitiva (almacenamiento) en los lugares más adecuados:

- Primer factor a considerar es su estado físico, que puede ser sólido, líquido, gaseoso.

- Segundo factor es el período de semidesintegración, definido como el tiempo necesario para que el número de átomos radiactivos se reduzca a la mitad, lo que da idea de la vida radioactiva del residuo. Según este parámetro, los residuos radiactivos se clasifican en residuos radiactivos de vida larga y de vida corta.

- Tercer factor es su actividad específica, definida como el número de desintegraciones

nucleares por unidad de tiempo y por unidad de masa de dicho material. Se expresa en curios/g o en becquerelios/Kg.

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Según este último parámetro, distinguimos baja, media y alta actividad. Los residuos de actividad baja y media serán aquellos que cumplan:

� Periodo de semidesintegración inferior a 30 años. � Actividad específica por elemento radiactivo por debajo de unos valores determinados. � Contenido en isótopos artificiales emisores de radiaciones alfa inferiores a 0,01

curios/tonelada. Los residuos de actividad alta cumplen las características genéricas siguientes:

� Periodo de semidesintegración superior a 30 años. � Actividad específica por elemento radiactivo por encima de unos valores determinados. � Contenido en isótopos artificiales emisores de radiaciones alfa superiores a 0,01

curios/tonelada. � Suelen ser residuos que desprenden calor.

El mayor porcentaje de residuos radiactivos se produce como consecuencia de las actividades relacionadas con la industria nucleoeléctrica. Otras actividades militares, industriales, médicas y de investigación producen residuos radiactivos que generan una problemática no menos importante que los anteriores. La gestión de los residuos radiactivos tiene como objetivo prioritario la protección de las personas y del medio ambiente tanto en el presente como en el futuro. Los efectos de la radiación ionizante sobre los seres vivos pueden ser de dos clases:

� Somáticos, por afectar exclusivamente al individuo expuesto. � Genéticos, que pueden afectar a futuras generaciones.

Las radiaciones ionizantes afectan a los organismos vivos porque provocan la formación de iones y radicales libres en los tejidos, que posteriormente alteran las reacciones químicas que se producen en las células. En España, la gestión de los residuos radiactivos es realizada por la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (ENRESA), que es responsable de que todos los residuos radiactivos que se producen en la industria, medicina, investigación o cualquier otra actividad, sean tratados de forma adecuada. Por ley, el Ministerio con competencias en Industria es la autoridad competente en materia de legislación y reglamentación sobre gestión de residuos radiactivos, así como de la concesión de autorizaciones administrativas para las instalaciones. El Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) es el organismo asesor del Ministerio en materias de seguridad nuclear y protección radiológica, de modo que cualquier licencia concedida debe incorporar el correspondiente dictamen vinculante del CSN. También le corresponde a este organismo la inspección de las instalaciones nucleares. Finalmente, el CIEMAT es la institución responsable de la investigación y el desarrollo en el campo nuclear en España.

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6.4.1. Disposición final de los residuos radiactivos. La característica de los residuos nucleares que más influye en su disposición final es la carga radiactiva que contienen, aunque su volumen, por razones de tipo técnico, también es importante. La solución generalmente adoptada para la disposición final de los residuos radiactivos consiste en aislarlos del medio ambiente para que decrezca su actividad, acondicionándolos en instalaciones especialmente diseñadas para ello. Los residuos de actividad baja y media procedentes de centrales nucleares y otras instalaciones nucleares y radiactivas, se suelen almacenar de dos maneras diferentes:

� En enterramientos próximos a la superficie, con o sin barreras de ingeniería. � En enterramientos de mediana o gran profundidad.

En la actualidad, la solución generalizada para su almacenamiento definitivo es el enterramiento superficial. Para los residuos de alta actividad, que contienen más del 99% de la radiactividad generada y son los que presentan mayores dificultades para su disposición final, se prefiere su almacenamiento definitivo mediante su enterramiento en formaciones geológicas estables profundas, por las siguientes razones:

� Las formaciones geológicas seleccionadas adecuadamente han demostrado ser estables durante periodos de cientos de miles de años, lo que prácticamente elimina el riesgo que suponen los fenómenos disruptivos (terremotos).

� El enterramiento a grandes profundidades asegura que cualquier fenómeno físico que ocurra en la superficie terrestre, o cualquier actividad humana de similares consecuencias, tendrá una muy baja probabilidad de afectar al aislamiento de los residuos.

� Proporciona un aislamiento de los residuos radiactivos por muy largos períodos de tiempo, lo cual permite garantizar el cumplimiento de los objetivos deseados (al menos mil años), dada su elevada radiactividad y la presencia de emisores alfa de largo período.

� La corrosión a largo plazo de los contenedores sólo puede producirse por acción del agua, por lo que seleccionando formaciones geológicas en las que no exista agua o su presencia sea mínima, se elimina el peligro de corrosión.

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CAPITULO 7.

CONTAMINACIÓN POR AGENTES FÍSICOS. 7.1. CONTAMINACION SONORA. 7.1.1. Introducción. El ruido es uno de los tipos de contaminación más extendidos, sobre todo en medios urbanos e industriales, presentando un carácter especial en el ambiente laboral, ya que se considera un tipo de riesgo. El ruido se define como todo sonido no deseado por el receptor, pudiendo producir efectos nocivos sobre el individuo, e incluso afectar a su seguridad (efecto enmascaramiento). Desde el punto de vista medioambiental el ruido se considera como la energía acústica audible que afecta de manera adversa al bienestar fisiológico y psicológico de las personas y la fauna. El ruido como contaminante atmosférico se considera una pequeña energía residual, de carácter temporal, que puede provocar efectos adversos debido a la alta sensibilidad del oído. Con la industrialización, la contaminación acústica se ha incrementado enormemente, originándose ambientes muy ruidosos como son los medios urbano, laboral, de ocio y el relacionado con todos los medios de transporte. Es claro que se trata de un contaminante muy extendido y generalizado. Hasta en el medio rural existe este tipo de contaminación como consecuencia de la moderna maquinaria agrícola y forestal que se utiliza, las actividades de caza y la generalización del uso de aparatos de entretenimiento cada vez más ruidosos. 7.1.2. Características físicas del sonido. El sonido es toda sensación percibida por el oído debido a la incidencia en el mismo de ondas de presión, consecuencia de una vibración mecánica en un medio elástico. Cualquier sonido necesita para propagarse de un medio elástico, no pudiéndose propagar en el vacío. El sonido además produce sensaciones sonoras en los individuos, en las cuales podemos distinguir aspectos objetivos y subjetivos.

a) Objetivos: se pueden medir mediante magnitudes físicas. b) Subjetivos: dependen de la personalidad del individuo.

Desde el punto de vista físico tenemos:

1) Foco sonoro: origen de las ondas sonoras resultado de vibraciones mecánicas. 2) Ondas sonoras (de presión): transportan la energía mecánica a través de un medio elástico. 3) Receptor: recibe la energía y la transforma en señal.

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En el ruido se deben tener en cuenta los siguientes parámetros físicos y cualidades subjetivas. a) Parámetros físicos (aspectos objetivos). Intensidad acústica (I): Representa energía acústica transmitida (W) en una determinada dirección de propagación. Es función de la amplitud de la vibración:

(Wat/m2) A: Área perpendicular a la dirección de propagación.

Debido a que el oído humano reacciona según una ley logarítmica frente al sonido, la escala de medida del ruido es también logarítmica, expresándose como niveles relativos con respecto a valores absolutos de referencia:

- Nivel de presión acústica: LP = 20 log(P/P0) [P en Pa] P0 = 2·10-5 Pa - Nivel de intensidad acústica: LI = 10 log(I/I0) [I en Wat/m2] I0 = 10-12 Wat/m2 - Nivel de potencia acústica: LW = 10 log(W/W0) [W en Wat] W0 = 10-12 Wat

La unidad para los tres niveles es el decibelio (dB). Un dB de nivel de presión acústica es el cambio más pequeño que se puede apreciar. La escala en dB, logarítmica, se aproxima mucho a la percepción humana, ya que el oído en nuestra especie reacciona de esa manera a los cambios de nivel y de presión. Frecuencia (f): Es el número de ciclos por segundo de la vibración que produce el sonido, y se expresa en Hz:

f = c / λ c: velocidad de propagación

l: longitud de onda El oído humano reacciona de diferente forma según la frecuencia del sonido. Los de baja se oyen como graves y los de alta como agudos. El inverso de la frecuencia es el periodo T. Tiempo de exposición o duración del sonido: Se utiliza para determinar la dosis de ruido soportada por una persona. b) Cualidades subjetivas. Intensidad subjetiva o fisiológica (sonoridad): Mide la sensación sonora producida en el oyente: sonidos fuertes o débiles. Su unidad es el sonio y según su magnitud se aprecian unos sonidos como fuertes y otros como débiles. El tono: Relacionado con la frecuencia fundamental del sonido. Según su magnitud se distinguen:

- Sonidos Graves: frecuencias bajas. - Sonidos agudos: frecuencias altas.

El timbre: Lo producen las frecuencias armónicas del sonido y permiten identificar la fuente sonora que lo emite. Tipos de sonidos en función de la frecuencia:

- Infrasonidos: f < 20Hz (inaudibles). - Ultrasonidos: f > 20kHz (inaudibles). - Sonidos audibles: frecuencia entre 20 Hz y 20 kHz.

o Sobresonidos: f > 10kHz (inaudibles para personas mayores).

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Sensibilidad del oído humano: El oído humano es sensible a sonidos cuya frecuencia se encuentre entre 20 Hz y 20 kHz y cuyos niveles de presión acústica estén comprendidos entre 0 dB (mínimo audible) y 120 dB (umbral del dolor).

Velocidad de transmisión en el aire. Es independiente de la presión atmosférica y crece proporcionalmente con la raíz cuadrada de la temperatura, siendo a 0ºC de unos 332 m/s y a unos 15ºC de 340 m/s. En condiciones de campo sonoro libre (ausencia de eco) para una fuente sonora puntual (omnidireccional) se cumple la ley de la distancia:

El nivel de presión acústica decrece proporcionalmente con el cuadrado de la distancia al foco emisor, lo que significa que cada vez que se duplica la distancia al foco sonoro, la intensidad se reduce a la cuarta parte, es decir, el nivel de presión acústica disminuye en 6 dB, en efecto:

Las intensidades son directamente proporcionales al cuadrado de las amplitudes:

Es decir, amplitudes y distancias son inversamente proporcionales. En condiciones de campo sonoro libre de una fuente sonora lineal (direccional), por ejemplo el ruido originado por el tráfico en una carretera:

El nivel de presión acústica decrece linealmente con la distancia al foco emisor, lo que significa que cada vez que se duplica la distancia al foco sonoro, la intensidad se reduce a la mitad, es decir, el nivel de presión acústica disminuye en 3 dB.

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7.1.3. Fisiología de la audición. Tan sólo conviene resaltar que los sonidos de baja frecuencia, los tonos graves, son amortiguados en su interior, mientras que los de alta frecuencia, los tonos agudos, no lo son en absoluto. En otros términos: el oído humano tiene un comportamiento sordo o amortiguado para los tonos graves mientras que los agudos se oyen plenamente. En conjunto, el oído humano posee una sensibilidad diferente para cada frecuencia, siendo máxima para las frecuencias de alrededor de 4096 Hz, que se corresponde con un tono agudo. Efectos de la contaminación sonora: El efecto auditivo más importante es el que conduce a un trauma sonoro, es decir, aquel que provoca trastornos fisiológicos y patológicos. En caso extremo provoca sordera (pérdida de frecuencias conversacionales) o cofosis (pérdida total de audición). Efectos del trauma sonoro en el organismo: a) Efectos auditivos (modo local, sobre la propia audición):

- Enmascaramiento: en un ambiente ruidoso los sonidos graves enmascaran a los agudos. Este efecto puede interferir en el entendimiento de señales que advierten de algún peligro.

- Fatiga auditiva: aparece tras una larga exposición a un ruido elevado, disminuyendo su sensibilidad. Es recuperable.

- Hipoacusia: pequeña perdida permanente de audición que no afecta a la vida cotidiana. Se produce por exposición a un ambiente ruidoso alto durante mucho tiempo (meses o años).

- Sordera: pérdida de la audición en frecuencias conversacionales. Fase avanzada del trauma sonoro.

- Cofosis: pérdida total de audición. b) Efectos extraauditivos (Carácter general):

- Inespecíficos y pasajeros. - Crónicos y patológicos, de tipo vascular, respiratorio, endocrino y nervioso. - Dependen de la sensibilidad individual. (Condiciones físicas, fisiológicas y psíquicas del individuo

en cuestión) c) Efectos psicosociológicos (respuesta de las personas): En cuanto a la respuesta psicosociológica de las personas, un ruido puede resultar molesto cuanto mayor sea su intensidad y más alta su frecuencia, o si es discontinuo o se presenta de modo inesperado, como consecuencia, además, del estado o tendencia emocional o el tipo de actividad que se esté desarrollando. El ruido puede incidir en la concentración, la relajación, el sueño y la emotividad, como también puede ser un factor en la disminución del rendimiento y de la productividad. También puede constituir un factor de riesgo para la seguridad, ya que por efecto del enmascaramiento y de la fatiga auditiva posibilita que la persona no se percate de algún signo sonoro de anomalía o un aviso o alarma, pudiendo llegar a ser víctima de un accidente.

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7.1.4. Evaluación del nivel de ruido. Legislación. El oído humano no responde igual a todas las frecuencias: responde perfectamente a frecuencias centrales conversacionales, pero atenúa considerablemente las frecuencias graves y agudas. Por ello, se ha dotado a los aparatos de medida de unas redes de ponderación para simular el oído humano, y así poder “medir” el nivel de ruido que realmente percibe el oído. Para medir la exposición laboral al ruido se utiliza la ponderación normalizada A, con la que se mide el nivel sonoro en dB(A). Tipos de ruidos:

- Ruido continuo: banda ancha y nivel constante. - Ruido intermitente fijo: semejante al anterior, pero solamente se produce en determinado

momentos de la jornada. - Ruido intermitente variable: de intensidad y espectro variable. - Ruido de impactos o de impulsos: de duración menor de 0,5 segundos, con intervalo de silencio

mayor de 1 segundo (entre impulsos). Evaluación de los ruidos: A) Ambientes laborales. Para la evaluación de la exposición al ruido en ambientes laborales se mide o calcula la dosis de ruido recibida por el trabajador en su jornada laboral. Se basa en dos parámetros: el nivel sonoro y el tiempo de exposición. Con este fin se define el nivel sonoro continuo equivalente (Leq) como el nivel sonoro en dBA de un ruido continuo durante una jornada de 8 horas diarias, siendo a la semana de 40 horas, que produciría el mismo efecto que el ruido intermitente considerado. La instrumentación corrientemente más utilizada corresponde a los sonómetros que miden el nivel de presión sonora en dBA y los dosímetros de ruido que obtienen directamente la dosis recibida de acuerdo con el criterio de evaluación escogido. Para valorar la capacidad auditiva individual se utilizan los audiómetros. Para la correcta valoración tanto de la exposición como de la capacidad auditiva, existen diferentes criterios. En España se utilizan los criterios de la norma ISO al igual que en los demás Estados de la Unión Europea. Los valores de referencia, niveles de acción (Leq1 = 80 dBA y Leq2 = 85 dBA para ruidos no de impactos) y límite de exposición (Leq = 87 dBA), así como las disposiciones de carácter preventivo de obligado cumplimiento en España se recogen en el Real Decreto 286/2006 de 10 de marzo publicado en el BOE de 11 de marzo de 2006.

Niveles de referencia normativos (ISO):

Leq = 80 dBA para impactos. Leq = 85 dBA para nivel continuo. Leq = 87 dBA como límite de exposición promedio.

Estos valores se refieren a exposición continuada durante toda la jornada laboral.

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Los tres valores anteriores se refieren a la exposición continuada durante toda la jornada laboral. En otras palabras el valor limite de 87 dBA significa la prohibición de sobrepasar 8 horas de exposición a un nivel sonoro de 87 dBA, pero de acuerdo con el criterio ISO también significa la misma prohibición para, incrementos de 3 dBA sobre 87 por tiempos de 4 horas o de 6 dBA por 2 horas, y así hasta 15 dBA por 15 minutos. Lo mismo se aplica a los niveles de acción. En la Tabla 7.4 siguiente se resumen los datos anteriores.

Si se superan los niveles de acción, se deben poner en marcha todo un conjunto de medidas, más estrictas en el caso del segundo nivel de acción, en cumplimiento del Real Decreto mencionado. El valor límite de 87 dBA de promedio para una jornada de ocho horas fijado en el citado Real Decreto tiene la particularidad de permitir un nivel mayor en el ambiente, ya que este valor máximo de exposición se aplica descontando del nivel ambiental la atenuación del protector auditivo que utilice el trabajador. El valor de esta atenuación debe indicarla obligatoriamente el fabricante del protector auditivo, junto con el resto de la información útil para el usuario. En el caso de los valores de los niveles de acción las mediciones son ambientales sin descartar la atenuación de los protectores auditivos que puedan utilizarse. B) Ambientes no laborales. Existen diversos criterios técnicos basados en el tipo de emisión sonora, actividad, receptor, efectos, legislación, etc. Por ejemplo:

- Indice S.I.L. e índice P.S.I.L.: evalúan interferencias sobre conversaciones. - Curvas N.C.: evalúan ruido de fondo. - Criterio N.P.L.: evalúa ruido no continuo.

En general se admiten 45 dBA como límite superior de ruido durante el día en el interior de la vivienda.

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Legislación sobre ruido. Europea: Directiva de la U.E. 2002/49/CE, de 25 de junio de 2002, sobre evaluación y gestión del ruido ambiental, se establece un marco y un enfoque común para la lucha contra el ruido en el ambiente, con el objeto de evitar, prevenir y reducir los efectos perjudiciales debidos a la exposición al ruido. Para ello se establece la obligación de la elaboración de mapas de los niveles de exposición al ruido, la información a la población afectada, y la adopción de planes locales de acción. Española: Ley 37/2003 de 17 de noviembre sobre el ruido, y RD 1513/2005 de 16 de diciembre sobre evaluación y gestión del ruido ambiental. 7.1.5. Prevención y protección frente a la exposición al ruido. Para disminuir la exposición al ruido, se puede actuar sobre el foco, el medio o el receptor, según este orden de prioridades.

- Actuación sobre el foco o fuente:

o aislamiento acústico del foco y o adecuada instalación del mismo que evite la propagación del ruido.

- Actuación sobre el medio de propagación:

o construcción de locales con materiales absorbentes y aislantes, e instalaciones que eviten la reverberación,

o distribución adecuada de equipos y control de los tiempos de uso, o si no fuera suficiente con las medidas anteriores:

� alejamiento de los trabajadores de las fuentes de ruido o � interposición de barreras acústicas absorbentes.

- Actuación sobre el sujeto: sólo se llevarán a cabo cuando las anteriores medidas no sean

técnicamente posibles o suficientes para garantizar una protección eficaz:

o se utilizarán EPIs adecuados (protectores auditivos) o si todavía no fuese suficiente:

� disminución de los tiempos de exposición del trabajador e � instalación de cabinas aisladas,

o Si se superan los 80 dBA de nivel sonoro equivalente, se deberá informar a los trabajadores y poner en marcha controles de audición periódicos.

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7.2. CONTAMINACIÓN ELECTROMAGNETICA. 7.2.1. Introducción. Las radiaciones electromagnéticas son formas de energía transmitidas mediante ondas electromagnéticas de carácter transversal en el vacío y a través de la materia no opaca. Constituyen el denominado Espectro electromagnético de energía compuesto por radiaciones de la misma naturaleza, que se diferencian entre sí, por el valor de determinados parámetros relacionados entre sí: frecuencia (f), longitud de onda (λ) y cantidad de energía (E).

Las zonas del espectro electromagnético, en orden decreciente de energía y frecuencia, son:

• Rayos cósmicos. • Rayos Gamma. • Rayos X. • Rayos UV. • ZONA VISIBLE. • Radiación Infrarroja (IR). • Microondas (MW) . • Radiofrecuencias (RF): Bandas FM, TV y onda corta de radio. Bandas AM. • Sub-radiofrecuencias. • Láseres. • Campos eléctricos estáticos. • Campos magnéticos estáticos. • Pulsos electromagnéticos.

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Según su energía asociada las ondas se clasifican en:

1) Radiaciones ionizantes: tienen energía suficiente para arrancar electrones cuando interaccionan con la materia. 2) Radiaciones no ionizantes: no tienen energía suficiente para arrancar electrones a la materia.

Las radiaciones no ionizantes son aquellas cuya frecuencia es inferior a la de los rayos X, siendo las radiaciones ionizantes los rayos X y todas las que tienen una frecuencia superior a éstos. Radiaciones ópticas: zona del espectro que abarca:

- Radiación ultravioleta. - Radiación infrarroja. - Zona visible.

En general, las actuaciones de prevención y protección que se aplican frente a los riesgos de exposición a radiaciones no ionizantes son semejantes, cualquiera que sea el tipo de radiación, aunque las soluciones concretas y específicas son diferentes. En consecuencia, son actuaciones que se pueden llevar a cabo a nivel de proyecto, sobre la fuente, sobre el medio y sobre la persona expuesta, sin excluir a las siempre importantes medidas de tipo organizativo, dirigidas a la disminución del tiempo de exposición y del número de personas expuestas. 7.2.2. Radiaciones ionizantes. Son radiaciones electromagnéticas y corpusculares con un nivel de energía suficiente para arrancar electrones cuando interaccionan con los átomos o moléculas de la materia.

λ < 100 nm

Características más importantes:

• Capacidad de ionización → directamente proporcional a la energía de la partícula. • Capacidad de penetración → inversamente proporcional al tamaño de la partícula.

Clasificación

I. Corpusculares:

Formadas por partículas submicroscópicas de alta energía, producidas en los fenómenos radiactivos naturales o artificiales.

1) Radiaciones Alfa (α): ↑ Poder de ionización. ↓ Penetración. 2) Radiaciones Beta (β): Moderado Poder de ionización. ↑ Penetración. Carga negativa. 3) Radiaciones neutrónicas: ↓ Poder de ionización. ↑ Penetración. Sin carga.

II. Ondas de carácter electromagnético.

1) Radiaciones cósmicas: se originan en procesos nucleares en el cosmos. Tienen una energía muy elevada. Son retenidas en la atmósfera. 2) Radiaciones Gamma (γ): se originan en procesos de radiactividad natural y artificial. Moderado poder de ionización. ↑ Penetración. 3) Rayos X: Se originan como consecuencia de caídas de electrones externos de los átomos a orbitales próximos al núcleo. Moderado poder de ionización. ↑ Penetración. 4) Radiaciones UV de muy alta energía: muy bajo poder de ionización (en el límite). Moderada penetración. Son retenidas por la ozonosfera.

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Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes. Cuando las radiaciones ionizantes interaccionan con la materia viva originan diferentes tipos de alteraciones en sus células y tejidos. Esta acción puede ser directa, produciéndose en la propia molécula, o indirecta, producida por radicales libres originados por la acción directa. Las radiaciones ionizantes pueden producir un daño o efecto biológico de carácter somático en el propio individuo, que puede ser inmediato o diferido en el tiempo. También pueden producir daños genéticos cuyos efectos se pondrán de manifiesto en generaciones posteriores. Estas radiaciones afectan a las moléculas de ADN, y pueden dar lugar a aberraciones cromosómicas origen de alteraciones genéticas o incluso de la muerte celular. También pueden ocasionar mutaciones genéticas no deseadas.

El organismo humano es incapaz de detectar las radiaciones ionizantes, lo que representa un factor de riesgo añadido. El efecto producido sólo tiene una relación causa-efecto a partir de un nivel de dosis de radiación recibida, llamada dosis umbral, valor por encima del cual aparecen daños más o menos inmediatos. Esta dosis umbral se establece en 0, 25 Sv. Esto no quiere decir que por debajo de dicho umbral no se produzca ningún efecto en el organismo: tanto por encima como por debajo de este valor el efecto de la radiación es proporcional a la dosis recibida. Tipos de riesgos de exposición a radiaciones ionizantes.

Irradiación externa.

Se produce cuando una persona está expuesta, sin contacto con ella, a una fuente externa no dispersa. Este tipo de riesgo es muy importante, sobre todo para radiaciones de alta capacidad de penetración, como los rayos X y la radiación gamma.

Contaminación radiactiva.

Se produce cuando el organismo entra en contacto directo con la fuente, que puede estar dispersa en el ambiente en forma de gases o aerosoles, o bien depositada en una superficie en forma sólida o líquida. Puede ser interna o externa según penetre o no en el organismo. Las radiaciones alfa de energía elevada, pero poco penetrantes, son peligrosas si producen contaminación interna ya que pueden afectar a órganos internos muy sensibles. Ejemplo: escape de gases radiactivos.

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Magnitudes y unidades. Miden las radiaciones ionizantes y el daño biológico producido por ellas.

- Actividad: número de desintegraciones producidas en el radionucleido por unidad de tiempo (Bq, Becquerelio).

- Dosis: Cantidad de energía absorbida en un punto por el individuo o medio por unidad de

masa (Gy, Gray). - Dosis equivalente: dosis absorbida por el individuo considerando el daño o efecto biológico

producido (Sv, Sievert).

Limites máximos permisibles. Existe una reglamentación (Reglamento sobre Protección Sanitaria contra Radiaciones Ionizantes, RD 783/2001) que establece unos límites de dosis máximas que puede recibir el individuo a lo largo de un periodo de tiempo determinado. Estos límites nunca deben ser sobrepasados. Los límites de dosis se aplican a la suma de las dosis recibidas por exposición externa durante el periodo considerado y a la dosis integrada resultante de la incorporación de radionúclidos durante el mismo período.

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Medidas preventivas. Una instalación radiactiva es todo lugar donde se manipulen o almacenen radionúclidos o que disponga de un generador de radiaciones ionizantes. Es obligatoria la existencia de un supervisor de la instalación junto con los operadores.

Las principales medidas preventivas son la delimitación de zonas y la distinción entre riesgo de irradiación externa o de contaminación, o de ambos. Ambas deben indicarse mediante señalización Se consideran cuatro zonas diferentes, según la dosis que se estima puede ser recibida:

- Zona vigilada: espacio donde es probable recibir más de 1/10 de los límites anuales de dosis e improbable recibir más de 2/10 de los mismos. Se señaliza con un trébol gris azulado sobre fondo blanco.

- Zona controlada: espacio donde es probable recibir más de 3/10 de los límites anuales de dosis. Se señaliza con un trébol verde sobre fondo blanco.

- Zona de permanencia limitada: espacio donde podrían superarse los límites de dosis anuales en más de una exposición. Se señaliza con un trébol amarillo sobre fondo blanco.

- Zona prohibida. espacio donde se pueden superar los límites de dosis anuales en sólo una exposición. Se señaliza con un trébol rojo sobre fondo blanco.

Medida de la dosis de radiación.

- control del nivel de radiación ambiental en cada zona (DOSIMETROS DE AREA) - control de las dosis individuales recibidas por cada individuo (DOSIMETROS INDIVIDUALES)

Plan de emergencia. Las instalaciones radiactivas deben disponer de un plan de emergencia perfectamente definido, detallando las acciones a realizar en caso de emergencia, que son:

- Delimitación y señalización de la zona afectada. - Medida de la contaminación (dosis recibida) de las personas afectadas, aislándolas en su caso

del resto del personal. - Medida de la contaminación ambiental de la zona. - Descontaminación del personal y de la zona afectada.

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7.2.3. Radiaciones no ionizantes.

Radiaciones Ópticas (ultravioleta-visible-infrarroja) Radiación ultravioleta (UV). En el espectro electromagnéticco están situadas inmediatamente por debajo de los rayos X, en energía y frecuencia, y en la inmediata zona superior a la luz visible. El ojo humano no es sensible a ellas y por lo tanto son invisibles.

λ [10nm – 400nm]

Su zona de espectro se divide en 4 subregiones:

1) Región A (UV-A): limítrofe con la luz visible. Denominada luz negra. λ [350 nm – 400 nm]. 2) Región B (UV-B): denominada eritémica. λ [280 nm – 315 nm]. 3) Región C (UV-C): denominada germicida y actínica. λ [100 nm – 190 nm]. 4) Región UV-vacío: limítrofe con los rayos X. Inocua a nivel de la superficie terrestre, ya que es absorbida por la atmósfera. λ [10 nm – 190 nm].

Fuentes de radiación y usos:

- Sol. - Fuentes de baja intensidad: ciertos metales a temperaturas muy altas (2000ºC), tubos

fluorescentes y lámparas de descarga. Ejemplo: lámpara de vapor de mercurio a baja presión, utilizada como germicida.

- Fuentes de alta intensidad: lámparas de descarga a alta presión, arcos eléctricos, … - Esterilización de instrumental clínico, arcos de corte y soldadura, fototerapia, …

Efectos sobre el organismo: Se limitan a la piel y al ojo.

- Piel: los UV-B y UV-C sólo llegan a la epidermis. - Ojo: los UV-B y UV-C son absorbidos por la córnea. Los UV-A pueden llegar al cristalino, y sólo

los de frecuencias muy próximas al violeta alcanzan la retina. Los riesgos de los rayos UV se relacionan con la intensidad, la frecuencia y tiempo de exposición. Los efectos sobre el organismo se dividen en estocásticos y no estocásticos.

- Efectos No Estocásticos: bronceado, eritemas en piel, hiperplasia epidérmica y fotoqueratitis de los ojos.

- Efectos Estocásticos: por exposiciones crónicas, cáncer de piel.

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Radiación visible. En el espectro electromagnético están situadas inmediatamente por debajo de la radiación ultravioleta, en energía y frecuencia, y en la inmediata zona superior a la radiación infrarroja.

λ [400 nm - 780 nm]

Fuentes y usos:

- Sol. - Lámparas incandescentes, arcos eléctricos, tubos fluorescentes, lámparas de descarga,

antorchas de plasma, llamas, …

Efectos sobre el organismo:

- Daños y lesiones térmicas en la retina. - Lesiones fotoquímicas en la retina por exposición crónica a luz azul.

La protección es necesaria exclusivamente para prevenir los riesgos derivados de radiaciones lumínicas intensas y prolongadas. Radiación Infrarroja (IR). En el espectro electromagnético están situadas inmediatamente por debajo de la zona visible, en energía y frecuencia, y en la inmediata zona superior a las microondas.

λ [780 nm - 1 mm]

Existen 3 subregiones:

- Infrarrojo próximo o IR-A: [780 nm – 1400 nm]. Limítrofe con la radiación visible. - Infrarrojo medio o IR-B: [1400 nm – 3000 nm]. - Infrarrojo lejano o IR-C: [3000 nm – 1 mm]. Limítrofe con las microondas.

Son radiaciones fundamentalmente caloríficas y completamente invisibles.

Fuentes y usos:

- Sol. - Cuerpos incandescentes, determinadas superficies muy calientes, etc. - sistemas IR activos (radares).

Efectos:

- Afectan a la capacidad termorreguladora del cuerpo. - Piel: quemaduras (IR-A) y estrés térmico (IR-B e IR-C). - Ojos: opacidades y cataratas en el cristalino (IR-A).

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Evaluación de riesgos por exposición a radiaciones ópticas y medidas de prevención y protección: La legislación a aplicar es la Directiva 2006/25/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 5 de abril de 2006, sobre las disposiciones mínimas de seguridad y de salud relativas a la exposición de los trabajadores a riesgos derivados de los agentes físicos (radiaciones ópticas artificiales) transpuesta a la legislación española en el RD 486/2010, de 23 de abril, sobre la protección de la salud y la seguridad de los trabajadores contra los riesgos relacionados con la exposición a radiaciones ópticas artificiales. EL LIBRO NO HABLA DE NINGUNA DE ELLAS. Las medidas de prevención, antes de esta legislación era:

- información y formación a los usuarios. - vigilancia de la salud. - mantenimiento y control de equipos e instalaciones. - Criterios de diseño orientados a minimizar los riesgos.

7.2.4. Microondas (MW). Radiaciones electromagnéticas cuyo espectro está situado inmediatamente debajo de los infrarrojos (en energía y frecuencia) e inmediatamente encima de los campos electromagnéticos.

λ [1mm - 1 m] f [300 MHz – 300 GHz]

Estas radiaciones se suelen utilizar como:

- Fuente de calor (magnetrones, klystrons, tubos amplificadores TWT, etc.). - Medio de transmisión de información (radares, televisión, radiodifusión, telefonía, etc.).

Efectos:

- De tipo térmico, causando calentamiento con distribución irregular en el interior del organismo (gradientes térmicos). Lesiones en ojos y testículos.

- De tipo no térmico, no suficientemente explicados. Medidas preventivas:

- En las fases de diseño y proyecto, criterios orientados a minimizar los riesgos. - Información y formación a los usuarios. - Vigilancia de la salud. - Aislamiento y apantallamiento. - Si las medidas anteriores no son suficientes:

o Alejamiento de la fuente. o Trajes absorbentes y protectores oculares adecuados.

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7.2.5. Campos electromagnéticos (CEM). Radiaciones electromagnéticas correspondientes a campos eléctricos y magnéticos estáticos, campos de frecuencias extraordinariamente bajas (FEB), sub-radiofrecuencias y radiofrecuencias (RF).

f [0 – 300 MHz]

Están sometidos a estudios para determinar los efectos sobre la salud, aunque no existe ninguna evidencia de tales efectos, ni tan siquiera por exposición crónica. Se han propuesto valores límites de exposición como medida precautoria. Principales conceptos técnicos.

- Intensidad de corriente de contacto, Ic [A]: entre una persona y un objeto. - Densidad de corriente, J [A/m2]: corriente que fluye por una unidad de sección transversal en

un conductor volumétrico como el propio cuerpo humano. - Intensidad de campo eléctrico, E [V/m]: magnitud vectorial que corresponde a la fuerza

eléctrica ejercida sobre una partícula. - Intensidad de campo magnético, H [A/m]: magnitud vectorial que con la inducción magnética

determina un campo magnético en cualquier punto. - Inducción magnética, B [teslas]: magnitud vectorial referida a una fuerza que actúa sobre

cargas en movimiento. - Densidad de potencia, S [W/m2]: utilizada en frecuencias muy altas, que se refiere a la potencia

radiante por unidad de área que incide perpendicularmente a una superficie. - Absorción especifica de energía, SA [J/Kg.]: energía absorbida por unidad de masa de tejido

biológico, utilizada para limitar los efectos no térmicos de la radiación de microondas pulsátil. - Índice de absorción, SAR [W/Kg.]: cuyo promedio se calcula para el conjunto del cuerpo o parte

concreta de éste. Medidas de prevención. La Unión Europea utiliza para la evaluación de los posibles efectos de los campos electromagnéticos las restricciones básicas y los niveles de referencia aunque por el momento no existen evidencias de que la exposición a largo plazo a las radiaciones CEM produzca ninguna forma de cáncer:

• Restricciones básicas: se fijan para la exposición a los campos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos de duración variable, basadas directamente en los efectos conocidos sobre la salud y en consideraciones biológicas.

• Niveles de referencia: se ofrecen a efectos prácticos de evaluación de la exposición para determinar la probabilidad de que se superen las restricciones básicas. El cumplimiento del nivel de referencia garantiza el respeto de la restricción básica correspondiente. Si el valor medio de las magnitudes medidas o calculadas supera el nivel de referencia no supone que necesariamente se sobrepase la restricción básica, pero debe comprobarse si se respeta o no.

En las recomendaciones citadas no se establecen restricciones cuantitativas para los campos eléctricos estáticos. No obstante, se recomienda evitar la percepción molesta de cargas eléctricas superficiales y de descargas de chispas que puedan provocar molestias o estrés. Las restricciones básicas se aplican para prevenir efectos sobre el sistema cardiovascular y el sistema nervioso central, fatiga calórica del cuerpo en su conjunto y el calentamiento excesivo de los tejidos.

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Las restricciones básicas fijadas se han establecido teniendo en cuenta las variaciones de las distintas sensibilidades individuales, las diferentes condiciones medioambientales que pueden darse y la diversidad de edades y estado de la salud de los ciudadanos. Los niveles de referencia, como límite de exposición, se obtienen a partir de las restricciones básicas suponiendo el máximo acoplamiento del campo con la persona expuesta, por lo que significan el mayor grado de protección. Están concebidos como valores promedio calculados para la totalidad del cuerpo de la persona expuesta, pero teniendo muy en cuenta que no deben superarse las restricciones básicas de exposición localizadas que son de aplicación a determinadas partes del cuerpo. En los casos en que la exposición está muy localizada, como ocurre con los teléfonos móviles y la cabeza de la persona expuesta, no es adecuado utilizar los niveles de referencia, debiendo evaluarse directamente si se respeta la restricción básica localizada. Para la protección de los trabajadores expuestos a los CEM (incluidas las microondas), el INSHT sigue los criterios de la ICNIRP que son los mismos en los que se basa la directiva comunitaria específica 2004/40/CE referida a la exposición laboral a estos agentes que sigue en estudio (nueva fecha de fin el 31 de Octubre de 2013) y por lo tanto no está traspuesta a la legislación nacional. 7.2.6. Radiaciones láser. Los láser son dispositivos electrónicos que, basados en la emisión inducida, amplifican extraordinariamente una radiación electromagnética en el intervalo de longitud de onda de 200 nm a 1 mm (de UV a IR), esencialmente por el fenómeno de emisión estimulada controlada. Se distinguen de las demás radiaciones electromagnéticas por ser radiaciones monocromáticas (intervalo muy estrecho de longitud de onda), coherentes (radiaciones coincidentes en frecuencia y fase) y direccionales (haz perfectamente definido y dirigido). Tipos:

- Emisión de forma continua. - Emisión por impulsos.

Dos grandes campos de aplicación:

- Información, transmisión, procesamiento y detección. - Interacción con materiales, en tratamientos muy precisos para soldadura y corte, reacciones

químicas inducidas, medicina, defensa, etc. Riesgos de exposición:

- Efectos térmicos: calentamiento excesivo de tejidos y órganos. - Efectos fotoquímicos: inducción de reacciones químicas en el organismo. - Efectos electromagnéticos: no muy bien conocidos. - Efectos mecánicos: microexplosiones causadas por los láseres pulsantes, sobre todo en piel y

ojos.

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CAPITULO 8.

EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL.

8.1. INTRODUCCIÓN.

La Evaluación del Impacto Ambiental (EIA), representa un importante paso en el crecimiento sostenible, ya que supone la oportunidad de que consideremos, en el momento de la toma de decisiones, y por lo tanto con carácter preventivo, los aspectos medioambientales de determinados proyectos de actuación y valoremos su viabilidad desde esta perspectiva. Ahora la toma de decisiones para abordar un proyecto no se realiza únicamente pensando en los motivos económicos, sino que se valoran otras cuestiones.

A continuación se presenta una relación de los diferentes elementos que abarca el medio ambiente según se refleja en las legislaciones de la mayoría de los países:

- Todos los aspectos que rodean al ser humano y que le afectan como individuo o como grupo social.

- Los recursos naturales incluyendo aire, agua y suelo. - Los ecosistemas y la biodiversidad. - La fauna y la flora. - Las circunstancias sociales económicas y culturales. - Las infraestructuras y los equipamientos asociados. - Cualquier sólido, líquido, gas, olor, calor, ruido, vibración o radiación resultante directa o

indirectamente de la actividad humana. - Las características de la salud pública. - Los bienes naturales tales como las bellezas naturales. - Los bienes culturales y religiosos. - Los bienes del patrimonio histórico. - La protección medioambiental y la gestión del medioambiente.

8.1.1. La evaluación del impacto ambiental y el desarrollo sostenible.

Resulta obvio que los países ricos, cuyas poblaciones han dejado de crecer y tienen unos estándares de vida suficientemente altos, tengan más fácil llevar a la práctica un desarrollo sostenible que los países pobres. Si nos referimos a la Comunidad Europea, donde el número de habitantes dentro de 30 ó 40 años será similar al actual, el concepto de desarrollo sostenible puede resultar adecuado, pero si lo aplicamos a naciones africanas o asiáticas que van a triplicar su población en igual lapso de tiempo, mejorando además su nivel de vida, difícilmente lo podrán conseguir en el marco de un desarrollo sostenible, por lo que será precisamente en esos países donde habrá que intentar conseguir un crecimiento económico que, sin embargo, no suponga deterioro ambiental. En los países pobres que se encuentran en crecimiento, el derroche de energía y de recursos naturales de una parte, y la previsible dinámica demográfica de otra, son los dos factores que más claramente se oponen al concepto de desarrollo sostenible que aparece en el Informe Brundtland.

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8.1.2. Significado del término impacto ambiental.

Según la RAE se define impacto ambiental como el “conjunto de posibles efectos negativos sobre el medio ambiente de una modificación del entorno natural, como consecuencia de obras u otras actividades".

Sin embargo, una definición mas adecuada de Impacto Ambiental será considerar a éste como “la alteración neta, positiva o negativa del medio ambiente, resultante de una actuación humana”.

Ejemplos de impactos ambientales:

- Impactos sobre la Ecología y el Medio Ambiente: efectos sobre la calidad del agua, aire, ruido, vibraciones, radiaciones, flora, fauna, ...

- Impactos sociales: efectos sobre los asentamientos humanos, el empleo, el uso del suelo, ... - Impactos económicos: efectos sobre el empleo, la igualdad de oportunidades, las

infraestructuras urbanas, ...

Hemos hablado anteriormente de que los impactos pueden ser positivos y negativos, pero también se pueden clasificar en reversibles o irreversibles; permanentes o temporales y significativos o no significativos, etc. 8.1.3. Otras definiciones relacionadas con la Evaluación de Impacto Ambiental (EIA). - Factor ambiental: cada uno de los parámetros del medio ambiente que puede evaluarse y que es representativo de la magnitud del impacto ambiental. - Estudio de Impacto Ambiental (EsIA): estudio técnico destinado a identificar, evaluar y reducir o corregir, los efectos que un determinado proyecto o actividad va a causar sobre el medio ambiente entendiendo este como se ha explicado con anterioridad. Los estudios de impacto ambiental preventivos y correctivos son necesarios, los primeros para evitar que surjan impactos indeseados y los segundos para impedir o minimizar sus efectos. Dichos estudios tendrán que estar estructurados y redactados de manera que tanto los poderes públicos como el resto de personas puedan entender las diversas alternativas que se justifican en ellos. - Declaración de Impacto Ambiental (DIA): es el informe que elabora el organismo de medio ambiente competente, una vez evaluado el estudio de impacto ambiental presentado por el promotor y haberlo sometido al trámite de información pública. En él se determina la conveniencia o no de realizar el proyecto en estudio, así como las condiciones en las que deberá realizarse. Dichas condiciones contendrán especificaciones sobre protección del medio ambiente y los recursos naturales, las cuales deberán adaptarse al progreso técnico y científico que pueda producirse durante la ejecución del proyecto. 8.1.4. Conceptos técnicos que aparecen en la legislación de medio ambiente en España (Real Decreto Legislativo 1302/1986)

- Proyecto: documento técnico que define o condiciona todo lo que se refiere a la localización, la realización de planes y programas, la ejecución de construcciones, instalaciones y obras, así como otras intervenciones en el medio natural o en el paisaje, incluidas las destinadas a la explotación de los recursos naturales renovables y no renovables.

- Titular del proyecto o promotor: puede ser tanto la persona física o jurídica que solicita una autorización relativa a un proyecto privado, como la autoridad pública que toma la iniciativa respecto a la puesta en marcha de un proyecto público.

- Autoridad competente sustantiva: aquella que concede la autorización al proyecto. - Autoridad competente de medio ambiente: autoridad que ha de formular la Declaración de

Impacto Ambiental.

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- Estudio de Impacto Ambiental: es el documento en el cual se basará la autoridad competente para resolver la Declaración de Impacto Ambiental. En este estudio se deberá identificar, describir y valorar de manera apropiada, y en función de las particularidades de cada caso concreto, los efectos notables previsibles que la realización del proyecto producirá sobre los distintos aspectos ambientales.

- Declaración de Impacto Ambiental: es el pronunciamiento de la autoridad competente de medio ambiente que da su conformidad o no a la realización del proyecto. En caso afirmativo se indicaran las condiciones que deben establecerse en orden a la adecuada protección del medio ambiente y los recursos naturales.

8.1.5. ¿Que es la Evaluación del Impacto Ambiental?

La Evaluación de Impacto Ambiental es el procedimiento administrativo que, a propuesta del titular del proyecto, y basado en un documento técnico (Estudio de Impacto Ambiental) y en la participación ciudadana, conduce a una resolución (Declaración de Impacto Ambiental) de la autoridad competente (Autoridad Competente Sustantiva) por la que se acepta con o sin condiciones (medidas protectoras, correctoras y compensatorias), o se rechaza, el proyecto objeto de estudio.

En orden a llevar a cabo la EIA es necesario lo siguiente:

- PRIMERO tener muy claro en qué consiste el proyecto propuesto, para hacerse una idea precisa de todos los factores relevantes, especialmente en las primeras etapas del proyecto.

- SEGUNDO hay que conocer todo lo referente al medio ambiente que se va a ver afectado. - TERCERO evaluar los posibles impactos sobre las características originales del medio ambiente

afectado, cuantificando los cambios siempre que sea posible. Un análisis interdisciplinar de dichos cambios ayudará mucho al respecto.

- POR ULTIMO presentar un informe del estudio realizado de forma que el análisis de las probables consecuencias del proyecto sean lo más exactas posibles y faciliten la toma de una decisión acertada, a nivel medioambiental, sobre la conveniencia o no del proyecto.

8.2. MARCO LEGAL DE LA EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL. Desde siempre han existido alteraciones o impactos en el medio ambiente, bien sean de carácter natural o antropogénico. Como consecuencia de la creciente degradación de la naturaleza, todos los países desarrollados han dictado normas tendentes a evitar o minimizar los impactos ambientales negativos de la actividad humana.

La EIA es un instrumento de carácter preventivo al objeto de impedir que se produzcan daños medioambientales por causas antropogénicas.

8.2.1. Antecedentes. La EIA nace con la publicación de la Ley Nacional de Política Ambiental (NEPA) de EEUU, el 1 de enero de 1970, primera Ley sobre EIA aprobada y en la que se han basado todas las legislaciones sobre la materia aparecidas con posterioridad. Alemania (1975) fue el primer país europeo que introdujo la EIA en Europa, y posteriormente (1985) aparece una legislación en la Unión Europea específica sobre EIA, concretamente la Directiva 85/337 sobre “Evaluación de los Impactos sobre el Medio Ambiente de ciertas Obras Públicas y Privadas”, en la cual se establece la obligatoriedad de aplicar la EIA a una serie de proyectos (anexo I), y además se enumeran otra serie de proyectos (anexo II) para los que la aplicación de la EIA queda a discreción de cada país de la UE.

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8.2.2. Legislación Nacional. Tras su incorporación a la UE, España hubo de adoptar la Directiva Europea sobre EIA. España incorpora dicha normativa a la legislación española mediante el Real Decreto Legislativo 1302/1986, de 28 de junio, de evaluación de impacto ambiental, introduciendo algunas mejoras respecto a la Directiva 85/337, como por ejemplo exigiendo que la información se recoja en un documento denominado Estudio de Impacto Ambiental (EsIA) cuya estructura y contenido queda fijado, y ampliando la lista del anexo I de la Directiva a tres categorías más de proyectos. Actualmente en vigor el Real Decreto Legislativo 1/2008, de 11 de enero, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Evaluación de Impacto Ambiental de proyectos 8.2.2.1. Procedimiento administrativo.

1. Comunicación al organismo ambiental competente de la intención de realizar un proyecto mediante una memoria resumen del mismo. 2. La Autoridad Ambiental realiza las consultas que considere oportunas, y las sugerencias recibidas las pone en conocimiento del titular del proyecto, para que éste las tome en consideración en el EsIA. 3. El titular del proyecto realiza el EsIA. 4. El titular del proyecto entrega el EsIA y el proyecto técnico al órgano competente sustantivo o al órgano competente ambiental, según que el trámite de exposición pública esté o no previsto en el procedimiento sustantivo.

- En el primer caso el órgano competente sustantivo somete el proyecto a exposición

pública, y remite el proyecto y alegaciones al órgano competente ambiental. - En el segundo caso es el órgano competente ambiental el que somete directamente el

proyecto a exposición pública. - Posteriormente el órgano competente ambiental comunica al titular las modificaciones a

realizar para que éste las introduzca en el proyecto. - Finalmente, y una vez recibidas las modificaciones solicitadas, el órgano competente

ambiental formulará la Declaración de Impacto Ambiental, que remitirá al órgano competente sustantivo para que dicte la resolución administrativa de autorización o no del proyecto.

5. Si hubiera discrepancia entre el organismo con competencia sustantiva y el órgano con competencia ambiental, resolverá el Consejo de Ministros. 6. Finalmente, la Declaración de Impacto Ambiental se hará pública.

Como consecuencia de la transferencia de las competencias medioambientales a las Comunidades Autónomas, cada una de ellas ha transpuesto la legislación nacional a su caso particular, respetando las grandes líneas del procedimiento administrativo.

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8.3. ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL. El EsIA es el informe que normalmente encarga el titular del proyecto a un equipo multidisciplinar con objeto de identificar, evaluar, reducir o corregir los efectos sobre el medio ambiente del proyecto en estudio, y para que sirva de base en todo el procedimiento de la EIA. 8.3.1. Elaboración de los Estudios de Impacto Ambiental. A la hora de elaborar un EsIA tendremos en cuenta:

- La legislación básica existente de aplicación directa al caso en estudio. - Todas aquellas cuestiones o consideraciones que la Administración estime pertinentes, ya sean

propias o procedentes de consultas, opiniones y quejas de otras personas, colectivos u organismos.

Con todo esto se tendrá una idea clara de los diferentes aspectos medioambientales que deberán abordarse en la elaboración del EsIA, así como la profundidad con la que habrán de tratarse cada uno de ellos. A esta primera fase del EsIA, en la que se determina el alcance del mismo, se le denomina scoping (alcance) del EsIA en las legislaciones de otros países. Los apartados en los EsIA:

1. Descripción del proyecto y sus acciones. 2. Examen de alternativas técnicamente viables y justificación de la solución adoptada. 3. Inventario ambiental y descripción de las interacciones ecológicas o ambientales claves. 4. Identificación y valoración de impactos tanto del proyecto como de las alternativas posibles. 5. Propuestas de medidas protectoras y correctoras. 6. Programa de vigilancia ambiental. 7. Documento de síntesis.

8.3.1.1. Descripción del proyecto. En este apartado se dará una clara idea general del proyecto y sus objetivos, lo cual implica, entre otras cosas, hacer referencia a la localización del proyecto; relacionar todas las actuaciones previstas y su posible impacto; hacer referencia a toda la normativa legal de aplicación; describir los materiales a utilizar; evaluar los residuos y emisiones que se van a generar; indicar el suelo a ocupar, temporal y definitivamente; detallar los accesos necesarios; y todo ello acompañado de la adecuada cartografía y documentación gráfica que facilite la ubicación y alcance del proyecto. 8.3.1.2. Análisis de alternativas y justificación de la solución adoptada. En este punto evaluaremos las diferentes alternativas del proyecto que sean técnicamente viables, estudiando para ello las implicaciones de todo tipo que cada una de ellas representa para el medio ambiente afectado. También se evaluará la posibilidad de no llevar a cabo el proyecto. 8.3.1.3. Inventario ambiental y descripción de las interacciones ecológicas o ambientales clave. Para tener una idea precisa de las repercusiones ambientales del proyecto es necesario hacer un estudio exhaustivo de la situación del medio receptor antes de la realización del mismo, así como de las diversas alteraciones que puedan aparecer como consecuencia de la ejecución del proyecto y de su

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posterior actividad. Serán preferibles las valoraciones cuantitativas a las cualitativas, para tener una idea más clara de los efectos sobre cada uno de los factores medioambientales afectados. Para ello, será necesario considerar diferentes categorías de factores medioambientales a la hora de caracterizar el estado del medio anterior al proyecto:

- Medio Físico: clima, atmósfera, geología, edafología, hidrología, flora, fauna, paisaje, situación acústica, etc.

- Medio socioeconómico: demografía, indicadores económicos, calidad de vida, usos del suelo, servicios públicos, aceptación del proyecto, etc.

- Medio Cultural: monumentos históricos, patrimonio arqueológico, fiestas y tradiciones, actividades recreativas y turísticas, etc.

8.3.1.4. Identificación y valoración de impactos. La identificación de impactos debe surgir de forma natural del estudio del inventario ambiental y de las previsibles alteraciones que ocasionará la ejecución del proyecto. En el EsIA deberán detallarse los métodos utilizados para la identificación y la valoración de impactos. Entre los métodos de identificación de impactos pueden citarse los cuestionarios, los escenarios comparados, los modelos de referencia, la consulta a grupos de expertos, las matrices generales de relación causa-efecto (identificación y valoración), etc. Una vez realizada la identificación de impactos se procede a su valoración, a ser posible cuantitativa y no cualitativa. Los métodos de valoración más utilizados y contrastados para valorar los impactos son:

Matriz de Leopold: las filas representan las acciones del proyecto que pueden producir algún impacto y las columnas los factores ambientales susceptibles de ser afectados por dichas acciones. En cada celda, dividida por una diagonal, tendremos dos valores, en la parte superior se indicará con un valor de 1 a 10 la magnitud o extensión del impacto, y en la parte inferior la importancia relativa del impacto con respecto al total de impactos previstos, también con una escala de 1 a 10. Método Battelle: se seleccionan 4 categorías ambientales, que son ecología, contaminación, aspectos estéticos e interés humano, que comprenden 18 componentes ambientales, que abarcan a su vez 78 parámetros ambientales indicadores de impactos representativos y fácilmente medibles. La valoración de cada parámetro se hace por ponderación con respecto a los demás parámetros.

En ambos métodos, de la suma de todos los impactos expresados en unidades de impactos se obtiene el impacto global. De esta forma es posible comparar todas las alternativas que se consideren, así como saber si el impacto global del proyecto es positivo o negativo para el medio ambiente.

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8.3.1.5. Establecimiento de medidas correctoras o protectoras. Si es el caso, se establecerán medidas correctoras o protectoras para evitar que los efectos de alguna acción del proyecto rebasen determinados valores límite previamente fijados. Si ello no resultara posible y el elemento afectado fuera de gran valor ambiental, no podría llevarse a cabo dicha acción del proyecto. En el EsIA existirá un apartado referente a las medidas correctoras que se proponen, que tendrán que abarcar cada una de las fases de desarrollo del proyecto. Las medidas propuestas deberán conseguir reducir, compensar o incluso eliminar los efectos indeseables del proyecto. La administración, si así lo considerara, podrá imponer las medidas adicionales que estime necesarias para preservar la calidad del medio afectado por el proyecto. 8.3.1.6. Plan de seguimiento y control ambiental. Tiene por objeto comprobar realmente cómo funcionan todas las medidas protectoras y correctoras propuestas, y en su caso poder corregir las posibles desviaciones que se vayan produciendo con respecto al comportamiento previsto, mediante la implantación de nuevas medidas correctoras. Los impactos inevitables, denominados residuales, también se verán sometidos a un programa de vigilancia y control continuados. Los programas de seguimiento y control de cada una de las fases del proyecto se llevarán a cabo desde el comienzo de dicha fase.

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8.3.1.7. Documento de síntesis. Es el documento resumen del EsIA y en él se concretan las conclusiones del mismo. Se trata de un documento público al que van a tener acceso todos los ciudadanos, por lo que deberá redactarse en un lenguaje adecuado y de general comprensión. Según la legislación española su extensión no deberá rebasar las 25 páginas. 8.4. EVALUACIÓN AMBIENTAL ESTRATÉGICA (EAE). Cada vez es más evidente la necesidad de tener en cuenta las consideraciones medioambientales desde los estadios más tempranos de la toma de decisiones, lo que significa tener en cuenta los aspectos medioambientales en todas aquellas políticas, planes y programas (PPP) que afecten significativamente al medio ambiente, y no solamente en los proyectos o actuaciones individuales. La Evaluación de Impacto Ambiental solamente interviene para actuaciones puntuales, además de hacerlo en una etapa ya muy avanzada dentro del proceso de toma de decisiones. Para subsanar el anterior inconveniente surge la Evaluación Ambiental Estratégica (EAE), que adelanta la consideración de los aspectos medioambientales a los momentos en que se definen las políticas, planes y programas (PPP), es decir, integra la política ambiental con todas las otras políticas, que de este modo adquiere la misma importancia e igual prioridad que las políticas económicas o socioculturales. Podemos definir por tanto la EAE como el procedimiento destinado a evaluar las repercusiones ambientales de PPP con objeto de, en base a los resultados obtenidos, tomar las decisiones más adecuadas. Consciente de esta necesidad, la UE aprobó en 2001 la Directiva sobre Evaluación Ambiental Estratégica, que fue transpuesta a la legislación española mediante la Ley 9/2006, de 28 de abril, sobre evaluación de los efectos de determinados planes y programas en el medio ambiente.