Monitoreo de la calidad del aire significa la medición sistemática de los contaminantes del aire ambiente para poder evaluar la exposición de los receptores vulnerables (p. ej., personas, animales, plantas y obras de arte) sobre la base de normas y directrices derivadas de los efectos observados, y/o establecer la fuente de la contaminación del aire (análisis causal).

Las concentraciones de contaminantes del aire ambiente están influenciadas por la variación espacial o temporal de las emisiones de sustancias peligrosas y la dinámica de su dispersión en el aire. Como consecuencia, se producen marcadas variaciones diarias y anuales de las concentraciones. Es prácticamente imposible determinar de forma unificada todas estas diferentes variaciones de la calidad del aire (en lenguaje estadístico, la población de estados de calidad del aire). Por lo tanto, las mediciones de las concentraciones de contaminantes en el aire ambiente siempre tienen el carácter de muestras espaciales o temporales aleatorias.

Planificación de la medición

El primer paso en la planificación de la medición es formular el propósito de la medición con la mayor precisión posible. Las preguntas importantes y los campos de operación para el monitoreo de la calidad del aire incluyen:

Medida de área:

• determinación representativa de la exposición en un área (monitoreo general del aire)
• medición representativa de la contaminación preexistente en el área de una instalación planificada (permiso, TA Luft (Instrucción técnica, aire))
• advertencia de smog (smog de invierno, altas concentraciones de ozono)
• mediciones en puntos calientes de contaminación del aire para estimar la exposición máxima de los receptores (EU-NO₂ directriz, mediciones en cañones de calles, de acuerdo con la Ley Federal Alemana de Control de Inmisiones)
• comprobar los resultados de las medidas de reducción de la contaminación y las tendencias a lo largo del tiempo
• mediciones de detección
• investigaciones científicas, por ejemplo, el transporte de contaminación del aire, conversiones químicas, calibración de cálculos de dispersión.

 

Medida de instalaciones:

• mediciones en respuesta a quejas
• determinación de fuentes de emisiones, análisis causal
• mediciones en casos de incendios y fugas accidentales
• comprobar el éxito de las medidas de reducción
• monitorear las emisiones fugitivas de la fábrica.

 

El objetivo de la planificación de la medición es utilizar procedimientos adecuados de medición y evaluación para responder preguntas específicas con suficiente certeza y con el mínimo gasto posible.

En la tabla 1 se presenta un ejemplo de los parámetros que deben utilizarse para la planificación de la medición, en relación con una evaluación de la contaminación del aire en el área de una instalación industrial planificada. Reconociendo que los requisitos formales varían según la jurisdicción, cabe señalar que aquí se hace una referencia específica a los procedimientos alemanes de concesión de licencias para instalaciones industriales.

Tabla 1. Parámetros para la planificación de mediciones en la medición de concentraciones de contaminación del aire ambiente (con ejemplo de aplicación)

 

El ejemplo de la tabla 1 muestra el caso de una red de medición que se supone debe monitorear la calidad del aire en un área específica de la manera más representativa posible, para compararla con los límites de calidad del aire designados. La idea detrás de este enfoque es que se hace una selección aleatoria de sitios de medición para cubrir ubicaciones equitativas en un área con calidad de aire variable (por ejemplo, áreas residenciales, calles, zonas industriales, parques, centros urbanos, suburbios). Este enfoque puede ser muy costoso en grandes áreas debido a la cantidad de sitios de medición necesarios.

Por lo tanto, otra concepción de una red de medición comienza con sitios de medición que se seleccionan de manera representativa. Si se realizan mediciones de diferente calidad del aire en los lugares más importantes y se conoce el tiempo que los objetos protegidos permanecen en estos “microambientes”, entonces se puede determinar la exposición. Este enfoque se puede extender a otros microambientes (p. ej., habitaciones interiores, automóviles) para estimar la exposición total. El modelado de difusión o las mediciones de detección pueden ayudar a elegir los sitios de medición correctos.

Un tercer enfoque consiste en medir en los puntos de supuesta exposición más alta (p. ej., para NO₂ y benceno en cañones callejeros). Si se cumplen los estándares de evaluación en este sitio, hay suficiente probabilidad de que este también sea el caso para todos los demás sitios. Este enfoque, al centrarse en puntos críticos, requiere relativamente pocos sitios de medición, pero estos deben elegirse con especial cuidado. Este método particular corre el riesgo de sobrestimar la exposición real.

Los parámetros del período de tiempo de medición, la evaluación de los datos de medición y la frecuencia de medición se dan esencialmente en la definición de los estándares de evaluación (límites) y el nivel deseado de certeza de los resultados. Se relacionan los límites de umbral y las condiciones periféricas a considerar en la planificación de la medición. Mediante el uso de procedimientos de medición continuos, se puede lograr una resolución que temporalmente es casi perfecta. Pero esto es necesario solo para monitorear valores máximos y/o para advertencias de smog; para monitorear los valores medios anuales, por ejemplo, las mediciones discontinuas son adecuadas.

La siguiente sección está dedicada a describir las capacidades de los procedimientos de medición y el control de calidad como otro parámetro importante para la planificación de la medición.

Garantía de Calidad

Las mediciones de las concentraciones de contaminantes del aire ambiental pueden ser costosas de realizar y los resultados pueden afectar decisiones importantes con implicaciones económicas o ecológicas graves. Por lo tanto, las medidas de aseguramiento de la calidad son una parte integral del proceso de medición. Aquí conviene distinguir dos áreas.

Medidas orientadas al procedimiento

Cada procedimiento de medición completo consta de varios pasos: muestreo, preparación de la muestra y limpieza; separación, detección (paso analítico final); y recopilación y evaluación de datos. En algunos casos, especialmente con la medición continua de gases inorgánicos, se pueden omitir algunos pasos del procedimiento (p. ej., separación). Al realizar las mediciones, debe procurarse el cumplimiento integral de los procedimientos. Deben seguirse procedimientos estandarizados y, por lo tanto, ampliamente documentados, en forma de normas DIN/ISO, normas CEN o directrices VDI.

Medidas orientadas al usuario

El uso de equipos y procedimientos estandarizados y probados para la medición de la concentración de contaminantes en el aire ambiente no puede por sí solo garantizar una calidad aceptable si el usuario no emplea métodos adecuados de control de calidad. La serie de normas DIN/EN/ISO 9000 (Normas de gestión y garantía de la calidad), EN 45000 (que define los requisitos para los laboratorios de ensayo) y la Guía ISO 25 (Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de calibración y ensayo) son importantes para los usuarios. medidas orientadas a garantizar la calidad.

Los aspectos importantes de las medidas de control de calidad del usuario incluyen:

• aceptación y práctica del contenido de las medidas en el sentido de buenas prácticas de laboratorio (BPL)
• mantenimiento correcto de los equipos de medición, medidas cualificadas para eliminar las interrupciones y garantizar las reparaciones
• realizar calibraciones y comprobaciones periódicas para garantizar el correcto funcionamiento
• realización de pruebas entre laboratorios.

 

Procedimientos de medición

Procedimientos de medición para gases inorgánicos

Existe una gran cantidad de procedimientos de medición para la amplia gama de gases inorgánicos. Diferenciaremos entre métodos manuales y automáticos.

Procedimientos manuales

En el caso de procedimientos de medición manual para gases inorgánicos, la sustancia a medir normalmente se adsorbe durante el muestreo en una solución o material sólido. En la mayoría de los casos, se realiza una determinación fotométrica después de una reacción de color adecuada. Varios procedimientos de medición manual tienen un significado especial como procedimientos de referencia. Debido al costo de personal relativamente alto, estos procedimientos manuales se llevan a cabo rara vez para mediciones de campo hoy en día, cuando se dispone de procedimientos automáticos alternativos. Los procedimientos más importantes se describen brevemente en la tabla 2.

Tabla 2. Procedimientos de medición manual para gases inorgánicos

DL = límite de detección; s = desviación estándar; rel. s = relativo s.

Una variante de muestreo especial, utilizada principalmente en relación con los procedimientos de medición manual, es el tubo de separación por difusión (denuder). La técnica del denudador tiene como objetivo separar las fases de gas y partículas utilizando sus diferentes velocidades de difusión. Por lo tanto, a menudo se usa en problemas de separación difíciles (p. ej., amoníaco y compuestos de amonio; óxidos de nitrógeno, ácido nítrico y nitratos; óxidos de azufre, ácido sulfúrico y sulfatos o haluros/haluros de hidrógeno). En la técnica clásica del denudador, el aire de prueba se aspira a través de un tubo de vidrio con un revestimiento especial, según el material a recolectar. La técnica del denudador se ha desarrollado aún más en muchas variaciones y también parcialmente automatizada. Ha ampliado mucho las posibilidades del muestreo diferenciado, pero dependiendo de la variante puede ser muy laborioso y su correcta utilización requiere mucha experiencia.

Procedimientos automatizados

Hay numerosos monitores de medición continua diferentes en el mercado para dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y ozono. En su mayor parte se utilizan particularmente en redes de medición. Las características más importantes de los métodos individuales se recogen en la tabla 3.

Tabla 3. Procedimientos de medición automatizados para gases inorgánicos

 

Debe enfatizarse aquí que todos los procedimientos de medición automáticos basados ​​en principios químico-físicos deben calibrarse utilizando procedimientos de referencia (manuales). Dado que los equipos automáticos de las redes de medida suelen funcionar durante largos periodos de tiempo (p. ej., varias semanas) sin supervisión humana directa, es indispensable que su correcto funcionamiento se compruebe de forma periódica y automática. Esto generalmente se hace usando gases cero y de prueba que pueden ser producidos por varios métodos (preparación de aire ambiente, cilindros de gas a presión, permeación, difusión, dilución estática y dinámica).

Procedimientos de medición de contaminantes atmosféricos formadores de polvo y su composición

Entre las partículas contaminantes del aire, se diferencian las precipitaciones de polvo y las partículas en suspensión (MPS). La caída de polvo consiste en partículas más grandes, que se hunden en el suelo debido a su tamaño y grosor. SPM incluye la fracción de partículas que se dispersa en la atmósfera de manera cuasi-estable y cuasi-homogénea y por lo tanto permanece suspendida por un tiempo determinado.

Medición de material particulado en suspensión y compuestos metálicos en SPM

Como es el caso de las mediciones de contaminantes atmosféricos gaseosos, se pueden diferenciar los procedimientos de medición continuos y discontinuos para SPM. Por regla general, el SPM se separa primero en filtros de fibra de vidrio o de membrana. Sigue una determinación gravimétrica o radiométrica. Dependiendo del muestreo, se puede distinguir entre un procedimiento para medir el SPM total sin fraccionamiento según el tamaño de las partículas y un procedimiento de fraccionamiento para medir el polvo fino.

Las ventajas y desventajas de las mediciones de polvo fraccionado en suspensión son discutidas internacionalmente. En Alemania, por ejemplo, todos los límites de umbral y los estándares de evaluación se basan en el total de partículas en suspensión. Esto significa que, en su mayor parte, solo se realizan mediciones de SPM totales. En Estados Unidos, por el contrario, es muy común el llamado procedimiento PM-10 (partículas £ 10μm). En este procedimiento solo se incluyen partículas con un diámetro aerodinámico de hasta 10 μm (50 por ciento de porción de inclusión), que son inhalables y pueden ingresar a los pulmones. El plan es introducir el procedimiento PM-10 en la Unión Europea como procedimiento de referencia. El costo de las mediciones fraccionadas de SPM es considerablemente mayor que el de la medición del polvo suspendido total, porque los dispositivos de medición deben estar equipados con cabezales de muestreo especiales, de construcción costosa que requieren un mantenimiento costoso. La Tabla 4 contiene detalles sobre los procedimientos de medición de SPM más importantes.

Tabla 4. Procedimientos de medición de partículas en suspensión (SPM)

 

Recientemente, también se han desarrollado cambiadores de filtros automáticos que contienen una mayor cantidad de filtros y los suministran al muestreador, uno tras otro, en intervalos de tiempo. Los filtros expuestos se almacenan en un cargador. Los límites de detección para los procedimientos de filtrado se encuentran entre 5 y 10 μg/m³ de polvo, por regla general.

Finalmente, se debe mencionar el procedimiento de humo negro para las mediciones de SPM. Procedente de Gran Bretaña, se ha incorporado a las directrices de la UE para SO₂ y polvo en suspensión. En este procedimiento, el ennegrecimiento del filtro revestido se mide con un fotómetro réflex después del muestreo. Los valores de humo negro así obtenidos fotométricamente se convierten en unidades gravimétricas (μg/m³) con la ayuda de una curva de calibración. Dado que esta función de calibración depende en gran medida de la composición del polvo, especialmente de su contenido de hollín, la conversión a unidades gravimétricas es problemática.

Hoy en día, los compuestos metálicos a menudo se determinan de forma rutinaria en muestras de inmisión de polvo en suspensión. En general, la recolección del polvo en suspensión en los filtros es seguida por una disolución química de los polvos separados, ya que los pasos analíticos finales más comunes presuponen convertir los compuestos metálicos y metaloides en una solución acuosa. En la práctica, los métodos más importantes con diferencia son la espectroscopia de absorción atómica (AAS) y la espectroscopia con excitación de plasma (ICP-OES). Otros procedimientos para determinar compuestos metálicos en polvo en suspensión son el análisis de fluorescencia de rayos X, la polarografía y el análisis de activación de neutrones. Aunque los compuestos metálicos se han medido durante más de una década como un componente de SPM en el aire exterior en ciertos sitios de medición, quedan importantes preguntas sin respuesta. Por lo tanto, el muestreo convencional mediante la separación del polvo suspendido en los filtros asume que la separación de los compuestos de metales pesados ​​en el filtro es completa. Sin embargo, se han encontrado indicaciones anteriores en la literatura que cuestionan esto. Los resultados son muy heterogéneos.

Otro problema radica en el hecho de que diferentes formas de compuestos, o compuestos individuales de los elementos respectivos, no pueden distinguirse en el análisis de compuestos metálicos en polvo en suspensión utilizando los procedimientos de medición convencionales. Si bien en muchos casos se pueden realizar determinaciones totales adecuadas, sería deseable una diferenciación más completa con ciertos metales especialmente cancerígenos (As, Cd, Cr, Ni, Co, Be). A menudo hay grandes diferencias en los efectos cancerígenos de los elementos y sus compuestos individuales (p. ej., los compuestos de cromo en los niveles de oxidación III y VI, solo los del nivel VI son cancerígenos). En tales casos, sería deseable una medición específica de los compuestos individuales (análisis de especies). A pesar de la importancia de este problema, solo se están realizando los primeros intentos de análisis de especies en la técnica de medición.

Medición de caída de polvo y compuestos metálicos en caída de polvo

Se utilizan dos métodos fundamentalmente diferentes para recoger la caída de polvo:

• muestreo en recipientes colectores

• muestreo en superficies adhesivas.

 

Un procedimiento popular para medir la caída de polvo (polvo depositado) es el llamado procedimiento de Bergerhoff. En este procedimiento, toda la precipitación atmosférica (deposiciones secas y húmedas) se recoge durante 30 ± 2 días en recipientes a una altura de entre 1.5 y 2.0 metros sobre el suelo (deposición a granel). Luego, los recipientes colectores se llevan al laboratorio y se preparan (se filtran, se evapora el agua, se secan, se pesan). El resultado se calcula en base a la superficie del recipiente colector y el tiempo de exposición en gramos por metro cuadrado y día (g/m²d). El límite de detección relativo es de 0.035 g/m²d.

Los procedimientos adicionales para recolectar polvo incluyen el dispositivo Liesegang-Löbner y métodos que recolectan el polvo depositado en láminas adhesivas.

Todos los resultados de las mediciones de caída de polvo son valores relativos que dependen del aparato utilizado, ya que la separación del polvo está influenciada por las condiciones de flujo en el dispositivo y otros parámetros. Las diferencias en los valores de medición obtenidos con los diferentes procedimientos pueden llegar al 50 por ciento.

También es importante la composición del polvo depositado, como el contenido de plomo, cadmio y otros compuestos metálicos. Los procedimientos analíticos utilizados para esto son básicamente los mismos que los utilizados para el polvo en suspensión.

Medición de materiales especiales en forma de polvo

Los materiales especiales en forma de polvo incluyen asbesto y hollín. La recolección de fibras como contaminantes del aire es importante ya que el asbesto ha sido clasificado como un material cancerígeno confirmado. Las fibras con un diámetro de D ≤ 3 μm y una longitud de L ≥ 5 μm, donde L:D ≥ 3, se consideran cancerígenas. Los procedimientos de medición de materiales fibrosos consisten en contar, bajo el microscopio, las fibras que han sido separadas en filtros. Solo se pueden considerar los procedimientos de microscopía electrónica para las mediciones del aire exterior. Las fibras se separan en filtros porosos recubiertos de oro. Antes de la evaluación en un microscopio de barrido electrónico, la muestra se libera de sustancias orgánicas mediante incineración de plasma directamente en el filtro. Las fibras se cuentan en parte de la superficie del filtro, se eligen aleatoriamente y se clasifican por geometría y tipo de fibra. Con la ayuda del análisis de rayos X por dispersión de energía (EDXA), las fibras de asbesto, las fibras de sulfato de calcio y otras fibras inorgánicas se pueden diferenciar sobre la base de la composición elemental. Todo el procedimiento es extremadamente costoso y requiere el mayor cuidado para lograr resultados confiables.

El hollín en forma de partículas emitidas por los motores diésel se ha vuelto relevante ya que el hollín diésel también se clasificó como cancerígeno. Debido a su composición cambiante y compleja y al hecho de que también se emiten varios componentes de otras fuentes, no existe un procedimiento de medición específico para el hollín de diésel. Sin embargo, para decir algo concreto sobre las concentraciones en el aire ambiente, el hollín se define convencionalmente como carbono elemental, como parte del carbono total. Se mide después del muestreo y una etapa de extracción y/o desorción térmica. La determinación del contenido de carbono se produce mediante la combustión en una corriente de oxígeno y la titulación culombimétrica o la detección IR no dispersiva del dióxido de carbono formado en el proceso.

El llamado etalómetro y el sensor de aerosol fotoeléctrico también se utilizan, en principio, para medir el hollín.

Medición de deposiciones húmedas

Junto con la deposición seca, la deposición húmeda en la lluvia, la nieve, la niebla y el rocío constituyen los medios más importantes por los cuales los materiales dañinos ingresan al suelo, el agua o las superficies de las plantas desde el aire.

Para distinguir claramente la deposición húmeda en lluvia y nieve (la niebla y el rocío presentan problemas especiales) de la medición de la deposición total (deposición a granel, consulte la sección "Medición de polvo y compuestos metálicos" más arriba) y la deposición seca, los colectores de lluvia, cuyo la abertura de recolección está cubierta cuando no llueve (toma de muestras solo húmeda), se utilizan para el muestreo. Con los sensores de lluvia, que en su mayoría funcionan según el principio de los cambios de conductividad, la cubierta se abre cuando comienza a llover y se vuelve a cerrar cuando deja de llover.

Las muestras se transfieren a través de un embudo (área abierta aprox. 500 cm² y más) en un contenedor de recolección oscuro y, si es posible, aislado (de vidrio o polietileno solo para componentes inorgánicos).

En general, el análisis del agua recolectada en busca de componentes inorgánicos se puede realizar sin preparación de muestras. El agua debe centrifugarse o filtrarse si está visiblemente turbia. La conductividad, el valor de pH y los aniones importantes (NO₃ ^– , ASI QUE₄ ^2- Cl^–) y cationes (Ca²⁺K⁺, Mg²⁺, N / A⁺, NH₄ ⁺ y así sucesivamente) se miden de forma rutinaria. Compuestos traza inestables y estados intermedios como H₂O₂ o HSO₃ ^– también se miden con fines de investigación.

Para el análisis, se utilizan procedimientos que generalmente están disponibles para soluciones acuosas, como conductimetría para conductividad, electrodos para valores de pH, espectroscopia de adsorción de átomos para cationes (consulte la sección "Medición de materiales especiales en forma de polvo", más arriba) y, cada vez más, cromatografía de intercambio iónico. con detección de conductividad para aniones.

Los compuestos orgánicos se extraen del agua de lluvia con, por ejemplo, diclorometano, o se soplan con argón y se adsorben con tubos Tenax (solo materiales altamente volátiles). Luego, los materiales se someten a un análisis de cromatografía de gases (consulte "Procedimientos de medición de contaminantes orgánicos del aire", a continuación).

La deposición seca se correlaciona directamente con las concentraciones en el aire ambiente. Sin embargo, las diferencias de concentración de materiales nocivos transportados por el aire en la lluvia son relativamente pequeñas, por lo que para medir la deposición húmeda, las redes de medición de malla ancha son adecuadas. Ejemplos de ello es la red de medida europea EMEP, en la que se recogen la entrada de iones sulfato y nitrato, determinados cationes y valores de pH de precipitación en aproximadamente 90 estaciones. También hay extensas redes de medición en América del Norte.

Procedimientos de medición óptica de larga distancia

Mientras que los procedimientos descritos hasta ahora captan la contaminación del aire en un punto, los procedimientos ópticos de medición a larga distancia miden de manera integrada sobre caminos de luz de varios kilómetros o determinan la distribución espacial. Utilizan las características de absorción de los gases en la atmósfera en el rango espectral UV, visible o IR y se basan en la ley de Lambert-Beer, según la cual el producto de la trayectoria de la luz y la concentración son proporcionales a la extinción medida. Si el emisor y el receptor de la instalación de medición cambian la longitud de onda, se pueden medir varios componentes en paralelo o secuencialmente con un dispositivo.

En la práctica, los sistemas de medición identificados en la tabla 5 juegan el papel más importante.

Tabla 5. Procedimientos de medición de larga distancia

LIDAR = Detección de luz y alcance; DIAL = LIDAR de absorción diferencial.

 

Procedimientos de medición de contaminantes orgánicos del aire

La medición de la contaminación del aire que contiene componentes orgánicos se complica principalmente por la variedad de materiales en esta clase de compuestos. Varios cientos de componentes individuales con características toxicológicas, químicas y físicas muy diferentes están amparados bajo el título general de “contaminantes atmosféricos orgánicos” en los registros de emisiones y planes de calidad del aire de las zonas congestionadas.

Especialmente debido a las grandes diferencias en el impacto potencial, la recopilación de componentes individuales relevantes ha reemplazado cada vez más a los procedimientos de suma utilizados anteriormente (por ejemplo, detector de ionización de llama, procedimiento de carbono total), cuyos resultados no pueden evaluarse toxicológicamente. El método FID, sin embargo, ha conservado cierta importancia en relación con una columna de separación corta para separar el metano, que es fotoquímicamente poco reactivo, y para recoger los compuestos orgánicos volátiles precursores (COV) para la formación de fotooxidantes.

La necesidad frecuente de separar las mezclas complejas de los compuestos orgánicos en componentes individuales relevantes hace que la medición sea prácticamente un ejercicio de cromatografía aplicada. Los procedimientos cromatográficos son los métodos de elección cuando los compuestos orgánicos son suficientemente estables, térmica y químicamente. Para los materiales orgánicos con grupos funcionales reactivos, los procedimientos separados que utilizan las características físicas de los grupos funcionales o las reacciones químicas para la detección siguen siendo válidos.

Los ejemplos incluyen el uso de aminas para convertir aldehídos en hidrazonas, con la posterior medición fotométrica; derivatización con 2,4-dinitrofenilhidrazina y separación de la 2,4-hidrazona que se forma; o formar colorantes azoicos con p-nitroanilina para la detección de fenoles y cresoles.

Entre los procedimientos cromatográficos, la cromatografía de gases (GC) y la cromatografía líquida de alta presión (HPLC) se emplean con mayor frecuencia para separar mezclas a menudo complejas. Para la cromatografía de gases, hoy en día se utilizan casi exclusivamente columnas de separación con diámetros muy estrechos (aprox. 0.2 a 0.3 mm y aprox. 30 a 100 m de largo), las denominadas columnas capilares de alta resolución (HRGC). Se dispone de una serie de detectores para encontrar los componentes individuales después de la columna de separación, como el mencionado FID, el ECD (detector de captura de electrones, específico para sustitutos electrofílicos como el halógeno), el PID (detector de fotoionización, que es especialmente sensible a los hidrocarburos aromáticos y otros sistemas de electrones p), y el NPD (detector termoiónico específico para compuestos de nitrógeno y fósforo). La HPLC utiliza detectores especiales de flujo continuo que, por ejemplo, están diseñados como la cubeta de flujo continuo de un espectrómetro UV.

Especialmente eficaz, pero también especialmente caro, es el uso de un espectrómetro de masas como detector. La identificación realmente cierta, especialmente con mezclas desconocidas de compuestos, a menudo solo es posible a través del espectro de masas del compuesto orgánico. La información cualitativa del llamado tiempo de retención (tiempo que permanece el material en la columna) que contiene el cromatograma con detectores convencionales se complementa con la detección específica de los componentes individuales mediante fragmentogramas de masa con alta sensibilidad de detección.

El muestreo debe ser considerado antes del análisis real. La elección del método de muestreo está determinada principalmente por la volatilidad, pero también por el rango de concentración esperado, la polaridad y la estabilidad química. Además, con compuestos no volátiles, se debe elegir entre mediciones de concentración y deposición.

La Tabla 6 proporciona una descripción general de los procedimientos comunes en el control del aire para el enriquecimiento activo y el análisis cromatográfico de compuestos orgánicos, con ejemplos de aplicaciones.

Tabla 6. Descripción general de los procedimientos comunes de medición cromatográfica de la calidad del aire de compuestos orgánicos (con ejemplos de aplicaciones)

GC = cromatografía de gases; GCMS = GC/espectroscopia de masas; FID = detector de ionización de llama; HRGC/ECD = GC/ECD de alta resolución; ECD = detector de captura de electrones; HPLC = cromatografía líquida de alta resolución. PID = detector de fotoionización.

 

Las mediciones de deposición de compuestos orgánicos con baja volatilidad (por ejemplo, dibenzodioxinas y dibenzofuranos (PCDD/PCDF), hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH)) están ganando importancia desde la perspectiva del impacto ambiental. Dado que los alimentos son la principal fuente de ingesta humana, el material transportado por el aire transferido a las plantas alimenticias es de gran importancia. Sin embargo, existe evidencia de que la transferencia de material a través de la deposición de partículas es menos importante que la deposición seca de compuestos cuasi-gaseosos.

Para medir la deposición total, se utilizan dispositivos estandarizados para la precipitación de polvo (p. ej., procedimiento de Bergerhoff), que han sido ligeramente modificados por oscurecimiento como protección contra la entrada de luz intensa. Importantes problemas técnicos de medición, como la resuspensión de partículas ya separadas, la evaporación o la posible descomposición fotolítica, ahora se están investigando sistemáticamente para mejorar los procedimientos de muestreo menos que óptimos para compuestos orgánicos.

Investigaciones Olfatométricas

Las investigaciones de inmisión olfatométrica se utilizan en el monitoreo para cuantificar las quejas de olores y determinar la contaminación de referencia en los procedimientos de concesión de licencias. Sirven principalmente para evaluar si los olores existentes o anticipados deben clasificarse como significativos.

En principio, se pueden diferenciar tres enfoques metodológicos:

• medición de la concentración de emisión (número de unidades de olor) con un olfatómetro y posterior modelización de la dispersión

• medición de componentes individuales (p. ej., NH₃) o mezclas de compuestos (por ejemplo, cromatografía de gases de vertederos), si estos caracterizan adecuadamente el olor

• determinaciones de olor por medio de inspecciones.

 

La primera posibilidad combina la medición de emisiones con la modelización y, en sentido estricto, no puede clasificarse bajo el término monitoreo de la calidad del aire. En el tercer método, la nariz humana se utiliza como detector con una precisión significativamente reducida en comparación con los métodos físico-químicos.

Los detalles de las inspecciones, los planes de medición y la evaluación de los resultados están contenidos, por ejemplo, en las normas de protección ambiental de algunos estados alemanes.

Procedimientos de medición de detección

A veces se utilizan procedimientos de medición simplificados para estudios preparatorios (detección). Los ejemplos incluyen muestreadores pasivos, tubos de ensayo y procedimientos biológicos. Con muestreadores pasivos (difusivos), el material a analizar se recolecta con procesos de flujo libre como difusión, permeación o adsorción en formas simples de colectores (tubos, placas) y se enriquece en filtros impregnados, mallas u otros medios de adsorción. Por lo tanto, no se produce el llamado muestreo activo (aspiración del aire de muestra a través de una bomba). La cantidad de material enriquecido, determinada analíticamente según un tiempo de exposición definido, se convierte en unidades de concentración sobre la base de leyes físicas (por ejemplo, de difusión) con la ayuda del tiempo de recolección y los parámetros geométricos del colector. La metodología proviene del campo de la salud ocupacional (muestreo personal) y la medición del aire interior, pero se utiliza cada vez más para medir la concentración de contaminantes en el aire ambiente. Se puede encontrar una descripción general en Brown 1993.

Los tubos detectores se utilizan a menudo para el muestreo y el análisis preparatorio rápido de gases. Se succiona cierto volumen de aire de prueba a través de un tubo de vidrio que se llena con un reactivo de adsorción que se corresponde con el objetivo de la prueba. El contenido del tubo cambia de color dependiendo de la concentración del material a determinar presente en el aire de prueba. Los tubos de ensayo pequeños se utilizan a menudo en el campo de la supervisión del lugar de trabajo o como un procedimiento rápido en casos de accidentes, como incendios. No se utilizan para mediciones rutinarias de la concentración de contaminantes del aire ambiente debido a los límites de detección generalmente demasiado altos y la selectividad demasiado limitada. Los tubos de prueba detectores están disponibles para numerosos materiales en varios rangos de concentración.

Entre los procedimientos biológicos, se han aceptado dos métodos en el control de rutina. Con el procedimiento estandarizado de exposición de líquenes, la tasa de mortalidad del liquen se determina durante el tiempo de exposición de 300 días. En otro procedimiento, se expone pasto francés durante 14 ± 1 días. Luego se determina la cantidad de crecimiento. Ambos procedimientos sirven como determinaciones resumidas de los efectos de la concentración de contaminantes del aire.

Redes de Monitoreo de la Calidad del Aire

En todo el mundo se utilizan los más variados tipos de redes de calidad del aire. Debe establecerse una distinción entre las redes de medición, que consisten en estaciones de medición automáticas y controladas por computadora (recipientes de medición), y las redes de medición virtuales, que solo definen las ubicaciones de medición para varios tipos de mediciones de concentración de contaminantes atmosféricos en forma de cuadrícula preestablecida. Las tareas y concepciones de las redes de medición se discutieron anteriormente.

Redes de monitoreo continuo

Las redes de medición en funcionamiento continuo se basan en estaciones de medición automáticas y sirven principalmente para monitorear la calidad del aire en áreas urbanas. Se miden los contaminantes del aire como el dióxido de azufre (SO₂), polvo, monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO₂), monóxido de carbono (CO), ozono (O₃), y hasta cierto punto también la suma de los hidrocarburos (metano libre, C_nH_m) o componentes orgánicos individuales (p. ej., benceno, tolueno, xilenos). Además, según las necesidades, se incluyen parámetros meteorológicos como la dirección del viento, la velocidad del viento, la temperatura del aire, la humedad relativa, las precipitaciones, la radiación global o el balance de radiación.

El equipo de medición operado en las estaciones de medición generalmente consiste en un analizador, una unidad de calibración y un sistema electrónico de control y dirección, que monitorea todo el equipo de medición y contiene una interfaz estandarizada para la recopilación de datos. Además de los valores de medición, el equipo de medición proporciona las llamadas señales de estado sobre errores y el estado operativo. La calibración de los dispositivos se comprueba automáticamente por ordenador a intervalos regulares.

Por regla general, las estaciones de medición están conectadas con líneas de datos fijas, conexiones de marcación u otros sistemas de transferencia de datos a una computadora (computadora de proceso, estación de trabajo o PC, según el alcance del sistema) en la que se ingresan, procesan y procesan los resultados de la medición. desplegado. Las computadoras de la red de medición y, si es necesario, el personal especialmente capacitado monitorean continuamente si se exceden varios límites de umbral. De esta manera, las situaciones críticas de calidad del aire pueden reconocerse en cualquier momento. Esto es muy importante, especialmente para monitorear situaciones críticas de smog en invierno y verano (fotooxidantes) y para información pública actual.

Redes de medición para mediciones de muestras aleatorias

Más allá de la red de medición telemétrica, se utilizan en mayor o menor grado otros sistemas de medición para monitorear la calidad del aire. Los ejemplos incluyen redes de medición (ocasionalmente parcialmente automatizadas) para determinar:

• deposición de polvo y sus componentes
• polvo suspendido (SPM) y sus componentes
• hidrocarburos e hidrocarburos clorados
• materiales orgánicos de baja volatilidad (dioxinas, furanos, bifenilos policlorados).

 

Una serie de sustancias así medidas han sido clasificadas como cancerígenas, como los compuestos de cadmio, los PAH o el benceno. Por lo tanto, monitorearlos es particularmente importante.

Para brindar un ejemplo de un programa integral, la tabla 7 resume el monitoreo de la calidad del aire que se lleva a cabo sistemáticamente en Renania del Norte-Westfalia, que con 18 millones de habitantes es el estado más poblado de Alemania.

Tabla 7. Monitoreo sistemático de la calidad del aire en Renania del Norte-Westfalia (Alemania)

 

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Gestión de la Contaminación Atmosférica

El objetivo de un administrador de un sistema de control de la contaminación del aire es garantizar que las concentraciones excesivas de contaminantes del aire no alcancen un objetivo susceptible. Los objetivos podrían incluir personas, plantas, animales y materiales. En todos los casos debemos preocuparnos por los más sensibles de cada uno de estos colectivos. Los contaminantes del aire pueden incluir gases, vapores, aerosoles y, en algunos casos, materiales biopeligrosos. Un sistema bien diseñado evitará que un objetivo reciba una concentración dañina de un contaminante.

La mayoría de los sistemas de control de la contaminación del aire involucran una combinación de varias técnicas de control, generalmente una combinación de controles tecnológicos y controles administrativos, y en fuentes más grandes o más complejas puede haber más de un tipo de control tecnológico.

Idealmente, la selección de los controles apropiados se hará en el contexto del problema a resolver.

• ¿Qué se emite, en qué concentración?
• ¿Cuáles son los objetivos? ¿Cuál es el objetivo más susceptible?
• ¿Cuáles son los niveles aceptables de exposición a corto plazo?
• ¿Cuáles son los niveles aceptables de exposición a largo plazo?
• ¿Qué combinación de controles debe seleccionarse para garantizar que no se excedan los niveles de exposición a corto y largo plazo?

 

En la tabla 1 se describen los pasos de este proceso.

 

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Tabla 1. Pasos en la selección de controles de contaminación

 

 

* Al establecer los niveles de exposición en el Paso 3, debe recordarse que estas exposiciones son exposiciones totales, no solo las de la planta. Una vez que se ha establecido el nivel aceptable, los niveles de fondo y las contribuciones de otras plantas solo se restan para determinar la cantidad máxima que la planta puede emitir sin exceder el nivel de exposición aceptable. Si esto no se hace, y se permite que tres plantas emitan la cantidad máxima, los grupos objetivo estarán expuestos a tres veces el nivel aceptable.

** Algunos materiales, como los carcinógenos, no tienen un umbral por debajo del cual no se producirán efectos nocivos. Por lo tanto, siempre que se permita que parte del material escape al medio ambiente, habrá algún riesgo para las poblaciones objetivo. En este caso, no se puede establecer un nivel sin efecto (que no sea cero). En su lugar, se debe establecer un nivel de riesgo aceptable. Por lo general, esto se establece en el rango de 1 resultado adverso en 100,000 1,000,000 a XNUMX XNUMX XNUMX de personas expuestas.

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Algunas jurisdicciones han hecho parte del trabajo al establecer estándares basados ​​en la concentración máxima de un contaminante que puede recibir un objetivo susceptible. Con este tipo de norma, el administrador no tiene que realizar los pasos 2 y 3, ya que la agencia reguladora ya lo hizo. Bajo este sistema, el administrador debe establecer solo los estándares de emisión no controlada para cada contaminante (Paso 1), y luego determinar qué controles son necesarios para cumplir con el estándar (Paso 4).

Al tener estándares de calidad del aire, los reguladores pueden medir las exposiciones individuales y así determinar si alguien está expuesto a niveles potencialmente dañinos. Se supone que los estándares establecidos bajo estas condiciones son lo suficientemente bajos para proteger al grupo objetivo más susceptible. Esta no es siempre una suposición segura. Como se muestra en la tabla 2, puede haber una amplia variación en los estándares comunes de calidad del aire. Los estándares de calidad del aire para el dióxido de azufre oscilan entre 30 y 140 μg/m³. Para materiales regulados con menos frecuencia, esta variación puede ser incluso mayor (1.2 a 1,718 μg/m³), como se muestra en la tabla 3 para el benceno. Esto no es sorprendente dado que la economía puede desempeñar un papel tan importante en el establecimiento de estándares como lo hace la toxicología. Si no se establece un estándar lo suficientemente bajo para proteger a las poblaciones susceptibles, nadie está bien servido. Las poblaciones expuestas tienen un sentimiento de falsa confianza y, sin saberlo, pueden ponerse en riesgo. Al principio, el emisor puede sentir que se ha beneficiado de un estándar indulgente, pero si los efectos en la comunidad requieren que la empresa rediseñe sus controles o instale nuevos controles, los costos podrían ser más altos que hacerlo correctamente la primera vez.

Tabla 2. Rango de estándares de calidad del aire para un contaminante del aire comúnmente controlado (dióxido de azufre)

 

Tabla 3. Rango de estándares de calidad del aire para un contaminante del aire menos controlado (benceno)

Los niveles se estandarizaron a un tiempo promedio de 24 horas para ayudar en las comparaciones.

(Adaptado de Calabrese y Kenyon 1991.)

 

A veces, este enfoque paso a paso para seleccionar los controles de contaminación del aire se cortocircuita y los reguladores y diseñadores van directamente a una "solución universal". Uno de estos métodos es la mejor tecnología de control disponible (BACT). Se supone que al usar la mejor combinación de depuradores, filtros y buenas prácticas de trabajo en una fuente de emisión, se logrará un nivel de emisiones lo suficientemente bajo como para proteger al grupo objetivo más susceptible. Con frecuencia, el nivel de emisión resultante estará por debajo del mínimo requerido para proteger los objetivos más susceptibles. De esta manera, todas las exposiciones innecesarias deben eliminarse. En la tabla 4 se muestran ejemplos de BACT.

Tabla 4. Ejemplos seleccionados de la mejor tecnología de control disponible (BACT) que muestran el método de control utilizado y la eficiencia estimada

 

BACT por sí solo no asegura niveles de control adecuados. Aunque este es el mejor sistema de control basado en controles de limpieza de gas y buenas prácticas operativas, BACT puede no ser lo suficientemente bueno si la fuente es una planta grande o si está ubicada junto a un objetivo sensible. Se debe probar la mejor tecnología de control disponible para garantizar que sea lo suficientemente buena. Los estándares de emisión resultantes deben verificarse para determinar si aún pueden ser dañinos o no, incluso con los mejores controles de limpieza de gases. Si los estándares de emisión siguen siendo dañinos, es posible que se deban considerar otros controles básicos, como la selección de procesos o materiales más seguros, o la reubicación en un área menos sensible.

Otra “solución universal” que pasa por alto algunos de los pasos son los estándares de rendimiento de la fuente. Muchas jurisdicciones establecen estándares de emisión que no se pueden exceder. Los estándares de emisión se basan en las emisiones en la fuente. Por lo general, esto funciona bien, pero al igual que BACT, pueden no ser confiables. Los niveles deben ser lo suficientemente bajos para mantener las emisiones máximas lo suficientemente bajas como para proteger a las poblaciones objetivo susceptibles de las emisiones típicas. Sin embargo, al igual que con la mejor tecnología de control disponible, es posible que esto no sea lo suficientemente bueno para proteger a todos donde hay grandes fuentes de emisión o poblaciones susceptibles cercanas. Si este es el caso, se deben utilizar otros procedimientos para garantizar la seguridad de todos los grupos objetivo.

Tanto BACT como los estándares de emisión tienen una falla básica. Asumen que si se cumplen ciertos criterios en la planta, los grupos objetivo estarán automáticamente protegidos. Esto no es necesariamente así, pero una vez que dicho sistema se convierte en ley, los efectos sobre el objetivo se vuelven secundarios al cumplimiento de la ley.

Los estándares de emisión BACT y fuente o los criterios de diseño deben usarse como criterios mínimos para los controles. Si el BACT o los criterios de emisión protegerán los objetivos susceptibles, entonces se pueden usar según lo previsto; de lo contrario, se deben usar otros controles administrativos.

Medidas de control

Los controles se pueden dividir en dos tipos básicos de controles: tecnológicos y administrativos. Los controles tecnológicos se definen aquí como el hardware colocado en una fuente de emisión para reducir los contaminantes en la corriente de gas a un nivel aceptable para la comunidad y que protegerá al objetivo más sensible. Los controles administrativos se definen aquí como otras medidas de control.

Controles tecnológicos

Los sistemas de limpieza de gas se colocan en la fuente, antes de la chimenea, para eliminar los contaminantes de la corriente de gas antes de liberarla al medio ambiente. La Tabla 5 muestra un breve resumen de las diferentes clases de sistemas de limpieza de gases.

Tabla 5. Métodos de limpieza de gases para eliminar gases, vapores y partículas nocivos de las emisiones de procesos industriales

 

El limpiador de gas es parte de un sistema complejo que consta de campanas, conductos, ventiladores, limpiadores y chimeneas. El diseño, desempeño y mantenimiento de cada parte afecta el desempeño de todas las demás partes y del sistema como un todo.

Cabe señalar que la eficiencia del sistema varía ampliamente para cada tipo de limpiador, según su diseño, la entrada de energía y las características de la corriente de gas y el contaminante. Como resultado, las eficiencias de la muestra en la tabla 5 son solo aproximaciones. La variación en la eficiencia se demuestra con lavadores húmedos en la tabla 5. La eficiencia de recolección del lavador húmedo va desde el 98.5 % para partículas de 5 μm hasta el 45 % para partículas de 1 μm con la misma caída de presión en el lavador (6.8 pulgadas manométricas de agua (wg )). Para partículas del mismo tamaño, 1 μm, la eficiencia va del 45 por ciento a 6.8 wg al 99.95 a 50 wg. Como resultado, los limpiadores de gas deben adaptarse a la corriente de gas específica en cuestión. No se recomienda el uso de dispositivos genéricos.

Deposito de basura

Al seleccionar y diseñar sistemas de limpieza de gases, se debe prestar especial atención a la eliminación segura del material recolectado. Como se muestra en la tabla 6, algunos procesos producen grandes cantidades de contaminantes. Si la mayoría de los contaminantes son recogidos por el equipo de limpieza de gases, puede haber un problema de eliminación de desechos peligrosos.

Tabla 6. Ejemplos de tasas de emisión no controlada para procesos industriales seleccionados

 

En algunos casos, los desechos pueden contener productos valiosos que pueden reciclarse, como metales pesados ​​de una fundición o solventes de una línea de pintura. Los desechos se pueden usar como materia prima para otro proceso industrial; por ejemplo, el dióxido de azufre recolectado como ácido sulfúrico se puede usar en la fabricación de fertilizantes.

Cuando los desechos no se pueden reciclar o reutilizar, la eliminación puede no ser sencilla. No solo el volumen puede ser un problema, sino que también pueden ser peligrosos. Por ejemplo, si el ácido sulfúrico capturado de una caldera o fundición no se puede reutilizar, deberá tratarse más para neutralizarlo antes de desecharlo.

Dispersión

La dispersión puede reducir la concentración de un contaminante en un objetivo. Sin embargo, debe recordarse que la dispersión no reduce la cantidad total de material que sale de una planta. Una chimenea alta solo permite que la pluma se extienda y se diluya antes de que alcance el nivel del suelo, donde es probable que existan objetivos susceptibles. Si el contaminante es principalmente una molestia, como un olor, la dispersión puede ser aceptable. Sin embargo, si el material es persistente o acumulativo, como los metales pesados, la dilución puede no ser la respuesta a un problema de contaminación del aire.

La dispersión debe utilizarse con precaución. Se deben tener en cuenta las condiciones meteorológicas locales y de la superficie del suelo. Por ejemplo, en climas más fríos, particularmente con una capa de nieve, puede haber inversiones de temperatura frecuentes que pueden atrapar contaminantes cerca del suelo, lo que resulta en exposiciones inesperadamente altas. De manera similar, si una planta está ubicada en un valle, los penachos pueden moverse hacia arriba y hacia abajo del valle, o ser bloqueados por las colinas circundantes para que no se extiendan y dispersen como se esperaba.

Controles administrativos

Además de los sistemas tecnológicos, existe otro grupo de controles que deben ser considerados en el diseño general de un sistema de control de la contaminación del aire. En su gran mayoría, provienen de las herramientas básicas de higiene industrial.

Sustitución

Uno de los métodos de higiene ocupacional preferidos para controlar los peligros ambientales en el lugar de trabajo es sustituirlo por un material o proceso más seguro. Si se puede utilizar un proceso o material más seguro y se evitan las emisiones nocivas, el tipo o la eficacia de los controles se vuelven académicos. Es mejor evitar el problema que tratar de corregir una mala primera decisión. Los ejemplos de sustitución incluyen el uso de combustibles más limpios, cubiertas para almacenamiento a granel y temperaturas reducidas en secadores.

Esto se aplica tanto a compras menores como a los principales criterios de diseño de la planta. Si solo se compran productos o procesos seguros para el medio ambiente, no habrá riesgo para el medio ambiente, ni en el interior ni en el exterior. Si se hace una compra equivocada, el resto del programa consiste en intentar compensar esa primera decisión. Si se compra un producto o proceso de bajo costo pero peligroso, es posible que se necesiten procedimientos y equipos de manipulación especiales y métodos de eliminación especiales. Como resultado, el artículo de bajo costo puede tener solo un precio de compra bajo, pero un precio alto para usarlo y desecharlo. Tal vez un material o proceso más seguro pero más costoso habría sido menos costoso a largo plazo.

Ventilación local

Se requieren controles para todos los problemas identificados que no pueden evitarse mediante la sustitución de materiales o métodos más seguros. Las emisiones comienzan en el sitio de trabajo individual, no en la chimenea. Un sistema de ventilación que capture y controle las emisiones en la fuente ayudará a proteger a la comunidad si está diseñado adecuadamente. Las campanas y conductos del sistema de ventilación son parte del sistema total de control de la contaminación del aire.

Se prefiere un sistema de ventilación local. No diluye los contaminantes y proporciona un flujo de gas concentrado que es más fácil de limpiar antes de liberarlo al medio ambiente. Los equipos de limpieza de gases son más eficientes cuando limpian aire con concentraciones más altas de contaminantes. Por ejemplo, una campana de captura sobre el pico vertedor de un horno de metal evitará que los contaminantes lleguen al medio ambiente y entregará los humos al sistema de limpieza de gas. En la tabla 5 se puede ver que las eficiencias de limpieza para los limpiadores de absorción y adsorción aumentan con la concentración del contaminante, y los limpiadores de condensación no se recomiendan para niveles bajos (<2,000 ppm) de contaminantes.

Si los contaminantes no se atrapan en la fuente y se les permite escapar a través de las ventanas y aberturas de ventilación, se convierten en emisiones fugitivas no controladas. En algunos casos, estas emisiones fugitivas no controladas pueden tener un impacto significativo en el vecindario inmediato.

Aislamiento

El aislamiento (ubicar la planta lejos de objetivos susceptibles) puede ser un método de control importante cuando los controles de ingeniería son inadecuados por sí mismos. Este puede ser el único medio de lograr un nivel aceptable de control cuando se debe confiar en la mejor tecnología de control disponible (BACT). Si, después de aplicar los mejores controles disponibles, un grupo objetivo todavía está en riesgo, se debe considerar encontrar un sitio alternativo donde no haya poblaciones sensibles presentes.

El aislamiento, como se presentó anteriormente, es un medio para separar una planta individual de los objetivos susceptibles. Otro sistema de aislamiento es cuando las autoridades locales utilizan la zonificación para separar las clases de industrias de los objetivos susceptibles. Una vez que las industrias se han separado de las poblaciones objetivo, no se debe permitir que la población se traslade al lado de la instalación. Aunque esto parece de sentido común, no se emplea tan a menudo como debería.

Procedimientos de trabajo

Se deben desarrollar procedimientos de trabajo para garantizar que el equipo se use de manera adecuada y segura, sin riesgo para los trabajadores o el medio ambiente. Los sistemas complejos de contaminación del aire deben mantenerse y operarse adecuadamente para que hagan su trabajo según lo previsto. Un factor importante en esto es la capacitación del personal. El personal debe recibir capacitación sobre cómo usar y mantener el equipo para reducir o eliminar la cantidad de materiales peligrosos emitidos al lugar de trabajo o la comunidad. En algunos casos, BACT se basa en buenas prácticas para garantizar resultados aceptables.

Monitoreo en tiempo real

Un sistema basado en monitoreo en tiempo real no es popular y no se usa comúnmente. En este caso, el monitoreo meteorológico y de emisiones continuo se puede combinar con el modelado de dispersión para predecir las exposiciones a favor del viento. Cuando las exposiciones previstas se acercan a los niveles aceptables, la información se utiliza para reducir las tasas de producción y las emisiones. Este es un método ineficiente, pero puede ser un método de control provisional aceptable para una instalación existente.

Lo contrario de esto para anunciar advertencias al público cuando las condiciones son tales que pueden existir concentraciones excesivas de contaminantes, para que el público pueda tomar las medidas apropiadas. Por ejemplo, si se envía una advertencia de que las condiciones atmosféricas son tales que los niveles de dióxido de azufre a favor del viento de una fundición son excesivos, las poblaciones susceptibles, como los asmáticos, sabrán que no deben salir. Nuevamente, este puede ser un control provisional aceptable hasta que se instalen controles permanentes.

El monitoreo atmosférico y meteorológico en tiempo real a veces se usa para evitar o reducir eventos importantes de contaminación del aire donde pueden existir múltiples fuentes. Cuando se hace evidente que es probable que existan niveles excesivos de contaminación del aire, es posible que se restrinja el uso personal de los automóviles y que se cierren las principales industrias emisoras.

Mantenimiento/limpieza

En todos los casos la eficacia de los controles depende del mantenimiento adecuado; el equipo tiene que funcionar según lo previsto. No solo se deben mantener y utilizar los controles de contaminación del aire según lo previsto, sino que los procesos que generan emisiones potenciales se deben mantener y operar adecuadamente. Un ejemplo de un proceso industrial es un secador de astillas de madera con un controlador de temperatura defectuoso; si la secadora funciona a una temperatura demasiado alta, emitirá más materiales, y quizás un tipo diferente de material, de la madera que se está secando. Un ejemplo del mantenimiento de un limpiador de gas que afecta las emisiones sería una cámara de filtros con un mantenimiento deficiente y con filtros rotos, lo que permitiría que las partículas pasaran a través del filtro.

La limpieza también juega un papel importante en el control de las emisiones totales. El polvo que no se limpia rápidamente dentro de la planta puede volver a arrastrarse y presentar un peligro para el personal. Si los polvos se transportan fuera de la planta, son un peligro para la comunidad. La mala limpieza en el patio de la planta podría representar un riesgo significativo para la comunidad. Los materiales a granel descubiertos, los desechos de plantas o el polvo levantado por vehículos pueden provocar que los contaminantes sean transportados por el viento a la comunidad. Mantener el patio limpio, utilizando contenedores o lugares de almacenamiento adecuados, es importante para reducir las emisiones totales. Un sistema no solo debe diseñarse correctamente, sino también usarse correctamente si se quiere proteger a la comunidad.

Un ejemplo del peor caso de mantenimiento y limpieza deficientes sería la planta de recuperación de plomo con un transportador de polvo de plomo roto. Se permitió que el polvo escapara del transportador hasta que la pila fuera tan alta que el polvo pudiera deslizarse por la pila y salir por una ventana rota. Los vientos locales luego llevaron el polvo alrededor del vecindario.

Equipos para Muestreo de Emisiones

El muestreo en la fuente se puede llevar a cabo por varias razones:

• Caracterizar las emisiones. Para diseñar un sistema de control de la contaminación del aire, se debe saber qué se está emitiendo. No solo se debe conocer el volumen de gas, sino también la cantidad, la identidad y, en el caso de las partículas, la distribución del tamaño del material que se emite. La misma información es necesaria para catalogar las emisiones totales de un barrio.

• Para probar la eficiencia del equipo. Después de comprar un sistema de control de la contaminación del aire, debe probarse para asegurarse de que está haciendo el trabajo previsto.

• Como parte de un sistema de control. Cuando las emisiones se monitorean continuamente, los datos se pueden usar para ajustar el sistema de control de la contaminación del aire o la operación de la planta misma.

• Para determinar el cumplimiento. Cuando las normas reglamentarias incluyen límites de emisión, se puede utilizar el muestreo de emisiones para determinar el cumplimiento o incumplimiento de las normas.

 

El tipo de sistema de muestreo utilizado dependerá de la razón por la que se tomaron las muestras, los costos, la disponibilidad de tecnología y la capacitación del personal.

Emisiones visibles

Cuando exista el deseo de reducir el poder de ensuciamiento del aire, mejorar la visibilidad o prevenir la introducción de aerosoles en la atmósfera, las normas pueden basarse en las emisiones visibles.

Las emisiones visibles están compuestas por pequeñas partículas o gases coloreados. Cuanto más opaca es una pluma, más material se emite. Esta característica es evidente a la vista y se pueden utilizar observadores capacitados para evaluar los niveles de emisión. El uso de este método para evaluar los estándares de emisión tiene varias ventajas:

• No se requiere equipo costoso.

• Una persona puede hacer muchas observaciones en un día.

• Los operadores de planta pueden evaluar rápidamente los efectos de los cambios en el proceso a bajo costo.

• Los infractores pueden ser citados sin pruebas de fuente que consumen mucho tiempo.

• Las emisiones cuestionables se pueden ubicar y las emisiones reales luego se pueden determinar mediante pruebas en la fuente, como se describe en las siguientes secciones.

 

Muestreo extractivo

Un método de muestreo mucho más riguroso requiere que se retire una muestra de la corriente de gas de la chimenea y se analice. Aunque esto suena simple, no se traduce en un método de muestreo simple.

La muestra debe recolectarse isocinéticamente, especialmente cuando se recolectan partículas. El muestreo isocinético se define como el muestreo al extraer la muestra en la sonda de muestreo a la misma velocidad que el material se mueve en la pila o conducto. Esto se hace midiendo la velocidad de la corriente de gas con un tubo Pitot y luego ajustando la tasa de muestreo para que la muestra ingrese a la sonda a la misma velocidad. Esto es esencial cuando se toman muestras de partículas, ya que las partículas más grandes y pesadas no seguirán un cambio de dirección o velocidad. Como resultado, la concentración de partículas más grandes en la muestra no será representativa de la corriente de gas y la muestra será inexacta.

En la figura 1 se muestra un tren de muestra para dióxido de azufre. No es simple y se requiere un operador capacitado para garantizar que la muestra se recolecte correctamente. Si se van a tomar muestras de algo que no sea dióxido de azufre, se pueden quitar los impactores y el baño de hielo e insertar el dispositivo de recolección apropiado.

Figura 1. Diagrama de un tren de muestreo isocinético para dióxido de azufre

El muestreo extractivo, particularmente el muestreo isocinético, puede ser muy preciso y versátil, y tiene varios usos:

• Es un método de muestreo reconocido con controles de calidad adecuados y, por lo tanto, se puede utilizar para determinar el cumplimiento de las normas.

• La precisión potencial del método lo hace adecuado para las pruebas de rendimiento de nuevos equipos de control.

• Dado que las muestras se pueden recolectar y analizar en condiciones de laboratorio controladas para muchos componentes, es útil para caracterizar la corriente de gas.

 

Un sistema de muestreo simplificado y automatizado se puede conectar a un gas continuo (sensores electroquímicos, ultravioleta-fotométricos o de ionización de llama) o a un analizador de partículas (nefelómetro) para monitorear continuamente las emisiones. Esto puede proporcionar documentación de las emisiones y el estado operativo instantáneo del sistema de control de la contaminación del aire.

Muestreo in situ

Las emisiones también se pueden muestrear en la chimenea. La Figura 2 es una representación de un transmisómetro simple utilizado para medir materiales en la corriente de gas. En este ejemplo, se proyecta un haz de luz a través de la pila hacia una fotocélula. Las partículas o el gas coloreado absorberán o bloquearán parte de la luz. Cuanto más material, menos luz llegará a la fotocélula. (Ver figura 2.)

Figura 2. Un transmisómetro simple para medir partículas en una pila

Mediante el uso de diferentes fuentes de luz y detectores, como la luz ultravioleta (UV), se pueden detectar gases transparentes a la luz visible. Estos dispositivos se pueden ajustar a gases específicos y, por lo tanto, pueden medir la concentración de gas en la corriente de desechos.

An in situ El sistema de monitoreo tiene una ventaja sobre un sistema extractivo en el sentido de que puede medir la concentración en toda la chimenea o conducto, mientras que el método extractivo mide las concentraciones solo en el punto de donde se extrajo la muestra. Esto puede resultar en un error significativo si la corriente de gas de muestra no está bien mezclada. Sin embargo, el método extractivo ofrece más métodos de análisis y, por lo tanto, quizás pueda usarse en más aplicaciones.

Puesto que el in situ El sistema proporciona una lectura continua, se puede utilizar para documentar las emisiones o para ajustar el sistema operativo.

 

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Este artículo tiene como objetivo proporcionar al lector una comprensión de la tecnología disponible actualmente para abordar el control de la contaminación del agua, basándose en la discusión de las tendencias y la ocurrencia proporcionada por Hespanhol y Helmer en el capítulo Riesgos ambientales para la salud. Las siguientes secciones abordan el control de los problemas de contaminación del agua, primero bajo el título "Control de la contaminación del agua superficial" y luego bajo el título "Control de la contaminación del agua subterránea".

Control de la contaminación del agua superficial

Definición de contaminación del agua

La contaminación del agua se refiere al estado cualitativo de impureza o suciedad en las aguas hidrológicas de una determinada región, como una cuenca. Resulta de una ocurrencia o proceso que causa una reducción en la utilidad de las aguas de la tierra, especialmente en lo relacionado con la salud humana y los efectos ambientales. El proceso de contaminación enfatiza la pérdida de pureza a través de la contaminación, lo que además implica la intrusión o el contacto con una fuente externa como causa. El término contaminado se aplica a niveles extremadamente bajos de contaminación del agua, como en su corrupción y descomposición inicial. La profanación es el resultado de la contaminación y sugiere violación o profanación.

aguas hidrologicas

Las aguas naturales de la tierra pueden verse como un sistema de circulación continua, como se muestra en la figura 1, que proporciona una ilustración gráfica de las aguas en el ciclo hidrológico, incluidas las aguas superficiales y subterráneas.

Figura 1. El ciclo hidrológico

Como referencia para la calidad del agua, las aguas destiladas (H₂O) representan el más alto estado de pureza. Las aguas en el ciclo hidrológico pueden verse como naturales, pero no son puras. Se contaminan tanto por las actividades naturales como por las humanas. Los efectos de la degradación natural pueden deberse a una miríada de fuentes: desde la fauna, la flora, las erupciones volcánicas, los rayos que provocan incendios, etc., que a largo plazo se consideran niveles de fondo predominantes para fines científicos.

La contaminación provocada por el hombre altera el equilibrio natural al superponer materiales de desecho descargados de diversas fuentes. Los contaminantes pueden introducirse en las aguas del ciclo hidrológico en cualquier momento. Por ejemplo: la precipitación atmosférica (lluvia) puede contaminarse con contaminantes del aire; las aguas superficiales pueden contaminarse en el proceso de escorrentía de las cuencas hidrográficas; las aguas residuales pueden descargarse en arroyos y ríos; y las aguas subterráneas pueden contaminarse por infiltración y contaminación subterránea.

 

 

La Figura 2 muestra una distribución de las aguas hidrológicas. La contaminación se superpone entonces a estas aguas y, por lo tanto, puede verse como una condición ambiental antinatural o desequilibrada. El proceso de contaminación puede ocurrir en aguas de cualquier parte del ciclo hidrológico, y es más evidente en la superficie terrestre en forma de escorrentía de las cuencas hacia los arroyos y ríos. Sin embargo, la contaminación de las aguas subterráneas también tiene un impacto ambiental importante y se analiza después de la sección sobre contaminación de las aguas superficiales.

Figura 2. Distribución de la precipitación

Fuentes hidrográficas de contaminación del agua

Las cuencas hidrográficas son el dominio de origen de la contaminación de las aguas superficiales. Una cuenca hidrográfica se define como un área de la superficie de la tierra sobre la cual las aguas hidrológicas caen, se acumulan, se usan, se desechan y eventualmente se descargan en arroyos, ríos u otros cuerpos de agua. Está compuesto por un sistema de drenaje con escorrentía final o recolección en un arroyo o río. Las cuencas hidrográficas de los ríos grandes generalmente se denominan cuencas de drenaje. La Figura 3 es una representación del ciclo hidrológico en una cuenca regional. Para una región, la disposición de las diversas aguas se puede escribir como una ecuación simple, que es la ecuación básica de hidrología escrita por Viessman, Lewis y Knapp (1989); las unidades típicas son mm/año:

P-R-G-E-T = ±S

dónde:

P = precipitación (es decir, lluvia, nevada, granizo)

R = escorrentía o caudal superficial de la cuenca

G = agua subterránea

E = evaporación

T = transpiración

S = almacenamiento en superficie

Figura 3. Ciclo hidrológico regional

La precipitación es vista como la forma de inicio en el balance hidrológico anterior. El término escorrentía es sinónimo de flujo de corriente. El almacenamiento se refiere a los embalses o sistemas de detención que recogen las aguas; por ejemplo, una presa hecha por el hombre (presa) en un río crea un depósito para el almacenamiento de agua. El agua subterránea se acumula como un sistema de almacenamiento y puede fluir de un lugar a otro; puede ser afluente o efluente en relación con corrientes superficiales. La evaporación es un fenómeno de la superficie del agua y la transpiración está asociada con la transmisión desde la biota.

 

 

 

 

 

 

 

Aunque las cuencas hidrográficas pueden variar mucho en tamaño, ciertos sistemas de drenaje para la designación de contaminación del agua se clasifican como de carácter urbano o no urbano (agrícola, rural, subdesarrollado). La contaminación que ocurre dentro de estos sistemas de drenaje se origina en las siguientes fuentes:

Fuentes puntuales: descargas de residuos en un cuerpo de agua receptor en un lugar específico, en un punto como una tubería de alcantarillado o algún tipo de salida del sistema concentrado.

Fuentes no puntuales (dispersas): contaminación que ingresa a un cuerpo de agua receptor de fuentes dispersas en la cuenca; El drenaje de agua de escorrentía de lluvia no recolectada en un arroyo es típico. Las fuentes difusas también se denominan a veces aguas "difusas"; sin embargo, el término disperso se considera más descriptivo.

Fuentes intermitentes: desde un punto o fuente que descarga bajo ciertas circunstancias, como en condiciones de sobrecarga; los desbordamientos de alcantarillado combinados durante los períodos de escorrentía de fuertes lluvias son típicos.

Contaminantes del agua en arroyos y ríos

Cuando los materiales de desecho nocivos de las fuentes anteriores se descargan en arroyos u otros cuerpos de agua, se convierten en contaminantes que han sido clasificados y descritos en una sección anterior. Los contaminantes o contaminantes que ingresan a un cuerpo de agua se pueden dividir en:

• contaminantes degradables (no conservativos): impurezas que finalmente se descomponen en sustancias inocuas o que pueden eliminarse mediante métodos de tratamiento; es decir, ciertos materiales orgánicos y químicos, aguas residuales domésticas, calor, nutrientes de plantas, la mayoría de las bacterias y virus, ciertos sedimentos
• contaminantes no degradables (conservadores): impurezas que persisten en el medio ambiente acuático y no reducen su concentración a menos que se diluyan o eliminen mediante tratamiento; es decir, ciertas sustancias químicas orgánicas e inorgánicas, sales, suspensiones coloidales
• contaminantes peligrosos transportados por el agua: formas complejas de desechos nocivos que incluyen trazas de metales tóxicos, ciertos compuestos inorgánicos y orgánicos
• contaminantes de radionucleidos: materiales que han sido sometidos a una fuente radiactiva.

 

Reglamento de control de la contaminación del agua

Los reglamentos de control de la contaminación del agua ampliamente aplicables son generalmente promulgados por agencias gubernamentales nacionales, con reglamentos más detallados por estados, provincias, municipios, distritos de agua, distritos de conservación, comisiones de saneamiento y otros. A nivel nacional y estatal (o provincial), las agencias de protección ambiental (EPA) y los ministerios de salud suelen tener esta responsabilidad. En la discusión de las regulaciones a continuación, el formato y ciertas partes siguen el ejemplo de los estándares de calidad del agua actualmente aplicables para el estado de Ohio, EE. UU.

Designaciones de uso de la calidad del agua

El objetivo final en el control de la contaminación del agua sería la descarga cero de contaminantes a los cuerpos de agua; sin embargo, el logro completo de este objetivo no suele ser rentable. El enfoque preferido es establecer limitaciones en las descargas de desechos para la protección razonable de la salud humana y el medio ambiente. Aunque estos estándares pueden variar ampliamente en diferentes jurisdicciones, las designaciones de uso para cuerpos de agua específicos son comúnmente la base, como se aborda brevemente a continuación.

Los suministros de agua incluyen:

• abastecimiento publico de agua: aguas que con tratamiento convencional serán aptas para el consumo humano
• suministro agrícola: aguas aptas para riego y abrevaderos sin tratamiento
• suministro industrial/comercial: aguas aptas para usos industriales y comerciales con o sin tratamiento.

 

Las actividades recreativas incluyen:

• aguas de baño: aguas que durante ciertas estaciones son aptas para nadar según lo aprobado para la calidad del agua junto con las condiciones e instalaciones protectoras
• contacto primario: aguas que durante ciertas estaciones son adecuadas para actividades recreativas de contacto corporal completo, como natación, piragüismo y buceo submarino, con una amenaza mínima para la salud pública como resultado de la calidad del agua
• contacto secundario: aguas que durante ciertas estaciones son adecuadas para la recreación de contacto corporal parcial, como, entre otros, vadear, con una amenaza mínima para la salud pública como resultado de la calidad del agua.

 

Los recursos públicos de agua se clasifican como cuerpos de agua que se encuentran dentro de los sistemas de parques, humedales, áreas de vida silvestre, ríos silvestres, escénicos y recreativos y lagos de propiedad pública, y aguas de excepcional importancia recreativa o ecológica.

Hábitats de la vida acuática

Las designaciones típicas variarán según los climas, pero se relacionan con las condiciones en los cuerpos de agua para soportar y mantener ciertos organismos acuáticos, especialmente varias especies de peces. Por ejemplo, las designaciones de uso en un clima templado según lo subdividido en las reglamentaciones de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) del Estado de Ohio se enumeran a continuación sin descripciones detalladas:

• agua tibia
• agua caliente limitada
• aguas cálidas excepcionales
• agua tibia modificada
• salmónidos de temporada
• agua fría
• agua de recurso limitado.

 

Criterios de control de la contaminación del agua

Las aguas naturales y las aguas residuales se caracterizan en términos de su composición física, química y biológica. Las principales propiedades físicas y los componentes químicos y biológicos de las aguas residuales y sus fuentes son una larga lista, reportada en un libro de texto por Metcalf y Eddy (1991). Los métodos analíticos para estas determinaciones se dan en un manual ampliamente utilizado titulado Métodos Estándar para el Examen de Agua y Aguas Residuales por la Asociación Estadounidense de Salud Pública (1995).

Cada masa de agua designada debe controlarse de acuerdo con reglamentos que pueden comprender criterios numéricos básicos y más detallados, como se analiza brevemente a continuación.

Libertad básica de la contaminación. En la medida de lo práctico y posible, todas las masas de agua deben alcanzar los criterios básicos de las “Cinco libertades frente a la contaminación”:

1. libre de sólidos en suspensión u otras sustancias que ingresan a las aguas como resultado de la actividad humana y que se asentarán para formar depósitos de lodo pútridos o de otro modo objetables, o que afectarán adversamente la vida acuática
2. libre de escombros flotantes, aceite, escoria y otros materiales flotantes que ingresan a las aguas como resultado de la actividad humana en cantidades suficientes para ser desagradables a la vista o causar degradación
3. libre de materiales que entren en las aguas como resultado de la actividad humana, que produzcan color, olor u otras condiciones en tal grado que creen una molestia
4. libre de sustancias que ingresen a las aguas como resultado de la actividad humana, en concentraciones que sean tóxicas o dañinas para la vida humana, animal o acuática y/o que sean rápidamente letales en la zona de mezcla
5. libre de nutrientes que ingresan a las aguas como resultado de la actividad humana, en concentraciones que crean crecimientos molestos de malezas acuáticas y algas.

 

Los criterios de calidad del agua son limitaciones numéricas y directrices para el control de componentes químicos, biológicos y tóxicos en cuerpos de agua.

Con más de 70,000 XNUMX compuestos químicos en uso hoy en día, no es práctico especificar el control de cada uno. Sin embargo, los criterios para los productos químicos pueden establecerse sobre la base de las limitaciones, ya que en primer lugar se relacionan con tres clases principales de consumo y exposición:

Clase 1: Los criterios químicos para la protección de la salud humana son la principal preocupación y deben establecerse de acuerdo con las recomendaciones de las agencias gubernamentales de salud, la OMS y organizaciones reconocidas de investigación en salud.

Clase 2: Los criterios químicos para el control del suministro de agua para la agricultura deben basarse en estudios y recomendaciones científicas reconocidas que protegerán contra los efectos adversos en los cultivos y el ganado como resultado del riego de cultivos y abrevaderos para el ganado.

Clase 3: Los criterios químicos para la protección de la vida acuática deben basarse en estudios científicos reconocidos sobre la sensibilidad de estas especies a productos químicos específicos y también en relación con el consumo humano de pescado y alimentos marinos.

Los criterios de efluentes de aguas residuales se relacionan con las limitaciones de los componentes contaminantes presentes en los efluentes de aguas residuales y son un método adicional de control. Pueden establecerse en relación con las designaciones de uso de agua de cuerpos de agua y en relación con las clases anteriores para criterios químicos.

Los criterios biológicos se basan en las condiciones del hábitat del cuerpo de agua que se necesitan para sustentar la vida acuática.

Contenido orgánico de aguas residuales y aguas naturales

El contenido bruto de materia orgánica es más importante para caracterizar la fuerza contaminante tanto de las aguas residuales como de las aguas naturales. Tres pruebas de laboratorio se utilizan comúnmente para este propósito:

Demanda bioquímica de oxígeno (DBO): la DBO de cinco días (DBO5) es el parámetro más utilizado; esta prueba mide el oxígeno disuelto utilizado por los microorganismos en la oxidación bioquímica de la materia orgánica durante este período.

Demanda química de oxígeno (DQO): esta prueba es para medir la materia orgánica en desechos municipales e industriales que contienen compuestos tóxicos para la vida biológica; es una medida del equivalente de oxígeno de la materia orgánica que se puede oxidar.

Carbono orgánico total (COT): esta prueba es especialmente aplicable a pequeñas concentraciones de materia orgánica en el agua; es una medida de la materia orgánica que se oxida a dióxido de carbono.

Reglamento de la política antidegradación

Las regulaciones de la política contra la degradación son un enfoque adicional para prevenir la propagación de la contaminación del agua más allá de ciertas condiciones prevalecientes. Como ejemplo, la política antidegradación de los Estándares de Calidad del Agua de la Agencia de Protección Ambiental de Ohio consta de tres niveles de protección:

Tier 1: Los usos existentes deben mantenerse y protegerse. No se permite una mayor degradación de la calidad del agua que interfiera con los usos designados existentes.

Tier 2: A continuación, se debe mantener una calidad del agua mejor que la necesaria para proteger los usos, a menos que se demuestre que se necesita una calidad del agua inferior para un desarrollo económico o social importante, según lo determine el Director de la EPA.

Tier 3: Por último, se debe mantener y proteger la calidad de las aguas de los recursos hídricos. La calidad del agua ambiental existente no debe ser degradada por ninguna sustancia que se determine que es tóxica o que interfiere con cualquier uso designado. Se permite la descarga de mayores cargas de contaminantes en los cuerpos de agua si no resultan en una disminución de la calidad del agua existente.

Zonas de mezcla de descarga de contaminación del agua y modelado de asignación de carga de residuos

Las zonas de mezcla son áreas en un cuerpo de agua que permiten que las descargas de aguas residuales tratadas o no tratadas alcancen condiciones estabilizadas, como se ilustra en la figura 4 para una corriente que fluye. La descarga se encuentra inicialmente en un estado transitorio que se diluye progresivamente desde la concentración de la fuente hasta las condiciones del agua receptora. No se debe considerar como una entidad de tratamiento y se puede delimitar con restricciones específicas.

Figura 4. Zonas de mezcla

Por lo general, las zonas de mezcla no deben:

• interferir con la migración, supervivencia, reproducción o crecimiento de especies acuáticas

• incluir áreas de desove o crianza

• incluir tomas de suministro público de agua

• incluir zonas de baño

• constituyen más de la mitad del ancho de un arroyo

• constituyen más de la mitad del área de la sección transversal de la desembocadura de un arroyo

• extenderse río abajo por una distancia de más de cinco veces el ancho del arroyo.

 

Los estudios de distribución de la carga de desechos se han vuelto importantes debido al alto costo del control de nutrientes de las descargas de aguas residuales para evitar la eutrofización en la corriente (definida a continuación). Estos estudios generalmente emplean el uso de modelos informáticos para la simulación de las condiciones de calidad del agua en una corriente, en particular con respecto a los nutrientes como las formas de nitrógeno y fósforo, que afectan la dinámica del oxígeno disuelto. Los modelos tradicionales de calidad del agua de este tipo están representados por el modelo QUAL2E de la EPA de EE. UU., que ha sido descrito por Brown y Barnwell (1987). Un modelo más reciente propuesto por Taylor (1995) es el modelo Omni Diurnal (ODM), que incluye una simulación del impacto de la vegetación enraizada en la dinámica de los nutrientes y el oxígeno disuelto en la corriente.

Provisiones de variación

Todas las reglamentaciones de control de la contaminación del agua están limitadas a la perfección y, por lo tanto, deben incluir disposiciones que permitan una variación de juicio basada en ciertas condiciones que pueden impedir el cumplimiento inmediato o completo.

Evaluación y gestión de riesgos en relación con la contaminación del agua

Las normas de control de la contaminación del agua anteriores son típicas de los enfoques gubernamentales mundiales para lograr el cumplimiento de los estándares de calidad del agua y los límites de descarga de efluentes de aguas residuales. Generalmente estas regulaciones se han establecido sobre la base de factores de salud e investigación científica; cuando existe cierta incertidumbre en cuanto a los posibles efectos, a menudo se aplican factores de seguridad. La implementación de algunas de estas regulaciones puede ser irrazonable y excesivamente costosa para el público en general, así como para la empresa privada. Por lo tanto, existe una preocupación creciente por una asignación más eficiente de los recursos para lograr los objetivos de mejora de la calidad del agua. Como se señaló anteriormente en la discusión de las aguas hidrológicas, la pureza prístina no existe ni siquiera en las aguas naturales.

Un enfoque tecnológico creciente fomenta la evaluación y la gestión de los riesgos ecológicos en el establecimiento de normas sobre contaminación del agua. El concepto se basa en un análisis de los beneficios y costos ecológicos en el cumplimiento de estándares o límites. Parkhurst (1995) ha propuesto la aplicación de la evaluación del riesgo ecológico acuático como una ayuda para establecer los límites de control de la contaminación del agua, particularmente en lo que se refiere a la protección de la vida acuática. Dichos métodos de evaluación de riesgos pueden aplicarse para estimar los efectos ecológicos de las concentraciones químicas para una amplia gama de condiciones de contaminación de aguas superficiales, que incluyen:

• contaminación de fuente puntual

• contaminación de fuentes no puntuales

• sedimentos contaminados existentes en los canales de los arroyos

• sitios de desechos peligrosos en relación con los cuerpos de agua

• análisis de los criterios existentes de control de la contaminación del agua.

 

El método propuesto consta de tres niveles; como se muestra en la figura 5 que ilustra el enfoque.

Figura 5. Métodos para realizar la evaluación de riesgos para niveles sucesivos de análisis. Nivel 1: nivel de detección; Nivel 2: Cuantificación de riesgos potencialmente significativos; Nivel 3: Cuantificación del riesgo específico del sitio

Contaminación del agua en lagos y embalses

Los lagos y embalses proporcionan el almacenamiento volumétrico de la entrada de la cuenca y pueden tener largos períodos de tiempo de lavado en comparación con la entrada y salida rápidas de un tramo en una corriente que fluye. Por lo tanto, son de especial preocupación con respecto a la retención de ciertos constituyentes, especialmente nutrientes, incluidas formas de nitrógeno y fósforo que promueven la eutrofización. La eutrofización es un proceso de envejecimiento natural en el que el contenido de agua se enriquece orgánicamente, lo que conduce a la dominación del crecimiento acuático indeseable, como algas, jacintos de agua, etc. El proceso eutrófico tiende a disminuir la vida acuática y tiene efectos perjudiciales sobre el oxígeno disuelto. Tanto las fuentes naturales como las culturales de nutrientes pueden promover el proceso, como lo ilustra Preul (1974) en la figura 6, que muestra una lista esquemática de fuentes y sumideros de nutrientes para el lago Sunapee, en el estado estadounidense de New Hampshire.

Figura 6. Lista esquemática de fuentes y sumideros de nutrientes (nitrógeno y fósforo) para el lago Sunapee, New Hampshire (EE. UU.)

Los lagos y embalses, por supuesto, pueden muestrearse y analizarse para determinar su estado trófico. Los estudios analíticos suelen comenzar con un balance básico de nutrientes como el siguiente:

(nutrientes afluentes del lago) = (nutrientes efluentes del lago) + (retención de nutrientes en el lago)

Este balance básico se puede ampliar aún más para incluir las diversas fuentes que se muestran en la figura 6.

El tiempo de lavado es una indicación de los aspectos relativos de retención de un sistema lacustre. Los lagos poco profundos, como el lago Erie, tienen tiempos de descarga relativamente cortos y están asociados con una eutrofización avanzada porque los lagos poco profundos a menudo son más propicios para el crecimiento de plantas acuáticas. Los lagos profundos, como el lago Tahoe y el lago Superior, tienen periodos de descarga muy largos, que generalmente se asocian con lagos con una eutrofización mínima porque hasta el momento no se han sobrecargado y también porque sus profundidades extremas no son propicias para el crecimiento extenso de plantas acuáticas. excepto en el epilimnion (zona superior). Los lagos en esta categoría generalmente se clasifican como oligotróficos, sobre la base de que son relativamente bajos en nutrientes y soportan un crecimiento acuático mínimo, como las algas.

Es interesante comparar los tiempos de descarga de algunos de los principales lagos de EE. UU. según lo informado por Pecor (1973) utilizando la siguiente base de cálculo:

tiempo de lavado del lago (LFT) = (volumen de almacenamiento del lago)/(salida del lago)

Algunos ejemplos son: Lago Wabesa (Michigan), LFT=0.30 años; Lago Houghton (Michigan), 1.4 años; lago Erie, 2.6 años; Lago Superior, 191 años; Lago Tahoe, 700 años.

Aunque la relación entre el proceso de eutrofización y el contenido de nutrientes es compleja, el fósforo suele reconocerse como el nutriente limitante. Basado en condiciones de mezcla completa, Sawyer (1947) informó que la proliferación de algas tiende a ocurrir si los valores de nitrógeno superan los 0.3 mg/l y el fósforo supera los 0.01 mg/l. En lagos y embalses estratificados, los bajos niveles de oxígeno disuelto en el hipoliminio son signos tempranos de eutrofización. Vollenweider (1968, 1969) ha desarrollado niveles críticos de carga de fósforo total y nitrógeno total para varios lagos basados ​​en cargas de nutrientes, profundidades medias y estados tróficos. Para una comparación del trabajo sobre este tema, Dillon (1974) ha publicado una revisión crítica del modelo de presupuesto de nutrientes de Vollenweider y otros modelos relacionados. También están disponibles modelos informáticos más recientes para simular ciclos de nitrógeno/fósforo con variaciones de temperatura.

Contaminación del agua en estuarios

Un estuario es un paso intermedio de agua entre la desembocadura de un río y la costa de un mar. Este pasaje se compone de un tramo de canal de desembocadura de río con entrada de río (agua dulce) desde aguas arriba y descarga de salida en el lado de aguas abajo en un nivel de agua de mar (agua salada) de agua de descarga que cambia constantemente. Los estuarios se ven afectados continuamente por las fluctuaciones de las mareas y se encuentran entre los cuerpos de agua más complejos que se encuentran en el control de la contaminación del agua. Las características dominantes de un estuario son la salinidad variable, una cuña de sal o interfaz entre agua dulce y salada y, a menudo, grandes áreas de agua turbia y poco profunda que recubren marismas y marismas. Los nutrientes se suministran en gran medida a un estuario desde el río entrante y se combinan con el hábitat de agua de mar para proporcionar una producción prolífica de biota y vida marina. Especialmente deseados son los mariscos cosechados en los estuarios.

Desde el punto de vista de la contaminación del agua, los estuarios son individualmente complejos y generalmente requieren investigaciones especiales que empleen extensos estudios de campo y modelos informáticos. Para una mayor comprensión básica, se remite al lector a Reish 1979, sobre contaminación marina y estuarina; ya Reid y Wood 1976, sobre la ecología de las aguas continentales y los estuarios.

Contaminación del agua en ambientes marinos

Los océanos pueden verse como el último receptor de agua o sumidero, ya que los desechos transportados por los ríos finalmente se descargan en este medio marino. Aunque los océanos son vastos cuerpos de agua salada con una capacidad de asimilación aparentemente ilimitada, la contaminación tiende a arruinar las costas y afecta aún más la vida marina.

Las fuentes de contaminantes marinos incluyen muchos de los que se encuentran en entornos de aguas residuales terrestres y más en relación con las operaciones marinas. A continuación se proporciona una lista limitada:

• aguas residuales y lodos domésticos, desechos industriales, desechos sólidos, desechos de a bordo

• desechos de la pesca, sedimentos y nutrientes de los ríos y la escorrentía terrestre

• derrames de petróleo, desechos de exploración y producción de petróleo en alta mar, operaciones de dragado

• calor, desechos radiactivos, desechos químicos, pesticidas y herbicidas.

 

Cada uno de los anteriores requiere un manejo y métodos de control especiales. La descarga de aguas residuales domésticas y lodos de aguas residuales a través de los emisarios oceánicos es quizás la principal fuente de contaminación marina.

Para conocer la tecnología actual sobre este tema, se remite al lector al libro sobre contaminación marina y su control de Bishop (1983).

Técnicas para la reducción de la contaminación en los vertidos de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales a gran escala generalmente lo llevan a cabo municipios, distritos sanitarios, industrias, empresas comerciales y varias comisiones de control de la contaminación. El propósito aquí es describir métodos contemporáneos de tratamiento de aguas residuales municipales y luego brindar algunas ideas sobre el tratamiento de desechos industriales y métodos más avanzados.

En general, todos los procesos de tratamiento de aguas residuales pueden agruparse en tipos físicos, químicos o biológicos, y uno o más de estos pueden emplearse para lograr el efluente deseado. Esta agrupación de clasificación es la más adecuada para comprender los enfoques de tratamiento de aguas residuales y se tabula en la tabla 1.

Tabla 1. Clasificación general de operaciones y procesos de tratamiento de aguas residuales

 

Métodos contemporáneos de tratamiento de aguas residuales.

La cobertura aquí es limitada y pretende brindar una descripción general conceptual de las prácticas actuales de tratamiento de aguas residuales en todo el mundo en lugar de datos de diseño detallados. Para este último, se remite al lector a Metcalf y Eddy 1991.

Las aguas residuales municipales junto con una mezcla de desechos industriales/comerciales se tratan en sistemas que comúnmente emplean tratamiento primario, secundario y terciario de la siguiente manera:

Sistema de tratamiento primario: Pretratamiento ® Decantación primaria ® Desinfección (cloración) ® Efluente

Sistema de tratamiento secundario: Pretratamiento ® Decantación primaria ® Unidad biológica ® Segunda decantación ® Desinfección (cloración) ® Efluente a corriente

Sistema de tratamiento terciario: Pretratamiento ® Decantación primaria ® Unidad biológica ® Segunda decantación ® Unidad terciaria ® Desinfección (cloración) ® Efluente a corriente

La figura 7 muestra además un diagrama esquemático de un sistema convencional de tratamiento de aguas residuales. A continuación se describen descripciones generales de los procesos anteriores.

Figura 7. Diagrama esquemático del tratamiento convencional de aguas residuales

Tratamiento primario

El objetivo básico del tratamiento primario de las aguas residuales municipales, incluidas las aguas residuales domésticas mezcladas con algunos desechos industriales/comerciales, es eliminar los sólidos en suspensión y clarificar las aguas residuales para que sean aptas para el tratamiento biológico. Después de un manejo previo al tratamiento, como cribado, eliminación de arena y trituración, el principal proceso de sedimentación primaria es la sedimentación de las aguas residuales sin tratar en grandes tanques de sedimentación durante períodos de hasta varias horas. Este proceso elimina del 50 al 75% del total de sólidos en suspensión, que se extraen como un lodo de flujo inferior recogido para su tratamiento por separado. El efluente de desbordamiento del proceso luego se dirige a un tratamiento secundario. En ciertos casos, se pueden emplear productos químicos para mejorar el grado de tratamiento primario.

Tratamiento secundario

La porción del contenido orgánico de las aguas residuales que se suspende finamente o se disuelve y no se elimina en el proceso primario, se trata mediante un tratamiento secundario. Las formas generalmente aceptadas de tratamiento secundario de uso común incluyen filtros percoladores, contactores biológicos como discos giratorios, lodos activados, estanques de estabilización de desechos, sistemas de estanques aireados y métodos de aplicación al suelo, incluidos los sistemas de humedales. Se reconocerá que todos estos sistemas emplean procesos biológicos de una forma u otra. Los más comunes de estos procesos se discuten brevemente a continuación.

Sistemas de contactores biológicos. Los filtros de goteo son una de las primeras formas de este método para el tratamiento secundario y todavía se usan ampliamente con algunos métodos mejorados de aplicación. En este tratamiento, el efluente de los tanques primarios se aplica uniformemente sobre un lecho de medios, como rocas o medios plásticos sintéticos. La distribución uniforme generalmente se logra al hacer gotear el líquido desde una tubería perforada que gira sobre el lecho de manera intermitente o continua de acuerdo con el proceso deseado. Según la tasa de cargas orgánicas e hidráulicas, los filtros percoladores pueden eliminar hasta el 95 % del contenido orgánico, generalmente analizado como demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Hay muchos otros sistemas de contactores biológicos más recientes en uso que pueden proporcionar eliminaciones de tratamiento en el mismo rango; algunos de estos métodos ofrecen ventajas especiales, particularmente aplicables en ciertas condiciones limitantes como el espacio, el clima, etc. Cabe señalar que un tanque de sedimentación secundario siguiente se considera una parte necesaria para completar el proceso. En la sedimentación secundaria, algunos de los llamados lodos de humus se extraen como flujo inferior y el exceso se descarga como efluente secundario.

Lodo activado. En la forma más común de este proceso biológico, el efluente tratado primario fluye hacia un tanque de unidad de lodo activado que contiene una suspensión biológica previamente existente llamada lodo activado. Esta mezcla se conoce como sólidos suspendidos en licor mixto (MLSS) y se le proporciona un período de contacto que generalmente varía de varias horas a 24 horas o más, según los resultados deseados. Durante este período, la mezcla está muy aireada y agitada para promover la actividad biológica aeróbica. A medida que finaliza el proceso, una parte de la mezcla (MLSS) se extrae y se devuelve al afluente para continuar con el proceso de activación biológica. Se proporciona una sedimentación secundaria después de la unidad de lodos activados con el fin de sedimentar la suspensión de lodos activados y descargar un desbordamiento clarificado como efluente. El proceso es capaz de eliminar hasta aproximadamente el 95 % de la DBO afluente.

Tratamiento terciario

Puede proporcionarse un tercer nivel de tratamiento cuando se requiera un mayor grado de eliminación de contaminantes. Esta forma de tratamiento normalmente puede incluir filtración de arena, estanques de estabilización, métodos de disposición en el suelo, humedales y otros sistemas que estabilizan aún más el efluente secundario.

Desinfección de efluentes

La desinfección es comúnmente necesaria para reducir las bacterias y los patógenos a niveles aceptables. La cloración, el dióxido de cloro, el ozono y la luz ultravioleta son los procesos más utilizados.

Eficiencia general de la planta de tratamiento de aguas residuales

Las aguas residuales incluyen una amplia gama de constituyentes que generalmente se clasifican como sólidos suspendidos y disueltos, constituyentes inorgánicos y constituyentes orgánicos.

La eficiencia de un sistema de tratamiento se puede medir en términos del porcentaje de eliminación de estos constituyentes. Los parámetros comunes de medición son:

• BOD: demanda bioquímica de oxígeno, medida en mg/l

• DQO: demanda química de oxígeno, medida en mg/l

• TSS: sólidos totales en suspensión, medidos en mg/l

• TDS: sólidos disueltos totales, medidos en mg/l

• formas de nitrógeno: incluidos nitrato y amoníaco, medidos en mg/l (el nitrato es de particular preocupación como nutriente en la eutrofización)

• fosfato: medido en mg/l (también de especial preocupación como nutriente en la eutrofización)

• pH: grado de acidez, medido como un número de 1 (más ácido) a 14 (más alcalino)

• cuenta de bacterias coliformes: medido como número más probable por 100 ml (Escherichia y las bacterias coliformes fecales son los indicadores más comunes).

 

Tratamiento de aguas residuales industriales.

Tipos de residuos industriales

Los desechos industriales (no domésticos) son numerosos y varían mucho en composición; pueden ser muy ácidos o alcalinos y, a menudo, requieren un análisis de laboratorio detallado. Puede ser necesario un tratamiento especializado para volverlos inocuos antes del alta. La toxicidad es motivo de gran preocupación en la eliminación de aguas residuales industriales.

Los desechos industriales representativos incluyen: pulpa y papel, matadero, cervecería, curtiduría, procesamiento de alimentos, fábrica de conservas, productos químicos, petróleo, textiles, azúcar, lavandería, carne y aves, alimentación de cerdos, procesamiento y muchos otros. El paso inicial en el desarrollo del diseño del tratamiento es un estudio de desechos industriales, que proporciona datos sobre las variaciones en el flujo y las características de los desechos. Las características indeseables de los desechos enumeradas por Eckenfelder (1989) se pueden resumir de la siguiente manera:

• compuestos orgánicos solubles que causan el agotamiento del oxígeno disuelto

• Sólidos suspendidos

• trazas orgánicas

• metales pesados, cianuro y orgánicos tóxicos

• color y turbiedad

• nitrógeno y fósforo

• sustancias refractarias resistentes a la biodegradación

• aceite y material flotante

• materiales volátiles.

 

La EPA de EE. UU. ha definido además una lista de sustancias químicas orgánicas e inorgánicas tóxicas con limitaciones específicas en la concesión de permisos de descarga. La lista incluye más de 100 compuestos y es demasiado larga para reimprimirla aquí, pero se puede solicitar a la EPA.

Métodos de tratamiento

El manejo de desechos industriales es más especializado que el tratamiento de desechos domésticos; sin embargo, cuando son susceptibles de reducción biológica, generalmente se tratan utilizando métodos similares a los descritos anteriormente (enfoques de tratamiento biológico secundario/terciario) para sistemas municipales.

Los estanques de estabilización de desechos son un método común de tratamiento orgánico de aguas residuales cuando se dispone de suficiente área de terreno. Los estanques de flujo continuo generalmente se clasifican según su actividad bacteriana como aeróbicos, facultativos o anaeróbicos. Los estanques aireados reciben oxígeno mediante sistemas de aireación difusa o mecánica.

La figura 8 y la figura 9 muestran esquemas de estanques de estabilización de desechos.

Figura 8. Estanque de estabilización de dos celdas: diagrama de sección transversal

Figura 9. Tipos de lagunas aireadas: diagrama esquemático

Prevención de la contaminación y minimización de residuos

Cuando las operaciones y los procesos de los desechos industriales en planta se analizan en su origen, a menudo se pueden controlar para evitar descargas contaminantes significativas.

Las técnicas de recirculación son enfoques importantes en los programas de prevención de la contaminación. Un ejemplo de estudio de caso es un plan de reciclaje para un efluente de aguas residuales de una curtiduría de cuero publicado por Preul (1981), que incluía la recuperación/reutilización del cromo junto con la recirculación completa de todas las aguas residuales de la curtiduría sin efluentes a ninguna corriente excepto en emergencias. El diagrama de flujo para este sistema se muestra en la figura 10.

Figura 10. Diagrama de flujo para el sistema de reciclaje de efluentes de aguas residuales de tenería

Para innovaciones más recientes en esta tecnología, se remite al lector a una publicación sobre prevención de la contaminación y minimización de desechos de la Water Environment Federation (1995).

Métodos avanzados de tratamiento de aguas residuales.

Se encuentran disponibles varios métodos avanzados para grados más altos de eliminación de los componentes de la contaminación, según sea necesario. Una lista general incluye:

filtración (arena y multimedia)

precipitación química

adsorción de carbono

electrodiálisis

destilación

nitrificación

cosecha de algas

recuperación de efluentes

micro-esfuerzo

decapado de amoníaco

ósmosis inversa

intercambio iónico

aplicación de la tierra

desnitrificación

humedales.

El proceso más apropiado para cualquier situación debe determinarse sobre la base de la calidad y cantidad de las aguas residuales sin tratar, los requisitos de agua receptora y, por supuesto, los costos. Para mayor referencia, ver Metcalf y Eddy 1991, que incluye un capítulo sobre tratamiento avanzado de aguas residuales.

Estudio de caso de tratamiento avanzado de aguas residuales

El estudio de caso del Proyecto de Recuperación de Aguas Residuales de la Región Dan discutido en otra parte de este capítulo proporciona un excelente ejemplo de métodos innovadores para el tratamiento y la recuperación de aguas residuales.

Contaminación térmica

La contaminación térmica es una forma de desperdicio industrial, definida como aumentos o reducciones perjudiciales en las temperaturas normales del agua de las aguas receptoras causadas por la eliminación del calor de las instalaciones hechas por el hombre. Las industrias que producen mayor cantidad de calor residual son las plantas generadoras de energía nuclear y de combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón), las acerías, las refinerías de petróleo, las plantas químicas, las fábricas de pulpa y papel, las destilerías y las lavanderías. De particular preocupación es la industria de generación de energía eléctrica que suministra energía a muchos países (p. ej., alrededor del 80% en los EE. UU.).

Impacto del calor residual en las aguas receptoras

Influencia en la capacidad de asimilación de residuos

• El calor aumenta la oxidación biológica.

• El calor disminuye el contenido de saturación de oxígeno del agua y disminuye la tasa de reoxigenación natural.

• El efecto neto del calor es generalmente perjudicial durante los meses cálidos del año.

• El efecto del invierno puede ser beneficioso en climas más fríos, donde se rompen las condiciones de hielo y se proporciona aireación superficial para los peces y la vida acuática.

 

Influencia en la vida acuática

Muchas especies tienen límites de tolerancia a la temperatura y necesitan protección, particularmente en los tramos de un arroyo o cuerpo de agua afectados por el calor. Por ejemplo, los arroyos de agua fría generalmente tienen el tipo más alto de peces deportivos como la trucha y el salmón, mientras que las aguas cálidas generalmente albergan poblaciones de peces gruesos, con ciertas especies como el lucio y el róbalo en aguas de temperatura intermedia.

Figura 11. Intercambio de calor en los límites de una sección transversal de agua receptora

Análisis térmico en aguas receptoras

La figura 11 ilustra las diversas formas de intercambio de calor natural en los límites de un agua receptora. Cuando se descarga calor a un agua receptora, como un río, es importante analizar la capacidad del río para las adiciones térmicas. El perfil de temperatura de un río se puede calcular resolviendo un balance de calor similar al que se usa para calcular las curvas de hundimiento del oxígeno disuelto. Los factores principales del balance de calor se ilustran en la figura 12 para un tramo de río entre los puntos A y B. Cada factor requiere un cálculo individual que depende de ciertas variables de calor. Al igual que con un balance de oxígeno disuelto, el balance de temperatura es simplemente una suma de los activos y pasivos de temperatura para una sección determinada. Otros enfoques analíticos más sofisticados están disponibles en la literatura sobre este tema. Los resultados de los cálculos del balance de calor se pueden utilizar para establecer las limitaciones de descarga de calor y, posiblemente, ciertas restricciones de uso para una masa de agua.

Figura 12. Capacidad del río para adiciones térmicas

Control de la contaminación térmica

Los principales enfoques para el control de la contaminación térmica son:

• eficiencias operativas mejoradas de la planta de energía

• Torres de enfriamiento

• estanques de enfriamiento aislados

• consideración de métodos alternativos de generación de energía, como la energía hidroeléctrica.

 

Cuando las condiciones físicas sean favorables dentro de ciertos límites ambientales, la energía hidroeléctrica debe considerarse como una alternativa a la generación de energía nuclear o con combustibles fósiles. En la generación de energía hidroeléctrica, no hay eliminación de calor y no hay descarga de aguas residuales que causen contaminación del agua.

Control de la contaminación de las aguas subterráneas

Importancia de las aguas subterráneas

Dado que los suministros de agua del mundo se extraen en gran medida de los acuíferos, es muy importante proteger estas fuentes de suministro. Se estima que más del 95% del suministro de agua dulce disponible en la Tierra se encuentra bajo tierra; en los Estados Unidos aproximadamente el 50% del agua potable proviene de pozos, según el Servicio Geológico de los Estados Unidos de 1984. Debido a que la contaminación y el movimiento del agua subterránea son de naturaleza sutil e invisible, a veces se presta menos atención al análisis y control de esta forma de degradación del agua que a la contaminación del agua superficial, que es mucho más obvia.

Figura 13. Ciclo hidrológico y fuentes de contaminación de aguas subterráneas

Fuentes de contaminación subterránea

La Figura 13 muestra el ciclo hidrológico con fuentes superpuestas de contaminación de aguas subterráneas. Una lista completa de las fuentes potenciales de contaminación subterránea es extensa; sin embargo, a modo de ilustración, las fuentes más obvias incluyen:

• vertidos de residuos industriales

• arroyos contaminados en contacto con acuíferos

• operaciones mineras

• eliminación de residuos sólidos y peligrosos

• tanques de almacenamiento subterráneos como los de petróleo

• sistemas de riego

• recarga artificial

• invasión de agua de mar

• derrames

• estanques contaminados con fondos permeables

• pozos de eliminación

• campos de baldosas de tanques sépticos y pozos de lixiviación

• perforación de pozos inadecuada

• operaciones agrícolas

• sales de deshielo para carreteras.

 

Los contaminantes específicos en la contaminación subterránea se clasifican además como:

• constituyentes químicos indeseables (típicos, lista no completa) - orgánicos e inorgánicos (p. ej., cloruro, sulfato, hierro, manganeso, sodio, potasio)

• dureza total y sólidos disueltos totales

• constituyentes tóxicos (lista típica, no completa) - nitrato, arsénico, cromo, plomo, cianuro, cobre, fenoles, mercurio disuelto

• características físicas indeseables - sabor, color y olor

• pesticidas y herbicidas - hidrocarburos clorados y otros

• materiales radiactivos - diversas formas de radiactividad

• biológicos: bacterias, virus, parásitos, etc.

• ácido (pH bajo) o cáustico (pH alto).

 

De los anteriores, los nitratos son de especial preocupación tanto en las aguas subterráneas como en las aguas superficiales. En los suministros de agua subterránea, los nitratos pueden causar la enfermedad metahemoglobinemia (cianosis infantil). Además, causan efectos perjudiciales de eutrofización en las aguas superficiales y ocurren en una amplia gama de recursos hídricos, según lo informado por Preul (1991). Preul (1964, 1967, 1972) y Preul y Schroepfer (1968) también informaron sobre el movimiento subterráneo de nitrógeno y otros contaminantes.

Viajes de contaminación en dominio subterráneo

El movimiento del agua subterránea es extremadamente lento y sutil en comparación con el viaje de las aguas superficiales en el ciclo hidrológico. Para una comprensión simple del recorrido del agua subterránea ordinaria en condiciones ideales de flujo constante, la Ley de Darcy es el enfoque básico para la evaluación del movimiento del agua subterránea con números de Reynolds bajos. (R):

V = K(dh/dl)

dónde:

V = velocidad del agua subterránea en el acuífero, m/día

K = coeficiente de permeabilidad del acuífero

(dh/dl) = gradiente hidráulico que representa la fuerza motriz del movimiento.

En los viajes de contaminantes subterráneos, las aguas subterráneas ordinarias (H₂O) es generalmente el fluido portador y se puede calcular para moverse a una velocidad de acuerdo con los parámetros de la Ley de Darcy. Sin embargo, la tasa de viaje o la velocidad de un contaminante, como un químico orgánico o inorgánico, puede ser diferente debido a los procesos de dispersión hidrodinámica y advección. Ciertos iones se mueven más lento o más rápido que la velocidad general del flujo de agua subterránea como resultado de las reacciones dentro de los medios acuíferos, por lo que pueden clasificarse como "reactivos" o "no reactivos". Las reacciones son generalmente de las siguientes formas:

• reacciones físicas entre el contaminante y el acuífero y/o el líquido de transporte

• reacciones químicas entre el contaminante y el acuífero y/o el líquido de transporte

• acciones biológicas sobre el contaminante.

 

Los siguientes son típicos de los contaminantes subterráneos reactivos y no reactivos:

• contaminantes reactivos: cromo, iones de amonio, calcio, sodio, hierro, etc.; cationes en general; constituyentes biológicos; constituyentes radiactivos

• contaminantes no reactivos: cloruro, nitrato, sulfato, etc.; ciertos aniones; ciertos productos químicos pesticidas y herbicidas.

 

Al principio, podría parecer que los contaminantes que reaccionan son los peores, pero esto puede no ser siempre el caso porque las reacciones detienen o retardan las concentraciones de viaje de los contaminantes, mientras que el viaje de los contaminantes que no reaccionan puede estar en gran medida desinhibido. Ciertos productos domésticos y agrícolas "suaves" ahora están disponibles que se degradan biológicamente después de un período de tiempo y, por lo tanto, evitan la posibilidad de contaminación de las aguas subterráneas.

Remediación de acuíferos

La prevención de la contaminación subterránea es obviamente el mejor enfoque; sin embargo, la existencia descontrolada de condiciones de contaminación del agua subterránea por lo general se da a conocer después de su ocurrencia, por ejemplo, por quejas de los usuarios de pozos de agua en el área. Desafortunadamente, en el momento en que se reconoce el problema, es posible que se hayan producido daños graves y sea necesario remediarlo. La remediación puede requerir extensas investigaciones de campo hidrogeológicas con análisis de laboratorio de muestras de agua para establecer el alcance de las concentraciones de contaminantes y las columnas de desplazamiento. A menudo, los pozos existentes se pueden usar en el muestreo inicial, pero los casos severos pueden requerir perforaciones extensas y muestreos de agua. Estos datos se pueden analizar para establecer las condiciones actuales y hacer predicciones de condiciones futuras. El análisis del viaje de la contaminación de las aguas subterráneas es un campo especializado que a menudo requiere el uso de modelos informáticos para comprender mejor la dinámica de las aguas subterráneas y hacer predicciones bajo diversas limitaciones. En la bibliografía se dispone de varios modelos informáticos bidimensionales y tridimensionales para este fin. Para enfoques analíticos más detallados, se remite al lector al libro de Freeze y Cherry (1987).

Prevención de la contaminación

El enfoque preferido para la protección de los recursos de aguas subterráneas es la prevención de la contaminación. Aunque los estándares de agua potable generalmente se aplican al uso de suministros de agua subterránea, los suministros de agua cruda requieren protección contra la contaminación. Las entidades gubernamentales como los ministerios de salud, las agencias de recursos naturales y las agencias de protección ambiental son generalmente responsables de tales actividades. Los esfuerzos de control de la contaminación de las aguas subterráneas se dirigen en gran medida a la protección de los acuíferos y la prevención de la contaminación.

La prevención de la contaminación requiere controles de uso de la tierra en forma de zonificación y ciertas regulaciones. Las leyes pueden aplicarse a la prevención de funciones específicas como particularmente aplicables a fuentes puntuales o acciones que potencialmente pueden causar contaminación. El control mediante la zonificación del uso de la tierra es una herramienta de protección de las aguas subterráneas que es más eficaz a nivel de gobierno municipal o de condado. Los programas de protección de acuíferos y bocas de pozo, como se analiza a continuación, son ejemplos destacados de prevención de la contaminación.

Un programa de protección de acuíferos requiere establecer los límites del acuífero y sus áreas de recarga. Los acuíferos pueden ser de tipo confinado o no confinado y, por lo tanto, deben ser analizados por un hidrólogo para tomar esta determinación. La mayoría de los principales acuíferos son generalmente bien conocidos en los países desarrollados, pero otras áreas pueden requerir investigaciones de campo y análisis hidrogeológicos. El elemento clave del programa en la protección del acuífero de la degradación de la calidad del agua es el control del uso de la tierra sobre el acuífero y sus áreas de recarga.

La protección de cabeza de pozo es un enfoque más definitivo y limitado que se aplica al área de recarga que contribuye a un pozo en particular. El gobierno federal de los EE. UU. mediante las enmiendas aprobadas en 1986 a la Ley de Agua Potable Segura (SDWA) (1984) ahora exige que se establezcan áreas de protección específicas para los pozos de suministro público. El área de protección del cabezal del pozo (WHPA) se define en la SDWA como “el área superficial y subterránea que rodea un pozo de agua o un campo de pozos, que abastece a un sistema público de suministro de agua, a través de la cual es razonablemente probable que los contaminantes se muevan hacia y alcancen dicho pozo o pozo de agua”. campo." El principal objetivo del programa WHPA, tal como lo describe la EPA de EE. UU. (1987), es la delimitación de áreas de protección de pozos con base en criterios seleccionados, operaciones de pozos y consideraciones hidrogeológicas.

 

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Concepción y diseño

El Proyecto de Recuperación de Aguas Residuales Municipales de la Región Dan es el proyecto más grande de su tipo en el mundo. Consiste en instalaciones para el tratamiento y recarga de aguas subterráneas de aguas residuales municipales del Área Metropolitana de la Región de Dan, un conglomerado de ocho ciudades alrededor de Tel Aviv, Israel, con una población combinada de alrededor de 1.5 millones de habitantes. El proyecto fue creado con el propósito de recolección, tratamiento y disposición de aguas residuales municipales. El efluente recuperado, después de un período de detención relativamente largo en el acuífero subterráneo, se bombea para uso agrícola sin restricciones, irrigando el árido Negev (la parte sur de Israel). En la figura 1 se muestra un esquema general del proyecto. El proyecto se estableció en la década de 1960 y ha estado creciendo continuamente. En la actualidad, el sistema recoge y trata alrededor de 110 x 10⁶ m³ por año. Dentro de unos años, en su etapa final, el sistema manejará de 150 a 170 x 10⁶ m³ por año.

Figura 1. Planta de recuperación de aguas residuales de la región de Dan: disposición

Se sabe que las plantas de tratamiento de aguas residuales crean una multitud de problemas ambientales y de salud ocupacional. El proyecto de la Región Dan es un sistema único de importancia nacional que combina el beneficio nacional junto con un ahorro considerable de recursos hídricos, alta eficiencia de tratamiento y producción de agua barata, sin crear riesgos laborales excesivos.

A lo largo del diseño, la instalación y la operación de rutina del sistema, se ha prestado especial atención a las cuestiones de saneamiento del agua e higiene ocupacional. Se han tomado todas las precauciones necesarias para garantizar que las aguas residuales recuperadas sean prácticamente tan seguras como el agua potable normal, en caso de que las personas las beban o las traguen accidentalmente. Asimismo, se ha prestado la debida atención al tema de reducir al mínimo cualquier posible exposición a accidentes u otros peligros biológicos, químicos o físicos que puedan afectar a los trabajadores de la planta de tratamiento de aguas residuales propiamente dicha o a otros trabajadores que participen en la disposición y uso agrícola. del agua regenerada.

En la Etapa Uno del proyecto, las aguas residuales fueron tratadas biológicamente por un sistema de estanques de oxidación facultativa con recirculación y tratamiento químico adicional por un proceso de cal-magnesio, seguido por la detención del efluente de alto pH en “estanques de pulido”. El efluente parcialmente tratado se recargó al acuífero subterráneo regional por medio de las cuencas de expansión de Soreq.

En la Segunda Etapa, las aguas residuales conducidas a la planta de tratamiento se someten a un tratamiento mecánico-biológico mediante un proceso de lodos activados con nitrificación-desnitrificación. El efluente secundario se recarga a las aguas subterráneas por medio de las cuencas de expansión Yavneh 1 y Yavneh 2.

El sistema completo consta de una serie de elementos diferentes que se complementan entre sí:

• un sistema de planta de tratamiento de aguas residuales, compuesto por una planta de lodos activados (la planta biomecánica), que trata la mayor parte de los desechos, y por un sistema de lagunas de oxidación y depuración utilizadas principalmente para el tratamiento de los excesos de aguas residuales

• un sistema de recarga de aguas subterráneas para el efluente tratado, que consiste en balsas de esparcimiento, en dos sitios diferentes (Yavneh y Soreq), que se inundan intermitentemente; el efluente absorbido pasa por la zona no saturada del suelo y por una porción del acuífero, y crea una zona especial que se dedica al tratamiento complementario de efluentes y almacenamiento estacional, que se denomina SAT (suelo-tratamiento-acuífero)

• redes de pozos de observación (53 pozos en total) que rodean las balsas de recarga y permiten monitorear la eficiencia del proceso de tratamiento

• redes de pozos de recuperación (un total de 74 pozos activos en 1993) que rodean los sitios de recarga

• una tubería especial y separada de conducción de agua recuperada para el riego sin restricciones de áreas agrícolas en el Negev; esta tubería principal se llama "La Tercera Línea del Negev" y complementa el sistema de suministro de agua al Negev, que incluye otras dos principales líneas principales de suministro de agua dulce.

• una instalación para la cloración del efluente, que consta, en la actualidad, de tres sitios de cloración (dos más se agregarán en el futuro)

• seis reservorios operativos a lo largo del sistema de conducción, que regulan las cantidades de agua bombeada y consumida a lo largo del sistema

• un sistema de distribución de efluentes, compuesto por 13 zonas de presión principales, a lo largo de la tubería principal de efluentes, que suministran el agua tratada a los consumidores

• un sistema de seguimiento integral que supervisa y controla la operación completa del proyecto.

 

Descripción del Sistema de Recuperación

El esquema general del sistema de recuperación se presenta en la figura 1 y el diagrama de flujo en la figura 2. El sistema consta de los siguientes segmentos: planta de tratamiento de aguas residuales, campos de recarga de agua, pozos de recuperación, sistema de conducción y distribución, instalación de cloración y un monitoreo integral. sistema.

Figura 2. Diagrama de flujo del Proyecto Región Dan

La planta de tratamiento de aguas residuales

La planta de tratamiento de aguas residuales del Área Metropolitana de la Región Dan recibe los desechos domésticos de las ocho ciudades de la región, y también maneja parte de sus desechos industriales. La planta está ubicada dentro de las dunas de arena de Rishon-Lezion y se basa principalmente en el tratamiento secundario de los desechos mediante el método de lodos activados. Algunos de los desechos, principalmente durante las descargas de flujo máximo, se tratan en otro sistema más antiguo de estanques de oxidación que ocupan un área de 300 acres. Los dos sistemas juntos pueden manejar, en la actualidad, alrededor de 110 x 10⁶ m³ por año.

Los campos de recarga

Los efluentes de la planta de tratamiento se bombean a tres sitios diferentes ubicados dentro de las dunas de arena regionales, donde se esparcen sobre la arena y se filtran hacia el acuífero subterráneo para su almacenamiento temporal y para un tratamiento adicional dependiente del tiempo. Dos de los balsas de esparcimiento se utilizan para la recarga del efluente de la planta de tratamiento mecánico-biológico. Estos son Yavneh 1 (60 acres, ubicado a 7 km al sur de la planta) y Yavneh 2 (45 acres, 10 km al sur de la planta); el tercer estanque se utiliza para la recarga de una mezcla del efluente de las lagunas de oxidación y una determinada fracción de la planta de tratamiento biomecánico que se requiere para mejorar la calidad del efluente al nivel necesario. Este es el sitio de Soreq, que tiene un área de aproximadamente 60 acres y está ubicado al este de los estanques.

Los pozos de recuperación

Alrededor de los sitios de recarga existen redes de pozos de observación a través de los cuales se rebombea el agua recargada. No todos los 74 pozos en operación en 1993 estuvieron activos durante todo el proyecto. En 1993 se recuperaron un total de unos 95 millones de metros cúbicos de agua de los pozos del sistema y se bombearon a la Tercera Línea del Negev.

Los sistemas de transporte y distribucin

El agua bombeada de los distintos pozos de recuperación se recoge en el sistema de conducción y distribución de la Tercera Línea. El sistema de transporte se compone de tres secciones, con una longitud combinada de 87 km y un diámetro que oscila entre 48 y 70 pulgadas. A lo largo del sistema de conducción se construyeron seis reservorios operativos diferentes, “flotantes” en la línea principal, con el fin de regular el flujo de agua del sistema. El volumen de explotación de estos embalses oscila entre los 10,000 m³ a 100,000 m³.

El agua que fluye en el sistema de la Tercera Línea se suministró a los clientes en 1993 a través de un sistema de 13 zonas de presión principales. Numerosos consumidores de agua, en su mayoría granjas, están conectados a estas zonas de presión.

El sistema de cloración

La finalidad de la cloración que se realiza en la Tercera Línea es “romper la conexión humana”, lo que significa eliminar cualquier posibilidad de existencia de microorganismos de origen humano en el agua de la Tercera Línea. A lo largo del transcurso del monitoreo se encontró que existe un aumento considerable de microorganismos fecales durante la permanencia del agua regenerada en los reservorios de agua. Por lo tanto, se decidió agregar más puntos de cloración a lo largo de la línea y, en 1993, tres puntos de cloración separados funcionaban de manera rutinaria. Próximamente se añadirán al sistema dos puntos de cloración más. El cloro residual oscila entre 0.4 y 1.0 mg/l de cloro libre. Este método, por el cual se mantienen bajas concentraciones de cloro libre en varios puntos a lo largo del sistema en lugar de una sola dosis masiva al comienzo de la línea, asegura la ruptura de la conexión humana y al mismo tiempo permite que los peces vivan en los embalses. . Además, este método de cloración desinfectará el agua en las secciones aguas abajo del sistema de transporte y distribución, en caso de que los contaminantes ingresaran al sistema en un punto aguas abajo del punto de cloración inicial.

El sistema de vigilancia

La operación del sistema de recuperación de la Tercera Línea del Negev depende del funcionamiento rutinario de una configuración de monitoreo que es supervisada y controlada por una entidad científica profesional e independiente. Este organismo es el Instituto de Investigación y Desarrollo del Technion - Instituto de Tecnología de Israel, en Haifa, Israel.

El establecimiento de un sistema de monitoreo independiente ha sido un requisito obligatorio del Ministerio de Salud de Israel, la autoridad legal local según la Ordenanza de Salud Pública de Israel. La necesidad de establecer esta configuración de monitoreo surge del hecho de que:

1. Este proyecto de recuperación de aguas residuales es el más grande del mundo.
2. Comprende algunos elementos no rutinarios con los que aún no se ha experimentado.
3. El agua recuperada se utilizará para el riego ilimitado de cultivos agrícolas.

 

Por lo tanto, el papel principal del sistema de monitoreo es asegurar la calidad química y sanitaria del agua suministrada por el sistema y emitir advertencias sobre cualquier cambio en la calidad del agua. Además, la instalación de monitoreo está realizando un seguimiento de todo el proyecto de recuperación de la Región Dan, investigando también ciertos aspectos, como la operación de rutina de la planta y la calidad químico-biológica de su agua. Esto es necesario para determinar la adaptabilidad del agua de la Tercera Línea para riego ilimitado, no solo desde el punto de vista sanitario sino también desde el punto de vista agrícola.

El diseño de monitoreo preliminar fue diseñado y preparado por Mekoroth Water Co., el principal proveedor de agua israelí y el operador del proyecto de la Región Dan. Un comité directivo especialmente designado ha estado revisando el programa de monitoreo periódicamente y lo ha ido modificando de acuerdo con la experiencia acumulada obtenida a través de la operación de rutina. El programa de monitoreo abordó los diversos puntos de muestreo a lo largo del sistema de la Tercera Línea, los diversos parámetros investigados y la frecuencia de muestreo. El programa preliminar se refería a varios segmentos del sistema, a saber, los pozos de recuperación, la línea de conducción, los embalses, un número limitado de conexiones de consumo, así como la presencia de pozos de agua potable en las cercanías de la planta. La lista de parámetros incluidos dentro del cronograma de monitoreo de la Tercera Línea se presenta en la tabla 1.

Tabla 1. Lista de parámetros investigados

 

Monitoreo de pozos de recuperación

El programa de muestreo de los pozos de recuperación se basa en una medición bimensual o trimestral de algunos “parámetros indicadores” (tabla 2). Cuando la concentración de cloruros en el pozo muestreado excede en más del 15 % el nivel inicial de cloruros del pozo, se interpreta como un aumento “significativo” de la porción del efluente recuperado dentro del agua del acuífero subterráneo, y el pozo se transfiere a la siguiente categoría de muestreo. Aquí se determinan 23 “características-parámetros”, una vez cada tres meses. En algunos de los pozos, una vez al año, se realiza una investigación completa del agua, que incluye 54 parámetros diferentes.

Tabla 2. Los diversos parámetros investigados en los pozos de recuperación

 

Supervisión del sistema de transporte

El sistema de conducción, cuya longitud es de 87 km, se controla en siete puntos centrales a lo largo de la línea de aguas residuales. En estos puntos se muestrean 16 parámetros diferentes una vez al mes. Estos son: PHFD, DO, T, EC, SS₁₀, S.S.₅₅, UV, TURBINA, NO₃ ⁺, PTOT, ALKM, DOC, TOTB, TCOL, FCOL y ENTR. Los parámetros que no se espera que cambien a lo largo del sistema se miden solo en dos puntos de muestreo: al principio y al final de la línea de transporte. Estos son: Cl, K, Na, Ca, Mg, DURO, B, DS, SO₄ ^-2, NH₄ ⁺, Yo no he₂ ^– y MBA. En esos dos puntos de muestreo, una vez al año, se muestrean diversos metales pesados ​​(Zn, Sr, Sn, Se, Pb, Ni, Mo, Mn, Li, Hg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Ba, As, Al, Ag).

Monitoreo de embalses

La configuración de monitoreo de los embalses de Tercera Línea se basa principalmente en el examen de un número limitado de parámetros que sirven como indicadores del desarrollo biológico en los embalses y para identificar la entrada de contaminantes externos. Se muestrean cinco reservorios, una vez al mes, para: PHFD, T, DO, Total SS, Volatile SS, DOC, CLRL, RSCL, TCOL, FCOL, STRP y ALG. En estos cinco reservorios también se muestrea Si, una vez cada dos meses. Todos estos parámetros también se muestrean en otro embalse, Zohar B, con una frecuencia de seis veces al año.

Resumen

El Proyecto de recuperación de la región de Dan suministra agua recuperada de alta calidad para el riego sin restricciones del Néguev israelí.

La Etapa Uno de este proyecto está en operación parcial desde 1970 y en operación completa desde 1977. De 1970 a 1993, una cantidad total de aguas residuales crudas de 373 millones de metros cúbicos (MCM) fue transportada a las lagunas de oxidación facultativa, y una cantidad total de agua de Se extrajeron 243 MCM del acuífero en el período 1974-1993 y se suministraron al sur del país. Parte del agua se perdió, principalmente debido a la evaporación y la filtración de los estanques. En 1993, estas pérdidas ascendieron a alrededor del 6.9% de las aguas residuales sin tratar transportadas a la planta de la Etapa Uno (Kanarek 1994).

La planta de tratamiento mecánico-biológico, Etapa Dos del proyecto, ha estado en operación desde 1987. Durante el período de operación 1987-1993, se condujo a la planta de tratamiento mecánico-biológico una cantidad total de aguas residuales sin tratar de 478 MMC. En 1993, alrededor de 103 MCM de agua (95 MCM de agua recuperada más 8 MCM de agua potable) se transportaron a través del sistema y se usaron para el riego ilimitado del Negev.

El agua de los pozos de recuperación representa la calidad del agua del acuífero subterráneo. La calidad del agua del acuífero está cambiando todo el tiempo como resultado de la filtración de efluentes en ella. La calidad del agua del acuífero se aproxima a la del efluente para aquellos parámetros que no son influenciados por los procesos de Tratamiento Suelo-Acuífero (SAT), mientras que los parámetros que son afectados por el paso a través de las capas del suelo (p. ej., turbidez, sólidos en suspensión, amoniaco, carbono orgánico, etc.) muestran valores considerablemente más bajos. Cabe destacar el contenido de cloruro del agua del acuífero, que aumentó en un período reciente de cuatro años entre un 15 y un 26 %, como lo demuestra el cambio en la calidad del agua en los pozos de recuperación. Este cambio indica la continua sustitución del agua del acuífero por efluentes con un contenido de cloruros considerablemente mayor.

La calidad del agua en los seis embalses del sistema de la Tercera Línea está influenciada por cambios biológicos y químicos que ocurren dentro de los embalses abiertos. El contenido de oxígeno aumenta como resultado de la fotosíntesis de las algas y debido a la disolución del oxígeno atmosférico. Las concentraciones de varios tipos de bacterias también aumentan como resultado de la contaminación aleatoria por parte de la fauna acuática que reside cerca de los embalses.

La calidad del agua suministrada a los clientes a lo largo del sistema depende de la calidad del agua de los pozos de recuperación y los embalses. La cloración obligatoria del agua del sistema constituye una salvaguarda adicional contra el uso erróneo del agua como agua potable. La comparación de los datos de agua de la Tercera Línea con los requisitos del Ministerio de Salud de Israel con respecto a la calidad de las aguas residuales para uso agrícola ilimitado muestra que la mayoría de las veces la calidad del agua satisface plenamente los requisitos.

En conclusión, se puede decir que el sistema de recuperación y utilización de aguas residuales de Third Line ha sido un exitoso proyecto ambiental y nacional israelí. Ha resuelto el problema de la eliminación sanitaria de las aguas residuales de la Región Dan y, al mismo tiempo, ha aumentado el balance hídrico nacional en un factor de aproximadamente el 5%. En un país árido como Israel, donde el suministro de agua, especialmente para uso agrícola, es bastante limitado, esta es una verdadera contribución.

El costo de la operación de recarga y mantenimiento del agua regenerada, en 1993, fue de alrededor de 3 centavos de dólar por m³ (0.093 NIS/m³).

El sistema ha estado funcionando desde finales de la década de 1960 bajo la estricta vigilancia del Ministerio de Salud de Israel y del departamento de seguridad e higiene en el trabajo de Mekoroth. No ha habido informes de ninguna enfermedad ocupacional como resultado de la operación de este sistema intrincado y completo.

 

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