AGUAS SUBTERRÁNEAS El agua subterránea es agua que existe en espacios porosos y fracturas de las rocas y el sedimento debajo de la superficie o el suelo. El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada momento en los continentes. Esta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la tierra. El volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en lagos o circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas pueden alcanzar millones de km² (como el acuífero guaraní). El agua del subsuelo es un recurso importante; de éste se abastece gran parte de la población mundial. Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento, los cuales la contienen como una esponja. La única excepción significativa, la ofrecen las rocas solubles como las calizas y los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el agua excava cimas, cavernas y otras vías de circulación. 1. Estructura 1
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AGUAS SUBTERRÁNEAS
El agua subterránea es agua que existe en espacios porosos y fracturas de las rocas y el
sedimento debajo de la superficie o el suelo.
El agua subterránea representa una fracción importante de la masa de agua presente en cada
momento en los continentes. Esta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la tierra. El
volumen del agua subterránea es mucho más importante que la masa de agua retenida en
lagos o circulante, y aunque menor al de los mayores glaciares, las masas más extensas
pueden alcanzar millones de km² (como el acuífero guaraní). El agua del subsuelo es un
recurso importante; de éste se abastece gran parte de la población mundial.
Es una creencia común que el agua subterránea llena cavidades y circula por galerías. Sin
embargo, no siempre es así, pues puede encontrarse ocupando los intersticios (poros y
grietas) del suelo, del sustrato rocoso o del sedimento, los cuales la contienen como una
esponja. La única excepción significativa, la ofrecen las rocas solubles como las calizas y
los yesos, susceptibles de sufrir el proceso llamado karstificación, en el que el agua excava
cimas, cavernas y otras vías de circulación.
1. Estructura
Un acuífero es un terreno rocoso permeable dispuesto bajo la superficie, en donde se
acumula y por donde circula el agua subterránea. En un acuífero "libre" se distinguen:
Una zona de saturación, que es la situada encima de la capa impermeable, donde
el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta
zona, que lo separa de la zona vadosa o de aireación, es el nivel freático y varía
según las circunstancias: desciende en épocas secas, cuando el acuífero no se
recarga o lo hace a un ritmo más lento que su descarga; y asciende, en épocas
húmedas.
Una zona de aireación o vadosa, es el espacio comprendido entre el nivel freático
y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua.
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Cuando la roca permeable donde se acumula el agua se localiza entre dos capas
impermeables, que puede tener forma de U o no, es un acuífero cautivo o confinado.
En este caso, el agua se encuentra sometida a una presión mayor que la atmosférica,
y si se perfora la capa superior, fluye como un surtidor, tipo pozo artesiano.
Perforando el terreno hasta la zona de saturación es como se obtiene un pozo ordinario,
mientras que, como vimos, la formación de un manantial surgente o pozo artesiano se
produce en un acuífero cautivo, cuando el nivel piezométrico "virtual" aflora en la
superficie y las aguas surgen al exterior.
2. Tipos de acuíferos
2.1 Según su estructura
Desde el punto de vista de su estructura, se pueden distinguir los acuíferos libres y los
acuíferos confinados.
En la figura siguiente se ilustran los dos tipos de acuíferos:
Río o lago(a), en este caso es la fuente de recarga de ambos acuíferos.
Suelo poroso no saturado (b).
Suelo poroso saturado(c), en el cual existe una camada de terreno impermeable (d),
formado, por ejemplo por arcilla, este estrato impermeable confina el acuífero a
cotas inferiores.
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Suelo impermeable (d).
Acuífero no confinado (e).
Manantial(f);
Pozo que capta agua del acuífero no confinado (g).
pozo que alcanza el acuífero confinado (frecuentemente el agua brota como en un
surtidor o fuente), llamado pozo artesiano(h).
2.2 Según su textura
Desde el punto de vista textural, se dividen también en dos grandes grupos: los porosos y
fisurales.
En los acuíferos porosos el agua subterránea se encuentra como embebida en una esponja,
dentro de unos poros intercomunicados entre sí, cuya textura motiva que existe
"permeabilidad" (transmisión interna de agua), frente a un simple almacenamiento.
Las arcillas presentan una máxima porosidad y almacenamiento, pero una nula transmisión
o permeabilidad (permeabilidad <> porosidad). Como ejemplo de acuíferos porosos,
tenemos las formaciones de arenas y gravas aluviales.
En los acuíferos fisurales, el agua se encuentra ubicada sobre fisuras o diaclasas, también
intercomunicadas entre sí; pero a diferencia de los acuíferos porosos, su distribución hace
que los flujos internos de agua se comporten de una manera heterogénea, por direcciones
preferenciales. Como representantes principales del tipo fisural podemos citar a los
acuíferos kársticos.
2.3 Según su comportamiento hidrodinámico.
Desde un punto de vista hidrodinámico, de la movilidad del agua, podemos denominar, en
sentido estricto:
Acuíferos: Buenos almacenes y transmisores de agua subterránea, cantidad y velocidad (p.
ej.- arenas porosas y calizas fisurales).
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Acuitardos: Buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea,cantidad pero
lentos (p.ej.- limos).
Acuícludos: Pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las arcillas)
Acuífugos: Son nulos tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas
no fisuradas).
3. Acuífero cautivo ó confinado.
Son aquellas formaciones cuando el agua subterránea se encuentra encerrada entre dos
capas impermeables y es sometida a una presión distinta a la atmosférica (superior). Sólo
recibe el agua de lluvia por una zona en la que existen materiales permeables, recarga
alóctona donde el área de recarga se encuentra alejada del punto de medición, y puede ser
directa o indirecta dependiendo de si es agua de lluvia que entra en contacto directo con un
afloramiento del agua subterránea, o las precipitaciones deben atravesar las diferentes capas
de suelo antes de ser integrada al agua subterránea. A las zonas de recarga se les puede
llamar zonas de alimentación. Debido a las capas impermeables que encierran al acuífero,
nunca se evidenciarán recargas autóctonas (situación en la que el agua proviene de un área
de recarga situada sobre el acuífero), caso típico de los acuíferos semiconfinados y los no
confinados o libres (freáticos).
4. Recarga.
El agua del suelo se renueva en general por procesos activos de recarga desde la superficie.
La renovación se produce lentamente cuando la comparamos con la de los depósitos
superficiales, como los lagos, y los cursos de agua. El tiempo de residencia es muy largo.
En algunos casos la renovación está interrumpida por la impermeabilidad de las
formaciones geológicas superiores (acuitardos), o por circunstancias climáticas
sobrevenidas de aridez.
En ciertos casos se habla de acuíferos fósiles, estos son bolsones de agua subterránea,
formados en épocas geológicas pasadas, y que, a causa de variaciones climáticas ya no
tienen actualmente recarga.
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El agua de las precipitaciones (lluvia, nieve, etc.) puede tener distintos destinos una vez que
alcanza el suelo. Se reparte en tres fracciones. Se llama escorrentía a la parte que se desliza
por la superficie del terreno, primero como arroyada difusa y luego como agua encauzada,
formando arroyos y ríos. Otra parte del agua se evapora desde las capas superficiales del
suelo o pasa a la atmósfera con la transpiración de los organismos, especialmente las
plantas; nos referimos a esta parte como evapotranspiración. Por último, otra parte se
infiltra en el terreno y pasa a ser agua subterránea.
La proporción de infiltración respecto al total de las precipitaciones depende de varios
factores:
La litología (la naturaleza del material geológico que aflora e la superficie) influye
a través de su permeabilidad, la cual depende de la porosidad, del diaclasamiento
(agrietamiento) y de la mineralogía del sustrato. Los minerales arcillosos se hidratan
fácilmente, hinchándose siempre en algún grado, lo que da lugar a una reducción de
la porosidad que termina por hacer al sustrato impermeable.
Otro factor desfavorable para la infiltración es una pendiente marcada.
La presencia de vegetación densa influye de forma compleja, porque reduce el
agua que llega al suelo (interceptación), pero extiende en el tiempo el efecto de las
precipitaciones, desprendiendo poco a poco el agua que moja el follaje, reduciendo
así la fracción de escorrentía y aumentando la de infiltración. Otro efecto favorable
de la vegetación tiene que ver con las raíces, especialmente las raíces densas y
superficiales de muchas plantas herbáceas, y con la formación de suelo,
generalmente más permeable que la mayoría de las rocas frescas.
Figura > Fuentes puntuales y difusas de contaminación de las aguas subterráneas
b) Por contaminación de las aguas subterráneas.
Se suelen distinguir dos tipos de procesos contaminantes de las aguas subterráneas: los
"puntuales" que afectan a zonas muy localizadas, y los "difusos" que provocan
contaminación dispersa en zonas amplias, en las que no es fácil identificar un foco
principal.
Actividades que suelen provocar contaminación puntual son:
Lixiviados de vertederos de residuos urbanos y fugas de aguas residuales que se
infiltran en el terreno.
Lixiviados de vertederos industriales, derrubios de minas, depósitos de residuos
radiactivos o tóxicos mal aislados, gasolineras con fugas en sus depósitos de
combustible, etc.
Pozos sépticos y acumulaciones de purines procedentes de las granjas.
Este tipo de contaminación suele ser más intensa junto al lugar de origen y se va diluyendo
al alejarnos. La dirección que sigue el flujo del agua del subsuelo influye de forma muy
importante en determinar en qué lugares los pozos tendrán agua contaminada y en cuáles
no. Puede suceder que un lugar relativamente cercano al foco contaminante tenga agua
limpia, porque la corriente subterránea aleja el contaminante de ese lugar, y al revés.
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La contaminación difusa suele estar provocada por:
Uso excesivo de fertilizantes y pesticidas en la agricultura o en las prácticas
forestales.
Explotación excesiva de los acuíferos que facilita el que las aguas salinas invadan la
zona de aguas dulces, por desplazamiento de la interfase entre los dos tipos de
aguas.
Este tipo de contaminación puede provocar situaciones especialmente preocupantes con el
paso del tiempo, al ir cargándose de contaminación, lenta pero continuamente, zonas muy
extensas.
8. Depuración
Los acuíferos tienen una cierta capacidad de autodepuración, mayor o menor según el tipo
de roca y otras características. Las sustancias contaminantes, al ir el agua avanzando entre
las partículas del subsuelo se filtran y dispersan y también son neutralizadas, oxidadas,
reducidas o sufren otros procesos químicos o biológicos que las degradan. De esta manera
el agua va limpiándose.
Cuando la estructura geológica del terreno facilita una zona amplia de aireación, los
procesos de depuración son más eficaces. También es muy favorable la abundancia de
arcillas y de materia orgánica. En cambio en los depósitos aluviales o las zonas kársticas la
purificación del agua es mucho más difícil y este tipo de acuíferos son mucho más sensibles
a la contaminación.
Es muy importante, de todas formas, tener en cuenta que las posibilidades de depuración en
el acuífero son limitadas y que el mejor método de protección es, por tanto, la prevención.
No contaminar, controlar los focos de contaminación para conocer bien sus efectos y evitar
que las sustancias contaminantes lleguen al acuífero son los mejores métodos para poder
seguir disfrutando de ellos sin problemas.
Cuando un acuífero está contaminado y hay que limpiarlo el proceso es muy difícil y muy
caro. Se han usado procedimientos que extraen el agua, la depuran y la vuelven a inyectar
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en el terreno, pero no siempre son eficaces y consumen una gran cantidad de energía y
dinero.
8.1 Métodos de depuración de aguas subterráneas.
a) Métodos fisicoquímicos.
Stripping por aire.- El Stripping por aire es un proceso de transferencia de masa
que aumenta la volatilización de los componentes del agua mediante el paso de aire
a través del agua, mejorándose así la transferencia entre las fases aire y agua. El
stripping por aire es uno de los procesos que más comúnmente se utilizan en la
depuración de aguas subterráneas contaminadas por Compuestos Orgánicos
Volátiles (COV). El proceso es especialmente adecuado para bajas concentraciones.
El stripping por aire puede llevarse a cabo utilizando torres empaquetadas, torres de
bandeja, sistemas en spray, aireación difusa o aireación mecánica. Generalmente,
las torres empaquetadas se utilizan en aplicaciones específicas de depuración de
aguas subterráneas.
El proceso consiste en un flujo en contracorriente de agua y aire a través del
material de empaquetamiento. Este material proporciona un área superficial alta
para la transferencia de los COV desde la fase líquida a la del aire.
La corriente de agua contaminada es introducida por la parte superior del stripper y
distribuida uniformemente sobre el material del relleno, mientras que el aire entra
por la base de la columna. Los materiales típicos de empaquetamiento consisten en
estructuras de plástico, las cuales presentan una relación superficie / volumen alta y
proporcionan la superficie de transferencia necesaria para permitir el movimiento de
los componentes volátiles desde la corriente del líquido a la del aire.
La corriente de aire es evacuada de la columna por la parte superior; el agua, por la
parte inferior.
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h
Metodo de
Stripping por aire
Extracción por vapor del suelo (EVS).- El proceso de EVS consiste en el paso de
una corriente de aire a través del suelo, produciéndose así la transferencia de los
contaminantes desde la matriz del suelo a la corriente de aire. El procedimiento del
sistema consiste en la instalación de pozos de extracción de vapor o tuberías
perforadas en la zona de contaminación y en la aplicación de vacío que induce el
movimiento de los gases del suelo. Previamente a su evacuación a la atmósfera, se
incluye en el sistema una batería de extracción para eliminar la humedad de los
gases del suelo y un tratamiento de la fase vapor posterior. Dependiendo de las
condiciones del suelo, los radios efectivos de los pozos de extracción variarán desde
6 m hasta mayores de 45 m.
Método de
extracción
por vapor
del suelo.
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Adsorción por carbón.- La adsorción es un proceso mediante el cual un
contaminantes soluble (adsorbato) es eliminado del agua por contacto con una
superficie sólida (adsorbente). El adsorbente más ampliamente utilizado en
aplicaciones medioambientales es el carbón, el cual es procesado para incrementar
significativamente el área superficial interna (carbón activo).
El carbón activo se dispone sobre una bandeja plisada. El agua contaminada entra
por la parte superior de la columna, poniéndose en contacto con el carbón, y sale
por la base a través de un sistema de desagüe inferior. Las aplicaciones comunes
requieren sistemas de lavado de aire y retrolavado del carbón para evitar el aumento
de la pérdida de carga como consecuencia de la acumulación de partículas sólidas
presentes en el influente. Adicionalmente, el sistema tiene que permitir la
eliminación del carbón gastado para su regeneración y para la adición de carbón
nuevo.
La adsorción por carbón activo es una tecnología bien desarrollada capaz de
eliminar eficazmente un amplio rango de compuestos orgánicos solubles. Es capaz
de producir un efluente de muy alta calidad, y es utilizado tanto en sistemas de agua
potable como en el control de contaminación.
Stripping por vapor.- El stripping por vapor es utilizado como tratamiento del
agua subterránea y aguas residuales para eliminar compuestos volátiles y, en
algunas ocasiones, semivolátiles.
Los stripper por vapor pueden funcionar a presiones elevadas. Debido a que la
columna está bajo presión, la temperatura de operación del stripper será más alta
que el punto de ebullición normal del agua. El funcionamiento de un stripper por
vapor presurizado es relativamente común en refinerías de petróleo donde el sulfuro
de hidrógeno y el amonio se eliminan de las aguas residuales mediante este
tratamiento, antes de su descarga en la planta de tratamiento biológico de aguas
residuales. Sin embargo, la utilización del stripping por vapor presurizado no es una
práctica normal fuera de la industria de refinado de petróleo debido a que las altas
presiones dificultan el funcionamiento del stripper por vapor.
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Oxidación química.- En general, el objetivo de la oxidación química es la
detoxificación de los residuos por la transformación química de los componentes de
los residuos mediante la adición de un agente oxidante. Por ejemplo, una molécula
orgánica puede ser transformada en dióxido de carbono y agua o en un producto
intermedio que puede ser menos tóxico que el original.
Las reacciones de oxidación y reducción se producen en parejas, constituyendo una
reacción redox global. Para el tratamiento de residuos peligrosos mediante la
oxidación química es añadido un agente oxidante para oxidar los componentes de
interés de los residuos, los cuales actúan como agentes reductores.
b) MÉTODOS BIOLÓGICOS.
Biorrecuperación in situ.- La biorrecuperación in situ es el método para tratar el
agua subterránea contaminada y el subsuelo que contiene los contaminantes sin
excavación del terreno.
La biorrecuperación in situ se realiza de forma aerobia. De forma natural, el agua
subterránea contiene bajas concentraciones de oxígeno debido a la mínima
reaireación resultante de su flujo laminar por debajo de la superficie. Por tanto,
incluso una modesta actividad biológica agota realmente el oxígeno en el agua
subterránea. Generalmente, el ambiente del subsuelo es también escaso en
nutrientes.
El concepto de aerobio en la biorrecuperación depende, por tanto, del oxígeno y de
los nutrientes liberados al subsuelo contaminado, generalmente por extracción del
agua subterránea, adición de oxígeno y nutrientes y reinyección del agua
enriquecida. El agua inyectada, con nutrientes y oxígeno, se mueve a través del
acuífero y estimula el desarrollo de los microorganismos autóctonos, causando la
degradación de los contaminantes.
La biorrecuperación in situ sigue los mismos principios que otros métodos de
tratamiento biológico, excepto que el subsuelo contaminado, más que como un
depósito o laguna, funciona como el reactor biológico.
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BIORRECUPERACIÓN IN SITU.En la figura se describe un típico problema de contaminación y los elementos básicos de la biorrecuperación in situ. También se detalla el cambio del modelo de flujo del agua subterránea.
Tratamiento en fase de lechada.- En este método, los residuos son suspendidos en
agua o agua residual en un reactor mezcla para formar una lechada. Los residuos
pueden ser fangos, sólidos o suelos contaminados.
La agitación, además de homogeneizar la suspensión promueve las siguientes
acciones:
- Descomposición de las partículas sólidas.
- Desorción del residuo de las partículas sólidas.
- Contacto entre el residuo orgánico y los microorganismos.
- Oxigenación de la lechada por aireación.
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- Volatilización de contaminantes.
Los pasos fundamentales del tratamiento son: mezcla / aireación, desorción y
biodegradación.
9. Bibliobgrafia.
-ATSDR en Español - El Agua Subterránea Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. (Dominio público).
Enlaces externos:Estudio acerca de los recursos hídricos del altiplano chileno Página interactiva sobre las aguas subterráneas y su importancia Proyecto PANGEA - Universidad Nacional de San Luis Curso Internacional de Hidrología Subterránea
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-Libro electrónico “ciencias de la tierra y del medio ambiente” Tema11: Contaminación del agua >> Contaminación de las aguas subterráneasDisponible en: http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/11CAgu/170AgSub.htm
-Dr. Roberto Rodríguez “Gestión y Tratamiento de Agua Subterránea”/editorial de la universidad tecnológica nacional/edutecne.Disponible en: www.edutecne.utn.edu.ar
Libro electrónico “Métodos de tratamiento de aguas subterráneas”