Tesis doctoral: Estudio del material de los sedimentos de embalses destinados al suministro de agua potable: Comportamiento fisicoquímico y su relación con los procesos de eutrofización y saneamiento

BORGNINO LAURA

Universidad Nacional de Cordoba

Año: 2006 p. 137

La eutroficación, también llamada eutrofización, de las aguas naturales continentales es uno de los problemas ambientales más comunes que impacta ecológicamente, sanitariamente y económicamente a un recurso primario y, por sobre todas las cosas, finito: el agua. El agua dulce pura es esencial para muchos organismos y para las sociedades humanas, cuya existencia se ve amenazada cuando su calidad se deteriora. Los lagos son un recurso de agua dulce fácilmente disponible. De toda el agua del planeta, los océanos dan cuenta del 97.5 %, el 2.5 % restante es agua dulce. Los glaciares, la nieve, el hielo de los cascos polares representan casi el 80 % del agua dulce, el agua subterránea el 19% y el agua de superficie fácilmente accesible sólo el 1%. Esta baja cantidad se encuentra principalmente en los lagos (52%) y humedales (38%). Los embalses se han construidos con fines múltiples y han sido tradicionalmente la forma de aumentar la oferta de agua en un mundo de necesidades crecientes. Sin embargo, su intensa explotación ha generado un importante deterioro en su calidad y por lo tanto, una disminución de su tiempo de vida útil.  Se denomina eutroficación a la secuencia de cambios en los ecosistemas acuáticos causados por un incremento en el suministro de nutrientes al agua. La respuesta inmediata del ecosistema al exceso de nutrientes es un aumento de la fotosíntesis y un desarrollo excesivo de algas y otras plantas acuáticas, lo que se traduce en el deterioro de la calidad del agua y envejecimiento prematuro del ecosistema[1]. El desarrollo excesivo de algas en la capa superficial bloquea la penetración de luz impidiendo los procesos fotosintéticos en la profundidad. Además, la sedimentación de las algas formadas genera una acumulación de materia orgánica en el fondo que al descomponerse aeróbicamente consume gran parte del oxígeno disuelto. Los lagos y embalses, caracterizados por su considerable volumen en relación con el flujo neto de agua, son particularmente sensibles a los procesos de eutroficación porque en ellos el recambio de agua y la reoxigenación ocurren a velocidades muy lentas. La eutroficación no es otra cosa que una aceleración provocada por el hombre de un proceso natural que culmina, a largo plazo, con el secado y la desaparición del cuerpo de agua. El proceso natural es desde luego muy lento y se verifica solamente a escala de los tiempos geológicos. Sin embargo, si la eutroficación alcanza niveles considerables provoca efectos no deseados a corto y mediano plazo. Algunos de los efectos puntuales de la eutroficación, causados principalmente por el desarrollo excesivo de algas (floraciones o “blooms” algales),  son: 1) desoxigenación del agua, especialmente al finalizar la proliferación de algas, 2) mortandad de peces, a consecuencia de la desoxigenación, 3) producción de toxinas por determinadas algas, 4)reducción de la posibilidad de utilización del agua para fines recreativos, debido a los olores molestos producidos por la descomposición de las algas, 5) aumento en los gastos de operación de los sistemas de abastecimiento de agua, 6) problemas de sabor, olor, etc[2]. Existen diversos factores que pueden acelerar el proceso natural de eutroficación de lagos y embalses. Algunos de ellos son: temperatura, clima, oxígeno y dióxido de carbono disuelto, pH, geología y morfología del área de captación y nutrientes. Dichos factores están relacionados directa o indirectamente con mecanismos que favorecen la incorporación de nutrientes a los cuerpos de agua, o con procesos que incrementan el desarrollo de algas en el ecosistema. De todos los mencionados, los nutrientes son sin duda el factor más importantes que afecta el estado trófico de un cuerpo de agua. Su disponibilidad, junto con la radiación solar, es escencial para el crecimiento de los organismos vivos. Si algún nutriente se encuentra en bajas concentraciones o no puede ser asimilado por los organismos vivos, éste limitará su desarrollo. En tal situación este nutriente se lo conoce como  nutriente limitante. Si por el contrario, los nutrientes se encuentran en exceso, el crecimiento del fitoplancton también será excesivo, favoreciéndose el proceso de eutroficación. En general, los nutrientes limitantes son el fósforo y/o el nitrógeno. Para el caso de los embalses Los Molinos y San Roque, ambos ubicados en la Provincia de Córdoba, existen trabajos[3],[4] que sugieren que el nutriente limitante es el fósforo, por lo que en esta tesis se hará referencia solamente a este nutriente. Las especies de fósforo que predominan en solución, a los valores generales de pH presentes en las aguas de embalses y lagos, son H2PO4- y HPO42-. Los nutrientes presentes en los cuerpos de agua provienen de diversas fuentes, ya sean difusas o puntuales. La meteorización de las rocas y minerales de la cuenca, la descomposición de la materia orgánica silvestre y otros procesos naturales producen, normalmente, cantidades limitadas de estos nutrientes[5]. El volcado de desechos domiciliarios e industriales, principalmente los residuos cloacales y detergentes que contienen fosfatos y el ingreso de fertilizantes que provienen de la erosión hídrica de campos agrícolo-ganaderos, incrementan considerablemente los aportes de nutrientes1. Es en estos últimos casos donde la actividad humana influye notablemente en el proceso de eutroficación. Por ejemplo, Rodríguez M. I. (2001)3 estimó que más del 60% (unas 94 toneladas de fósforo por año) del aporte total de fósforo al embalse San Roque (Córdoba) proviene de residuos cloacales e industriales, mientras que para el embalse Los Molinos (Córdoba) la principal fuente de ingreso de fósforo está constituída por las actividades agrícolas ganaderas. Gran parte del fósforo que ingresa a un cuerpo de agua puede ser retenido por los sedimentos[6],[7],[8],[9],[10]: una fracción del mismo sedimenta como materia orgánica particulada formando parte de microorganismos; otra fracción es adsorbida por las partículas de arcilla, óxidos y otros minerales, otra puede precipitar con hierro, manganeso y/o otros metales formando partículas de dimensiones coloidales, y sólo una fracción minoritaria queda en general disuelta en la fase acuosa y es directamente disponible para las algas. De esta manera, la concentración de fosfato en los sedimentos puede terminar siendo varios órdenes de magnitud mayor que la concentración en el agua[11]. Rodríguez et al. (2001)3 indicaron que el embalse San Roque es un sumidero de fósforo y que aproximadamente el 87% de la entrada anual pasa a formar parte del material depositado en el fondo. A su vez, los estados de anoxia tienden a contrarrestar esta acumulación porque provocan la disolución reductiva de los óxidos de hierro y manganeso permitiendo la liberación del fósforo a la fase acuosa[12],9. Los cambios de pH, y ciertas condiciones climatológicas, como los vientos, generan un efecto similar. Bajo éstas condiciones, e incluso cuando los ingresos de fósforo a partir de fuentes externas se reduzcan totalmente, los sedimentos continuarán aportando dicho nutriente al cuerpo de agua convirtiéndose de esta manera, en una importante fuente interna de fósforo. Por tal motivo, uno de los problemas que se plantea a la hora de proponer técnicas de saneamiento y remediación de los cuerpos de agua afectados por el proceso de eutroficación, es el manejo de sus sedimentos. En este sentido, la pregunta clave que se plantea es en qué grado los sedimentos influyen en la concentración de nutrientes limitantes en el agua. Una respuesta adecuada requiere de un conocimiento detallado del comportamiento y propiedades de los sedimentos, de las propiedades de la masa de agua que los baña, y de un modelo que permita analizar, entender y predecir el comportamiento del sistema. Lamentablemente, todas las medidas conocidas para prevenir o atemperar aquellas vías o mecanismos que deterioran la calidad  de un cuerpo de agua, no pueden ser aplicadas sin un previo estudio detallado de los sistemas en cuestión y de las cuencas que los alimentan. Tal es el caso de los embalses San Roque y Los Molinos, los cuales ya han sido clasificados4 como eutrófico[13] y mesotrófico[14] respectivamente, por lo que exigen un estudio inmediato que permita aportar elementos de juicio, que conduzcan a un manejo sustentable de dichos ambientes naturales. Bajo ésta consigna, este trabajo de tesis nació como parte de un proyecto de investigación y desarrollo multidisciplinario en el cual participaron investigadores, estudiantes de maestría y doctorado y profesionales de la Facultad de Ciencias Químicas, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, de la Dirección Provincial de Agua y Saneamiento de la Pcia. de Córdoba y del Instituto Superior de Recursos Hídricos. Determinar el grado de participación que tienen los sedimentos en la calidad del agua de los embalses San Roque y Los Molinos, es de vital importancia para preservar dichos recursos naturales y así poder garantizar el suministro de agua a una parte importante de la población provincial (cerca de 1,5 millón de habitantes en el Gran Córdoba) quienes utilizan a ambos embalses como fuentes de agua para consumo humano e industrial. [1] Klapper H.(1991). Control of Eutrophication in Inland Water, Ediciones Ellis Horwood. London. [2] Ongley E.(1997). Lucha Contra la Contaminación Agrícola de Los Recursos Hídricos. Estudio FAO Riego y Drenaje-55. [3] Rodríguez M. I (2003). Estudio de la problemática ambiental de eutroficación del embalse San Roque (Córdoba). Aportes para la gestión del recurso. Tesis de Maestría. UNC. [4] Cossavella, A. (2003). Influencia de efectos antrópicos y naturales en el proceso de eutroficación de las aguas del embalse Los Molinos. Tesis de Maestría, UTN. [5]Hudson N. (1982).Conservación del Suelo. Ed. Reverté S.A. [6] Song Y. and Muller G. (1999). Sediment-water interaction in anoxic freshwater sediment. Mobility of heavy metals and nutrient. Springer, Berlin. [7]Maine M. A., M. S. Hammerly and M. J. Pizarro (1992). Hidrobiologia 228, 83-90. [8] Krantzberg G., Reynoldson,  R. Jagumagi, D. Bedard, S. Painter, D. Boyd, T. Pawson (2000). Aquatic Ecosystem Health and Management 3, 387-396. [9] Volpi G. A., T. Birkemeyer, A. Novelli, E. Delaney, B. Pavoni, P. F. Ghett (1999). Aquatic Ecosystem Health and Management 2, 437-447. [10] Golterman H. L (2004). The chemistry of Phosphate and Nitrogen Compounds in Sediment. Kluwer Academic Publishers. Dordrech. Boston. London. [11] Wetzel R. (1981). Introducción a la Limnología. Ediciones Omega. Barcelona. [12] Stumm W and J. J Morgan. Aquatic Chemistry. Ediciones Wiley-Interscience, New York, 1996. [13] Eutrófico: del griego “bien alimentado”. [14] Mesotrófico: estado de transición entre eutrófico y oligotrófico que significa, del griego, “ poco alimentado”.