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Pere Malgrat Bregolat*
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director de Proyectos y Obras. Clavegueram de Barcelona, S.A. (CLABSA)
Descriptores: Aguas pluviales, Alcantarillado, Contaminación, Depuración, Descarga de sistemas unitarios, Ecosistema, Medio receptor, Vertido
A partir de los años sesenta se ha ido poniendo de manifiesto que una de las consecuencias del desarrollo urbano es la contribución cada vez más sensible de las redes de alcantarillado de las ciudades a la degradación de la calidad de las aguas de los medios receptores.
En paralelo, la preocupación por la protección del medio ambiente, y más en general de la calidad de vida, se ha ido acentuando en los últimos decenios.
En España, como en la mayoría de los países, todo el esfuerzo se ha centrado hasta ahora en la depuración de las aguas residuales. A pesar de todo, se ha demostrado en estudios y experiencias realizadas en países más avanzados, como Estados Unidos, Alemania y Reino Unido, que no es suficiente preocuparse de esta depuración, ya que con cualquier suceso pluviométrico no demasiado importante, ya se produce un vertido o descarga del sistema de alcantarillado unitario (sistema más habitual en todo el mundo) al medio receptor: son las llamadas Descargas de Sistemas Unitarios o dsu.
Las dsu producen un efecto contaminante, por una parte instantáneo o agudo, y por otra parte diferido en el tiempo, que puede resultar tremendamente nocivo para la fauna existente en el medio receptor, o para los usos habituales de las aguas de este medio. De hecho, estas dsu pueden aportar hasta un 30% de la contaminación que se encuentra en los medios receptores. En la figura 1 puede verse una muestra de este impacto.
Además, la Directiva europea 91/271/CEE de 21 de mayo de 1991 sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas establece que los Estados Miembros de la Unión Europea deberán decidir las medidas para limitar la contaminación producida por las dsu. Esto obligará, en consecuencia, a realizar costosas infraestructuras.
En este trabajo se pretende abordar en profundidad la problemática de las dsu y su solución, como elemento clave para reducir al mínimo el impacto medioambiental del alcantarillado en los medios receptores.
Conocimiento de la contaminación aportada por las dsu: origen y cuantificación
Las aguas de escorrentía generadas en zona urbana ya fueron reconocidas como muy contaminadas en el Congreso Internacional de Higiene de Viena en 1888. Sin embargo, durante muchos años la contaminación aportada al medio receptor por los vertidos de aguas residuales urbanos e industriales ha enmascarado la causada por los vertidos de las redes de alcantarillado en tiempo de tormenta. La percepción de la contribución de esta contaminación a la degradación de la calidad de los medios receptores se ha desarrollado a medida que las estaciones depuradoras se han ido construyendo. La “moda” en los años pasados de las redes separativas contribuyó sin duda a este “olvido”.
Fue ya a principios de los años setenta cuando volvió a emerger la verdadera magnitud del problema en medios científicos y técnicos, especialmente en eeuu con las publicaciones de la usepa. No obstante, no fue hasta la década de los ochenta cuando se empezó a darle un carácter prioritario a nivel nacional, destinando medios técnicos y económicos a estudiar el problema (campañas nacionales de medida en eeuu, Holanda, Francia, etc.) y sus estrategias de solución.
Todo ello ha impulsado la prescripción de la Directiva 91/271/CEE sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas según la cual “... los Estados miembros decidirán medidas para limitar la contaminación por desbordamiento por aguas de tormenta. Tales medidas podrían basarse en coeficientes de dilución, capacidad en relación con el caudal en época seca o podrán especificar un determinado número aceptable de desbordamientos al año”.
En lo que sigue se incidirá específicamente en los vertidos de alcantarillado unitario en tiempo de tormenta, o Descargas de Sistemas Unitarios de Alcantarillado (dsu), por ser las habituales en España y en el mundo. Por ejemplo, en España el 96% de las redes de las ciudades importantes son unitarias, como se deduce de una encuesta realizada a principios de 1995 en 22 ciudades españolas de más de 150.000 habitantes (que suponen un total de 14,6 millones de habitantes, es decir el 37% de la población española).
Origen de la contaminación de las dsu
En la tabla 1 se esquematizan las tres contribuciones esenciales a la contaminación de las dsu:
— Agua de escorrentía.
— Aguas residuales domésticas e industriales (no estaría, pues, en una red pluvial separativa).
— Arrastre de depósitos acumulados en el alcantarillado.
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En la tabla 2 pueden verse las diferentes procedencias de los elementos contaminantes más característicos presentes en las aguas de escorrentía.
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Sobre una base anual y con hipótesis un tanto atrevidas que han permitido utilizar medidas reales, Chebbo (Chebbo, G., 1992) ha propuesto las proporciones entre aguas de escorrentía, residuales y depósitos en red tabuladas en la tabla 3.
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Para lluvias medianas a fuertes, la contaminación de las aguas residuales llega a ser despreciable, pero por contra, la de los depósitos en red aumenta su contribución en materia en suspensión o mes hasta el 45% (que parece que además es muy orgánica), según investigaciones de Bachoc (Bachoc, A., 1992).
Carácter específico de la contaminación pluvial urbana
El conocimiento de la contaminación pluvial urbana es mucho más difícil que el de las aguas residuales urbanas o incluso industriales por varias razones:
— Las procedencias fundamentales de sus elementos contaminantes son múltiples y difusas, y están ubicados tanto en la zona drenada como en la atmósfera, tal como ya se ha visto.
— La contaminación se moviliza por la lluvia durante su caída, y sobre todo en el curso de su escorrentía. Así pues, esta contaminación es muy variable, ya que está ligada a la lluvia, que es un fenómeno aleatorio, así como a la importancia de los depósitos sobre el suelo, que dependen de la actividad económica y de la urbanización. Además la intensidad de las precipitaciones y el tiempo que separa dos eventos pluviométricos tienen repercusiones importantes sobre la importancia de la contaminación.
— Los vertidos al medio receptor tienen una estrecha dependencia de las dimensiones de la red de alcantarillado y del sistema de recogida, que puede ser unitario o separativo.
Así pues, el conocimiento de la contaminación pluvial urbana necesitará con seguridad mucho tiempo y esfuerzo, requiriendo medios técnicos y financieros importantes.
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Fig. 1. Ejemplo de impacto contaminante en el mar de los vertidos del alcantarillado en tiempo de lluvia. |
Cuantificación de los aportes contaminantes de las dsu
Existen tres objetivos esenciales de medida de la contaminación de las dsu.
1. Medidas realizadas para profundizar los conocimientos de base sobre los fenómenos intervinientes y su cuantificación.
2. Medidas realizadas en un lugar determinado para permitir el cálculo y proyecto de las obras necesarias para la gestión de la contaminación y también para analizar los impactos de las obras ya realizadas.
3. Eventualmente, medidas a realizar en tiempo real para permitir una buena gestión de las obras ejecutadas (por ejemplo para los aliviaderos).
Los principios de base de las medidas para cada uno de los tres objetivos son los mismos, pero difieren en cuanto a los parámetros a medir y a los puntos donde medir. Los más completos son los que corresponden al primer objetivo, ya que no se puede dejar de lado ningún parámetro susceptible de intervenir en las leyes o correlaciones investigadas, que son de naturaleza general.
Los puntos de medida deben elegirse de manera que se facilite el establecimiento de la ley investigada, por ejemplo cerca del punto de concentración de la escorrentía (antes de su entrada a la red) para determinar las leyes de ésta eliminando el efecto de arrastre de los depósitos en la red, o por contra, en un punto de la red para estudiar los efectos de arrastre de los depósitos. Es preciso igualmente que no existan obras aguas arriba del punto de medida que perturben o falseen la medida efectuada (por ejemplo depósitos de retención).
Las medidas a realizar para proyectar una obra de gestión de la contaminación, o para analizar el impacto de una obra existente, serán las necesarias para el cálculo de esa obra o de su impacto siguiendo los estudios precedentes y leyes conocidas a aplicar. Las medidas deben hacerse, en general, justo aguas arriba de la obra a estudiar.
Las medidas necesarias para la gestión en tiempo real están basadas actualmente en el nivel y/o caudal, y como mínimo algún parámetro medible en continuo que esté bien correlacionado con la contaminación aportada (por ejemplo la turbidez correlacionada con las mes).
Técnicas de medida y sus problemas
Las medidas son en general de tres tipos (adquiriéndose los datos numéricamente mediante data-logger o estaciones remotas):
a. Medida de la lluvia: mediante pluviómetros de cazoletas basculantes.
b. Medida de caudales utilizando:
• Medidores de caudal ultrasónicos o electromagnéticos.
• Vertederos donde se mide el nivel de la lámina de agua.
• Medida de niveles en puntos de calado crítico o puntos de régimen uniforme (relación biunívoca calado-caudal).
c. Medida de la contaminación, pudiéndose utilizar tres métodos:
• Tomas de muestras programadas (para analizar en laboratorio) gracias a un tomamuestras (conservándolos en frío), y permitiendo establecer los “polutogramas” (expresan la variación del flujo de un cierto contaminante a lo largo del tiempo) durante el evento pluviométrico.
• Tomas de muestras proporcionales al caudal, que permiten determinar la concentración media de cada uno de los parámetros analizados durante la lluvia. Este dispositivo requiere un medidor de caudal asociado.
• Telesupervisión en tiempo real de ciertos indicadores de contaminación mediante estaciones automáticas de control de calidad: turbidez, cot, etc.
La dificultad de las medidas de contaminación en tiempo diferido mediante tomamuestras no está en los análisis, que son clásicos, sino por un lado en el dispositivo de toma de muestras, que debe conseguir ser representativo de la contaminación transportada, y por otro en la frecuencia elegida de la toma de muestras. En efecto, las muestras deben reflejar a la vez las variaciones de concentraciones en función del caudal y, una vez agregadas a los volúmenes trasportados, no deben deformar la concentración media del episodio estudiado.
Una dificultad adicional para todas las medidas proviene del carácter episódico de los fenómenos, lo que excluye su realización manual. Así pues, es necesario disponer de materiales autónomos e inmovilizar el material durante un período largo: como mínimo un año, y mejor dos. Las campañas de medidas duran, en consecuencia, 50 veces más que las de evaluación de la contaminación de aguas residuales (uno a dos años frente a una a dos semanas). Su coste es, consiguientemente, elevado, lo cual explica su escasez a nivel mundial. No obstante, no hay duda de que la necesidad de actuar contra las dsu aumentará su número en los próximos años.
Respecto a las medidas en tiempo real, la principal dificultad radica, por un lado, en la escasez de sensores fiables y robustos que midan indicadores “rápidos” de contaminación, y por otro en el elevado coste de mantenimiento de estas estaciones.
Parámetros y datos a medir y a recoger
Existen bastantes parámetros y datos que interesa medir y recoger para poder evaluar e interpretar correctamente los aportes contaminantes de las dsu a los medios receptores. En la tabla 4 se sistematizan los datos más significativos y su efecto sobre la contaminación pluvial. Sin embargo, algunos de los datos no son fáciles de cuantificar.
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En general se distingue entre datos estructurales, que hacen referencia a la estructura urbanística o la de la red de alcantarillado donde sucede el fenómeno que se pretende analizar, y fenomenológicos, que hacen referencia al fenómeno “lluvia” que desencadena el proceso y al fenómeno de propagación por el alcantarillado que constituye su respuesta cuantitativa y cualitativa al evento pluviométrico.
Evaluación y comparación de los flujos contaminantes de las dsu basadas en medidas realizadas
En la década pasada se han realizado diversas campañas nacionales de medida de la contaminación pluvial urbana en eeuu, Holanda, Francia, etc. que han permitido disponer de unos primeros datos interesantes para cuantificar su flujo contaminante.
La cuestión de la importancia de la contaminación de las dsu en relación a otras formas de contaminación puede abordarse de diferentes maneras. Para proceder a comparaciones razonables deben considerarse dos aspectos: la naturaleza de la contaminación y la duración sobre la cual se realiza la comparación.
La naturaleza de la contaminación tiene su importancia según sea de efecto de choque o acumulativo (más adelante se profundizará en ellos). Para la contaminación con efecto de choque interesan las cargas de contaminantes por suceso pluviométrico, mientras que para la contaminación de efecto acumulativo interesan las cargas anuales. Esta consideración afecta en consecuencia a las bases de tiempo utilizadas para comparaciones.
Como ilustración, la tabla 5, tomada de un estudio de Cottet (Cottet, J., 1980) a partir de medidas realizadas en redes separativas, da una idea de la influencia de la base de tiempo considerada en la comparación. Las cifras de la tabla tienen sólo un valor indicativo, ya que pueden diferir mucho en otros lugares, dependiendo en particular del carácter unitario o separativo del sistema de recogida. Sin embargo, la comparación con los aportes de aguas residuales es globalmente válida.
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Diversos estudios basados en campañas nacionales de medida extranjeras, realizadas en la década de los ochenta, muestran que una sóla tormenta puede aportar un 20 o 25% del aporte contaminante medio anual, habiéndose incluso observado hasta un 80%.
En cualquier caso, las medidas efectuadas revelan una enorme variación y dispersión de resultados en función del parámetro de contaminación elegido y del lugar estudiado.
Las medidas realizadas ponen de manifiesto que en un mismo lugar y en el mismo punto de medida, el flujo contaminante no está correlacionado con el caudal. Esto es lógico, ya que un mismo caudal en un punto dado puede provenir de aportes hidráulicos de orígenes distintos; además la escorrentía puede haberse producido en condiciones diferentes (período de tiempo seco precedente al evento pluviométrico, actividad humana, circulación automóvil, etc.).
A pesar de esta falta de correlación, son los caudales más fuertes (correspondientes a tormentas de corta duración y períodos de retorno elevados) los que provocan las contaminaciones más importantes. Son las tormentas más peligrosas para el medio receptor, pero al mismo tiempo son aquellas en que es más difícil y costoso limitar su impacto medioambiental, dado que los volúmenes a gestionar son muy importantes. Seguramente sólo una concepción de sistema de drenaje más apoyada en depósitos de retención puede lograr una solución eficaz.
Cuando la lluvia es fuerte y de una duración suficiente, se produce un “flujo de primer lavado” (“first flush” en inglés) que arrastra desde el principio una fuerte proporción de depósitos. Son las aguas más cargadas, como lo muestra la figura 2.
Esta constatación sólo es verificable y exacta si la medida se hace muy cerca del punto de recogida de la escorrentía y si la intensidad y la duración de la lluvia sobrepasan un cierto umbral. Por contra, si la medida se hace alejada del “fenómeno aislado de escorrentía”, no se aprecia sistemáticamente el flujo del primer lavado, a causa de los depósitos en la red y sus arrastres, y del nivel de mantenimiento (véase la figura 3). Asimismo la longitud de propagación atenúa las puntas de caudal y afecta al flujo de primer lavado. Todo ello explica los resultados contradictorios de medidas efectuadas, dependiendo del punto donde se han realizado. Estas ideas afectan, naturalmente, al diseño que se decida de los depósitos de retención u otras obras descontaminantes.
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Fig. 2. Comparación caudal-concentración-flujo contaminante aportado por una pequeña cuenca vertiente. |
Fig. 3. Polutograma medio y envolventes extremas en la cuenca experimental de Maurepas (Francia). |
Algunas medidas realizadas en Francia parecen indicar incluso que la forma de los polutogramas, expresados en forma de flujo contaminante –kg/h– (que es el que realmente daña al medio receptor), prácticamente sólo depende de la forma del hidrograma; las puntas de caudal y flujo contaminante son prácticamente coincidentes. Asimismo, aunque las concentraciones medidas al principio de la escorrentía son con frecuencia las más elevadas, la punta de concentración sólo está significativamente más avanzada que la punta de caudal para un 15 a 30% de los eventos observados en las cuencas experimentales mencionadas. La figura 4 muestra un ejemplo de polutograma registrado en la cuenca experimental de Maurepas (Francia) extraído de stu (stu, 1985).
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Fig. 4. Polutograma de mes registrado en Maurepas el 5-1-82. |
Comparación teórico-real con la contaminación bruta de las aguas residuales en sistemas unitarios y separativos
Los vertidos que provienen de una red separativa de aguas pluviales estrictas reflejan bien los aportes de escorrentía de superficie. Ahora bien, en redes unitarias las aguas pluviales y residuales circulan por el mismo conducto, de manera que poco antes de llegar al medio receptor existen unos aliviaderos que desvían un cierto caudal (que no suele superar tres veces el caudal medio de aguas residuales) por un interceptor de aguas residuales hacia la estación depuradora. Dado que por los colectores llega a circular hasta 80 o 100 veces el caudal medio de aguas residuales, se produce con relativa frecuencia un vertido de aguas pluviales y residuales mezcladas al medio receptor.
La fracción de aguas residuales que es vertida al medio receptor va disminuyendo, lógicamente, a medida que aumenta el caudal de aguas pluviales; la mezcla depende también de las dimensiones y características del aliviadero. La dilución depende de las características de la red y las de la lluvia. En definitiva, los vertidos o descargas de sistemas unitarios (dsu) son, en consecuencia, muy diferentes de los vertidos de redes pluviales separativas, y su estudio mucho más complejo, ya que a los numerosos parámetros relativos a las aguas pluviales se añaden los propios de la red unitaria.
A continuación se incluirán dos ejemplos para ilustrar la comparación de las dsu con los vertidos de redes pluviales separativas y con las aguas residuales brutas o depuradas. El primer ejemplo es teórico y el segundo real (Trabuc, P., 1989).
El caso teórico corresponde a un estudio de la Agence de Bassin Seine-Normandie para un municipio de 10.000 habitantes. En este estudio se compararon las dsu con los vertidos de redes pluviales separativas y con las aguas residuales tratadas por una estación depuradora, tal como se resume en la tabla 6. Este ejemplo da, esencialmente, órdenes de magnitud, poniendo en evidencia que:
— Los flujos contaminantes son del mismo orden de magnitud para dsu, vertidos de redes pluviales y efluentes de estaciones depuradoras.
— Los flujos contaminantes a escala de un evento pluviométrico son muy superiores (hasta 10 veces) a los vertidos diarios de la estación depuradora, siendo comparables a los de la contaminación diaria de las aguas residuales brutas (sin tratar).
— Las dsu o vertidos de redes unitarias en tiempo de lluvia están más cargadas que las de redes pluviales separativas en mes, dbo5 y dqo, lo cual era previsible. Además, a pesar del menor número de días de vertido, el flujo anual de las dsu es también superior al de las redes separativas. Los aportes en metales pesados son del mismo orden de magnitud en los dos casos.
Estudios realizados en casos reales (ver Lindholm et al., 1990) confirman estas ideas.
Una conclusión importante que puede deducirse de estas constataciones es la puesta en entredicho de la superioridad del sistema separativo sobre el unitario. De hecho, diversos autores (Ellis, 1990, etc.) resaltan que basta un 2 a 5% de conexiones defectuosas o “ilegales” a la red pluvial para reducir enormemente sus ventajas e incluso anularlas.
El caso real corresponde a la aglomeración parisina, en la salida de una cuenca de 4.700 hectáreas impermeables (o activas). Se analizaron 18 eventos pluviométricos, obteniéndose los resultados de la tabla 7 (se ha referido todo a la unidad de superficie impermeable a efectos de permitir comparaciones). Los resultados obtenidos demuestran que:
— A escala de un evento pluviométrico, la contaminación de los vertidos en tiempo de lluvia es del mismo orden de magnitud que la contaminación de las aguas residuales brutas, excepto para las mes, que representan el doble.
— La carga anual de metales pesados vertida en tiempo de lluvia es del mismo orden de magnitud que la contaminación anual de las aguas residuales brutas, excepto para el Zinc.
Para finalizar, conviene resaltar la gran importancia que se ha visto que tienen los arrastres (producidos por los caudales derivados de las lluvias más significativas) de los depósitos en la red, sobre la composición de los vertidos en tiempo de lluvia.
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La modelización matemática de la calidad
La escasez de las medidas de contaminación pluvial disponibles, tanto por limitación de los puntos de medida como por limitación del período de medida, obliga a utilizar una serie de modelos matemáticos para su aplicación práctica y extrapolación a otras ubicaciones. A continuación veremos los tipos de modelos comúnmente utilizados.
Dan una carga contaminante Yi en función (lineal o no) de variables Xj correspondientes a datos de lluvia, escorrentía, o propios del lugar. Los modelos de regresión que se ha intentado construir localmente han sido en general decepcionantes. Los mejores resultados han sido obtenidos en evaluaciones de zonas globales. Son utilizados por los planificadores para permitir establecer las primeras estimaciones.
Son modelos que describen la evolución en el tiempo de un parámetro Yi contaminante en el curso de un evento pluviométrico. Por ejemplo:
Yi (t) = a·Qb(t), donde Q(t) es el caudal escurrido en el instante t
Se utilizan generalmente para probar dispositivos de control de la contaminación.
Estas ecuaciones no son aplicables a un estudio general de cargas contaminantes, ya que han sido establecidas en casos particulares a partir de datos locales específicos, aunque sí puede utilizarse su forma matemática general.
Estos modelos buscan determinar el máximo de contaminación susceptible de ser vertida en un período de tiempo igual al que puede perturbar el medio receptor. Esta escala de tiempo varía según el parámetro contaminante:
— Horas, para bacterias.
— Horas o días, para materia orgánica.
— Mes, estación o año, para los nutrientes.
— Década, para los metales pesados.
Esto conduce a análisis estadísticos de los vertidos (por ejemplo, distribución estadística de masas de dqo vertidas por una serie de eventos pluviométricos).
Modelos de contaminación de redes
En general son modelos matemáticos de simulación hidrológico-hidráulicos (cuantitativos) del comportamiento de redes de alcantarillado, con diferentes bloques de cálculo: escorrentía, propagación, almacenamiento, etc., a los que se añaden bloques de cálculo de la contaminación, que tratan de reproducir la evolución de la calidad del agua pluvial y residual durante un episodio pluviométrico (desde sus orígenes hasta su vertido al medio receptor). Existen tres grandes tipos de modelos de contaminación de redes:
a. De concentración constante: suponen que todas las variables de estado de la calidad del agua (mes, dbo5, dqo) se transportan por la red sin variar la concentración durante su propagación. Se trata, pues, de modelos de advección de contaminantes. Por ejemplo: samba (Danish Hydraulic Institute–dhi) y convec (Sogreah). En la figura 5 pueden verse dos ejemplos de resultados de modelación matemática realizada con el modelo samba en Barcelona, en una cuenca de 256 hectáreas y utilizando una serie histórica de hietogramas registrados durante 65 años (1927-1993).
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Fig. 5. Ejemplo de resultados de modelación matemática de calidad realizada en Barcelona con el modelo samba. |
b. De acumulación y movilización sobre la cuenca: calculan un polutograma en cada subcuenca, a partir de formulaciones de acumulación y movilización de contaminantes. La complejidad de las formulaciones es variable, requiriendo un número elevado de parámetros a calibrar (alrededor de 10). Como ejemplos pueden citarse kosim, storm y qqs.
c. Con transporte sólido: utilizan formulaciones de transporte sólido en la red. Como ejemplos pueden citarse mouse trap (dhi), hydroworks (hrw), swmm, flupol, thalia e hypocras.
Los modelos “a” son adecuados para simulaciones de larga duración con el objetivo de predecir flujos anuales o de evaluar las consecuencias de una obra para una serie de lluvias. Los modelos “b” y “c” son más pesados de utilizar, pero también más completos, lo cual los hace indicados para simulaciones de episodios pluviométricos aislados.
Todos estos modelos tienen todavía limitaciones y están aún en desarrollo. Sin embargo, si se calibran cuidadosamente, son muy útiles para simular los flujos contaminantes vertidos al medio receptor y permiten clarificar el funcionamiento de una cierta red (importancia relativa de los aliviaderos existentes, por ejemplo). Estos elementos de información constituyen las primeras bases de una política de protección del medio receptor y permiten tomar decisiones razonables sobre las obras de descontaminación de las dsu.
El «Programa nacional para la medida de la calidad de las descargas de sistemas de alcantarillado unitario a los medios receptores» (promedsu)
En España, como en muchos otros países, todo el esfuerzo en el campo de reducción del impacto contaminante de las redes de alcantarillado en los medios receptores se ha limitado hasta ahora a la depuración de las aguas residuales, sin tener prácticamente en consideración la problemática de las dsu.
Sin embargo, la aplicación de la Directiva 91/271/CEE y la creciente sensibilidad medioambiental en la Unión Europea han impulsado dentro del grupo gadu (Gestión Avanzada del Drenaje Urbano) de la aeas, una propuesta para realizar en España un «Programa nacional para la medida de la calidad de las descargas de sistemas de alcantarillado unitarios a los medios receptores». Esta propuesta ha sido presentada al moptma para su financiación, existiendo desde el primer momento una excelente acogida (de hecho se están iniciando los trámites para su puesta en marcha).
El promedsu se desarrollará en siete cuencas piloto españolas (de 25 a 700 ha), ubicadas en Barcelona, Córdoba, Las Palmas, Madrid, Pamplona, Sevilla y Vitoria. Pretende, en esencia, caracterizar la contaminación vertida por las dsu en cada cuenca, sentando las bases de la política de protección de los medios receptores españoles frente a los vertidos del alcantarillado en tiempo de lluvia (en el marco de la directiva 91/271/CEE): planteamiento de actuaciones anti-dsu, propuesta de aplicación de modelos matemáticos de contaminación de redes para extrapolar los resultados de las cuencas piloto, etc.
Para caracterizar las DSU:
a. Se instrumentará la cuenca mediante un pluviómetro, un caudalímetro y un tomamuestras portátil. En Barcelona y Vitoria, que ya disponen de un sistema de control en tiempo real de su red de alcantarillado, el tomamuestras portátil se completará con una estación automática de control de la calidad en tiempo real (que registre, como mínimo, pH, temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, turbidez y cot).
b. Se cuantificarán las DSU: frecuencia, duración, hidrograma, volumen vertido.
c. Se determinarán en laboratorio los siguientes indicadores de contaminación: MES, DBO5, DQP, N, P, Pb, Zn y coliformes fecales.
Se pretende realizar el estudio durante un año, en todos los eventos pluviométricos, estudiándose la posibilidad de seguir el estudio un año más al acabar el primer año.
Por economía, se estudiarán con detalle ocho sucesos pluviométricos en cada una de las siete cuencas, tomándose muestras discretas (en función del nivel o caudal, por ejemplo, considerándose una media de 12 por suceso); esto permitirá analizar si existe o no el fenómeno de primer lavado en las cuencas estudiadas. En el resto de sucesos pluviométricos se tomará una muestra integrada de todo el suceso.
Se realizará una explotación de los datos comportando tres fases principales:
— Crítica de los datos y estudio de la representatividad de los sucesos pluviométricos muestreados.
— Investigación de relaciones estadísticas entre los indicadores medios y/o cargas totales y las características cuantitativas de los sucesos pluviométricos correspondientes (altura total precipitada, duración, intensidad media máxima para el tiempo de concentración, duración de tiempo seco precedente al suceso, caudal punta, volumen escurrido, etc.).
— Estimación de cargas contaminantes instantáneas o agudas en cada suceso (polutogramas) o anuales acumuladas.
La coordinación de los trabajos, así como la explotación de los datos, será llevada a cabo por personal titulado de clabsa, que dispone de personal especialista en todos los temas intervinientes en este programa, y tiene establecidos diversos convenios con diversas Universidades, Administraciones y empresas nacionales y extranjeras que garantizan la adecuada planificación y desarrollo del programa propuesto.
Como apoyo, se creará un comité de expertos pertenecientes a Universidades, Administraciones u otros entes nacionales y extranjeros que asesorará en el planteamiento, seguimiento y análisis de los resultados del promedsu.
En total se prevé tomar muestras de 693 sucesos pluviométricos entre las siete ciudades.
El impacto de las dsu sobre los medios receptores
Como se ha visto, los componentes de las aguas pluviales son esencialmente los mismos que los de las aguas residuales pero con proporciones diferentes. Las dsu son aún más parecidas.
Por otro lado, empiezan a darse cada vez más ejemplos de países donde a pesar de haberse cubierto el objetivo de depuración de las aguas residuales en una cierta zona, no se ha logrado una mejora apreciable en la calidad de los medios receptores debido al impacto de las dsu.
De hecho, las dsu producen sobre los medios receptores unos efectos de choque o inmediatos, y otros acumulativos o diferidos, que afectan principalmente al biotopo.
A su vez esos efectos se traducen en unos impactos y consecuencias tanto sobre los ecosistemas como sobre los usos del agua del medio receptor. A continuación se analizarán tanto estos efectos como sus impactos.
Es habitual cuando se habla de efectos de vertidos contaminantes sobre un medio acuático receptor clasificarlos en función del tiempo transcurrido entre el vertido y las consecuencias que provoca sobre el medio receptor. Así pues, se distingue entre:
— Efectos de choque (o inmediatos o a corto término): se caracterizan por la ausencia de remanencia de larga duración. Los efectos de la contaminación, por catastróficos que sean, cesan relativamente rápido una vez el aporte contaminante ha finalizado.
— Efectos acumulativos (o diferidos o a largo término): se caracterizan por un aumento gradual de la concentración de un contaminante en el agua receptora. Cuando la concentración alcanza un cierto valor umbral se empiezan a producir problemas en las aguas receptoras.
En la tabla 8 pueden verse sistematizados los efectos de choque y acumulativos que producen las dsu sobre el medio receptor, así como sus consecuencias directas sobre el mismo.
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En general la duración de los efectos de choque o inmediatos será inferior al tiempo medio que separa dos eventos pluviométricos. No obstante, puede tener consecuencias catastróficas sobre el ecosistema, implicando, en particular, una mortalidad importante de la biocenosis.
De hecho, la concentración en las dsu de ciertos contaminantes, mes y metales pesados especialmente, puede llegar a ser muy superior a la de las aguas residuales sin tratar. En un sólo suceso pluviométrico se llegan a verter masas de contaminantes muy superiores a las vertidas en un día de tiempo seco por una estación depuradora (por lo que se refiere a las mes, materias orgánicas y ciertos micro-contaminantes).
Por lo que se refiere a los efectos acumulativos o diferidos, su duración es, en general, muy superior a la del tiempo medio que separa dos sucesos pluviométricos. Su importancia resulta no de un suceso determinado, sino de la repetición de sucesos, que producen la acumulación y permanencia en un determinado medio receptor, implicando en general períodos de estudio como mínimo anuales. Globalmente estos impactos perturban el ecosistema en sus equilibrios más complejos y más íntimos, lo que se traduce en modificaciones de la composición de las poblaciones animales y vegetales; a su vez llegan a perturbar los usos humanos, en muchos casos el propio abastecimiento del agua.
Las masas de contaminante vertidas anualmente por las dsu son del mismo orden de magnitud que las masas anuales vertidas en tiempo seco, aunque con diferencias importantes según los contaminantes considerados y las situaciones locales.
La figura 6 ilustra los dos tipos de efectos. En la figura 7 puede verse las escalas de tiempo de la acción de los principales parámetros característicos de las dsu.
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Fig. 6. Diferentes tipos de efectos observables sobre un medio acuático. |
Fig. 7. Escalas temporales relativas al impacto de las dsu. |
Los efectos de los contaminantes no sólo se manifiestan en las inmediaciones del punto de vertido. Según la naturaleza y la forma físico-química de los productos vertidos (en suspensión o disueltos, más o menos gran biodegradabilidad, etc.) y según las características del medio receptor (corrientes marinas, velocidad y caudal en el río, etc.), la dispersión de los contaminantes puede hacerse sobre una distancia más o menos larga. Para el caso de ríos la figura 8 da un orden de magnitud de las escalas espaciales a considerar según los tipos de parámetros de las dsu considerados.
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Fig. 8. Escalas espaciales relativas al impacto de las dsu. |
Los efectos de choque y acumulativos producidos por las dsu tienen unas consecuencias directas sobre el medio receptor (como acabamos de ver) que provocan un impacto tanto sobre los ecosistemas como sobre los usos del agua (afectando, por tanto, directamente a la actividad humana). En la tabla 9 se esquematizan estos impactos y las consecuencias que de ellos se derivan.
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Los medios de reducción y control de las dsu y sus impactos
Ante la magnitud de los problemas producidos por las dsu que acabamos de ver, ¿qué puede hacerse?, ¿qué debe hacerse? Existen, de hecho, una serie de actuaciones más o menos onerosas que permiten atacar el problema. A continuación se analizarán estas actuaciones siguiendo un orden práctico según su ubicación desde el medio receptor hacia aguas arriba, tal como se esquematiza en la tabla 10.
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Actuaciones directas sobre el medio receptor
Existe toda una serie de medidas o acciones directas puntuales sobre el medio receptor destinadas a reducir el efecto de choque (y acumulativo en algún caso) producido por las dsu.
Medidas para retención de flotantes
Existen ya algunas bastante experimentadas. Destaca sobre todo el barco “Pelican”, preparado para recoger en superficie los flotantes vertidos por las dsu. Se utiliza con éxito, por ejemplo, en gran parte de la costa española mediterránea durante la temporada veraniega de baños. En la figura 9 puede verse un esquema de dicho barco.
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Fig. 9. Barco Pelican. |
A veces se trata de retener los flotantes justo después de salir al medio receptor mediante barreras flexibles flotantes como la de la figura 10, que se ha experimentado en Barcelona. En medio marino se emplean a veces en puertos, habiéndose realizado una experiencia piloto en uno de los espigones de Barcelona. En ríos, se tiene conocimiento de cuatro barreras colocadas en el río Sena cerca de París (después de algunos puentes), previéndose instalar seis más en el futuro.
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Fig. 10. Barrera flotante de retención de sólidos experimentados en Barcelona. |
Finalmente, puede también plantearse otra posibilidad orientada a evitar que los flotantes lleguen a las zonas de ocio (especialmente playas), consistente en disponer redes verticales interceptoras de flotantes enfrente de estas zonas, como las de la figura 11. En Barcelona está en estudio una experiencia piloto con este sistema.
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Fig. 11. Red interceptora vertical en estudio en Barcelona. |
Es una medida preventiva destinada a evitar problemas, tanto de efecto nocivo acumulativo, como de choque debido al impacto que los sedimentos acumulados en un punto del medio receptor pueden producir al ser arrastrados por avenidas en otros puntos de ese medio receptor o de otros medios receptores a los cuales afluye.
Medidas para aumentar la cantidad de O2 disuelto disponible en el medio
Existe una serie de medidas que puntualmente pueden emplearse para aumentar el O2 disuelto en el medio receptor, de manera que pueda compensarse tanto el efecto de choque negativo debido a las dsu como la falta crónica de O2 disuelto en el medio. Entre otras pueden mencionarse: agitación del agua, insuflación de O2, inyección de agua sobresaturada en oxígeno, aumento artificial del caudal de estiaje, creación de caídas de agua en azudes de ríos navegables, etc.
Medidas especiales de protección de la fauna
Para reducir el efecto de choque sobre la fauna, puede eventualmente disponerse zonas protegidas donde los peces pueden refugiarse en caso de contaminación brutal (brazos secundarios, etc.), o incluso pueden introducirse especies piscícolas menos sensibles a la contaminación. También a veces se realizan campañas de repoblación piscícola para restaurar la fauna original del medio receptor.
Actuaciones en la estación depuradora
Las sobrecargas hidráulicas y de contaminación producidas en tiempo de lluvia en el agua afluente a las estaciones depuradoras provocan en ellas disfunciones más o menos importantes y de diversa duración. Las estaciones con sistema de fangos activados (que son las mayoritariamente utilizadas en las principales ciudades españolas), son las más sensibles a estas sobrecargas. Las perturbaciones producidas se traducen en:
— Picos de concentración importante en mes en el agua tratada.
— Ligera bajada del rendimiento sobre el tratamiento de la contaminación carbonada.
— Fuerte bajada de la nitrificación, con puntas en amonio de varios mg/l a la salida.
— Caída, ligeramente diferida, de la desnitrificación.
— Almacenamiento de fangos en el clarificador, y eventualmente una fuga de estos fangos hacia el medio receptor.
— Bajada temporal del índice de fangos, que puede eventualmente preceder una subida significativa.
— En ciertos casos, cambios a largo término en el equilibrio de las poblaciones bacterianas.
Para limitar las disfunciones en tiempo de lluvia y para tratar de garantizar el retorno a las condiciones nominales en tiempo seco en el tiempo más corto posible, se han propuesto varias estrategias de gestión, que se verán a continuación. En general se busca limitar la magnitud de los problemas antes que asegurar un tratamiento satisfactorio. Por otro lado, estas estrategias sólo se han llegado a aplicar, en general, para caudales máximos que no sobrepasan cinco veces el caudal medio en tiempo seco (5 Qs).
Es desgraciadamente el método más habitualmente aplicado en tiempo de lluvia. Diferentes investigaciones demuestran que valores de 3 o 3,5 Qs son generalmente admisibles por las estaciones clásicas. Si se llega a 4 o 5 Qs, los resultados pueden ser catastróficos, especialmente por las fugas de los fangos. La solución intermedia, consistente en admitir más caudal en el pretratamiento y decantación primaria que en la etapa biológica, no parece aportar grandes mejoras adicionales.
La modificación de los circuitos de los fangos
Los métodos clásicos (aumento de la recirculación, almacenamiento intermedio en un depósito tampón aireado, almacenamiento en línea por alimentación escalonada) pueden funcionar con los sucesos pluviométricos habituales. Tienen el interés de suprimir las fugas de fangos, pero a costa, evidentemente, de una degradación de la calidad del agua tratada.
Desinfección de las aguas pluviales
Las dsu vehiculan una contaminación bacteriana importante. En consecuencia, en las zonas de baño o en general destinadas al ocio (deportes náuticos, etc.) parece que debería tenderse a la desinfección de estos vertidos. Sin embargo, hasta el momento no parece que sea un tema prioritario dentro del tratamiento de las aguas pluviales.
De hecho, en el inicio de los años setenta se realizaron algunas experiencias, sobre todo en Estados Unidos. En general se trataba de incorporar la desinfección a la línea de tratamiento de la estación depuradora, adaptándola a los volúmenes y caudales en tiempo de lluvia. Se emplearon oxidantes clásicos: cloro gaseoso, dióxido de cloro, hipoclorito de sodio, ozono. Se obtuvieron rendimientos superiores al 99% con instalaciones especialmente estudiadas para optimizar los tiempos de contacto (véase Lager et al., 1977). Aparte de estas investigaciones no se ha avanzado prácticamente nada más hasta la fecha.
Estas actuaciones están entre las más eficaces, permitiendo sobre todo eliminar la materia en suspensión y los flotantes.
Obras de almacenamiento y decantación
Los estudios y medidas más recientes demuestran que una gran parte de la contaminación de las dsu está asociada a las mes (a excepción principalmente de los nitritos, nitratos y fósforo soluble), y a su vez que las mes poseen unas características hidrodinámicas que facilitan su eliminación por decantación. La tabla 11 (tomada de Chebbo et al., 1991) da una idea de los porcentajes de contaminación fijada en la mes para diferentes parámetros.
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Así pues, puede confiarse en que una decantación de algunas horas reduzca notablemente no sólamente las mes sino también los elementos fijados sobre ellas; la tabla 12 (tomada de Chebbo et al., 1991) confirma esta tesis.
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Existen, de hecho, una serie de actuaciones (que veremos seguidamente) que provocan esta decantación, siendo unas de las medidas más eficaces disponibles actualmente para actuar contra las dsu. Pueden distinguirse tres tipos de actuaciones para producir la decantación:
— Depósitos de retención off-line o in-line.
— Decantadores compactos in-line.
— Compuertas de contención y almacenamiento in-line.
Constituidos por receptáculos subterráneos (similares a parkings) o a cielo abierto, de capacidades considerables (10.000 a 150.000 m3), que producen una decantación extensiva. Lógicamente, están dotados de las conexiones necesarias a los colectores anexos, y muchas veces de elementos de regulación y control, que permitan su gestión activa y dinámica. Pueden estar off-line (en paralelo con la red) o in-line (en serie con la red). Son en general paralelepipédicos, aunque a veces se han constituido circulares y alargados, tipo túnel (por ejemplo en Japón, Suecia, etc.). En la figura 12 puede verse una sección transversal de uno de estos depósitos.
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Fig. 12. Sección transversal de un depósito de retención. |
Existen ya múltiples ejemplos de depósitos de retención en Alemania (más de 10.000 depósitos), Francia (más de 300 depósitos), Japón, eeuu, Canadá, Gran Bretaña, etc. realizados en los últimos 20 años. Muchos de estos depósitos fueron concebidos inicialmente con un propósito de regulación hidráulica para evitar inundaciones, aunque posteriormente se ha visto que pueden cumplir una función anti-dsu, a base de almacenar el agua durante un período de tiempo más o menos largo. De hecho, en los últimos años se han realizado ya diversos depósitos con una función estrictamente anticontaminante.
Los rendimientos pueden ser del orden de los incluidos en la tabla 12. Sin embargo, debe destacarse que en medio urbano denso (donde la impermeabilidad es muy elevada) las superficies requeridas para estos depósitos son considerables. Por ejemplo, en redes separativas y cuencas del orden de 100 hectáreas, Saget (Saget et al., 1991) recomienda:
— 200 m3/ha impermeable para tratar los eventos pluviométricos críticos (es decir los que provocan efectos de choque).
— 100 m3/ha impermeable para tratar la contaminación anual (que provoca efectos acumulativos).
Así pues, aun siendo obras de un gran interés, debe estudiarse cuidadosamente su viabilidad financiera. Una posibilidad es intentar combinar su ocupación de superficie con otros usos, como un aparcamiento subterráneo (existen ejemplos en Las Palmas en España, o en Nancy o en Vitry-sur Seine en Francia). En las figuras 13 y 14 puede verse dos ejemplos de Nancy y Munich respectivamente.
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Fig. 13. Ejemplo de depósito de retención en Nancy (Francia). |
Fig. 14. Ejemplo de depósito de retención en Munich (Alemania). |
Decantadores compactos in-line
Dadas la grandes extensiones requeridas por los depósitos de retención off-line que acabamos de mencionar, existen diversas investigaciones y realizaciones en curso que tratan de obtener obras de decantación compactas que permitan obtener rendimientos suficientes con unos costes aceptables. Sin embargo, estas obras tienen todavía inconvenientes importantes.
Esencialmente debe hablarse de decantadores centrífugos y lamelares.
Esta instalación trata de alargar, mediante un movimiento helicoidal, el camino recorrido por las partículas sólidas, para facilitar su decantación.
Este tipo de decantador se ha experimentado en eeuu, Francia, etc. y ha dado resultados bastante decepcionantes (rendimientos inferiores al 40% sobre las materias orgánicas).
Parece ser que este tipo de decantador es muy sensible a las variaciones de caudal y que su funcionamiento óptimo sólo puede obtenerse en una gama de caudales bastante restringida.
Una evolución de estas obras ha sido realizada en Gran Bretaña con el Storm King Dynamic Separator, que ha permitido mejorar el sistema (especialmente disminuyendo los riesgos de arrastre de los sedimentos depositados). Sin embargo, en todos los casos existe el grave inconveniente de que sólo admiten caudales afluentes que no sobrepasen los 100 l/s, con lo cual, para caudales importantes (que es lo habitual) se requieren obras previas de almacenamiento.
La decantación lamelar, ya utilizada con aguas residuales y potables, tiene la ventaja de efectuar un tratamiento in-line, como contraposición a la decantación extensiva que se ha visto antes (que requiere tiempos de retención relativamente elevados). Este tipo de decantación permite respecto a la decantación extensiva:
— A igual caudal afluente, reducir considerablemente el tamaño de las obras necesarias (relación 1 a 10).
— A igual superficie, aumentar considerablemente los rendimientos de la decantación.
Actualmente las experiencias piloto realizadas corresponden todavía a caudales pequeños, obteniéndose resultados relativamente satisfactorios (a igual caudal, iguala los rendimientos de la decantación extensiva). Parece ser que es la única alternativa de decantador compacto que podría llegar a tratar caudales importantes.
Almacenamiento in-line en la propia red
Dado que las redes de alcantarillado se diseñan para períodos de retorno elevados (10 años o incluso más), existe una capacidad sobrante en la red para caudales producidos por lluvias de pequeña magnitud (por ejemplo en 1994 en Barcelona hubo 90 días de lluvia, de los cuales hubo 34 que no sobrepasaron 1 mm de lluvia total, y que, por tanto, produjeron caudales muy pequeños en la red). Por ello existen ya diversas experiencias en Canadá, eeuu, Dinamarca, Alemania, etc. de uso de esta capacidad sobrante mediante un almacenamiento provocado en la propia red mediante compuertas (basculantes, de sector, etc.) o reguladores fijos de caudal (tipo vórtice). En la figura 15 se esquematiza un almacenamiento en red provocado por una compuerta basculante de contención que se empezará a experimentar este año en Barcelona.
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Fig. 15. Almacenamiento en la red producido por compuertas a implantar en Barcelona. |
Lógicamente, deberá analizarse cuidadosamente los requisitos de mantenimiento, así como la capacidad de la red, mediante los estudios de modelación matemática pertinentes, para estar seguros de que no se producirán problemas de puesta en carga de la red o de reflujo del agua por los albañales. Es indispensable utilizar técnicas de control en tiempo real para poder asegurar un buen funcionamiento de este tipo de almacenamiento.
Varios fabricantes ofrecen actualmente separadores de hidrocarburos basados en el principio de coalescencia. Todas estas instalaciones de basan en el siguiente principio:
— Un primer compartimento asegura una función de lavado, retirando una parte de las materias sólidas.
— Un segundo compartimento asegura la función de separación de los hidrocarburos en emulsión (un filtro coalescente separa los compartimentos 1 y 2, favoreciendo la flotación de los hidrocarburos).
Esta técnica da buenos resultados; sin embargo, tiene el gran inconveniente de estar limitada a caudales máximos del orden de 300 l/s.
Es evidente que una limpieza cuidadosa y sistemática del alcantarillado, con especial atención a los puntos singulares donde la sedimentación es importante (incluso en tiempo seco), reducirá la contaminación arrastrada en tiempo de lluvia, y en consecuencia su impacto al ser vertida en el medio receptor.
Actuaciones en las entradas a la red
Es frecuente que los imbornales por donde el agua de escorrentía entra al alcantarillado dispongan de un arenero (depresión en el pozo de caída) para retener sobre todo las arenas arrastradas por el agua (evitando tanto depósitos en la red como su vertido al medio receptor). Así pues, ejercen una función descontaminante a costa de obligar a una limpieza más frecuente, tanto porque se llena el arenero como porque en él pueden quedarse materias fermentables.
Son tanques o fosas relativamente grandes que a veces se disponen en el punto de entronque de un torrente a la red urbana de alcantarillado. Su misión es retener la gran cantidad de arrastres (ramas, etc.) y arenas que lleva el agua de escorrentía que discurre por un torrente, para evitar su introducción en la red, disminuyendo así el gasto de limpieza de la red y paralelamente reteniendo parte de la contaminación (en general la materia más gruesa) asociada a las aguas pluviales.
Actuaciones aguas arriba de la red
Limpieza de los espacios públicos
En principio parece lógico tratar de evitar que la contaminación existente en la calle o un espacio público en general, entre en el alcantarillado. Sin embargo, en la práctica se ha visto que la limpieza de la vía pública tiene sobre todo interés por higiene de la propia vía y para eliminar la contaminación visual. De hecho, esta limpieza permite retirar la materia más gruesa, pero se ha visto que su eficacia media para las partículas finas (que suponen la parte más importante de la contaminación) varía entre 10 y 30%, con fuertes variaciones en función del lugar y de las condiciones de operación. Parece ser que sólo si se llega a limpiar una vez cada día, y combinando barrido-aspiración y lavado, se consigue un efecto significativo sobre la descontaminación de las dsu. Esto supone un coste de mantenimiento superior al disponible en muchos casos.
Técnicas alternativas al drenaje tradicional
La evacuación de aguas pluviales mediante una simple recolección ha podido dar resultados satisfactorios mientras el urbanismo se ha desarrollado de una manera limitada en las proximidades de los centros de las ciudades. La situación no es la misma con la aparición de zonas de viviendas periurbanas cada vez más numerosas. Estas zonas de nueva urbanización se acompañan de un aumento importante de superficies impermeables activas que producen volúmenes y caudales puntas de escorrentía que las soluciones técnicas tradicionales tienen dificultad en resolver. Efectivamente, la resolución de estos problemas comporta a menudo obras drenantes que pueden llegar a ser gigantescas. Las inversiones necesarias asociadas son insoportables para muchas ciudades, que tienen problemas para frenar la urbanización.
Aparte de los aspectos financieros, han de tenerse en cuenta los problemas hidrológicos ocasionados por la urbanización. Estos problemas están relacionados con la hidráulica, la contaminación y el equilibrio hídrico general de las cuencas vertientes. Desde el punto de vista hidráulico es esencialmente un incremento de los volúmenes y de los caudales punta que se trata de compensar. Respecto a la calidad del agua, toda concentración humana genera problemas de contaminación; además, los efectos hidráulicos pueden tener consecuencias sobre el funcionamiento de los medios receptores. Finalmente, el equilibrio hídrico general de las cuencas vertientes puede ser perturbado por una evacuación rápida de las aguas de escorrentía, conduciendo así a un déficit hídrico a nivel de las capas freáticas.
Así pues, los municipios se encuentran enfrentados ante un impasse técnico y financiero. Por este motivo, se han llevado a cabo diferentes estudios y experiencias incidiendo sobre una ciencia, la hidrología urbana, y sobre las llamadas Técnicas Alternativas al Drenaje tradicional (tad), cuyo objeto es compensar los efectos negativos de la impermeabilización (inundaciones e impacto contaminante) ligada al desarrollo urbano. Estas soluciones tecnológicas se centran en laminar los caudales punta, reducir los volúmenes de escorrentía y retener contaminación. Aplicándose esencialmente aguas arriba de las redes en las zonas de nueva urbanización, permiten respetar los impedimentos hidráulicos aguas abajo (y reducir el impacto sobre el medio receptor), y se traducen en la ejecución de colectores de diámetro sensiblemente reducido, permitiendo de este modo economías significativas.
Las tad permiten un mejor control del proceso de escorrentía a partir de los principios de almacenamiento, infiltración y reducción de la impermeabilización. En la tabla 13 se esquematizan las principales soluciones. A efectos conceptuales se incluye como tad los depósitos de retención, cuya función descontaminante ya se ha analizado. Sin embargo, en esta sección se pretende analizar el efecto descontaminante del resto de tad, que son más propiamente actuaciones aguas arriba de la red. En la figura 16 puede verse un ejemplo de tad en Barcelona.
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Fig. 16. Ejemplo de técnica alternativa al drenaje tradicional: revestimiento alveolado en la Villa Olímpica de Barcelona. |
Las tad permiten eliminar cantidades importantes de diversos contaminantes. La tabla 14 (tomada de Colorado s.w.t.f., 1990) da una idea de las eliminaciones de contaminantes que pueden conseguirse con algunas tad.
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Debe insistirse, no obstante, en que las tad no deben aplicarse de una manera indiscriminada. La elección dependerá de la relación coste/eficacia de las diversas soluciones en función de su capacidad de reducir las inundaciones y de proteger la calidad del medio receptor. Deberá analizarse con suma atención el mantenimiento previsto, y el impacto contaminante de estas técnicas en el subsuelo y las aguas freáticas.
Control en tiempo real de las dsu
El carácter aleatorio de la lluvia y el tiempo, con frecuencia corto, entre el inicio de la escorrentía y la subida del caudal, inducen la necesidad de implantar un control en tiempo real de la red de alcantarillado para poder decidir el funcionamiento de aquellas actuaciones anti-dsu que permitan una gestión dinámica y adaptable a diferentes circunstancias. En esencia se trata de los depósitos de retención y de las compuertas in-line, cuyo funcionamiento deberá, por supuesto, apoyarse en sensores (telesupervisados en tiempo real) tanto de cantidad de agua (pluviómetros, limnímetros, etc.) como de calidad (carbono orgánico total, etc.); a ellos deben añadirse los sensores (de posición, etc.) de los elementos propiamente actuadores (compuertas o estaciones de bombeo en general).
En estos sistemas los diversos datos de los sensores son recogidos en tiempo real por estaciones remotas, y enviados a un centro de control, lo cual permite una “supervisión activa” y, en consecuencia, la decisión de las mejores maniobras de los actuadores disponibles. Además el registro de estos datos y su análisis después de la lluvia ayudan a la comprensión de las reacciones de la red.
Las acciones decididas después de un examen de la situación y de su evolución, pueden traducirse en una orden de inicio del movimiento de una compuerta, o de la puesta en marcha de una bomba, o cualquier otra maniobra. La decisión de actuar puede tomarse desde el centro de control con decisión humana o a partir de un sistema experto, o de la propia estación. En la figura 17 puede verse un ejemplo de control local de compuertas in-line.
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Fig. 17. Compuertas in-line telecontroladas. |
El análisis de la reacción de la red a un evento pluviométrico puede conducir a la elaboración de consignas de funcionamiento de un actuador, o incluso a la elaboración de un procesador de cálculo más o menos complejo y de un modelo que permita elaborar rápidamente las decisiones a partir de datos recogidos, o incluso de previsiones, todo ello a nivel de centro de control o a nivel más local.
Las principales dificultades que todavía existen para la puesta a punto de estos procesos de control de las dsu, están principalmente ligadas a la disponibilidad de sensores fiables y robustos para la calidad del agua. Por ello la gestión en tiempo real de los actuadores responde en general a criterios hidráulicos. Sin embargo existen ya estaciones automáticas para control de la calidad en tiempo real que permiten medir (directamente o mediante reacciones químicas), entre otros: pH, temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, turbidez, amoníaco, carbono orgánico total (cot), nitratos y fosfatos. Asimismo han aparecido recientemente en el mercado sensores para medidas en continuo con un potencial interesante en el control en tiempo real de la calidad: coliformes totales, dqo, y dbo en dos minutos.
Dentro del programa promedsu se instalarán dos estaciones automáticas para el control en tiempo real de la calidad en Barcelona y Vitoria. Estas estaciones tendrán, como mínimo, sensores de pH, temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, turbidez y cot.
Conclusiones: estrategia de reducción de las dsu
El estado actual de los conocimientos en el campo del drenaje urbano pone de manifiesto que el efecto de los vertidos en tiempo de lluvia de las redes de alcantarillado al medio receptor, es importante a pesar de su discontinuidad. Ello obligará, sin duda, en los próximos años a realizar un esfuerzo importante en este campo, similar al que se está realizando (y se ha realizado) en la depuración de las aguas residuales.
Sin duda, es necesario ir profundizando en qué estrategia debe seguir dicho esfuerzo. Sin embargo, de momento sólo es posible apuntar una serie de ideas bastante generales, debido a que las obras de descontaminación de las aguas pluviales varían enormemente en cada caso, especialmente con las características de la red. Entre otras, merecen destacarse las siguientes ideas generales o específicas para España:
1. Es esencial avanzar en el conocimiento de red (apoyándose, a ser posible, en un Sistema de Información Geográfica), de sus reacciones ante un evento pluviométrico y de su impacto sobre el medio receptor, tanto a través de medidas in situ cuantitativas y cualitativas (indicadores de contaminación), como de la modelación matemática de contaminación de redes (que permite extender y extrapolar los conocimientos a toda la red o a otras ciudades, decidir las mejores instalaciones descontaminantes y su estrategia de funcionamiento, etc.). El programa promedsu es la aplicación a nivel español de esta idea.
2. Debe profundizarse (análisis coste/beneficio, etc.) en las diversas posibilidades existentes para actuar contra la contaminación de las dsu desde el mismo momento en que se originan (mediante Técnicas Alternativas al Drenaje tradicional o tad, etc.), en la propia red (depósitos de retención, etc.), en la depuradora y, finalmente, en el propio medio receptor (barreras flotantes, etc.). De entre estas actuaciones son especialmente interesantes y efectivas las que se pueden realizar en la red para producir una decantación de la materia en suspensión (que lleva asociada una gran parte de la contaminación de las dsu), especialmente los depósitos de retención y las compuertas de contención in-line.
3. Deberá seguirse avanzando en el estudio y desarrollo de decantadores compactos in-line que permitan reducir el elevado tamaño de los depósitos de retención anti-contaminación.
4. Es fundamental empezar a cambiar los criterios que rigen la planificación y gestión de las redes de alcantarillado en España, dado que esencialmente estas redes están pensadas para canalizar las aguas pluviales y residuales evitando problemas de higiene e inundaciones en el interior de la ciudad, pero sin tener en cuenta la necesidad de reducir el impacto contaminante en tiempo de lluvia sobre el medio receptor. Entre otras cosas ello supone:
a. Incrementar el empleo (previo estudio justificativo coste/eficacia, lógicamente) de tad o técnicas alternativas a la red de alcantarillado tradicional, especialmente los depósitos de retención, pero también tad antes de la entrada en red (áreas de infiltración, etc.), con finalidad mixta anti-inundación y descontaminante. Ello afectará, sin duda, a la propia planificación urbanística que se realice en la ciudad (reserva de espacios públicos para depósitos, etc.).
b. Ir pasando del concepto de red pasiva o estática (es decir, que no permite una modificación activa de su funcionamiento) a una red dinámica con elementos actuadores (compuertas in-line o en depósitos, bombas, etc.), en la que pueda modificarse y controlarse en tiempo real su funcionamiento. Ello deberá derivar, por ejemplo, en la sustitución de los clásicos aliviaderos fijos de tormentas, por compuertas aliviadero móviles, que permitan una reducción de los vertidos. El desarrollo de sensores fiables y robustos para la medida en continuo y en tiempo real de la calidad será fundamental para decidir las mejores estrategias de funcionamiento de los actuadores disponibles.
c. Utilizar modelos matemáticos de simulación (ya disponibles en el mercado), tanto en la planificación como para ayuda a la decisión en sistemas de control en tiempo real. Es esencial además que se calibre el modelo con las medidas de campo.
5. Deberá analizarse específicamente para el caso español cuál debe ser la gestión óptima de las estaciones depuradoras de aguas residuales en tiempo de lluvia, tanto en las existentes como en las futuras.
6. Es esencial establecer los medios legislativos y reglamentarios necesarios para impedir la degradación de la calidad del medio receptor debido a las dsu (establecimiento de objetivos de calidad, etc.). De hecho, la normativa 91/271/CEE ya indica la necesidad de legislar en este aspecto. Hasta el día de hoy no existe esta legislación en casi ningún país.
7. Las dsu son sólo uno de los aportes contaminantes de los medios receptores, pero existen otros. La política anti-dsu se enmarca en realidad en la política de protección de los medios receptores. De hecho, existen siempre diversas Administraciones que pueden y deben ejercer acciones complementarias para mejorar esta calidad del medio receptor; será esencial establecer los cauces adecuados para coordinar y optimizar las actuaciones de estos diferentes agentes.
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