El agua cubre un 71% de la superficie de nuestro planeta. Sólo un 3% es agua dulce y de esto, un 2% es hielo. Por lo tanto, tan solo un 1% se encuentra disponible para cubrir las necesidades vitales, nuestras y de otras especies… este 1% debiese ser extremadamente valorado.

El ciclo del agua contempla fases como evaporación, condensación, precipitación y retorno (infiltración y escorrentía). Estos últimos puntos son los que transportan contaminantes desde sectores urbanos y residenciales hacia los grandes cuerpos de agua. Pero, ¿cómo sucede esto?

Programa de educación de las causas y efectos del urban runoff, Estados Unidos. Fuente: www.colliertownship.net

La lluvia transporta contaminantes asociados a superficies urbanas. Los contaminantes arrastrados por la escorrentía superficial durante las tormentas pueden ser un gran contribuyente a los problemas de calidad del agua receptora en las áreas urbanas. Conocido es el término urban runoff o escorrentía urbana, el cual tiene la particularidad de contar con una alta abundancia de focos de contaminación. Esto es resultado de innumerables fuentes dispersas, sin un punto específico de generación de contaminación, proceso denominado non point source pollution (NPSP).

El urban runoff es complejo en su análisis. Los contaminantes arrastrados por la escorrentía superficial son difíciles de predecir, localizar y enfrentar, ya que; se originan en áreas extensas; su vertido es intermitente y ligado a la ocurrencia aleatoria de lluvia; es variable en el tiempo y difícil de muestrear debido a las diversos puntos de origen. Las fuentes de contaminación no puntuales aumentan año tras año debido al crecimiento de la población y al progreso de la urbanización.

Inundación y urban runoff brutales en Santiago ©EMOL

En este sentido, numerosas investigaciones han podido corroborar que en las últimas décadas, el área total de superficie impermeable (pavimentación) está aumentando significativamente debido a la rápida urbanización en muchos países. Sin ir más lejos, investigaciones lideradas por S. Baek en el año 2015, apuntan a que la pavimentación estaría aumentando las inundaciones, un cambio en el ciclo hidrobiológico y la acumulación de la contaminación en la escorrentía de aguas pluviales (agua de lluvia que no es absorbida por el suelo, sino que escurre de edificios, calles, estacionamientos y otras superficies). Signo alarmante para Qin, Park y Wang, investigadores que han estudiado la forma en cómo los contaminantes urbanos pueden deteriorar la calidad de agua en muchos cuerpos de agua naturales, posicionando a los NPSP como una de las principales amenazas a la salud de los ríos urbanos, debido a su contribución permanente de contaminación.

Distintos contaminantes se depositan en la superficie urbana debido a la deposición atmosférica, metales pesados (originados por la corrosión de los materiales cromados o galvanizados, y por las emisiones atmosféricas de vehículos y fábricas), sustancias derivadas del desgaste de neumáticos y aceites, son sustancias que generalmente se encuentran en mayores concentraciones en áreas con un alto flujo de autos, población humana e industrias, sin embargo, en la última década, los investigadores Ensminger, Bressy y Regnery, junto a sus equipos, han descubierto que los pesticidas, los inhibidores de la corrosión, los alquilfenoles y los retardantes de llama también son compuestos importantes en la escorrentía urbana. Esto, junto a herbicidas, plaguicidas y fertilizantes completan una porción mayoritaria de lo que llega a los ríos, lagos y al océano. Además, generando una especial preocupación debido a sus efectos adversos sobre las aguas receptoras, el ecosistema acuático y la salud humana.

La escorrentía es un fenómeno esencial en el ciclo del agua y es en gran parte responsable de reponer los cuerpos de agua. Los problemas comienzan a ocurrir cuando los químicos dañinos comienzan a colarse en estos cuerpos de agua. Fuente: clean-water.uwex.edu

Exceso de nutrientes

En los últimos años, investigaciones de Careghini y Li han evidenciado la disminución de la biodiversidad, debido a problemas reproductivos en organismos expuestos a estos contaminantes. A nivel ecosistémico, el aumento de nutrientes también genera estragos. La contaminación de nutrientes es uno de los problemas ambientales más extendidos, costosos y desafiantes del mundo. Tal es el caso del aumento del nitrógeno y fósforo, nutrientes que son componentes naturales de los ecosistemas acuáticos. Éstos permiten el crecimiento de algas y plantas, que proporcionan alimento y hábitat para peces, invertebrados, mamíferos, aves, reptiles y organismos más pequeños que viven en el agua. Sin embargo, cuando su concentración aumenta desmedidamente, provocan florecimientos algales nocivos, eutrofizan las aguas y son considerados un riesgo para la fauna hidrobiológica e incluso la salud del ser humano. La contaminación de nutrientes ha afectado a muchas corrientes, ríos, lagos, bahías y aguas costeras durante las últimas décadas, lo que ha provocado graves problemas ambientales e incluso un gran impacto en la economía local y regional.

Tamaño inversamente proporcional al efecto

Las nanopartículas son subproductos de actividades humanas y provienen de emisiones de vehículos, minería, incendios, urbe, etc. En este sentido, los diferentes tipos de fuentes de contaminación presentan gran variedad en el tamaño de sus partículas. Por ejemplo, el uso de llantas de automóviles supone el desprendimiento de partículas con un diámetro medio de 20 μm. A su vez, el 25% del plomo emitido por los tubos de escape de los vehículos está asociado con partículas de diámetro mayor de 9 μm. De acuerdo con esto, las partículas ultrafinas (nanopartículas) pueden representar un riesgo directo debido a la alta capacidad de penetración en los organismos vivos. Ésto bien lo saben investigadores como Nowack y Bucheli, quienes han estudiado las nanopartículas y su interacción con organismos vivos. Los tamaños ultrafinos requieren una atención especial debido a sus propiedades específicas, su movilidad en el entorno y la evaluación de riesgos asociados.

A pesar del rápido desarrollo de la instrumentación analítica y las metodologías correspondientes, existen muchas diferencias en los estudios. La razón principal es la dificultad de separar las nanopartículas de las muestras ambientales para su posterior caracterización y análisis cuantitativo. Es de gran importancia clarificar la cantidad de contaminación asociada con los diferentes tamaños de sus partículas, para tener una buena efectividad en el diseño de los mecanismos de control de la contaminación.

La mayoría de las investigaciones muestran que los contaminantes están generalmente más concentrados en las fracciones de menor tamaño. Por lo que los modelos aplicados apuntan a que el diseño de las mejores prácticas de control de la contaminación debe ir encaminado a eliminar dichas fracciones.

Aceites y otros contaminantes escurriendo hacia el alcantarillado. Fuente: www.watertechonline.com

Sistemas y modelos

Es reconocido que la actividad humana está perjudicando la calidad del agua. A principios de los años setenta, se iniciaron los modelos asociados a la calidad del agua de escorrentía, y desde entonces, se han propuesto muchos modelos.

Varios países han emprendido distintas tecnologías para mitigar la contaminación de fuentes no puntuales, incluidas las mejores prácticas de gestión y el diseño urbano sensible al agua (WSUD, por sus siglas en inglés). Sin embargo, a pesar de que la disponibilidad de la contaminación sobre las superficies es una variable usada en los modelos existentes, no se ha logrado impulsar el desarrollo de una cantidad suficiente de estudios sobre la acumulación y el tratamiento de este tipo de contaminación. Por lo tanto, la reducción en la escorrentía urbana es un desafío importante.

Este humedal artificial ralentiza, dispersa, absorbe y dispersa la escorrentía de aguas pluviales. Kernersville, USA. Fuente: forsyth.ces.ncsu.edu

Las tendencias más actuales apuntan a proponer herramientas efectivas en el mecanismo de simulación e identificar posibles estrategias de mitigación para reducir la cantidad de agua sobre los pavimentos y sus contaminantes asociados. Para esto, se requiere estimar la carga contaminante sobre las superficies impermeables, estudiando los impactos en los sistemas de drenaje y aguas receptoras, para diseñar métodos de minimización.

Esto implicaría predecir la escorrentía (cantidad y calidad del agua) y entregaría información para el manejo de aguas pluviales urbanas que se lleve a cabo fuera del período de monitoreo, por ejemplo, podría ayudar a limitar las aplicaciones y las cantidades de ciertos contaminantes. Finalmente, la falta de planificación urbana y un diseño de la ciudad en base a dinámicas ecológicas es el primer paso ideal para revertir esta situación. Lamentablemente, en Chile las ciudades siguen creciendo, y con ello los suelos pavimentados, sin pensar en las consecuencias del cambio de uso del mismo y su valiosa capacidad de infiltración natural.

*Foto de portada: Stormwater runoff ©Chesapeake Bay Program

Referencias

1. A. Careghini, A.F. Mastorgio, S. Saponaro, E.Sezenna. Bisphenol A, nonylphenols, benzophenones, and benzotriazoles in soils, groundwater, surface water, sediments, and food: a review. Environ. Sci. Pollut. Res., 22 (2015), pp. 5711-5741.

2. W.C. Li. Occurrence, sources, and fate of pharmaceuticals in aquatic environment and soil Environ. Pollut., 187 (2014), pp. 193-201.

3. M.P. Ensminger, R. Budd, K.C. Kelley, K.S.GohPesticide occurrence and aquatic benchmark exceedances in urban surface waters and sediments in three urban areas of California, USA, 2008–2011. Environ. Monit. Assess., 185 (2013), pp. 3697-3710.

4. A. Bressy, M.-C. Gromaire, C. Lorgeoux, M.Saad, F. Leroy, G. ChebboTowards the determination of an optimal scale for stormwater quality management: micropollutants in a small residential catchment. Water Res., 46 (2012), pp. 6799-6810.

5. J. Regnery, W. PüttmannSeasonal fluctuations of organophosphate concentrations in precipitation and storm water runoff. Chemosphere, 78 (2010), pp. 958-964.

6. B. Nowack, T.D. Bucheli. Occurrence, behavior and effects of nanoparticles in the environment
Environ. Pollut., 150 (2007), pp. 5-22, 10.1016/j.envpol.2007.06.006.

7. S.S. Baek, D.H. Choi, J.W. Jung, H.J. Lee, H.Lee, K.S. Yoon, K.H. ChoOptimizing low impact development (LID) for stormwater runoff treatment in urban area, Korea: experimental and modeling approach. Water Res., 86 (2015), pp. 122-131.

8. D. Park, H. Kang, S.H. Jung, L.A. RoesnerReliability analysis for evaluation of factors affecting pollutant load reduction in urban stormwater BMP systems. Environ. Model. Softw., 74 (2015), pp. 130-139.

9. H.P. Qin, K.M. He, G. FuModeling middle and final flush effects of urban runoff pollution in an urbanizing catchment. J. Hydrol., 534 (2016), pp. 638-647.

10. J. Wang, P. Zhang, L. Yang, T. HuangCadmium removal from urban stormwater runoff via bioretention technology and effluent risk assessment for discharge to surface water. J. Contam. Hydrol., 185–186 (2016), pp. 42-50.