El problema del suministro de agua (con diagrama)
Suministro de agua potable:
Las principales fuentes de suministro de agua potable en las ciudades son los ríos, lagos y arroyos. El agua de esas fuentes se purifica o se libera de contaminantes y de gérmenes antes de ser suministrada para beber y para otros fines domésticos.
Para hacer que el agua cruda esté limpia y libre de contaminantes, se deben seguir los siguientes tres pasos:
(i) Sedimentación
(ii) Filtración
(iii) la cloración
(i) Sedimentación:
En este proceso, el alumbre, el sulfato de aluminio o el sulfato de hierro se mezclan con el agua cruda extraída de los lagos o ríos en el tanque de mezcla que forma flóculos en forma de gelatina con sustancias disueltas y suspendidas. El agua mezclada con floculantes se deja fluir hacia el tanque de floculación, donde los flóculos junto con las partículas de suelo suspendidas, otros materiales extraños y microbios se depositan en el fondo.
(ii) Filtración:
Después de la precipitación de flóculos, se permite que el agua limpia pase a través de tipos especiales de filtro para eliminar los microorganismos. Para este propósito, se permite que el agua se filtre hacia abajo a través de varias capas superpuestas alternas de arena y grava.
(iii) La cloración:
El agua después del proceso de alteración se somete a tratamiento con cloro. En este proceso, el gas de cloro pasa a través del agua, que al ser un oxidante fuerte causa una rápida degradación de las sustancias orgánicas y al mismo tiempo mata las bacterias restantes. El agua así obtenida se suministra al público para beber y para otros fines domésticos.
Eliminación de aguas residuales:
El tratamiento de aguas residuales tiene como objetivo principal la eliminación de desechos sólidos y su degradación y conversión en sustancias inorgánicas simples a través de actividades microbianas.
Los siguientes métodos se emplean para la eliminación de aguas residuales:
1. Pozos de remojo
2. tanque septico
3. Plantas de eliminación de aguas residuales municipales.
1. Pozos de remojo:
En este proceso se utiliza un gran tanque subterráneo perforado compuesto de hormigón y cemento (Fig. 13.6). Las aguas residuales se descargan en el tanque a través de una tubería. El agua de aguas residuales del tanque sale a través de los agujeros y se filtra hacia el suelo. Los desechos sólidos son descompuestos por microorganismos dentro del tanque.
2. Fosa séptica:
En este método, las aguas residuales de la casa se descargan en tanques sépticos subterráneos a través de tuberías. La fracción sólida de las aguas residuales se asienta en el fondo del tanque séptico y la fracción fluye hacia afuera en los tubos de distribución instalados en la parte superior del tanque y finalmente drenados hacia el campo (Fig. 13.7). La fracción sólida de las aguas residuales recolectadas en el fondo se descompone rápidamente por los microbios.
3. Plantas de eliminación de aguas residuales municipales:
El tratamiento y la eliminación de aguas residuales en las grandes ciudades implican los siguientes tres pasos:
(i) Tratamiento primario:
Para el tratamiento primario, las aguas residuales se llevan a los grandes tanques abiertos a través de tuberías. La fracción sólida de las aguas residuales se asienta en el fondo de los tanques que se drenan a través del sistema de tuberías en el tanque del digestor aeróbico y se descompone. La fracción acuosa de las aguas residuales de los tanques de sedimentación primaria se drena en el tanque de sedimentación secundaria y se mezcla con sulfato de aluminio o sulfato de hierro que forma flóculos de tipo gelatinoso. Los flóculos junto con los microorganismos y las partículas sólidas suspendidas se depositan en el fondo del tanque en forma de lodo que luego se drena a través de las tuberías hacia los tanques del digestor aeróbico. (Fig 13.8).
(ii) Tratamiento secundario:
La fracción acuosa de aguas residuales que contiene bacterias y otros microbios, así como los residuos orgánicos disueltos, se recoge en los tanques de sedimentación secundarios y la corriente de aire a presión pasa a través de la fracción para promover la descomposición microbiana de los residuos orgánicos disueltos. Después de algún tiempo, la fracción se pasa a través de filtros de arena para eliminar los microbios. El agua limpia se deja fluir hacia los ríos y océanos.
Los desechos sólidos y los lodos llevados al tanque del digestor son atacados y descompuestos por bacterias aeróbicas. La descomposición de los desechos da como resultado la formación de gases de NH 3, metano y sulfuro de hidrógeno que se recolectan para diversos fines industriales.
(iii) Tratamiento terciario:
Las ciudades que enfrentan alguna escasez aguda de agua, el agua clara obtenida después del tratamiento secundario se someten a cloración y, después de las pruebas adecuadas, se suministran para fines domésticos. Según una estimación de la Junta Central de Control de la Contaminación, la producción total de aguas residuales de las zonas urbanas de la India fue de unos 30.000 millones de litros por día en 1997 y la actual instalación total de tratamiento de aguas residuales apenas es suficiente para el 10% de la generación total de aguas residuales.
Si bien las instalaciones de drenaje y alcantarillado ahora han aumentado en las áreas urbanas, las instalaciones existentes no son suficientes para la eliminación de las aguas residuales totales. Los programas de tratamiento de aguas residuales no son totalmente exitosos debido al mantenimiento deficiente, los diseños inadecuados de las plantas de tratamiento y el enfoque no técnico y no calificado. El plan de tratamiento de aguas residuales bajo el Plan de Acción de Ganga entre 1980 y 1990 fracasó completamente debido a las razones mencionadas anteriormente. Debido a las malas instalaciones de tratamiento de aguas residuales y aguas residuales, la mayoría de los contaminantes encuentran su camino hacia las aguas subterráneas, ríos y otros cuerpos de agua.
En algunas zonas de la India, los aldeanos aún dependen del agua potable en las reservas naturales de agua y enfrentan muchos problemas como se detalla a continuación:
1. El agua potable está cargada de contaminantes.
2. El agua contiene patógenos del cólera, la fiebre tifoidea y varias enfermedades de la piel.
3. En algunas localidades, el agua es altamente salina y contiene fluoruros u otros elementos tóxicos.
También en algunas zonas urbanas, el suministro de agua potable pura se ha convertido en un gran problema. Según una estimación del Banco Mundial (1998), alrededor del 60 por ciento de las muertes en áreas urbanas se debieron a enfermedades relacionadas con el agua como el cólera, la disentería, la gastroenteritis, la hepatitis, etc.
Eutrofización:
La creciente presión humana sobre los cuerpos de agua debido al crecimiento demográfico, la tecnología moderna y la agricultura ha causado varios problemas de contaminación del agua. Uno de los problemas más graves y comunes se debe al enriquecimiento de las aguas por los nutrientes de las plantas, lo que conduce al crecimiento biológico y hace que el agua no sea apta para diversos usos.
Los nutrientes adicionales en forma de compuestos de nitrógeno y fósforo de los fertilizantes, aguas residuales, detergentes y desechos animales aumentan la tasa de crecimiento de las plantas acuáticas y las algas. El crecimiento excesivo de algas y otras plantas acuáticas debido a los nutrientes añadidos se llama eutrofización. Esto resulta en una alta productividad biológica en ciertas plantas acuáticas, que se manifiesta en forma de floraciones.
Esto hace que el oxígeno del agua sea deficiente debido a la degradación de la materia orgánica en cuerpos de agua que afecta negativamente a otros organismos. Las algas y las plantas acuáticas más grandes pueden interferir con el uso del agua obstruyendo las tuberías de entrada de agua, cambiando el sabor y el olor del agua y provocando la acumulación de materia orgánica en el fondo. A medida que esta materia orgánica decae, el nivel de oxígeno se reduce; En última instancia, los peces y algunas otras especies acuáticas pueden morir.
Weber (1907), mientras estudiaba las turberas del norte de Alemania, notó que las capas superiores contenían más nutrientes en la capa superior del lago en comparación con las inferiores. Utilizó el término eutrófico (rico en nutrientes) y oligotrófico (pobre en nutrientes) para distinguir entre esas dos capas. El uso de estos términos en limnología fue hecho por primera vez por Naumann (1919).
Según el concepto actual de eutrofización:
(i) El enriquecimiento del agua con nutrientes vegetales aumenta el crecimiento del fitoplancton, pero no debe considerarse como el único criterio para la eutrofización porque otras condiciones como la luz, la temperatura y otros factores de crecimiento también pueden limitar el crecimiento.
(ii) El trofeo de agua (tasa de suministro de materia orgánica por unidad de área por unidad de tiempo) no puede equipararse con los niveles de nutrientes y no se puede definir por la densidad de algas y la biomasa, ya que también incorpora la producción (Findenegg, 1955).
(iii) El criterio más confiable para la eutrofización es el aumento de la productividad del fitoplancton.
(iv) También se sugiere que el término eutrofización se aplique solo a la producción autótrofa, mientras que para los lagos alotrópicos donde el suministro principal de materia orgánica es por otros medios, se debe utilizar el término lagos distróficos.
Proceso de Eutrofización:
La eutrofización es un fenómeno natural, que se acelera por el aumento del suministro de nutrientes a través de las actividades humanas. Aunque el proceso de eutrofización se establece tan pronto como se forman los lagos, la velocidad de entrada de nutrientes por medios naturales es bastante lenta (es decir, la eutrofización natural).
Cuando los lagos se originan, están en estado oligotrófico y tienen una cantidad limitada e insuficiente de nutrientes para producir un crecimiento significativo de algas. Las únicas fuentes de nutrientes son la escorrentía natural, la caída de partes de plantas secas de la vegetación circundante, la lluvia y la descomposición de la producción biológica después de la muerte. El proceso de eutrofización comienza cuando los nutrientes del exterior comienzan a ingresar al lago. Cuando las algas mueren y se descomponen, los nutrientes atrapados en sus cuerpos están disponibles para el crecimiento de algas frescas.
Durante cada ciclo, los nutrientes aumentan progresivamente en los lagos y, después de algún tiempo, el ciclo de nutrientes no mantiene un equilibrio entre la adición y la descomposición, con el resultado de que una materia orgánica cada vez mayor en el lago finalmente se deposita en el fondo.
Esto conduce a la formación de pantanos, pantanos y, finalmente, desaparece el cuerpo de agua. Es por esto que el proceso de eutrofización se conoce como envejecimiento de los lagos. Por lo tanto, es evidente que con el avance de la eutrofización se agregan cada vez más nutrientes al cuerpo de agua y, en última instancia, el ciclo de nutrientes no puede mantener el equilibrio entre la adición y la descomposición.
La velocidad de la eutrofización depende de la velocidad de suministro de nutrientes, así como de algunos otros factores como el clima, etc. En general, la velocidad de la eutrofización es alta en climas cálidos, lo que promueve la utilización de nutrientes y el crecimiento de algas en comparación con la velocidad en climas fríos y templados. . La tasa de catión de eutrofización disminuye con el tiempo debido a la menor penetración de la luz, ya que la sal aumenta la turbidez y la consiguiente caída en la producción primaria.
Efectos de la eutrofización:
Cuando hay una desviación del equilibrio entre la fotosíntesis (P) y la respiración (R), indica contaminación. En el equilibrio (P = R) no hay cambios en la composición química y biológica del agua; una condición que se encuentra en el agua no contaminada, sin suministro de nutrientes desde el exterior. Cuando la fotosíntesis excede la actividad respiratoria, indica la eutrofización de los cuerpos de agua. Se caracteriza por un aumento progresivo de algas que conduce a la sobrecarga orgánica.
En lagos profundos, la producción excusiva en la superficie de los lagos (P >> R) se equilibra con las condiciones saprófitas en el fondo (R >> P) cuando la respiración excede la fotosíntesis, el O 2 disuelto . se agota al forzar la reducción de varios productos químicos oxidados como el NO 3 -, SO 4 -2 y CO 2 en N 2, NH 4 +, H 2 S y CH 4 que producen un olor sucio y son perjudiciales para varias especies acuáticas. Poole et al. (1978) ha reportado 11 mg por litro como concentración letal 50% (CL 50) para el H2S para algunos organismos acuáticos.
La eutrofización induce muchos cambios físicos y químicos en las aguas que provocan cambios en la flora y la fauna. Muchas especies deseables, incluidos los peces, son reemplazadas por otras indeseables. Hay una sucesión de algas y las algas verdes se vuelven dominantes, muchas de ellas como Microcystis, Anabaena, Oscillatoria producen flores. Las algas como Chlorella, Scenedesmus también pueden formar flores. Spirogyra, Cladophora, Zygnema y muchos otros algas verdes filamentosas pueden formar una estera flotante en la superficie de las aguas. Estas floraciones de algas y esteras gruesas reducen la intensidad de la luz debajo de la superficie.
La eutrofización conduce a cambios en las características de los sedimentos del fondo. La acumulación de materia orgánica afecta a la comunidad bentónica. Las floraciones de algas afectan el valor recreativo de los cuerpos de agua. La muerte y la descomposición de las algas producen malos olores y sabores en el agua. La espuma algal controla la penetración de oxígeno en el agua y puede matar a los peces y otros organismos. En la etapa inicial de crecimiento de algas, se produce suficiente oxígeno, pero cuando mueren las floraciones de algas, el agua se vuelve deficiente en O 2 porque la producción de oxígeno se reduce y el consumo aumenta debido a la descomposición de algas muertas por las bacterias aeróbicas. La caída en el nivel de O 2 disuelto en el agua puede ser la causa de la mortalidad de peces y otros organismos acuáticos.
Las floraciones algales provocan la decoloración del agua. Los efectos generales de la eutrofización hacen que el agua no sea apta para el consumo humano y para otros propósitos. Además, el costo del tratamiento del agua también está inflado.
Calidad del agua:
La evaluación de la calidad del agua se realiza en términos de varios parámetros como la alcalinidad, el oxígeno disuelto. Demanda bioquímica de oxígeno (5 días), número de bacterias coliformes, color, dureza, olor, pH, salinidad, temperatura, sólidos totales, turbidez, sales-cloruros, fluondes, nitratos, fosfatos y sulfatos, presencia de oligoelementos como Al, As, Ba, Cd, Cr, Fe, Pb, Mn, Hg, Se Ag Sn Zn y B, pesticidas y radioactividad. Entre estos atributos, la cantidad de oxígeno disuelto, la demanda bioquímica de oxígeno y los recuentos de coliformes totales son buenos indicadores de la calidad del agua.
Estos se discuten brevemente aquí como en:
Oxígeno disuelto:
Es una medida de la capacidad del agua para mantener una vida acuática bien equilibrada. Una cantidad suficiente de oxígeno disuelto en un cuerpo de agua provoca una rápida degradación microbiana de los desechos orgánicos. La oxidación bioquímica de amoníaco a nitrato en agua natural requiere oxígeno disuelto. Una cantidad insuficiente de oxígeno disuelto en el agua afecta negativamente a la descomposición microbiana y se libera metano en lugar de CO2, las aminas ouríferas resultan de nitrógeno en lugar de NO3 y NH3 y el gas H 2 S de olor desagradable se forma de azufre en lugar de SO2.
Demanda Biológica o Bioquímica de Oxígeno (DBO):
El índice más común de contaminación del agua es la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que se refiere a la cantidad de oxígeno requerida por las bacterias para descomponer los desechos orgánicos de forma aeróbica en CO2 y agua. La prueba de DBO normalmente mide la cantidad de oxígeno utilizado en los primeros cinco días de descomposición microbiana aeróbica en un cierto volumen de efluente a 20 ° C. Esto también se llama DBO 5 .
Por lo tanto, 100 ppm de DBO significa 100 mg de oxígeno consumido por un litro de muestra de prueba durante 5 días a 20 ° C. Las aguas residuales domésticas generalmente tienen una DBO5 de alrededor de 200 miligramos de oxígeno por litro y para desechos industriales la DBO puede ser de alrededor de mil mg por litro. La DBO de 0.17 libras o 77 g también se denomina equivalente de población, siendo aproximadamente igual a los requisitos para los desechos domésticos de una concentración del uno por ciento.
La capacidad de la planta de tratamiento de aguas residuales generalmente se mide en términos de equivalentes de población por día. La contaminación del agua por aguas residuales es la principal causa de enfermedades transmitidas por el agua, por ejemplo, cólera, tifoidea, fiebre paratifoidea, disentería y hepatitis infecciosa.
Recuentos de coliformes totales. La DBO da una medida aproximada de la calidad del agua. No indica con precisión el riesgo de enfermedad. Para ello se requieren parámetros más específicos. Uno de los parámetros más comunes es el número de bacterias intestinales coliformes, especialmente Escherichia coli en las heces por unidad de volumen de agua. Aunque las bacterias coliformes son inofensivas, su presencia en grandes cantidades indica que los gérmenes patógenos pueden estar presentes en la muestra.
La calidad del agua del agua del río se monitorea en 480 estaciones bajo diferentes programas tales como MINARS (Monitoreo de los recursos acuáticos nacionales de la India), GEMS (Sistemas de monitoreo ambiental global) y GAP (Plan de acción de Ganga). El número de estaciones en los programas MINARS iniciadas en 1979 aumentó gradualmente y en la actualidad el número de estaciones es de 260.
Se están considerando varios parámetros físicos, químicos, biológicos y bacteriológicos en el programa para determinar la calidad del agua, pero los más importantes son OD, DBO y TC (Recuento total de coliformes).
Las diferentes categorías de agua en respuesta a la calidad y sus respectivos usos son las siguientes:
Clase A: fuente de agua potable sin bacterias convencionales en el agua.
Oxígeno disuelto más de 5 mg / litro, TC menos de 50/100 ml.
Clase B: agua para el baño, la natación y el uso recreativo, DO> 4 mg / litro y TC <500/100 ml.
Clase C: fuente de agua potable después del tratamiento convencional.
Clase D: agua para la vida silvestre, pesquerías, etc. DO> 4 y TC <500/100 ml.
Clase E— Agua para riego, enfriamiento industrial, no pescar, nadar o beber. D O.> 3mg / llanta.
