Por William M. Alley, PhD
La protección y el mejoramiento de la calidad de los recursos de agua subterránea es una preocupación ambiental de alta prioridad. El deterioro de la calidad del agua subterránea puede ser virtualmente irreversible y el tratamiento de las aguas subterráneas contaminadas puede ser costoso. El grado de amenaza que representa la contaminación del agua subterránea depende de muchos factores, incluyendo las concentraciones de contaminantes, su toxicidad (individualmente o en combinación), el volumen de agua subterránea afectada, los usos del agua del acuífero, la población afectada por estos usos y la disponibilidad de un suministro alternativo de agua. La contaminación puede ingresar al agua subterránea a través de varias rutas diferentes, incluyendo la filtración descendente desde la superficie terrestre, la entrada directa de contaminantes desde la superficie terrestre a través de pozos, la contaminación transversal entre acuíferos en pozos abiertos a más de un acuífero, la intrusión de agua salada, la interacción con el agua superficial y la interacción con formaciones geológicas que contienen contaminantes naturales, como el arsénico.
Nitrato y contaminantes naturales
Los estudios sugieren que más del 20 por ciento de los pozos de suministro público(1) y pozos domésticos(2) en los Estados Unidos tienen uno o más contaminantes que superan los puntos de referencia de salud. Aunque existen muchas preocupaciones sobre los compuestos orgánicos sintéticos en varios lugares del país, los contaminantes más comunes que se encuentran en los pozos de agua potable, que superan los valores de referencia, son los nitratos y los contaminantes naturales (como el arsénico, el fluoruro y el uranio). El nitrato es particularmente frecuente en aguas subterráneas poco profundas en áreas agrícolas. La vulnerabilidad de los acuíferos a la contaminación por nitratos depende no solo de las fuentes de nutrientes (cultivos de campo, propagación de estiércol y eliminación de aguas residuales), sino también de la edad del agua subterránea (tiempo desde la recarga) y las condiciones geoquímicas. Las concentraciones de nitrato suelen ser más altas en aguas subterráneas más jóvenes y bien oxigenadas.
Como se muestra en la Figura 1, las concentraciones de nitrato en el agua subterránea han aumentado con el transcurso del tiempo, de acuerdo con las tendencias en el uso de fertilizantes. Los resultados muestran cómo el nitrato se mueve lentamente a través del agua subterránea. Las concentraciones de nitrato eran elevadas en los pozos poco profundos a principios de la década de los 1960s, mientras que las concentraciones en acuíferos profundos no fueron elevadas hasta la década de los 1970s. Incluso si los insumos de nitrato en la tierra se redujeran drásticamente hoy en día, los efectos no serían evidentes en muchos pozos y arroyos durante décadas debido a la lenta tasa de movimiento del agua subterránea. Este problema es particularmente evidente en muchas comunidades desfavorecidas en áreas como el Valle de San Joaquín de California, que no cumplen con las normas de agua potable para nitratos y contaminantes naturales. La única solución efectiva es mejorar el tratamiento del agua, pero muchas de estas comunidades son las que menos pueden pagar los costos adicionales.
La Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (US EPA, por sus siglas en inglés), regula los suministros públicos de agua para que cumplan con las normas de agua potable, pero no regula los pozos privados. Los propietarios de pozos privados están por su cuenta para monitorear la calidad y mantener la seguridad de sus pozos. Alrededor del 13 por ciento de la población de los Estados Unidos (unos 42 millones de personas), dependen de pozos privados para su suministro de agua potable. La Asociación Nacional de Agua Subterránea (NGWA, por sus siglas en inglés) y varios estados, tienen programas para educar y ayudar a los propietarios de viviendas con pozos privados. Por ejemplo, muchos residentes en Nueva Inglaterra confían en pozos privados completados en roca cristalina, una fuente de altas concentraciones de arsénico en las aguas subterráneas (ver Figura 2). Las agencias ambientales y de salud en Nueva Inglaterra han creado conciencia sobre la necesidad de realizar pruebas de arsénico, pero lograr que las personas actúen ha sido un desafío. El costo, la postergación y el “sesgo optimista” (una tendencia a pensar que uno está más seguro que sus vecinos) se presentan como razones de la falta de pruebas.(3)
Contaminantes emergentes
Si bien el nitrato y los contaminantes que se producen de manera natural han causado inquietud en el agua subterránea desde hace mucho tiempo, varios contaminantes emergentes están resultando ser un desafío para la protección de los recursos de agua subterránea. Entre estos se encuentran el 1,4-dioxano y las sustancias per- y poli-fluoroalquílicas (PFAS). 1, 4-dioxano comúnmente ocurre con otros solventes clorados porque se usó como estabilizador para esos compuestos. Es un carcinógeno humano probable y ha sido encontrado en aguas subterráneas en sitios en a lo largo de los Estados Unidos. Las propiedades físicas y químicas y el comportamiento del 1,4-dioxano crean desafíos para su caracterización y tratamiento. No se biodegrada fácilmente en el medio ambiente y se encuentra entre los contaminantes más móviles en las aguas subterráneas. Debido a que es altamente soluble y no se absorbe fácilmente en carbono, requiere modificaciones a los sistemas existentes de tratamiento con solventes clorados.
Los PFAS son una clase única de contaminantes emergentes de aguas subterráneas que tienen una presencia generalizada en aguas subterráneas y superficiales. Son componentes principales de la espuma contra incendios, la ropa impermeable, la protección contra las manchas en alfombras y tapicería, envoltorios de comida rápida y muchos otros productos de consumo. La exposición a PFAS se ha relacionado con el cáncer, la obesidad, la enfermedad tiroidea, la supresión del sistema inmunológico y la alteración del sistema endocrino. Son cada vez más el enfoque de las agencias de protección ambiental en todo el mundo. Los PFAS (como el 1,4-dioxano) representan un riesgo para la salud humana y el medio ambiente a concentraciones muy bajas. La US EPA ha establecido un aviso de salud para dos compuestos de PFAS (la suma de PFOA y PFOS) en agua potable a 70 partes por billón. Los PFAS presentan nuevos desafíos para quienes trabajan en la industria de aguas subterráneas contaminadas debido a la omnipresencia de elementos que podrían afectar la integridad de la muestra. El equipo que contiene teflón, el equipo de campo impermeabilizado, los bloqueadores solares y los repelentes de insectos son fuentes potenciales de contaminación transversal.(4)
Una nueva vía de contaminantes fue reconocida en la década de los 1990s. Se descubrió que los vapores de las plumas de contaminación por COVs en el agua subterránea se estaban abriendo camino a través de los suelos e ingresando a los hogares y negocios a través de grietas en las bases y aberturas para líneas de servicios públicos. La intrusión de vapor es otra de las muchas formas en que una parte de una pluma contaminante encuentra un camino preferencial hacia la biosfera. Un gran número de situaciones son posibles. Por ejemplo, un estudio de baile para niños podría estar en el mismo edificio que una tintorería olvidada. Incluso se podría haber creído que la pluma estaba contenida satisfactoriamente. Los casos cerrados de repente necesitaban ser reexaminados. La intrusión de vapor atrajo nuevamente la atención en 2011 cuando la US EPA reconoció los riesgos de exposición a corto plazo (es decir, 24 horas) al vapor de tricloroetileno (TCE), especialmente para las mujeres en edad fértil.
Remediación
Se han aplicado muchas tecnologías para remediar el agua subterránea, eliminando los contaminantes o convirtiéndolos en productos inocuos. Se pueden aplicar múltiples técnicas a lo largo del tiempo a medida que evoluciona la limpieza de los contaminantes. Los sitios de roca fracturada contaminados son particularmente difíciles de remediar. La red interconectada de fracturas proporciona la vía principal para el flujo de agua subterránea, pero la difusión puede transferir una masa significativa del contaminante de las fracturas a la propia matriz de roca, que luego se convierte en una fuente a largo plazo de contaminación del agua subterránea.
Los primeros esfuerzos de remediación se basaron en gran medida en el bombeo y tratamiento, donde el agua subterránea contaminada se bombea y se trata por encima del suelo. El agua tratada se puede volver a inyectar en el mismo acuífero o descargarse en aguas superficiales o en el sistema de alcantarillado público del área. El bombeo y tratamiento todavía se usa en muchos sitios, pero a menudo en combinación con otros métodos. Hoy en día, numerosas tecnologías de remediación in situ tratan el agua subterránea en su lugar. La biorremediación in situ utiliza microbios para degradar los contaminantes dentro de un acuífero, mientras que la oxidación química in situ implica la inyección de enmiendas químicas para estimular la oxidación de los contaminantes. La remediación térmica in situ consiste en calentar el suelo subterráneo y las aguas subterráneas para facilitar la destrucción y volatilización de los contaminantes.
En las condiciones adecuadas, el sistema natural puede limpiarse a sí mismo. Si bien este enfoque obviamente ahorra dinero, necesita evidencia considerable de que funciona para ganar la aceptación pública. La atenuación natural controlada (MNA), como se conoce este método, se basa en procesos no destructivos como la dispersión, dilución, sorción y volatilización, así como en procesos destructivos como la biodegradación, la descomposición radiactiva y la estabilización química o biológica. MNA se combina comúnmente con remedios activos.
Conclusión
Durante muchos años, el objetivo ha sido limpiar las aguas subterráneas para cumplir con las normas de agua potable. Con el tiempo, se ha vuelto cada vez más claro que la remediación de una columna de agua subterránea completa para que cumpla con las normas de agua potable, es a menudo una tarea abrumadora, o simplemente imposible. En lugar de estos problemas, el momento en que uno declara haber logrado el éxito, sigue siendo uno de los mayores desafíos públicos con el agua subterránea contaminada.
Referencias
(1) Toccalino, PL and Hopple, JA. Quality of Water from Public-Supply Wells in the United States, 1993-2007. US Geological Survey Circular 1346; 2010.
(2) DeSimone, LA, Hamilton, PA and Gilliom, RJ. Quality of Water from Domestic Wells in Principal Aquifers of the United States, 1991-2004, Overview of Major Findings. US Geological Survey Circular 1332; 2009.
(3) Alley, WM and Alley, R. High and Dry: Meeting the Challenges of the World’s Growing Dependence on Groundwater. Yale University Press; 2017.
(4) National Ground Water Association. Groundwater and PFAS: State of Knowledge and Practice. NGWA Press; 2018.
(5) Dubrovsky, NM et al. Nutrients in the Nation’s Streams and Groundwater, 1992-2004. US Geological Survey Circular 1350; 2010.
Acerca del autor
William M. Alley, PhD, es Director de Ciencias y Tecnología de la Asociación Nacional de Agua Subterránea. Anteriormente, se desempeñó como Jefe de la Oficina de Aguas Subterráneas para el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés) durante casi dos décadas. El Dr. Alley ha publicado más de 100 publicaciones científicas y, más recientemente, fue coautor con su esposa, Rosemarie, de “High and Dry: Meeting the Challenges of the World’s Growing Dependence on Groundwater”. Tiene una licenciatura en ingeniería geológica de Colorado School of Mines, una maestría de la Universidad de Stanford y un doctorado de la Universidad Johns Hopkins.
Acerca de la asociación
La Asociación Nacional de Agua Subterránea es una sociedad profesional sin fines de lucro y una asociación comercial para la industria global de aguas subterráneas. Los miembros de todo el mundo incluyen científicos, ingenieros, profesionales de sistemas de pozos de agua, fabricantes y proveedores líderes de productos y servicios relacionados con el agua subterránea. La visión de la asociación es ser la principal asociación de aguas subterráneas que aboga por el desarrollo, la gestión y el uso responsable del agua.