Vigilancia biológica y química de la calidad de agua

Proyecto VIECO (009/RN08/01.1), financiado por el Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino

Liderado por CETaqua, Centro Tecnológico del Agua, el proyecto cuenta como socios con el laboratorio de Aguas de Barcelona, la ingeniería Aquatec, el laboratorio Labaqua, el Instituto Catalán de Investigación del Agua (ICRA), el centro técnológico CTM y la empresa de consultoría ambiental científica Amphos XXI.

La contaminación de los ríos es una problemática que se remonta desde los más antiguos asentamientos humanos a orillas de los mismos. En las últimas décadas, el aumento de la población de las ciudades y el elevado desarrollo industrial en algunas zonas, han producido impactos ambientales considerables que afectan, no tan sólo a los ecosistemas fluviales, su flora y fauna, sino a la salud humana y a la economía.

Es por ello que son de vital importancia las redes de control de la calidad de las aguas y el estado ambiental de ríos y lagos para detectar las agresiones que sufren los ecosistemas fluviales y recoger información de tipo ambiental, científico y económico sobre los recursos hídricos.

La Directiva Marco del Agua (DMA) 2000/60/CE establece que todas las masas de agua deberán presentar un buen estado ecológico en 2015. Dicho estado ecológico se evalúa en base a criterios químicos (básicamente la concentración de sustancias prioritarias en el medio acuático) y a parámetros ecológicos, que a su vez se dividen en biológicos, hidromorfológicos y físico-químicos.

Con el fin de conseguir este objetivo y poder asegurar el buen estado ecológico de todos los cuerpos de agua, se tendrán que analizar un gran número de compuestos. De hecho, para tener una imagen precisa de la situación y poder ser capaces de entender los ecosistemas y cómo preservarlos y mejorarlos, son necesarias herramientas que permitan una nueva aproximación integradora. No es suficiente medir si las concentraciones de las sustancias prioritarias superan o no los valores umbrales de referencia de calidad ambiental (EQS), puesto que éstos no son necesariamente representativos del estado del agua.

Con este planteamiento nace el proyecto VIECO “Desarrollo y validación de plataformas integradas de Vigilancia biológica y química optimizadas económicamente” liderado por CETaqua, Centro Tecnológico del Agua (*). El objetivo principal de este proyecto es contribuir a la mejora de la calidad del agua desarrollando una plataforma de monitorización rentable y eficiente capaz de ofrecer indicadores ambientales del estado ecológico de aguas superficiales.

¿Qué es una plataforma de vigilancia biológica y química?

Para llevar a cabo los análisis necesarios para evaluar la calidad de las aguas se requieren múltiples analizadores que, de forma puntual o en continuo, proporcionen los datos de los parámetros o sustancias claves para su evaluación.

Tras un estudio de mercado se detectó que no existía ninguna plataforma de monitorización capaz de proporcionar bastante información para evaluar la calidad de las aguas de una forma integrada y completa. El proyecto VIECO ha desarrollado esta plataforma que, además de medir la concentración de ciertos contaminantes (como hacen la mayoría de analizadores), tiene en cuenta los posibles metabolitos derivados y otras sustancias que no puede analizar un sensor, sinergias, etc.

La plataforma desarrollada dentro del proyecto consta de los siguientes elementos:

  • Dispositivos de muestreo pasivo para monitorizar los niveles de contaminantes de tipo orgánico e inorgánico. Un muestreador pasivo se compone básicamente de una fase receptora con gran afinidad por los contaminantes en estudio y una barrera limitante que media la difusión de los contaminantes desde el ambiente (donde el potencial químico es mayor) a la fase receptora. La cantidad de contaminante acumulada es determinada por su concentración en el medio, la duración de la exposición y la tasa de absorción del muestreador.
  • Para complementar los resultados obtenidos por los muestreadores pasivos se lleva a cabo un amplio barrido de contaminantes prioritarios (legislados) y emergentes (no legislados) que incluyen alrededor de 60 fármacos, 22 pesticidas y 3 nanomateriales. Se evalúa su relevancia ambiental efectiva hacia el medio acuático, a partir de su presencia e impacto y la correspondiente relación de métodos de análisis adecuados para su determinación, en función de los niveles presentes.
  • Equipo para la medida de demanda biológica de oxígeno (DBO) on-line. La determinación de la DBO se basa en la medida del consumo de oxígeno asociado a la degradación de la materia orgánica por parte de una biomasa inmovilizada en un sensor de DBO. Mediante las técnicas habituales, se requiere 5 días para conocer el resultado de una DBO. Con este equipo, el resultado se obtiene casi inmediatamente.
  • Equipos automatizados para biomonitorizar on-line aguas superficiales detectando sustancias tóxicas in situ y cambios en la calidad del agua. Incluye un equipo de medida de toxicidad que utiliza la bacteria luminiscente Vibrio fisheri como sensor biológico y una sonda multiparamétrica que permite medir el espectro completo UV/VIS suministrando la concentración de nitratos, materia orgánica, turbidez y cualquier información que se puede extrapolar a partir del barrido entre 200 y 750 nm.
  • Estudio de los efectos inducidos por la contaminación en comunidades de biopelícula (ecosistemas microbianos sobre superficies vivas o inertes). Se hicieron crecer biopelículas sobre superficies controladas y se hicieron estudios de cambios a nivel estructural y funcional durante el crecimiento de las biopelículas y posterior traslocación entre distintos puntos del río. A nivel estructural se estudió la biomasa bacteriana (distinguiendo entre bacterias vivas y muertas), biomasa algal y diversidad microbiana. Por otra parte, a nivel funcional, se estudiaron actividades enzimáticas extracelulares, parámetros fotosintéticos y la capacidad de incorporación de fósforo.

 

Muestreador integrativo CFISFigura 1: Muestreador integrativo CFIS

Sistema para la medida en continuo de la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)Figura 2: Sistema para la medida en continuo de la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)

 

Caso de estudio: el río Llobregat

La cuenca del río Llobregat está situada en el NE de España y tiene una extensión de 156,5 km y una cuenca de 4.948 km2 (ver figura 1).

Cuenca del río LlobregatFigura 3: Cuenca del río Llobregat

El río tiene un régimen de clima semiárido, caracterizado por un caudal variable que puede ir de los pocos metros cúbicos por segundo en el nacimiento hasta varios cientos de metros cúbicos por segundo en la zona de la desembocadura. Este caudal está dominado por los aguaceros que puede hacerlo variar enormemente en breve espacio de tiempo produciendo riadas. Para asegurar un caudal suficiente en épocas de sequía se han construido diversos embalses en la cabecera del río. Aún así el río experimenta crecidas y sequías que llevan a producir modificaciones morfológicas en su cauce.

En la cuenca del Llobregat (incluyendo sus dos principales afluentes, el Cardener y el Anoia) se encuentran algunas de las mayores ciudades de Cataluña, produciendo, por tanto, una alta presión demográfica. Igualmente esta zona está altamente industrializada, por lo que la descarga de aguas residuales urbanas e industriales en el río es bastante elevada, con la consecuente contaminación que este hecho genera.

En el tramo más bajo de la cuenca se sitúan dos plantas de tratamiento de aguas potables (ETAP), que sirven agua a aproximadamente 3 millones de habitantes.

Las condiciones especiales de la cuenca del Llobregat han sido un buen ejemplo para probar la plataforma sensora del proyecto VIECO. El estudio detallado del estado del tramo bajo del río ha sido utilizado para desarrollar un modelo conceptual que incluye las principales presiones que afectan a este tramo. Y para completar este análisis de riesgo se ha desarrollado una plataforma de sistemas de información geográfica (SIG) donde se han identificado los puntos donde se realizan cambios en el caudal o en la calidad en el río.

Por lo general, todo el tramo estudiado presenta presiones e impactos elevados debidos a las modificaciones del cauce, invasión de la zona inundable por usos urbanos, vertidos con alta demanda química de oxígeno (DQO), fuentes de contaminación difusa y presencia de especies invasoras.

 

(*) CETaqua, Centro Tecnológico del Agua, está constituido por Aguas de Barcelona (Agbar), la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), y tiene el objetivo común de promover, llevar a cabo, difundir y transferir la búsqueda, el desarrollo tecnológico y la innovación en la gestión del ciclo integral del agua.