La contaminación de fuentes no puntuales ( NPS ) se refiere a la contaminación difusa (o contaminación ) del agua o el aire que no se origina de una única fuente discreta. Este tipo de contaminación es a menudo el efecto acumulativo de pequeñas cantidades de contaminantes recogidos de una gran zona. Es en contraste con la contaminación de fuentes puntuales que resulta de una única fuente. La contaminación de fuentes no puntuales generalmente resulta de la escorrentía terrestre , la precipitación, la deposición atmosférica , el drenaje , la filtración o la modificación hidrológica (lluvia y deshielo) donde es difícil rastrear la contaminación hasta una única fuente. [1] La contaminación del agua de fuentes no puntuales afecta a un cuerpo de agua a partir de fuentes como la escorrentía contaminada de las zonas agrícolas que drenan en un río o los escombros transportados por el viento que soplan hacia el mar. La contaminación del aire de fuentes no puntuales afecta la calidad del aire, a partir de fuentes como las chimeneas o los tubos de escape de los automóviles . Aunque estos contaminantes se han originado a partir de una fuente puntual, la capacidad de transporte de largo alcance y las múltiples fuentes del contaminante lo convierten en una fuente no puntual de contaminación; Si los vertidos se produjeran en un cuerpo de agua o en la atmósfera en un solo lugar, la contaminación sería puntual.
La contaminación del agua de fuentes no puntuales puede provenir de muchas fuentes diferentes y no existen soluciones o cambios específicos para corregir el problema, lo que dificulta su regulación. La contaminación del agua de fuentes no puntuales es difícil de controlar porque proviene de las actividades cotidianas de muchas personas diferentes, como la fertilización del césped , la aplicación de pesticidas , la construcción de carreteras o la construcción de edificios . [2] El control de la contaminación de fuentes no puntuales requiere mejorar la gestión de las áreas urbanas y suburbanas, las operaciones agrícolas, las operaciones forestales y los puertos deportivos.
Los tipos de contaminación del agua de fuentes no puntuales incluyen sedimentos , nutrientes , contaminantes tóxicos y productos químicos y patógenos . Las principales fuentes de contaminación del agua de fuentes no puntuales incluyen: áreas urbanas y suburbanas, operaciones agrícolas, aportes atmosféricos, escorrentía de carreteras, operaciones forestales y mineras, puertos deportivos y actividades náuticas. En las áreas urbanas, el agua de lluvia contaminada arrastrada por estacionamientos , carreteras y autopistas, llamada escorrentía urbana , generalmente se incluye en la categoría de fuentes no puntuales (puede convertirse en una fuente puntual si se canaliza hacia sistemas de drenaje pluvial y se descarga a través de tuberías a aguas superficiales locales). En la agricultura, la lixiviación de compuestos de nitrógeno de tierras agrícolas fertilizadas es una contaminación del agua de fuente no puntual. [3] La escorrentía de nutrientes en el agua de lluvia del "flujo laminar" sobre un campo agrícola o un bosque también son ejemplos de contaminación de fuente no puntual.
Los sedimentos ( suelos sueltos ) incluyen limo (partículas finas) y sólidos suspendidos (partículas más grandes). Los sedimentos pueden ingresar a las aguas superficiales a partir de la erosión de las orillas de los arroyos y de la escorrentía superficial debido a una cobertura vegetal inadecuada en tierras urbanas y rurales. [5] Los sedimentos crean turbidez (nubosidad) en los cuerpos de agua, reduciendo la cantidad de luz que llega a profundidades inferiores, lo que puede inhibir el crecimiento de plantas acuáticas sumergidas y, en consecuencia, afectar a las especies que dependen de ellas, como los peces y los mariscos . [6] Con una mayor carga de sedimentos en un cuerpo de agua, el oxígeno también puede agotarse o reducirse a un nivel que sea perjudicial para las especies que viven en esa área. [7] Los altos niveles de turbidez también inhiben los sistemas de purificación de agua potable . Los sedimentos también son transportados a la columna de agua debido a las olas y el viento. Cuando los sedimentos se erosionan a un ritmo continuo, permanecerán en la columna de agua y el nivel de turbidez aumentará. [8]
La sedimentación es un proceso mediante el cual los sedimentos se transportan a un cuerpo de agua. Luego, estos se depositan en el sistema hídrico o permanecen en la columna de agua. Cuando hay altas tasas de sedimentación, pueden producirse inundaciones debido a la acumulación excesiva de sedimentos. Cuando se producen inundaciones, las propiedades costeras pueden sufrir daños adicionales debido a la presencia de grandes cantidades de sedimentos. [9]
Los sedimentos también pueden descargarse desde distintas fuentes, como sitios de construcción (aunque son fuentes puntuales que pueden gestionarse con controles de erosión y sedimentos ), campos agrícolas, riberas de arroyos y áreas muy perturbadas. [10]
Los nutrientes se refieren principalmente a la materia inorgánica proveniente de escorrentías, vertederos , explotaciones ganaderas y tierras de cultivo. Los dos nutrientes principales que nos preocupan son el fósforo y el nitrógeno. [11]
El fósforo es un nutriente que se presenta en muchas formas que son biodisponibles . Es notoriamente sobreabundante en los lodos de depuradora humana . Es un ingrediente principal en muchos fertilizantes utilizados para la agricultura, así como en propiedades residenciales y comerciales, y puede convertirse en un nutriente limitante en los sistemas de agua dulce y algunos estuarios . El fósforo se transporta con mayor frecuencia a los cuerpos de agua a través de la erosión del suelo porque muchas formas de fósforo tienden a adsorberse en las partículas del suelo. Las cantidades excesivas de fósforo en los sistemas acuáticos (en particular, lagos de agua dulce, embalses y estanques) conducen a la proliferación de algas microscópicas llamadas fitoplancton . El aumento del suministro de materia orgánica debido al crecimiento excesivo del fitoplancton se llama eutrofización . Un síntoma común de la eutrofización es la proliferación de algas que pueden producir espuma superficial antiestética, hacer sombra a los tipos beneficiosos de plantas, producir compuestos que causan sabor y olor y envenenar el agua debido a las toxinas producidas por las algas. Estas toxinas son un problema particular en los sistemas utilizados para el agua potable, ya que algunas toxinas pueden causar enfermedades humanas y su eliminación es difícil y costosa. La descomposición bacteriana de las floraciones de algas consume el oxígeno disuelto en el agua, lo que genera hipoxia con consecuencias perjudiciales para los peces y los invertebrados acuáticos. [12]
El nitrógeno es el otro ingrediente clave de los fertilizantes y generalmente se convierte en un contaminante en sistemas estuarinos de agua salada o salobre donde el nitrógeno es un nutriente limitante. Al igual que el fósforo en aguas dulces, las cantidades excesivas de nitrógeno biodisponible en los sistemas marinos conducen a la eutrofización y a la proliferación de algas. La hipoxia es un resultado cada vez más común de la eutrofización en los sistemas marinos y puede afectar grandes áreas de estuarios, bahías y aguas costeras cercanas a la costa. Cada verano, se forman condiciones hipóxicas en las aguas del fondo donde el río Mississippi ingresa al Golfo de México . Durante los veranos recientes, la extensión aérea de esta "zona muerta" es comparable al área de Nueva Jersey y tiene importantes consecuencias perjudiciales para la pesca en la región. [13]
El nitrógeno es transportado con mayor frecuencia por el agua como nitrato (NO 3 ). El nitrógeno generalmente se agrega a una cuenca hidrográfica como N orgánico o amoníaco (NH 3 ), por lo que el nitrógeno permanece adherido al suelo hasta que la oxidación lo convierte en nitrato. Dado que el nitrato generalmente ya está incorporado al suelo, el agua que viaja a través del suelo (es decir, el interflujo y el drenaje de las aguas residuales ) es la que tiene más probabilidades de transportarlo, en lugar de la escorrentía superficial. [14]
Los productos químicos tóxicos incluyen principalmente compuestos orgánicos e inorgánicos . Los compuestos inorgánicos, incluidos los metales pesados como el plomo , el mercurio , el zinc y el cadmio , son resistentes a la descomposición. [10] Estos contaminantes pueden provenir de una variedad de fuentes, incluidos los lodos de depuradora humana, las operaciones mineras , las emisiones de vehículos, la combustión de combustibles fósiles , la escorrentía urbana, las operaciones industriales y los vertederos. [11]
Otros contaminantes tóxicos incluyen compuestos orgánicos como los bifenilos policlorados (PCB) y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), retardantes de fuego y muchos agroquímicos como el DDT , otros pesticidas y fertilizantes. Estos compuestos pueden tener efectos graves para el ecosistema y los cuerpos de agua y pueden amenazar la salud tanto de los seres humanos como de las especies acuáticas, al tiempo que son resistentes a la degradación ambiental, lo que les permite persistir en el medio ambiente. [10] Estos compuestos también pueden estar presentes en los entornos de aire y agua, causando daños al medio ambiente y poniendo en riesgo la exposición nociva de las especies vivas. [15] Estos productos químicos tóxicos pueden provenir de tierras de cultivo, viveros, huertos, sitios de construcción, jardines, céspedes y vertederos. [ 11 ]
Los ácidos y las sales son principalmente contaminantes inorgánicos provenientes de tierras irrigadas, operaciones mineras, escorrentías urbanas, sitios industriales y vertederos. [11] Otros contaminantes tóxicos inorgánicos pueden provenir de fundiciones y otras plantas industriales, aguas residuales, minería y centrales eléctricas que queman carbón.
Los patógenos son bacterias y virus que se encuentran en el agua y que provocan enfermedades en los seres humanos. [10] Normalmente, los patógenos causan enfermedades cuando están presentes en los suministros públicos de agua potable. Los patógenos que se encuentran en las escorrentías contaminadas pueden incluir: [16]
También se pueden detectar bacterias coliformes y materia fecal en las escorrentías. [10] Estas bacterias son un indicador comúnmente utilizado de contaminación del agua, pero no una causa real de enfermedad. [17]
Los patógenos pueden contaminar las escorrentías debido a operaciones ganaderas mal gestionadas, sistemas sépticos defectuosos , manejo inadecuado de desechos de mascotas, aplicación excesiva de lodos de depuradora humana , alcantarillas pluviales contaminadas y desbordes de alcantarillado sanitario . [5] [10]
Las áreas urbanas y suburbanas son una de las principales fuentes de contaminación difusa debido a la cantidad de escorrentía que se produce debido a la gran cantidad de superficies pavimentadas. Las superficies pavimentadas, como el asfalto y el hormigón, son impermeables a la penetración del agua. Cualquier agua que entre en contacto con estas superficies se escurrirá y será absorbida por el entorno circundante. Estas superficies facilitan que las aguas pluviales transporten contaminantes al suelo circundante. [18]
Las obras de construcción suelen tener suelos alterados que se erosionan fácilmente con precipitaciones como la lluvia , la nieve y el granizo . Además, los desechos que se depositan en el lugar pueden ser arrastrados por las aguas de escorrentía y entrar en el medio acuático. [18]
Las aguas pluviales contaminadas arrastradas por los estacionamientos, caminos y autopistas, y céspedes (que a menudo contienen fertilizantes y pesticidas ) se denominan escorrentías urbanas . Esta escorrentía a menudo se clasifica como un tipo de contaminación NPS. Algunas personas también pueden considerarla una fuente puntual porque muchas veces se canaliza hacia los sistemas de drenaje pluvial municipales y se descarga a través de tuberías a las aguas superficiales cercanas . Sin embargo, no todas las escorrentías urbanas fluyen a través de los sistemas de drenaje pluvial antes de ingresar a los cuerpos de agua. Algunas pueden fluir directamente a los cuerpos de agua, especialmente en áreas en desarrollo y suburbanas. Además, a diferencia de otros tipos de fuentes puntuales, como descargas industriales, plantas de tratamiento de aguas residuales y otras operaciones, la contaminación en las escorrentías urbanas no se puede atribuir a una actividad o incluso a un grupo de actividades. Por lo tanto, debido a que no es causada por una actividad fácilmente identificable y regulada, las fuentes de contaminación por escorrentías urbanas también se tratan a menudo como verdaderas fuentes no puntuales a medida que los municipios trabajan para reducirlas. Un ejemplo de esto es Michigan, a través de un programa NPS (fuente no puntual). Este programa ayuda a las partes interesadas a crear planes de gestión de cuencas hidrográficas para combatir la contaminación de fuentes no puntuales. [19]
Por lo general, en las áreas suburbanas se utilizan productos químicos para el cuidado del césped. Estos productos químicos pueden terminar en la escorrentía y entrar al entorno circundante a través de los desagües pluviales de la ciudad. Dado que el agua de los desagües pluviales no se trata antes de fluir a los cuerpos de agua circundantes, los productos químicos entran al agua directamente. [ cita requerida ]
Otras fuentes importantes de escorrentía incluyen la modificación del hábitat y la silvicultura (forestación). [20] [21]
Los nutrientes ( nitrógeno y fósforo ) se aplican típicamente a las tierras agrícolas como fertilizantes comerciales , estiércol animal o pulverización de aguas residuales municipales o industriales (efluentes) o lodos. Los nutrientes también pueden ingresar a la escorrentía de los residuos de cultivos , el agua de riego , la vida silvestre y la deposición atmosférica . [22] : p. 2–9 La contaminación por nutrientes, como los nitratos, puede dañar los entornos acuáticos al degradar la calidad del agua al reducir los niveles de oxígeno, lo que a su vez puede inducir la proliferación de algas y la eutrofización . [23]
Otros agroquímicos como pesticidas y fungicidas también pueden ingresar a los ambientes desde tierras agrícolas a través de escorrentías y deposiciones. Los pesticidas como el DDT o la atrazina pueden viajar a través de vías fluviales o permanecer suspendidos en el aire y transportados por el viento en un proceso conocido como "deriva de pulverización" . [24] Los sedimentos ( suelo suelto ) arrastrados por los campos son una forma de contaminación agrícola . Las granjas con grandes operaciones de ganado y aves de corral, como las granjas industriales , a menudo son descargadores de fuentes puntuales. Estas instalaciones se denominan "operaciones concentradas de alimentación animal" o "feedlots" en los EE. UU. y están sujetas a una creciente regulación gubernamental. [25] [26]
Las operaciones agrícolas representan un gran porcentaje de toda la contaminación de fuentes no puntuales en los Estados Unidos. Cuando se aran grandes extensiones de tierra para cultivar , se expone y afloja el suelo que alguna vez estuvo enterrado. Esto hace que el suelo expuesto sea más vulnerable a la erosión durante las tormentas . También puede aumentar la cantidad de fertilizantes y pesticidas que se transportan a los cuerpos de agua cercanos. [18]
La deposición atmosférica es una fuente de componentes orgánicos e inorgánicos porque estos componentes son transportados desde fuentes de contaminación del aire hasta receptores en el suelo. [27] [28] Normalmente, las instalaciones industriales, como las fábricas , emiten contaminación del aire a través de una chimenea . Aunque se trata de una fuente puntual, debido a la naturaleza distributiva, el transporte a larga distancia y las múltiples fuentes de contaminación, se puede considerar una fuente no puntual en el área de deposición. Las entradas atmosféricas que afectan la calidad de la escorrentía pueden provenir de la deposición seca entre eventos de tormenta y de la deposición húmeda durante eventos de tormenta. Los efectos del tráfico vehicular en la deposición húmeda y seca que ocurre en o cerca de carreteras, caminos y áreas de estacionamiento crean incertidumbres en las magnitudes de varias fuentes atmosféricas en la escorrentía. Las redes existentes que utilizan protocolos suficientes para cuantificar estas concentraciones y cargas no miden muchos de los componentes de interés y estas redes son demasiado dispersas para proporcionar buenas estimaciones de deposición a escala local [27] [28]
Las escorrentías de las carreteras representan un porcentaje pequeño pero generalizado de toda la contaminación de fuentes no puntuales. [29] [30] [31] [32] [33] [34] Harned (1988) estimó que las cargas de escorrentía estaban compuestas de lluvia atmosférica (9%), deposición de vehículos (25%) y materiales de mantenimiento de carreteras (67%); también estimó que aproximadamente el 9 por ciento de estas cargas eran rearrastradas a la atmósfera. [35]
Las operaciones forestales y mineras pueden contribuir de manera significativa a la contaminación de fuentes no puntuales. [36]
Las operaciones forestales reducen el número de árboles en una zona determinada, lo que a su vez reduce los niveles de oxígeno en esa zona. Esta acción, sumada al paso de maquinaria pesada (cosechadoras, etc.) sobre el suelo, aumenta el riesgo de erosión . [37]
Las operaciones mineras activas se consideran fuentes puntuales, sin embargo, la escorrentía de las operaciones mineras abandonadas contribuye a la contaminación de fuentes no puntuales. En las operaciones de minería a cielo abierto , se elimina la cima de la montaña para exponer el mineral deseado . Si esta área no se recupera adecuadamente una vez que la minería ha terminado, puede producirse erosión del suelo . Además, puede haber reacciones químicas con el aire y la roca recién expuesta para crear escorrentía ácida. El agua que se filtra de las minas subterráneas abandonadas también puede ser altamente ácida. Esto puede filtrarse en el cuerpo de agua más cercano y cambiar el pH en el entorno acuático. [18]
Los productos químicos utilizados para el mantenimiento de las embarcaciones, como la pintura , los disolventes y los aceites, llegan al agua a través de los vertidos. Además, los combustibles derramados o las fugas de combustibles directamente en el agua desde las embarcaciones contribuyen a la contaminación de fuentes no puntuales. Los niveles de nutrientes y bacterias aumentan debido a los recipientes para desechos sanitarios mal mantenidos en las embarcaciones y las estaciones de bombeo. [18]
Para controlar la contaminación de fuentes no puntuales, se pueden adoptar muchos enfoques diferentes, tanto en áreas urbanas como suburbanas. Las franjas de protección proporcionan una barrera de césped entre el material de pavimento impermeable, como los estacionamientos y las carreteras, y el cuerpo de agua más cercano. Esto permite que el suelo absorba cualquier contaminación antes de que entre en el sistema acuático local. Se pueden construir estanques de retención en áreas de drenaje para crear una barrera acuática entre la contaminación de la escorrentía y el medio ambiente acuático. La escorrentía y el agua de lluvia se drenan en el estanque de retención, lo que permite que los contaminantes se asienten y queden atrapados en el estanque. El uso de pavimento poroso permite que la lluvia y el agua de lluvia se escurran hacia el suelo debajo del pavimento, lo que reduce la cantidad de escorrentía que se drena directamente hacia el cuerpo de agua. También se utilizan métodos de restauración, como la construcción de humedales, para frenar la escorrentía y absorber la contaminación. [38]
En las obras de construcción se suelen implementar medidas sencillas para reducir la contaminación y la escorrentía. En primer lugar, se erigen barreras de sedimentos o limo alrededor de las obras para reducir la cantidad de sedimentos y materiales voluminosos que se drenan hacia el cuerpo de agua cercano. En segundo lugar, la colocación de césped o paja a lo largo de los límites de las obras también sirve para reducir la contaminación de fuentes no puntuales. [18]
En las zonas con sistemas sépticos para viviendas unifamiliares, las reglamentaciones de los gobiernos locales pueden obligar al mantenimiento de los sistemas sépticos para garantizar el cumplimiento de las normas de calidad del agua. En el estado de Washington , se desarrolló un enfoque novedoso mediante la creación de un "distrito de protección de mariscos" cuando un banco de mariscos comercial o recreativo se degrada debido a la contaminación de fuentes no puntuales en curso. El distrito de protección de mariscos es un área geográfica designada por un condado para proteger la calidad del agua y los recursos de las tierras de marea, y proporciona un mecanismo para generar fondos locales para servicios de calidad del agua para controlar las fuentes no puntuales de contaminación. [39] Al menos dos distritos de protección de mariscos en el sur de Puget Sound han instituido requisitos de operación y mantenimiento de sistemas sépticos con tarifas del programa vinculadas directamente a los impuestos a la propiedad. [40]
Para controlar los sedimentos y la escorrentía, los agricultores pueden utilizar controles de erosión para reducir los flujos de escorrentía y retener el suelo en sus campos. Las técnicas comunes incluyen el arado en contorno , el acolchado de cultivos , la rotación de cultivos , la plantación de cultivos perennes o la instalación de zonas de amortiguamiento ribereño . [22] : págs. 4-95–4-96 [41] [42] La labranza de conservación es un concepto utilizado para reducir la escorrentía durante la plantación de un nuevo cultivo. El agricultor deja algunos restos del cultivo de la plantación anterior en el suelo para ayudar a prevenir la escorrentía durante el proceso de plantación. [18]
Los nutrientes se aplican normalmente a las tierras agrícolas como fertilizantes comerciales, estiércol animal o pulverización de aguas residuales municipales o industriales (efluentes) o lodos. Los nutrientes también pueden ingresar a través de la escorrentía de los residuos de cultivos , el agua de riego , la vida silvestre y la deposición atmosférica . [22] : pág. 2–9 Los agricultores pueden desarrollar e implementar planes de gestión de nutrientes para reducir la aplicación excesiva de nutrientes. [22] : págs. 4-37–4-38 [43]
Para minimizar los impactos de los pesticidas, los agricultores pueden utilizar técnicas de Manejo Integrado de Plagas (MIP) (que pueden incluir el control biológico de plagas ) para mantener el control sobre las plagas, reducir la dependencia de pesticidas químicos y proteger la calidad del agua . [44] [45]
Con una ubicación bien planificada de los senderos de tala, también llamados senderos de arrastre, se puede reducir la cantidad de sedimento generado. Al planificar la ubicación de los senderos lo más lejos posible de la actividad de tala, así como al contornear los senderos con el terreno, se puede reducir la cantidad de sedimento suelto en la escorrentía. Además, al replantar árboles en el terreno después de la tala, se proporciona una estructura para que el suelo recupere la estabilidad y reemplace el entorno talado. [18]
La instalación de válvulas de cierre en las bombas de combustible de un muelle de un puerto deportivo puede ayudar a reducir la cantidad de residuos que se derraman en el agua. Además, las estaciones de bombeo a las que los navegantes de un puerto deportivo puedan acceder fácilmente pueden proporcionar un lugar limpio en el que desechar los desechos sanitarios sin arrojarlos directamente al agua. Por último, algo tan sencillo como tener contenedores de basura en un puerto deportivo puede evitar que entren al agua objetos de mayor tamaño. [18]
La contaminación de fuentes no puntuales es la principal causa de contaminación del agua en los Estados Unidos hoy en día, siendo las escorrentías contaminadas provenientes de la agricultura y la hidromodificación las fuentes primarias. [46] : 15 [22]
La definición de una fuente no puntual se aborda en la Ley de Agua Limpia de los EE. UU. según la interpretación de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (EPA). La ley no prevé la regulación federal directa de las fuentes no puntuales, pero los gobiernos estatales y locales pueden hacerlo de conformidad con las leyes estatales. Por ejemplo, muchos estados han tomado medidas para implementar sus propios programas de gestión para lugares como sus costas, todos los cuales deben ser aprobados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y la EPA. [47] Los objetivos de estos programas y otros similares son crear bases que fomenten la reducción de la contaminación a nivel estatal mediante el crecimiento y la mejora de los sistemas que ya existen. [48] Los programas dentro de estos gobiernos estatales y locales buscan las mejores prácticas de gestión (BMP) para lograr sus objetivos de encontrar el método menos costoso para reducir la mayor cantidad de contaminación. Las BMP se pueden implementar tanto para la escorrentía agrícola como urbana, y también pueden ser métodos estructurales o no estructurales. Las agencias federales, incluida la EPA y el Servicio de Conservación de Recursos Naturales , han aprobado y proporcionado una lista de BMP de uso común para las muchas categorías diferentes de contaminación de fuentes no puntuales. [49]
El Congreso autorizó el programa de subvenciones de la sección 319 de la CWA en 1987. Las subvenciones se otorgan a estados, territorios y tribus con el fin de fomentar la implementación y el desarrollo de políticas. [50] La ley exige que todos los estados implementen programas de gestión del NPS. La EPA requiere actualizaciones periódicas del programa para gestionar de manera eficaz la naturaleza cambiante de sus aguas y garantizar el uso eficaz de los fondos y recursos de la subvención 319. [51]
Las Enmiendas de Reautorización de la Ley de Zonas Costeras (CZARA) de 1990 crearon un programa bajo la Ley de Gestión de la Zona Costera que ordena el desarrollo de medidas de gestión de la contaminación de fuentes no puntuales en los estados con aguas costeras. [52] La CZARA requiere que los estados con costas implementen medidas de gestión para remediar la contaminación del agua y se aseguren de que el producto de estas medidas sea la implementación en lugar de la adopción. [53]
