La contaminación de fuentes difusas ( NPS ) se refiere a la contaminación (o contaminación ) difusa del agua o del aire que no se origina en una única fuente discreta. Este tipo de contaminación es a menudo el efecto acumulativo de pequeñas cantidades de contaminantes recolectados en un área grande. Esto contrasta con la contaminación de fuente puntual que resulta de una sola fuente. La contaminación de fuentes difusas generalmente resulta de la escorrentía terrestre , la precipitación, la deposición atmosférica , el drenaje , la filtración o la modificación hidrológica (lluvias y deshielo), donde es difícil rastrear la contaminación hasta una sola fuente. [1] La contaminación del agua de fuentes difusas afecta un cuerpo de agua proveniente de fuentes como la escorrentía contaminada de áreas agrícolas que desembocan en un río o los desechos transportados por el viento que llegan al mar. La contaminación del aire de fuentes difusas afecta la calidad del aire, provenientes de fuentes como chimeneas o tubos de escape de automóviles . Aunque estos contaminantes se han originado en una fuente puntual, la capacidad de transporte a larga distancia y las múltiples fuentes del contaminante lo convierten en una fuente de contaminación no puntual; Si las descargas se produjeran en una masa de agua o en la atmósfera en un solo lugar, la contaminación sería de un solo punto.
La contaminación del agua de fuentes difusas puede provenir de muchas fuentes diferentes sin soluciones o cambios específicos para rectificar el problema, lo que dificulta su regulación. La contaminación del agua de fuentes difusas 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] Controlar la contaminación de fuentes difusas 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 difusas incluyen sedimentos , nutrientes , contaminantes tóxicos y productos químicos y patógenos . Las principales fuentes de contaminación del agua de fuentes difusas incluyen: áreas urbanas y suburbanas, operaciones agrícolas, aportes atmosféricos, escorrentías de carreteras, operaciones forestales y mineras, puertos deportivos y actividades náuticas. En las zonas urbanas, el agua de lluvia contaminada arrastrada por estacionamientos , caminos y autopistas, llamada escorrentía urbana , generalmente se incluye en la categoría de fuentes difusas (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 nitrogenados de las tierras agrícolas fertilizadas es una fuente difusa de contaminación del agua. [3] La escorrentía de nutrientes en las aguas pluviales provenientes del "flujo laminar" sobre un campo agrícola o un bosque también son ejemplos de contaminación de fuentes difusas.
El sedimento ( suelo suelto ) incluye limo (partículas finas) y sólidos suspendidos (partículas más grandes). Los sedimentos pueden ingresar a las aguas superficiales a través de la erosión de las orillas de los arroyos y de la escorrentía superficial debido a una cubierta vegetal inadecuada en terrenos urbanos y rurales. [5] Los sedimentos crean turbidez (nubosidad) en los cuerpos de agua, reduciendo la cantidad de luz que llega a profundidades más bajas, lo que puede inhibir el crecimiento de las plantas acuáticas sumergidas y, en consecuencia, afectar a las especies que dependen de ellos, como los peces y 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 zona. [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 al 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 una masa de agua. Luego, el sedimento se depositará en el sistema de agua o permanecerá en la columna de agua. Cuando hay altas tasas de sedimentación, pueden ocurrir inundaciones debido a la acumulación de demasiado sedimento. Cuando se producen inundaciones, las propiedades frente al mar pueden verse aún más dañadas por la presencia de grandes cantidades de sedimentos. [9]
Los sedimentos también pueden descargarse de múltiples fuentes diferentes. Las fuentes incluyen sitios de construcción (aunque se trata de fuentes puntuales, que pueden gestionarse con controles de erosión y control de sedimentos ), campos agrícolas, orillas de arroyos y áreas altamente perturbadas. [10]
Los nutrientes se refieren principalmente a la materia inorgánica procedente de escorrentías, vertederos , operaciones ganaderas y tierras de cultivo. Los dos nutrientes principales que preocupan son el fósforo y el nitrógeno. [11]
El fósforo es un nutriente que se presenta en muchas formas que son biodisponibles . Es notoriamente excesivamente abundante en los lodos de aguas residuales humanas . 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 ser adsorbidas en las partículas del suelo. Cantidades excesivas de fósforo en los sistemas acuáticos (particularmente lagos, embalses y estanques de agua dulce) conducen a la proliferación de algas microscópicas llamadas fitoplancton . El aumento de la oferta de materia orgánica debido al crecimiento excesivo del fitoplancton se denomina eutrofización . Un síntoma común de la eutrofización es la proliferación de algas que pueden producir espuma superficial antiestética, dar sombra a tipos de plantas beneficiosas, 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 agua potable porque 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, generando hipoxia con consecuencias perjudiciales para los peces y los invertebrados acuáticos. [12]
El nitrógeno es el otro ingrediente clave de los fertilizantes y, por lo general, se convierte en un contaminante en sistemas de estuarios de agua salada o salobre donde el nitrógeno es un nutriente limitante. Al igual que el fósforo en el agua dulce, cantidades excesivas de nitrógeno biodisponible en los sistemas marinos provocan eutrofización y 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 desemboca en el Golfo de México . Durante los últimos veranos, la extensión aérea de esta "zona muerta" es comparable a la superficie de Nueva Jersey y tiene importantes consecuencias perjudiciales para las pesquerías de la región. [13]
El nitrógeno se transporta con mayor frecuencia a través del agua en forma de nitrato (NO 3 ). El nitrógeno generalmente se agrega a una cuenca 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, es más probable que el agua que viaja a través del suelo (es decir, el flujo intermedio y el drenaje de losas ) lo transporte, en lugar de la escorrentía superficial. [14]
Los productos químicos tóxicos incluyen principalmente compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos . Los compuestos inorgánicos, incluidos los metales pesados como el plomo , el mercurio , el zinc y el cadmio, son resistentes a la degradación. [10] Estos contaminantes pueden provenir de una variedad de fuentes, incluidos lodos de aguas residuales humanas, operaciones mineras , emisiones de vehículos, combustión de combustibles fósiles , escorrentías urbanas, operaciones industriales y 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 en el ecosistema y las masas 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 el aire y el agua, causando daños al medio ambiente y poniendo en riesgo de exposición nociva a las especies vivas. [15] Estos productos químicos tóxicos podrían provenir de tierras de cultivo, viveros, huertos, obras 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 de carbón.
Los patógenos son bacterias y virus que se pueden encontrar en el agua y causan enfermedades en los humanos. [10] Normalmente, los patógenos causan enfermedades cuando están presentes en los suministros públicos de agua potable. Los patógenos encontrados en escorrentías contaminadas pueden incluir: [16]
También se pueden detectar bacterias coliformes y materia fecal en la escorrentía. [10] Estas bacterias son un indicador comúnmente utilizado de la contaminación del agua, pero no una causa real de enfermedad. [17]
Los patógenos pueden contaminar el escurrimiento debido a operaciones ganaderas mal administradas, sistemas sépticos defectuosos , manejo inadecuado de desechos de mascotas, aplicación excesiva de lodos de aguas residuales humanas , alcantarillas pluviales contaminadas y desbordamientos de alcantarillas sanitarias . [5] [10]
Las áreas urbanas y suburbanas son una de las principales fuentes de contaminación de fuentes difusas 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]
Los sitios de construcción tienden a tener suelos perturbados que se erosionan fácilmente con precipitaciones como lluvia , nieve y granizo . Además, los desechos desechados en el sitio pueden ser arrastrados por las aguas de escorrentía y ingresar al medio acuático. [18]
El agua de lluvia contaminada arrastrada por estacionamientos, caminos, autopistas y céspedes (que a menudo contienen fertilizantes y pesticidas ) se denomina escorrentía urbana . Esta escorrentía a menudo se clasifica como un tipo de contaminación por NPS. Algunas personas también pueden considerarlo una fuente puntual porque muchas veces se canaliza hacia los sistemas municipales de drenaje pluvial y se descarga a través de tuberías a aguas superficiales cercanas . Sin embargo, no toda la escorrentía urbana fluye a través de sistemas de drenaje pluvial antes de ingresar a los cuerpos de agua. Algunos pueden fluir directamente a cuerpos de agua, especialmente en áreas suburbanas y en desarrollo. Además, a diferencia de otros tipos de fuentes puntuales, como vertidos industriales, plantas de tratamiento de aguas residuales y otras operaciones, la contaminación de la escorrentía urbana no puede atribuirse 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 escorrentía urbana a menudo también se tratan como verdaderas fuentes difusas mientras los municipios trabajan para reducirlas. Un ejemplo de esto es en Michigan, a través de un programa NPS (fuente no puntual). Este programa ayuda a las partes interesadas a crear planes de gestión de cuencas para combatir la contaminación de fuentes difusas. [19]
Por lo general, en las zonas suburbanas se utilizan productos químicos para el cuidado del césped. Estos productos químicos pueden acabar en escorrentías 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 químicos ingresan al agua directamente. [ cita necesaria ]
Otras fuentes importantes de escorrentía incluyen la modificación del hábitat y la silvicultura (silvicultura). [20] [21]
Los nutrientes ( nitrógeno y fósforo ) normalmente se aplican a las tierras agrícolas como fertilizante comercial, estiércol animal o pulverización de aguas residuales (efluentes) o lodos municipales o industriales. Los nutrientes también pueden ingresar a la escorrentía proveniente de los residuos de cultivos , el agua de riego , la vida silvestre y la deposición atmosférica . [22] : pág. 2–9 La contaminación por nutrientes como los nitratos puede dañar los ambientes 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 al ambiente desde tierras agrícolas a través de escorrentía y deposición. 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 la pulverización" . [24] Los sedimentos ( tierra suelta ) arrastrados por los campos son una forma de contaminación agrícola . Las granjas con grandes operaciones ganaderas y avícolas, como las granjas industriales , suelen ser descargadores de fuentes puntuales. Estas instalaciones se denominan "operaciones concentradas de alimentación animal" o "corrales de engorde" en los EE. UU. y están sujetas a una regulación gubernamental cada vez mayor. [25] [26]
Las operaciones agrícolas representan un gran porcentaje de toda la contaminación de fuentes difusas 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 llegan a los cuerpos de agua cercanos. [18]
La deposición atmosférica es una fuente de constituyentes orgánicos e inorgánicos porque estos constituyentes se transportan desde las fuentes de contaminación del aire hasta los receptores en el suelo. [27] [28] Por lo general, 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 de distribución, el transporte a larga distancia y las múltiples fuentes de contaminación, puede considerarse una fuente no puntual en el área de depósito. Los aportes atmosféricos que afectan la calidad de la escorrentía pueden provenir de la deposición seca entre tormentas y la deposición húmeda durante las tormentas. Los efectos del tráfico vehicular sobre la deposición húmeda y seca que ocurre en o cerca de carreteras, caminos y áreas de estacionamiento crean incertidumbres en las magnitudes de diversas 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 escasas para proporcionar buenas estimaciones de deposición a escala local [27] [28]
La escorrentía de las carreteras representa un porcentaje pequeño pero generalizado de toda la contaminación de fuentes difusas. [29] [30] [31] [32] [33] [34] Harned (1988) estimó que las cargas de escorrentía estaban compuestas de lluvia radiactiva atmosférica (9%), deposición de vehículos (25%) y materiales de mantenimiento de carreteras (67%) También estimó que alrededor del 9 por ciento de estas cargas fueron re-arrastradas en la atmósfera. [35]
Las operaciones forestales y mineras pueden contribuir significativamente a la contaminación de fuentes difusas. [36]
Las operaciones forestales reducen el número de árboles en un área determinada, reduciendo así también los niveles de oxígeno en esa área. Esta acción, sumada a la maquinaria pesada (cosechadoras, etc.) rodando 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 difusas. En las operaciones de minería a cielo abierto , se retira la cima de la montaña para exponer el mineral deseado . Si esta zona no se recupera adecuadamente una vez finalizada la minería, 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 muy ácida. Esto puede filtrarse en la masa de agua más cercana y cambiar el pH del medio acuático. [18]
Los productos químicos utilizados para el mantenimiento de embarcaciones, como pintura , disolventes y aceites, llegan al agua a través de la escorrentía. Además, los derrames o fugas de combustible directamente al agua desde los barcos contribuyen a la contaminación de fuentes difusas. Los niveles de nutrientes y bacterias aumentan debido al mal mantenimiento de los recipientes sanitarios para desechos en el barco y en las estaciones de bombeo. [18]
Para controlar la contaminación de fuentes difusas, se pueden emprender muchos enfoques diferentes tanto en áreas urbanas como suburbanas. Las franjas de protección proporcionan una barrera de césped entre el material de pavimentación impermeable, como estacionamientos y carreteras, y la masa de agua más cercana. Esto permite que el suelo absorba cualquier contaminación antes de que ingrese al sistema acuático local. Se pueden construir estanques de retención en áreas de drenaje para crear una zona de amortiguación acuática entre la contaminación por escorrentía y el medio ambiente acuático. El agua de escorrentía y las aguas pluviales drenan hacia 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 pluvial se escurran hacia el suelo debajo del pavimento, lo que reduce la cantidad de escorrentía que drena directamente al cuerpo de agua. También se utilizan métodos de restauración, como la construcción de humedales, para frenar el escurrimiento y absorber la contaminación. [38]
Las obras de construcción suelen implementar medidas sencillas para reducir la contaminación y la escorrentía. En primer lugar, se erigen barreras contra sedimentos o sedimentos alrededor de las obras de construcción para reducir la cantidad de sedimentos y materiales de gran tamaño que drenan hacia la masa de agua cercana. En segundo lugar, colocar pasto o paja a lo largo de los límites de los sitios de construcción también sirve para reducir la contaminación de fuentes difusas. [18]
En áreas atendidas por sistemas sépticos unifamiliares, las regulaciones del gobierno local pueden obligar al mantenimiento del sistema séptico para garantizar el cumplimiento de los estándares de calidad del agua. En Washington (estado) , se desarrolló un enfoque novedoso mediante la creación de un "distrito de protección de mariscos" cuando un criadero de mariscos comercial o recreativo se degrada debido a la contaminación continua de fuentes difusas. 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 marismas, y proporciona un mecanismo para generar fondos locales para servicios de calidad del agua para controlar fuentes difusas 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 curvas de nivel , el acolchado de cultivos , la rotación de cultivos , la plantación de cultivos perennes o la instalación de zonas de amortiguamiento ribereñas . [22] : págs. 4-95–4-96 [41] [42] La labranza de conservación es un concepto utilizado para reducir el escurrimiento al plantar un nuevo cultivo. El agricultor deja en el suelo parte del cultivo de la siembra anterior para ayudar a evitar el escurrimiento durante el proceso de siembra. [18]
Los nutrientes normalmente se aplican a las tierras agrícolas como fertilizantes comerciales; estiércol animal ; o aspersión de aguas residuales (efluentes) o lodos municipales o industriales. Los nutrientes también pueden ingresar a la escorrentía proveniente 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 manejo 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 de las plagas, reducir la dependencia de pesticidas químicos y proteger la calidad del agua . [44] [45]
Con una ubicación bien planificada de ambos senderos madereros, 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 maderera y al moldear los senderos con el terreno, se puede reducir la cantidad de sedimentos sueltos en la escorrentía. Además, al replantar árboles en el terreno después de la tala, se proporciona una estructura para que el suelo recupere estabilidad y se reemplaza el entorno talado. [18]
La instalación de válvulas de cierre en las bombas de combustible en el muelle de un puerto deportivo puede ayudar a reducir la cantidad de derrames en el agua. Además, las estaciones de bombeo a las que pueden acceder fácilmente los navegantes en un puerto deportivo pueden proporcionar un lugar limpio para eliminar los desechos sanitarios sin arrojarlos directamente al agua. Finalmente, algo tan simple como tener contenedores de basura alrededor de un puerto deportivo puede evitar que objetos más grandes entren al agua. [18]
La contaminación de fuentes difusas es la principal causa de contaminación del agua en los Estados Unidos en la actualidad, siendo las escorrentías contaminadas de la agricultura y la hidromodificación las fuentes principales. [46] : 15 [22]
La definición de fuente difusa se aborda en la Ley de Agua Limpia de EE. UU. tal como la interpreta la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA). La ley no prevé una regulación federal directa de las fuentes difusas, 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 en todo el estado 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 escorrentía agrícola como urbana, y también pueden ser métodos estructurales o no estructurales. Las agencias federales, incluidas la EPA y el Servicio de Conservación de Recursos Naturales , han aprobado y proporcionado una lista de BMP comúnmente utilizadas para las diferentes categorías de contaminación de fuentes difusas. [49]
El Congreso autorizó el programa de subvenciones de la sección 319 de la CWA en 1987. Se otorgan subvenciones a estados, territorios y tribus para fomentar la implementación y el mayor desarrollo de las políticas. [50] La ley exige que todos los estados operen programas de gestión de NPS. La EPA requiere actualizaciones periódicas del programa para gestionar eficazmente la naturaleza siempre 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 Zonas Costeras que exige el desarrollo de medidas de gestión de la contaminación de fuentes difusas en estados con aguas costeras. [52] CZARA exige a los estados con costas que implementen medidas de gestión para remediar la contaminación del agua y que se aseguren de que el producto de estas medidas sea la implementación y no la adopción. [53]
