La primera descarga es la escorrentía superficial inicial de una tormenta. Durante esta fase, la contaminación del agua que ingresa a los desagües pluviales en áreas con altas proporciones de superficies impermeables suele estar más concentrada en comparación con el resto de la tormenta. En consecuencia, estas altas concentraciones de escorrentía urbana dan como resultado altos niveles de contaminantes descargados desde las alcantarillas pluviales a las aguas superficiales . [1] [2] : 216
El término "efecto de primera descarga" se refiere a los cambios rápidos en la calidad del agua ( concentración o carga de contaminantes) que ocurren después de las lluvias de principios de temporada. Las partículas de suelo y vegetación se arrastran hacia los arroyos; los sedimentos y otras partículas orgánicas acumuladas en el lecho del río se vuelven a suspender, y las sustancias disueltas del suelo y las aguas subterráneas poco profundas pueden ser arrastradas hacia los arroyos. Investigaciones recientes han demostrado que este efecto no se ha observado en áreas relativamente permeables. [2] : 216
El término también se utiliza a menudo para referirse a la primera inundación después de un período seco, que se supone que contiene concentraciones más altas que la siguiente. Esto se conoce como "inundación de primera descarga". Existen varias definiciones del fenómeno de la primera descarga. [3] [4] [5]
La escorrentía de aguas pluviales en un alcantarillado combinado produce una primera descarga de suciedad con una suspensión de sólidos sanitarios acumulados del alcantarillado además de contaminantes de la escorrentía superficial. La entrada puede producir un efecto de descarga de suciedad en alcantarillas sanitarias si los caudales alcanzan su pico durante el tiempo húmedo. A medida que los caudales aumentan por encima del promedio, un porcentaje relativamente pequeño del caudal total contiene un porcentaje desproporcionadamente grande de la masa total de contaminantes asociada con el volumen de caudal general durante el evento de caudal máximo. La deposición de sólidos de alcantarillado durante períodos de bajo caudal y la posterior resuspensión durante los eventos de caudal máximo es la principal fuente de contaminantes para el fenómeno de desbordamiento de alcantarillado combinado (CSO) de primera descarga. [6]
Los sólidos de las aguas residuales sanitarias pueden pasar por el sistema o asentarse en porciones de flujo laminar del alcantarillado para estar disponibles para el lavado durante los flujos pico. El perímetro mojado de las alcantarillas también puede ser colonizado por biopelículas alimentadas por desechos sanitarios solubles. El diseño hidráulico es la razón subyacente de la deposición de sólidos en las alcantarillas. Las alcantarillas combinadas dimensionadas para los eventos pico de escorrentía esperados una vez por década pueden transportar hasta 1.000 veces el flujo sanitario promedio. Las alcantarillas menos dramáticamente sobredimensionadas son comunes en los nuevos desarrollos y cerca del extremo aguas arriba de los sistemas de recolección. Los sólidos suspendidos pueden acumularse cuando las velocidades de fluido de bajo flujo generan turbulencia insuficiente . La deposición de sólidos es mayor donde las velocidades son bajas durante el tiempo seco. En alcantarillas combinadas grandes puede ser imposible alcanzar velocidades de aguas residuales sanitarias que generen suficiente turbulencia para mantener los sólidos suspendidos durante el tiempo seco. [6]
La biopelícula y los sólidos depositados previamente pueden ser arrastrados y re-arrastrados durante la turbulencia del flujo máximo. [7] La alta carga de contaminación en las aguas residuales al comienzo de un evento de escorrentía ocurre cuando el aumento de la velocidad del flujo erosiona los sedimentos acumulados en el alcantarillado. [8] La erosión de los sedimentos en las alcantarillas puede liberar contaminantes en concentraciones que exceden los niveles encontrados en las fuentes contribuyentes. La descarga de suciedad altamente contaminante inicial se libera al comienzo del flujo en clima húmedo durante la erosión rápida de una capa débil de sedimento superficial altamente concentrado. [9] Cuando las condiciones favorecen la deposición de sólidos en clima seco, la primera descarga de suciedad puede contener hasta un 30 por ciento de los sólidos suspendidos totales anuales descargados a un sistema de alcantarillado combinado. Se pueden observar concentraciones de sólidos suspendidos en el alcantarillado combinado de varios miles de miligramos por litro (mg/L) durante la primera descarga de suciedad. [6]
Los niveles de concentración de contaminantes están influenciados por la edad y condición del sistema de recolección y la cantidad de infiltración/entrada en comparación con el flujo sanitario. Los picos de concentración de contaminantes dependen del tamaño y pendiente del sistema de tuberías, el intervalo de tiempo entre tormentas y la acumulación de sólidos en el sistema de recolección. Los gradientes más pronunciados de las alcantarillas y las formas de los fondos de las tuberías que mantienen un flujo de alta velocidad durante condiciones de bajo flujo reducirán la acumulación de sedimentos en las alcantarillas; y el lavado periódico de las líneas individuales de las alcantarillas durante el tiempo seco puede mover los sólidos acumulados a la planta de tratamiento de aguas residuales antes de que la escorrentía de aguas pluviales provoque un flujo máximo simultáneo en todo el sistema de recolección. [10]
Como la referencia del primer lavado no siempre es clara, se han introducido los términos "primer lavado basado en la concentración" (CBFF) y "primer lavado basado en la masa" (MBFF). [11]
Además de esta definición, existen en la literatura una serie de parámetros de calificación para determinar la ocurrencia de una primera descarga. [11]
En el contexto de la recolección de agua de lluvia , un desviador de primera descarga es un dispositivo simple que está diseñado para proteger una cisterna de almacenamiento de la contaminación por la escorrentía de primera descarga. Esto conduce a una mayor calidad del agua capturada y una menor sedimentación de la cisterna con el tiempo en áreas polvorientas. El agua de primera descarga desviada se utiliza para riego u otros fines de manera similar a las aguas grises . [12] Aunque existen muchas versiones comerciales disponibles, estos dispositivos con frecuencia se construyen con tuberías de repuesto cuando se instala la cisterna inicialmente o después. Consulte el Manual de Texas sobre recolección de agua de lluvia para obtener cálculos sobre el tamaño. [13]