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 vertidos 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 tempranas. Las partículas de suelo y vegetación llegan a los arroyos; los sedimentos y otras partículas orgánicas acumuladas en el lecho del río se resuspenden y las sustancias disueltas del suelo y las aguas subterráneas poco profundas pueden ser arrastradas a 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 contiene concentraciones más altas que las posteriores. Esto se conoce como "primera inundación". Existen varias definiciones del fenómeno de la primera descarga. [3] [4] [5]
El escurrimiento de aguas pluviales en un alcantarillado combinado produce una primera descarga con una suspensión de sólidos sanitarios acumulados en el alcantarillado, además de los contaminantes del escurrimiento superficial. El flujo de entrada puede producir un efecto de descarga deficiente en las alcantarillas sanitarias si el flujo alcanza su punto máximo durante el clima húmedo. A medida que los caudales aumentan por encima del promedio, un porcentaje relativamente pequeño del flujo total contiene un porcentaje desproporcionadamente grande de la masa contaminante total asociada con el volumen de flujo general durante el evento de flujo máximo. La deposición de sólidos de alcantarillado durante períodos de bajo flujo y la posterior resuspensión durante eventos de flujo 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 a través del sistema o sedimentarse en porciones de flujo laminar del alcantarillado para estar disponibles para su lavado durante los flujos máximos. El perímetro mojado de las alcantarillas también puede estar 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 eventos de escorrentía máxima que se esperan una vez por década pueden transportar hasta 1.000 veces el flujo sanitario promedio. Las alcantarillas de tamaño menos espectacular son comunes en los nuevos desarrollos y cerca del extremo aguas arriba de los sistemas de recolección. Los sólidos en suspensión pueden acumularse cuando las velocidades del fluido de bajo flujo generan una turbulencia insuficiente . La deposición de sólidos es mayor donde las velocidades son bajas durante el tiempo seco. En grandes alcantarillas combinadas 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 previamente depositados pueden ser arrastrados y arrastrados nuevamente durante la turbulencia de flujo máximo. [7] La alta carga contaminante en las aguas residuales al comienzo de un evento de escorrentía ocurre cuando el aumento del caudal erosiona los sedimentos acumulados en las alcantarillas. [8] La erosión de los sedimentos en las alcantarillas puede liberar contaminantes en concentraciones que exceden los niveles encontrados en las fuentes contribuyentes. El flujo de suciedad inicial, altamente contaminante, se libera al inicio del flujo en clima húmedo durante la rápida erosión de una capa débil de carga de lecho de sedimentos superficiales altamente concentrada. [9] Cuando las condiciones favorecen la deposición de sólidos en clima seco, el primer flujo de aguas residuales puede contener hasta un 30 por ciento del total anual de sólidos suspendidos descargados a un sistema de alcantarillado combinado. Se pueden observar concentraciones combinadas de sólidos suspendidos en el alcantarillado de varios miles de miligramos por litro (mg/L) durante la primera descarga sucia. [6]
Los niveles de concentración de contaminantes están influenciados por la antigüedad y condición del sistema de recolección y la cantidad de infiltración/afluencia en comparación con el flujo sanitario. Los picos de concentración de contaminantes dependen del tamaño y la pendiente del sistema de tuberías, el intervalo de tiempo entre tormentas y la acumulación de sólidos en el sistema de recolección. Las pendientes más pronunciadas de las alcantarillas y las formas del fondo 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 líneas individuales 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]
Debido a que la referencia a la primera descarga no siempre es clara, se han introducido los términos "primera descarga basada en concentración" (CBFF) y "primera descarga basada en masa" (MBFF). [11]
Aparte de esta definición, existen varios parámetros de clasificación en la literatura para determinar la aparición 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 escorrentía de primera descarga. Esto conduce a una mayor calidad del agua captada y a una menor sedimentación de la cisterna con el tiempo en zonas polvorientas. El agua desviada de la primera descarga se utiliza para riego u otros fines de forma similar a las aguas grises . [12] Aunque hay muchas versiones comerciales disponibles, estos dispositivos frecuentemente se construyen con tubería de repuesto cuando la cisterna se instala inicialmente o posteriormente. Consulte el Manual de Texas sobre recolección de agua de lluvia para obtener cálculos sobre el tamaño. [13]