La contaminación puede ser accidental -a veces con graves consecuencias- pero, más frecuentemente, se debe a la evacuación sin control de aguas residuales (aguas negras) y a otros desechos líquidos procedentes del uso doméstico del agua, desechos industriales que contienen una gran variedad de contaminantes, efluentes agrícolas de instalaciones zootécnicas y drenajes de sistemas de riego, aguas de escorrentía urbana e interferencias en las redes de distribución de agua potable con las de evacuación de aguas negras. La aplicación deliberada de productos químicos al suelo para aumentar el rendimiento de los cultivos o su adición al agua para controlar organismos indeseables constituye otra causa de contaminación. Pueden citarse como ejemplos las aplicaciones de fertilizantes químicos y de plaguicidas para combatir la maleza acuática, los insectos y los moluscos.
Además del incremento de producción de aguas negras debido al crecimiento demográfico, su producción per cápita es también mayor, tanto que en muchas ciudades puede alcanzar hasta 600 litros por persona y día. Al mismo tiempo, su contenido de contaminantes orgánicos y minerales es también considerable, pudiendo llegar a 10 litros de lodos húmedos por persona y día, o unos 50 kg de sólidos secos por persona y año. Las aguas residuales domésticas y municipales contienen materias orgánicas putrescibles que ejercen una demanda sobre el oxígeno de las aguas receptoras. Esta demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) es una medida del peso (por unidad de volumen de agua o aguas residuales) del oxígeno disuelto consumido en los procesos biológicos que degradan la materia orgánica. Los valores de la DBO5 oscilan desde 1 mg/l (en aguas naturales) hasta 300-500 mg/l (en aguas residuales domésticas no tratadas). La materia orgánica consiste principalmente en carbohidratos, proteínas, grasas y aceites diversos. Las clases específicas de compuestos orgánicos encontrados en las aguas residuales incluyen aminoácidos, ácidos grasos, jabones, ésteres, detergentes aniónicos, aminoazúcares, aminas, amidas, etc. Gran parte de las impurezas contenidas en las aguas negras municipales consisten en material sedimentable que, puede depositarse en el fondo de las aguas receptoras para formar profundas capas de lodos orgánicos. Los principales elementos inorgánicos de las aguas negras y de otras aguas residuales son las sales disueltas en forma de iones, tales como sodio, potasio, calcio, manganeso, amonio, cloruros, nitratos, nitritos, bicarbonatos, sulfatos y fosfatos. Las aguas residuales domésticas y municipales contienen invariablemente una serie de microorganismos, algunos de los cuales pueden ser patógenos. Si bien gran parte de los patógenos intestinales humanos no sobreviven por periodos prolongados fuera del cuerpo del huésped, hay indicaciones de que en diferentes medios acuáticos pueden permanecer suficientemente viables para infectar al hombre. La presencia de organismos indicadores, especialmente la Escherichia coli fecal, constituye una prueba presuntiva, aunque no concluyente, de la contaminación por aguas residuales y, en consecuencia, de la posibilidad de un riesgo para la salud pública.
Los contaminantes industriales son todavía más difíciles de caracterizar, y prácticamente no se dispone de inventarios detallados de desechos industriales a escala nacional. Estos desechos suelen contener vestigios o cantidades mayores de materias primas, productos intermedios, productos acabados, coproductos y subproductos y de cualquier sustancia química subsidiaria o utilizada en los procesos. Generalmente, la composición y cantidad de contaminantes descargados por una industria específica sólo pueden determinarse mediante un minucioso análisis de sus efluentes. La enumeración completa de las sustancias presentes en las aguas servidas industriales llegaría a varios miles. Entre ellas figuran los detergentes, disolventes, cianuros, metales pesados, ácidos minerales y orgánicos, sustancias nitrogenadas, grasas, sales, blanqueadores, colorantes y pigmentos, compuestos fenólicos, curtientes, sulfuros y compuestos amoniacales; muchos compuestos de estos son biocidas y tóxicos. Pese a esta variedad, muchos desechos industriales pueden medirse con los mismos parámetros aplicables a los desechos municipales, tales como el DBO5 y la demanda química de oxígeno (DQO), la turbidez y los sólidos en suspensión; sin embargo, la falta de información sobre la composición de los efluentes industriales ha sido la causa de las mayores complicaciones en el control de la calidad del agua.
La contaminación que originan las prácticas agrícolas se debe a los desechos animales, material de erosión, nutrientes vegetales, sales inorgánicas y minerales producto de la irrigación, herbicidas y plaguicidas, a los que se pueden añadir diversos agentes infecciosos contenidos en los desechos. La cantidad total de estos residuos es considerable. En los Estados Unidos de América, la producción de desechos animales excede con mucho a la de los humanos.
El destino de los contaminantes después de su descarga a un agua natural dependerá generalmente de su naturaleza (solubilidad, biodegradabilidad) y de la masa de agua de que se trate. Normalmente se verán sometidos a procesos físicos de dispersión y dilución, y pueden ser afectados por reacciones químicas y biológicas. Los métodos de predicción del destino de los contaminantes han experimentado un notable proceso, sobre todo en el caso de los contaminantes solubles.
El pronóstico del destino final y los efectos de sustancias que experimentan oxidación bioquímica y que, por consiguiente, influyen en la concentración de oxígeno disuelto, plantea dificultades especiales debido al gran número de factores que pueden afectar a las tasas de reacción, incluidas la temperatura, la concentración de oxígeno disuelto y la presencia o ausencia de catalizadores. El agotamiento de oxígeno puede progresar hasta el punto de que prevalezcan condiciones anaeróbicas. El conocimiento de todos estos procesos reviste gran importancia para el control de la contaminación del agua.
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