Anàlisi física i química de l’aigua del riu Llobregat, abans i després

de la depuradora

Presentació de l’activitat als mestres

Índex 1. El cicle de l’aigua ................................................................................................... 2

2. Consideracions generals sobre la zona:.............................................................. 2

3. El tractament de l’aigua a la depuradora de Guardiola....................................... 5

4. Presentació de l’activitat: “Anàlisi física i química de l’aigua del riu Llobregat, abans i després de la depuradora” .................................................. 5

4.1 Objectius ............................................................................................................. 5

4.2 Descripció de l’activitat...................................................................................... 6

4.2.1 Presentació de l’activitat als alumnes ....................................................... 6

4.2.2 L’horari i el lloc on es desenvolupa l’activitat .......................................... 7

4.2.3 Formació de grups de treball ..................................................................... 7

4.2.4 El treball de camp........................................................................................ 7

4.2.5 El treball de laboratori................................................................................. 8

4.3 Material ................................................................................................................ 8

4.4 Activitats prèvies: recomanacions.................................................................... 8

5. Quins paràmetres estudiar i per què?................................................................. 9

5.1 Treball de camp .................................................................................................. 9

5.1.1 Càlcul del cabal: .......................................................................................... 9

5.1.2 Característiques físiques de l'aigua: ......................................................... 9

5.2 Treball de laboratori ......................................................................................... 10

5.2.1 Característiques químiques de l'aigua:.................................................... 10

1

1. El cicle de l’aigua L'aigua a la natura és un recurs limitat, tot i que ocupa més del setanta per cent de la superfície terrestre (97 % mars i oceans, 2'25 % gel als casquets polars i a les geleres i 0'75 % a les aigües continentals. La quantitat d'aigua en forma de vapor present a l'atmosfera és insignificant tot i la seva gran importància com a reguladora del clima). L'aigua procedent del desglaç i de la pluja corre en part per la superfície com a aigües d'escorriment i la resta s'infiltra formant les aigües subterrànies. Les aigües superficials tenen un paper molt important sobre el modelat de la superfície terrestre gràcies a la seva força erosiva, que es veu influenciada per la geologia de les valls per les que corre, el pendent, el cabal i la presència o no d'una cobertura vegetal que facilita que una part de l'aigua sigui recuperada per la vegetació. Les aigües salvatges i els torrents conflueixen per formar rierols, rius o llacs de muntanya, que tard o d'hora vessen les seves aigües al mar. L'evaporació que es produeix al llarg de tot el cicle assegura una renovació constant de l'aigua i un moviment cíclic entre l'atmosfera, la terra i els oceans. Tanmateix, no tota aquesta aigua s'aprofita, ja que s'estima que més de la meitat retorna al mar en forma de grans avingudes i una altra part queda en zones inaccessibles, retinguda pel sòl i la vegetació. També l'home endarrereix aquest cicle amb la construcció d’embassaments, pous, recs, refrigeració de centrals tèrmiques i nuclears, indústries, etc… reduint per tant els recursos hídrics aprofitables. Un riu o un llac, no són una simple massa d'aigua sinó un ecosistema, un sistema complex, resultat de la interacció dels factors abiòtics (elements sense vida) amb els factors biòtics (éssers vius). En condicions naturals aquests ecosistemes poden veure alterada temporalment la qualitat de les seves aigües per l'augment de l'aportació de matèria orgànica (fulles, despulles animals,…) especialment a la tardor, que els organismes descomponedors s'encarregaran d'eliminar, restablint l'equilibri. La reducció dels cabals dels rius per efecte dels regadius i els embassaments, unida a la presència d'aigües residuals, disminueix dràsticament la seva capacitat d'autodepuració, convertint grans trams de riu en ecosistemes precaris, altament contaminats. L'aigua no és tan sols un recurs essencial per a la vida, sinó també una part imprescindible de la biosfera per això, a més de racionalitzar-ne l'ús, cal preservar el seu equilibri i la seva influència en els sistemes vius.

2. Consideracions generals sobre la zona: • El riu Llobregat neix a les Fonts del Llobregat, situades al SW de Castellar de

N'Hug, al peu del Puigllançada, a uns 1300 m d’altitud i fruit d'unes fortes surgències d'origen càrstic, obertes en unes dures calcàries devonianes (Paleozoic). De fort pendent en els seus primers quilòmetres, el riu s'orienta de nord a sud, llevat del tram entre La Pobla de Lillet i Guardiola de Berguedà que transcorre d'est a oest. La conca del riu és allargada i estreta, afavorint un corrent ràpid i subtorrencial.

2

Amb una llargada total de 157 km i una conca de 5000 km2, el Llobregat en sortir del Berguedà ha recorregut 54 km, després de rebre les aigües de l'Arija, el Bastareny, la riera de Saldes, la riera de Merlès i d'altres rieres i torrents. Ja fora de la comarca rep l'aigua del Cardener, el seu principal afluent.

Dades generals: Àrea de la conca: 4950 km

2

Longitud total: 157 km Longituds parcials: Des del naixement fins el Clot del Moro : 3'5 km Des del naixement fins a Guardiola de Berguedà: 15 km Des del naixement fins a l'entrada del pantà de La Baells: 22'3 km Des del pantà fins a la desembocadura (Prat de Llobregat): 126'7 km Pendent mitjà: 1'3 % (Per cada 100 m de recorregut, baixa 1,3 m) Pendent dels primers 10 Km: hi ha llocs de fins a 3'1 %

Conca i xarxa hidrogràfica del riu Llobregat

3

• El sustrat sobre el qual discorre bona part del curs alt del riu és preferentment de naturalesa càlcaria, encara que també s’hi poden trobar afloraments de margues i de gresos a prop de la capçalera (Castellar de n’Hug) i de guixos (riu Arija a La Pobla de Lillet i a Guardiola de Berguedà). El tipus de terreny determina algunes de les característiques naturals de l’aigua com el contingut de carbonats i bicarbonats a l’aigua, la seva duresa i la salinitat, entre d’altres.

• L’activitat es realitza a dos punts diferents del riu, dins el mateix poble de

Guardiola. El punt A correspon a la zona del riu situada just davant del CdA, i per tant abans de la depuradora. L’altre, el punt B, està situat a les afores de Guardiola, uns 500 m més avall que l’anterior, allà on s’aboca l’aigua de la depuradora.

• El cabal del Llobregat i del Bastareny és variable al llarg de l’any, depenent del

règim pluviomètric, del desglaç i per tant de la climatologia local. De fet es tracta de rius de règim subtorrencial, de cabal força variable. Hi ha èpoques en que el Llobregat porta molt poca aigua, de manera que entre el poc cabal que té i el que s’emporta el canal, la presa de mostres per l’activitat en el punt A i la recollida de dades corresponen en la seva pràctica totalitat a l’aigua del riu Bastareny.

• Tant el riu Llobregat com el seu afluent el Bastareny veuen reduir part del seu cabal

al seu pas per Guardiola com a conseqüència de la canalització. El canal que s’inicia a la resclosa que hi ha a prop de l’església recull aigua del Bastareny i l’aboca al riu Llobregat, abans d’entrar al poble. Just a l’aiguabarreig dels dos rius a prop de la segona resclosa, apareix un segon canal encarregat de conduir l’aigua del Llobregat i del Bastareny cap a la central hidroelèctrica del Collet, pocs quilòmetres més avall de Guardiola. És al Collet on s’ajunten les aigües provinents del canal amb les del Bastareny i del Llobregat (que ja han recollit la que surt de la depuradora) i de la riera de Saldes.

• Els nuclis de població de Bagà, Tarradellas (barri de Bagà) i Guardiola, a la riba del

Bastareny, són petits i la densitat de població és baixa. Les seves aigües residuals són recollides en gran part per la xarxa de clavegueram (encara hi ha canalitzacions antigues que aboquen directament al riu) i són conduïdes directament cap a la depuradora de Guardiola.

• Per altra banda, La Pobla de Lillet i abans que ella Castellar de n’Hug, aboquen les

aigües residuals directament al Llobregat, degut a la falta de depuradora. Malgrat això, com què es tracta de poblacions petites i que no contaminen gaire (majoritàriament és matèria orgànica) el riu és capaç d’autodepurar-se al llarg del seu recorregut, com ho demostren els indicadors biològics mostrejats a la zona de La Sala, aproximadament a tres quilòmetres de distància de La Pobla i uns sis de Guardiola, que donen valors de màxima qualitat de l’aigua en aquella zona.

• La zona al voltant dels dos rius està dedicada preferentment a l’explotació forestal

(boscos de pi roig) que alterna amb prats de pastura, alguns camps agrícoles (plantacions de mongetes a La Pobla de Lillet) i petits horts familiars a prop dels nuclis urbans. De ramaderia hi ha ben poca a la zona; alguns ramats de vaques i ovelles que pasturen els prats propers al Llobregat i al Bastareny. Hi ha també dues granges de porcs situades una a La Pobla i l’altra a Guardiola.

4

• Hi ha diverses indústries tèxtils dedicades a les filatures, dues a Bagà, una a Guardiola i una altra al Clot del Moro (Castellar de n’Hug). Només la de Bagà fa servir l’aigua: utilitza tints i aprofita l’aigua del riu Bastareny, abocant-la després als col·lectors que la porten a la depuradora. Hi ha una paperera a La Pobla de Lillet que es dedica al reciclatge. Te depuradora pròpia.

3. El tractament de l’aigua a la depuradora de Guardiola L’aigua que arriba a la depuradora de Guardiola, procedeix d’aquest nucli urbà i de la seva veïna Bagà. Conté residus de tipus domèstic i també industrial, procedent aquest últim de les fàbriques tèxtils de Baga i de Guardiola. El tractament de l’aigua que es realitza a la depuradora consisteix únicament en l’eliminació dels sòlids en suspensió i matèria orgànica:

- Els més grollers per procediments físics (reixes, tamisos…). - La matèria orgànica soluble o coloidal mitjançant el tractament amb

microorganismes (aeròbic). De fet el que únicament es tracta són els compostos de carboni.

- Els productes nitrogenats i fosfatats no s’eliminen i per tant tornen a aparèixer a

l’aigua del riu. De fet la seva concentració no és massa elevada degut a què ni l’activitat agrícola (adobs rics en nitrats i fosfats), ni la ramadera (eliminació de purins que són derivats nitrogenats) són importants. Els colorants tèxtils que de quan en quan apareixen tenyint l’aigua que surt de la depuradora són molt poc biodegradables.

La quantitat de matèria orgànica que es pot trobar a l’aigua després del tractament a la depuradora ha d’estar per sota dels 25 mg/l de DBO o per sota de 35 mg/l de matèria sòlida en suspensió. Els valors obtinguts en l’anàlisi de l’aigua després de la depuradora estan per sobre dels nivells que marca la normativa i que nosaltres prenem com a referència (el contingut en matèria orgànica ha de ser inferior a 3 mg/l) i és pel fet que les aigües de depuradora no segueixen la normativa nacional referent a les aigües superficials corrents (rius, rieres…).

4. Presentació de l’activitat: “Anàlisi física i química de l’aigua del riu Llobregat, abans i després de la depuradora”

4.1 Objectius Amb aquesta activitat es pretén:

5

Introduir als alumnes en el que representa el mètode científic a través d’una proposta metodològica que combina el treball de camp i el treball de laboratori de química.

Apropar els alumnes a alguns aspectes propis del treball de camp: recollir mostres,

manipular aparells, prendre mesures i obtenir dades. Manipular correctament el material d’ús més corrent en el laboratori de química.

Aprendre a utilitzar alguna senzilla tècnica de laboratori de química com la

volumetria i la colorimetria. Tractar les dades obtingudes, raonar i interpretar els resultats i treure conclusions a

partir de l’anàlisi d’un determinats paràmetres. Fomentar el treball d’equip, el repartiment de les tasques i l’intercanvi d’idees i

opinions.

4.2 Descripció de l’activitat

4.2.1 La presentació de l’activitat als alumnes L’activitat “Anàlisi física i química de l’aigua d’un riu, abans i després de la depuradora” té com a objectiu prioritari l’apropament dels alumnes al que representa el mètode científic a través d’una proposta metodològica que combina el treball de camp i el treball de laboratori de química. Prenent com a base de la investigació l’aigua del riu Llobregat al seu pas per Guardiola de Berguedà, s’analitzen alguns paràmetres físics i químics, que de forma senzilla i ràpida ens permeten fer una primera aproximació sobre la qualitat de l’aigua. Per això s’investiguen dos trams de riu: El que anomenem abans de la depuradora (punt A), a dins del poble de Guardiola,

al davant del CdA, que correspon a l’aigua del riu Llobregat i a la del Bastareny, afluent del Llobregat.

L’altre, el de després de la depuradora, a les afores de Guardiola (punt B, a menys

de 500 m aigües avall del CdA), allà on el riu rep l’aigua de la depuradora. A la depuradora va a parar el col·lector que porta l’aigua del clavegueram de Bagà i de Guardiola, així com una certa quantitat d’aigua “neta” sobrant (degut a deficiències en la xarxa de distribució de l’aigua d’ús sanitari). Amb la recollida de dades de l’aigua del riu abans i després de la depuradora, pretenem que hi hagi diferències evidents en alguns dels paràmetres mesurats que facin raonar als alumnes i buscar possibles explicacions.

6

Plànol de la zona de treball

4.2.2 L’horari i el lloc on es desenvolupa l’activitat La presentació de l’activitat s’inicia a les 9:30h del matí, a la seu del CdA de l’Alt Berguedà. Tot seguit comença el treball de camp i cap a les 11h el treball de laboratori (a les instal·lacions del CdA). Al voltant de les 14h es fa una pausa per dinar. L’activitat es reprèn cap a les 15h amb l’acabament dels càlculs pertinents i la comunicació dels resultats. Per finalitzar es comenten els resultats obtinguts i les diferències entre els punts A i B. L’activitat s’acaba al voltant de les 16:30h.

4.2.3 La formació dels grups de treball Abans de començar l’activitat els alumnes faran grups de treball de 2 o 3 persones. A part, es repartirà el grup classe en dos grans grups pel treball de camp. Un d’aquest prendrà mesures i agafarà mostres d’aigua del punt A i l’altra farà el mateix en el punt B.

4.2.4 El treball de camp En el riu es mesuren el cabal, diverses característiques físiques de l’aigua com el color, l’olor, la terbolesa, la presència d’escuma, la temperatura, el pH i la conductivitat.

7

També s’agafen mostres d’aigua en les dues zones abans esmentades per tal de poder realitzar el treball de laboratori.

4.2.5 El treball de laboratori Al laboratori (a la seu del CdA) s’analitzen mitjançant tècniques de volumetria i colorimetria, diversos paràmetres de l’aigua recollida, com són els clorurs, l’alcalinitat, la duresa, el contingut en matèria orgànica, la concentració d’oxigen, els nitrits, l’amoni i els fosfats. Al finalitzar las pràctiques cada grup exposa les seves dades, especificant el punt on s’ha recollit l’aigua, de forma que es puguin comparar els diferents resultats. Aquells valors que s’allunyin força del que representa la tendència general, són eliminats després de fer-hi les consideracions adients sobre els possibles errors comesos tant durant la recollida de les mostres com en el treball de laboratori. Es comparen els resultats del dos punts de mostreig entre si, amb els valors d’altres zones situades al llarg del riu i amb el nivell guia que ens serveix de referència (valors màxims o mínims establerts per cada paràmetre). Es comenten les diferències, es raona si aquestes són les esperades tenint en compte el tractament de l’aigua a la depuradora i s’extreuen conclusions. S’incideix en el perquè dels paràmetres mesurats i en el significat que tenen els valors obtinguts per fer una primera i ràpida aproximació de la qualitat de l’aigua del riu en els trams investigats.

4.3 Material De camp: cinta mètrica, mesurador de fondària, botes d’aigua, termòmetre,

cronòmetre, pot, calculadora, ampolles, Kit per mesurar el pH i conductivímetre. De laboratori: material de vidre (proveta, bureta, pipeta, matràs erlenmeyer, vas de

precipitats…), sistema de suport, reixeta, bec Bunsen, cronòmetre i reactius.

4.4 Activitats prèvies: recomanacions Seria convenient per tal de treure un major profit i d’agilitzar l’activitat, que els alumnes haguessin treballat a classe els continguts que us exposem: Procediment de càlcul de cabal.

Factors de conversió i càlculs estequiomètrics.

Coneixement i correcta manipulació del material de laboratori (precaucions i bons

hàbits): - Llegir atentament el guió de la pràctica abans de començar. - Manipular amb molta cura els reactius. - No pipetejar els reactius directament amb la boca: fer servir l’aspirador de

pipetes o fer pujar el líquid amb la pipeta per capil·laritat. - No pipetejar directament de les ampolles de reactius. - No tornar els reactius sobrants a les seves ampolles.

8

- Muntar les buretes amb cura. Assegurar-se que la bureta estigui tancada quan s’omple amb el reactiu.

- Enrasar correctament els aparells de mesura (proveta, bureta,…) amb la part baixa del menisc.

- Quan s’escalfa un líquid cal mantenir-se a una distància prudencial. El material de vidre calent s’ha d’agafar sempre amb les pinces.

- Netejar amb aigua de l’aixeta primer i amb aigua detil·lada després el material de vidre utilitzat a la pràctica.

- Deixar correctament el material utilitzat a la pràctica de forma que pugui fer-lo servir el grup següent.

Finalitat de la valoració dels diferents paràmetres: clorurs, alcalinitat, duresa,

matèria orgànica, concentració d’oxigen dissolt, nitrits, fosfats i amoni. (S’explica breument en el guió de treball).

5. Quins paràmetres estudiar i per què? En un laboratori d'aigües s'analitzen les propietats físico-químiques i microbacteriològiques de l'aigua i es poden determinar molts paràmetres per tal de conèixer les seves característiques de qualitat i de potabilitat. L'aigua pot portar des de soluts relacionats amb la litologia del lloc per on discorre fins a materials d'origen antròpic com els residus domèstics, insecticides, herbicides, residus industrials, etc. En el nostre cas han de ser paràmetres que es puguin mesurar fàcilment amb una tècnica relativament senzilla i que ens doni una informació assequible, suficient i fiable sobre l'estat de l'aigua en aquell moment i en aquell lloc. En quant als procediments, començarem per la presa de mesures i la recollida de mostres al riu com part del treball de camp. En el laboratori es faran servir tècniques analítiques volumètriques i colorimètriques.

5.1 Treball de camp Conèixer la quantitat d'aigua que porta el riu.

5.1.1 Càlcul del cabal: El cabal del riu varia al llarg de l'any de forma natural depenent del règim pluviomètric de la zona. A més, l'activitat humana pot produir variacions en el cabal amb la construcció de canals per alimentar les centrals hidroelèctriques, per regadiu, per ús domèstic i industrial, etc. La vida dels organismes del riu depèn de la quantitat d'aigua que porti; una disminució del cabal incideix sobre la temperatura d'aquesta i indirectament sobre la concentració de sals i la seva solubilitat, la conductivitat, el pH, la concentració de contaminants i la solubilitat dels gasos com l'oxigen.

5.1.2 Característiques físiques de l'aigua: Apreciar de forma ràpida i senzilla, aspectes tals com el color, l'olor, la presència d'escuma, la transparència o terbolesa i la temperatura de l’aigua.

9

El color: indicador de matèries dissoltes o en suspensió de naturalesa orgànica i inorgànica.

L'olor: indicador de la presència d'impureses d'origen orgànic presents a l'aigua.

L'escuma: originada pels detergents, forma una capa que dificulta l'intercanvi

d'oxigen . La terbolesa: deguda a la presència de partícules minerals, sòlids col·loidals,

microorganismes o matèries fines en suspensió procedents d'aigües residuals o industrials, neteja de canals, etc.

La temperatura: relacionada amb el pH, la conductivitat, la solubilitat de l'oxigen,

etc. La conductivitat elèctrica: mesura de la mineralització global, relacionada amb la

naturalesa del terreny i d'abocaments d'aigües residuals.

5.2 Treball de laboratori

5.2.1 Característiques químiques de l'aigua: Valorar mitjançant tècniques analítiques volumètriques i colorimètriques, diferents paràmetres de l'aigua com els clorurs, l'alcalinitat, la duresa, la matèria orgànica, la concentració d'oxigen dissolt, els nitrits, els nitrats, els fosfats i l'amoni presents en les mostres d'aigua, que ens donen informació suficient sobre la qualitat de l'aigua del riu. El pH: mesura del grau d'acidesa o alcalinitat. El valor de pH està relacionat amb el

tipus de substrat sobre el que circula l'aigua. En terrenys de naturalesa calcària, l'aigua dolça tindrà un pH lleugerament alcalí, entre 7 i 8.5, amb predominància de bicarbonats. L' acidesa de l'aigua pot ser indicativa de pol·lució industrial.

El clorur: relacionat amb la naturalesa salina dels terrenys travessats; també pot

tenir origen antròpic com a indicadora d’abocaments. L’alcalinitat: és una mesura de la concentració dels ions carbonat i bicarbonat

presents a l'aigua. Aquest sistema carbonats-bicarbonats actua, en terrenys calcaris, com a tampó o esmorteïdor de les variacions de pH.

La duresa: deguda a la presència de sals de calci i magnesi. Té caràcter natural i

depèn del rentat dels terrenys travessats. La matèria orgànica: provinent de la descàrrega de residus urbans i industrials.

La concentració d'oxigen dissolt: està en funció de la turbulència de l'aigua en la

interfase aigua-aire, de la respiració dels animals, la fotosíntesi i la respiració dels vegetals, la presència de matèria orgànica oxidable, l'activitat bacteriana, etc. La solubilitat de l'oxigen disminueix a mida que augmenta la temperatura. Un índex baix és indicador d’una escassa qualitat de l’aigua.

El nitrogen: nutrient essencial, juntament amb el fosfat, per al creixement d'algues i

altres plantes aquàtiques. Es troba en forma de nitrats, nitrits, amoníac, amoni i de 10

11

nitrogen orgànic. Les principals fonts de substàncies nitrogenades externes al sistema aquàtic són els abocaments de residus urbans o de determinades indústries. També són importants però les aportacions provinents de l’agricultura. En aigües ben oxigenades la major part del nitrogen es trobarà en forma de nitrats. Els nitrats procedeixen de terrenys que el continguin o del nitrogen orgànic (urea i matèria proteica) que per l'acció de bacteris es transforma en amoníac, el qual en un medi aerobi s'oxida convertint-se en nitrits i aquests en nitrats. El nitrat no és tòxic pels organismes ja què és un nutrient essencial per a la producció primària. Els nitrits provenen de l'oxidació incompleta de l'amoníac o d'una reducció dels nitrats. Estan relacionats amb abocaments domèstics, de bestiar o industrials, rentat de terrenys agrícoles etc. sempre molt propers, ja que és una substància molt poc estable i que ràpidament s’oxida o es redueix. En general creen processos de putrefacció no desitjables a l'aigua. Afavoreixen el creixement d'algues (eutrofització). El nitrit és tòxic pels organismes aquàtics. L’amoni pot ser força persistent en el medi la qual cosa juntament amb el seu elevat grau de toxicitat el fa més perillós.

El fosfat: nutrient essencial i limitant. Està relacionat amb la naturalesa dels terrenys

travessats i la presència d'abocaments domèstics i industrials, del rentat de terres de conreu, i de l'ús de pesticides i detergents. Intervé en l'eutrofització, és a dir en el desenvolupament de gran quantitat d’algues i altres productors primaris arran de l’acumulació excessiva de nutrients, especialment el fòsfor i el nitrogen.