L'aigua com a recurs

L’aigua i la vida

L’aigua és la substància que caracteritza principalment el nostre planeta, però la seva presència (en estat no lliure) s’ha detectat també en altres cossos celestes. És un element essencial en els processos biològics que són a la base de la formació dels organismes vius, els quals són constituïts principalment d’aigua, lliure o combinada, és a dir, unida a altres elements.

El cicle de l’aigua

L’aigua, com molts altres elements naturals, és sotmesa a un moviment continu. En aquest cas el moviment té lloc de manera recurrent, per la qual cosa es pot parlar de cicle de l’aigua, que a grans trets es desenvolupa així: l’aigua que s’evapora de les mars i els cursos d’aigua, juntament amb la que procedeix del sòl i la que és transpirada per les plantes, arriba a l’atmosfera, on forma els núvols. Aquests originen precipitacions, gràcies a les quals l’aigua torna a la superfície de la Terra.

El temps de permanència de l’aigua a l’atmosfera és d’uns nou dies, per terme mitjà. De vegades una sola molècula d’aigua, sobretot si arriba a les capes altes de l’atmosfera, s’hi pot quedar un temps molt més llarg, un any o més. Igualment, a la mar, una molècula concreta d’aigua pot trigar segles o mil·lennis a pujar del fons a la superfície, des de la qual s’evapora.

L’aigua que cau a les àrees continentals en forma de precipitacions es pot evaporar directament des de terra, eventualment després d’haver estat absorbida temporalment per la vegetació, o pot infiltrar-se al subsòl i quedar-s’hi un temps més o menys llarg, o també pot passar a formar part de la circulació hídrica superficial (cursos d’aigua naturals o artificials, llacs). En aquest darrer cas, el transport cap a l’oceà pot ser quasi immediat si el riu hi desemboca directament, però si troba un llac en el seu recorregut el transport s’alenteix. En el cas que el curs d’aigua desemboqui en un llac sense emissaris, l’aigua pot no tornar a l’oceà. Llavors aquest retorn només és possible mitjançant l’evaporació del llac i el transport a altres llocs, per obra dels corrents d’aire. Pel que fa a les aigües subterrànies, el retorn a l’oceà pot ser ràpid si es tracta d’una circulació de tipus càrstic, amb àmplies canalitzacions en el subsòl. Aleshores, el temps de permanència de l’aigua sota terra pot oscil·lar entre uns quants dies i uns quants mesos. En canvi, si l’aigua s’infiltra en terrenys permeables de tipus al·luvial (fang, sorra), la penetració a través dels estrats és molt més lenta; com menor sigui la porositat, més lenta és. L’aigua pot quedar-se al subsòl fins i tot durant segles o mil·lennis abans de tornar a l’oceà.

Abans hem parlat del paper de les plantes, que obtenen l’aigua del sòl a través de les arrels i la cedeixen a l’atmosfera en forma de vapor mitjançant la transpiració. Si no hi ha vegetació, l’aigua penetra en el terreny en més quantitat i a més profunditat i, per tant, l’evaporació és menor. Però el cicle de l’aigua teòricament podria tenir lloc sense la intervenció dels éssers vius. En efecte, les plantes terrestres el que fan és augmentar la transferència d’aigua de la terra a l’atmosfera en detriment de la de la terra a la mar. Des d’un punt de vista quantitatiu aquest efecte és enorme, fins al punt que influeix en el clima de regions molt extenses.

La distribució de les aigües

Quadre 37.1 Distribució de les aigües de la Terra (km3)

ECSA

Les aigües de la superfície terrestre es poden dividir en dues grans categories: les aigües continentals o terrestres (dolces) i les marines o oceàniques (salades). Amb tot, el límit entre les aigües terrestres i les marines no és gaire precís, ja que les mateixes molècules passen periòdicament d’un medi a l’altre. A més, existeixen nombroses zones de transició, com els llacs i els estanys salats, les llacunes i les desembocadures dels rius, on l’aigua presenta característiques intermèdies entre les dels dos grups.

En estat líquid, l’aigua s’acumula en conques o flueix per canals i estrats porosos, o bé impregna les roques o fins i tot forma part de l’estructura cristal·lina d’alguns minerals. Com hem dit abans, l’aigua també es troba en abundància en els organismes. En l’home adult, per exemple, l’aigua en constitueix el 60% del pes corporal (en la dona, el 50%). La major part de l’aigua de la Terra és oceànica, és a dir, salada. La quantitat més gran d’aigua dolça s’acumula en immensos blocs de gel, a l’Antàrtida sobretot. L’aigua dolça que hi ha als continents s’obté de l’evaporació dels oceans. En efecte, l’evaporació damunt les zones continentals no “produeix” aigua dolça, perquè l’aigua ja ho és, mentre que l’evaporació dels oceans proporciona aigua dolça en detriment de la salada.

Es calcula que la quantitat total d’aigua continguda en el planeta és lleugerament superior a 1 400 milions de km3, distribuïts segons indica el quadre 37.1.

Convé comentar una mica aquestes dades. Com es veu, la major part de l’aigua, aproximadament el 97%, correspon als oceans. És probable que la quantitat d’aigua oceànica hagi conservat més o menys el mateix volum durant centenars de milions d’anys.

Els gels, tant terrestres com marins, són un episodi temporal. Es tracta d’aigua que s’acumula en estat sòlid i que pot quedar al marge del cicle hidrològic durant milers i milers d’anys (plaques glacials continentals a l’Antàrtida i a Grenlàndia); o bé, en el cas del pack (conjunt de blocs de gel despresos dels icebergs) que cobreix la superfície oceànica dels mars polars, d’aigua oceànica originàriament salada i dessalinitzada per congelació. Aquesta aigua té un temps de renovació mitjanament breu, aproximadament d’un any a les parts extremes del pack i d’uns pocs anys a la resta.

Pel que fa a les aigües subterrànies, no tot el volum indicat en el quadre 37.1 és format per aigua dolça i en circulació. Les aigües subterrànies més profundes (a partir d’alguns centenars o alguns milers de metres fins a uns 12 000 m, on per les condicions físiques no deu haver-hi aigua líquida sinó aigua fosa amb les roques o els magmes) són salades, fins i tot més que l’aigua de mar. Són immòbils, i també s’anomenen aigües fòssils. Procedeixen en general d’aigua de mar continguda en els sediments del fons oceànic.

L’aigua del subsòl es pot presentar en estat de vapor (vapor tel·lúric), en estat sòlid (permafrost) i, principalment, en estat líquid. El vapor d’aigua del subsòl no té gaire importància, ni pel que fa a la quantitat ni quant als seus efectes. El permafrost és el gel subterrani, que impregna, com si fos un curs d’aigua congelada, formacions poroses en climes particularment rigorosos. Es troba permafrost fins a alguns centenars de metres de profunditat a les zones on s’ha desenvolupat més, sobretot a la Sibèria septentrional i al nord del Canadà. En general, aquesta manifestació és un vestigi de les glaciacions, durant les quals els terrenys que ara l’acullen eren coberts pels estrats glacials i notablement refredats.

Una part de l’aigua de pluja s’infiltra en el terreny, és a dir, hi penetra pels porus o les fractures. Hi ha terrenys permeables a causa de la seva porositat (sorres argiloses, sorres, graves, algunes arenes, conglomerats) i terrenys permeables per fracturació. L’aigua o el gel poden fer augmentar el volum dels buits fins a arribar als terrenys permeables de tipus càrstic. En general, la gravetat s’encarrega que l’aigua es desplaci més o menys de pressa (precisament segons la permeabilitat) cap avall. El càlcul del volum de les aigües subterrànies és molt difícil, i se n’han trobat valors diferents.

El volum referit de les aigües dels llacs inclou tant els llacs d’aigua dolça (126 000 km3) com els llacs salats (104 000 km3). El comportament d’aquestes dues menes de llacs s’assembla al de les aigües subterrànies dolces o salades. Els llacs del primer tipus pateixen una renovació contínua: reben aigua dels cursos tributaris o de la pluja, i cedeixen aigua a la mar a través dels emissaris. Els llacs d’aigua salada, en canvi, no queden units a la mar, i l’aigua que hi arriba és equilibrada per l’evaporació. La seva salinitat depèn de la concentració de sals minerals.

L’aigua atmosfèrica representa una petita quantitat del total de les aigües de la Terra. És en situació precària perquè es desplaça contínuament (evaporació, transport per obra dels corrents d’aire, condensació, precipitació).

L’aigua dels rius encara és menys abundant. A més, com que es tracta d’aigua que es desplaça a gran velocitat, tampoc no té gaire sentit considerar-ne el volum.

L’aigua com a recurs

Des dels temps més remots l’aigua ha estat explotada com a recurs pels homes. Aquests hi han establert una sèrie d’interaccions molt estretes, tant naturals i biològiques com artificials relacionades amb els diversos usos productius dels recursos hídrics. En el passat, aquestes interaccions sempre formaven part d’equilibris naturals. Els homes obtenien del cicle natural de l’aigua la quantitat necessària per a les seves exigències i la hi restituïen de manera poc alterada, de manera que els processos de depuració naturals (autodepuració) eren capaços de restablir-ne les característiques originàries.

L’extensió a bona part del planeta de l’organització moderna del sistema productiu sorgit amb la revolució industrial, i el fort augment de la població, que s’ha disparat durant les últimes dècades, han provocat un increment enorme del consum d’aigua, amb conseqüències notables i no fàcilment controlables per al seu cicle, que s’ha vist afectat per una sèrie de modificacions.

Les modificacions són de dues menes: quantitatives, és a dir, relacionades amb el consum cada cop més accelerat de les reserves (llacs, rius, aqüífers, etc.), i qualitatives, molt més preocupants i relacionades amb el grau en què l’aigua és reintegrada al cicle natural de base, que ja no és capaç de restituir-ne les característiques originàries.

Per tant, al costat d’un cicle natural de l’aigua, avui no és desencertat parlar d’un cicle artificial relatiu a la seva utilització. Aquest cicle artificial ha de tenir com a finalitat principal la conservació de les propietats originàries de l’aigua, i n’ha d’obtenir quantitats que respectin el cicle natural (evaporació, precipitació) per tal que en el futur es conservi la reserva hídrica del planeta.

Un consum creixent

Actualment als països desenvolupats la demanda d’aigua, utilitzada per a diferents usos, experimenta un fort augment. Aquest augment és conseqüència de dos factors: el progrés econòmic i la millora del nivell de vida, que comporten un major consum d’aigua per càpita. El dibuix exemplifica el consum mitjà d’aigua per habitant i dia en un país desenvolupat. L’evolució d’aquest consum presenta una tendència ascendent avaluada en l’1% anual. Els recursos disponibles, però, no augmenten al mateix ritme.

ECSA

En el quadre 37.1 hem vist en xifres l’aigua que hi ha a la Terra. D’aquest patrimoni immens, avui només el 2-3% —constituït per les aigües superficials dels llacs, els rius i una part de les aigües subterrànies— és emprat per a usos ciutadans, agrícoles i industrials. Aquestes reserves són regenerades periòdicament per les precipitacions, amb mitjanes anuals a escala mundial que, pel que fa a les terres emergides, se situen al voltant dels 700 mm, amb una pèrdua d’uns 500 mm per evaporació i transpiració vegetal. La diferència representa la quantitat que es pot utilitzar abans que arribi a la mar o a l’oceà.

Evidentment, aquesta dada és poc significativa, atès que és un valor mitjà a escala mundial. La distribució de la pluviositat en el conjunt de les terres emergides determina la presència o no de reserves d’aigua i, consegüentment, el cicle artificial necessari per al seu consum. A tall d’exemple considerem dues situacions extremes: l’abundància d’aigua fluvial als països escandinaus ha fet creure en la possibilitat d’usar l’aigua com a combustible escindint-ne la molècula i utilitzant l’hidrogen que conté, mentre que als països àrabs, on abunden els combustibles fòssils (petroli i gas natural), cal dessalinitzar l’aigua de la mar per a fer-la apta per al consum ciutadà i industrial.

Les condicions socials i econòmiques de les diverses regions determinen en gran mesura la utilització i el consum d’aigua al món. A tot arreu l’augment del benestar comporta un increment de les quantitats d’aigua consumides per a usos civils, industrials i, sobretot, agrícoles. Així, el consum hídric en una societat industrialitzada es reparteix aproximadament de la manera següent: uns 100 l per persona i dia per a usos domèstics, una mica menys (70-80 l) per a usos industrials i uns 800 l destinats a l’agricultura. Afegim encara unes altres dades per a tenir una idea del pes de l’aigua en la societat moderna. La producció d’1 kg d’acer requereix l’ús d’uns 100 kg d’aigua, i els derivats químics del petroli en requereixen una mitjana de 30 kg. En la producció dels béns primaris, 1 kg de blat necessita 800 kg d’aigua, mentre que per a obtenir 1 kg de carn de vaca cal utilitzar-ne una quantitat elevadíssima: uns 300 000 kg (considerant el consum directe d’aigua per part de l’animal i l’indirecte derivat de les diverses operacions relatives a la cria, inclosa la producció dels aliments necessaris, i també el sacrifici).

Un recurs repartit de manera desigual

Quadre 37.2 Fluxos mitjans anuals del moviment total d’aigua.

ECSA

Hem dit abans que la disponibilitat del recurs hídric a les diverses zones de la Terra és molt desigual. Allò que contribueix a determinar la distribució irregular de l’aigua a les diferents regions geogràfiques són en primer lloc les condicions climàtiques. En efecte, hi ha països i territoris situats en zones climàtiques àrides, caracteritzades per precipitacions molt escasses i sovint per una forta evaporació. Els països de clima temperat també poden presentar variacions notables en la distribució de les aigües, amb àrees més seques que d’altres. És el cas dels Països Catalans, on hi ha comarques humides i comarques seques, amb diferències notables de precipitacions, les quals es reparteixen força irregularment en les distintes estacions de l’any.

Mapa que mostra els tipus d’accés dels diferents països del món a l’aigua salubre.

ECSA

També les dimensions dels països tenen relació amb la disponibilitat d’aigua, ja que els països més extensos presenten l’avantatge de posseir àrees molt diversificades (quant al clima i quant a la hidrografia i el relleu). Les notables diferències en la densitat de població de cada país encara fan més paleses les desigualtats a què ens hem referit.

Per tant, pel que fa a l’aigua, la riquesa dels diferents països és extremament variada. En el quadre 37.2 s’indiquen els països amb més recursos hídrics globals, amb xifres de milers de milions de metres cúbics l’any; entre aquests hi ha els estats més grans del món. En canvi, els estats més petits i els de la zona àrida (per exemple Xipre, Israel o Líbia) només disposen de mil milions de m3, o encara menys.

La disponibilitat d’aigua per habitant oscil·la entre els més de 100 000 m3 l’any (Islàndia, Canadà, República Democràtica del Congo) i els aproximadament 1 000 m3 dels països àrids (Aràbia Saudita, Israel, Líbia, Tunísia), amb mínims de 100 m3 en el cas dels països insulars com Malta i les Bahames.

Per a valorar en quina mesura la disponibilitat hídrica constitueix un problema per als països, no n’hi ha prou amb les dades quantitatives globals. També cal considerar les necessitats de consum relacionades amb la càrrega demogràfica del país i les activitats productives que s’hi desenvolupen.

Com ja hem dit, el ràpid creixement de la població i de les activitats econòmiques que ha caracteritzat el món contemporani comporta un fort augment del consum d’aigua, aigua que només parcialment (menys de la meitat) es restitueix a la reserva. Una dada significativa en aquest sentit és la que proporciona l’índex nacional d’explotació, que compara el volum de l’aigua utilitzada amb el de l’aportació natural. L’índex va des dels percentatges a penes destacables dels països que posseeixen aigua en abundància (al voltant de l’1% a Noruega, Nova Zelanda, l’Àfrica tropical, Veneçuela i algun altre) fins a valors del 100% (i més) en els països de la zona àrida ja esmentats, que han d’obtenir aigua potable dessalinitzant l’aigua de mar (vegeu “La dessalinització de l’aigua de mar”).

L’índex d’explotació hídrica dels països industrialitzats se situa al voltant del 15-20%, xifra que el Japó i els Estats Units superen àmpliament.

Quan l’explotació de l’aigua d’un país arriba a superar el 20% del volum hídric disponible, les obres de proveïment i distribució de l’aigua són un pes notable en l’economia nacional, ja que l’aigua resulta un factor limitador per al desenvolupament econòmic. Avui dia s’està implantant una política de col·laboració entre els diferents estats per a la gestió comuna de les conques hídriques, en un intent d’evitar els possibles conflictes que podrien sorgir ateses les necessitats creixents d’aigua.

Classificacions i característiques de les aigües

Els sectors que utilitzen l’aigua són múltiples, des de la indústria a la producció d’energia, passant per la irrigació agrícola, l’alimentació humana, etc. I cada sector requereix per al consum una aigua amb unes qualitats específiques. El coneixement de les característiques físiques, químiques i organolèptiques de les aigües disponibles és, doncs, molt important, perquè permet intervenir amb tecnologies apropiades (de què parlarem a “La depuració de les aigües”) sempre que les aigües no satisfacin els requisits requerits per als usos específics.

Però abans d’entrar en les característiques de les aigües cal fer referència als criteris que es poden aplicar per a la seva classificació. Fins ara n’hem emprat només un de molt senzill, el que divideix les aigües en dolces i salades. Vegem ara altres classificacions que ens permeten al·ludir a la valoració de la qualitat de les aigües.

Una primera classificació és la que aplica un criteri químic, basat en el contingut de sals que l’aigua conté dissoltes (residu fix) o bé en els components químics que hi predominen. El criteri del residu fix permet classificar les aigües en meteòriques, és a dir, amb un residu d’entre 10 i 80 mil·lèsimes de gram per litre d’aigua (mg/l); oligominerals, amb un residu inferior a 200 mg/l; semiminerals, amb residus que van de 200 a 1 000 mg/l, i minerals, amb un residu superior a 1 000 mg/l.

Una segona classificació és la hidrològica, que distingeix entre les aigües meteòriques, les superficials i les tel·lúriques. Les primeres són les que procedeixen de nevades i pluges. Fins no fa gaire es consideraven prou pures, però avui són altament contaminades, ja que han travessat capes atmosfèriques que contenen residus gasosos procedents de les activitats industrials, els escapaments de motors, etc. (aigües àcides). Les aigües superficials es divideixen en dolces (llacs i rius) i salades (mars i oceans). Les primeres representen les reserves més explotades, tant per a usos domèstics com industrials, i són les més exposades als processos de contaminació perquè, entre altres coses, els mètodes d’autodepuració són molt limitats per comparació als de les aigües subterrànies. Les aigües tel·lúriques se subdivideixen, al seu torn, en aigües procedents de mantells freàtics i de mantells profunds. Les aigües procedents de mantells profunds presenten les millors característiques, entre les quals destaca una potabilitat òptima, ja que abans de sortir a la superfície fan llargs recorreguts subterranis per estrats de terreny que exerceixen una acció filtrant i absorbent, la qual cosa les fa més pures. Les aigües procedents de mantells freàtics són menys apreciades, ja que hi poden arribar infiltracions contaminants amb més facilitat. El perill més gran és determinat per l’ús massiu i sistemàtic de pesticides i herbicides, que poden atènyer els mantells superficials quan la terra es desgasta. També constitueix un perill l’abandó al sòl de grans quantitats de residus tòxics i nocius, que amb el temps es desgasten i hi penetren fins als aqüífers, als quals provoquen una situació de contaminació difusa i perillosa.

Una tercera classificació és la que té en compte l’ús de l’aigua. Preveu dues grans categories: les aigües potables i les aigües industrials. Les primeres han de satisfer requisits organolèptics, bacteriològics i químics ben precisos, segons paràmetres els valors dels quals caracteritzen l’aigua quant a la potabilitat. Pel que fa a les aigües industrials, els requisits resulten igualment heterogenis, i tenen una relació directa amb els diversos usos. Alguns, com la duresa i el poder corrosiu, es poden considerar comuns a totes les activitats industrials. S’entén per duresa d’una aigua el percentatge de sals de magnesi i de calci que conté. Es distingeix entre duresa temporal i permanent: la primera és la deguda als bicarbonats, que s’eliminen fàcilment per escalfament i filtració, mentre que la segona és deguda a les altres sals, que són eliminades amb tractaments específics. La duresa també condiciona la qualitat de les aigües potables, que resulten desagradables de beure. Normalment, totes les aigües per a usos industrials han de ser sotmeses a tractaments per tal de fer-les aptes per a la seva utilització.

Certes plantes industrials sofisticades (que preveuen l’ús de l’aigua en les diverses fases del cicle) utilitzen l’aigua en processos que en modifiquen gradualment les propietats. Abans de passar-la per la depuradora i restituir-la als rius, llacs o mars, l’aigua es fa servir en processos cada vegada més contaminants.

La depuració de les aigües

Per a les seves múltiples necessitats, l’home pot obtenir aigua tant de les reserves superficials (rius, llacs, mars), com de les subterrànies, és a dir, dels aqüífers (mantell freàtic o profund), o bé pot reciclar les aigües ja emprades (aigües residuals o de primer ús).

Ja hem dit abans que, en general, actualment totes aquestes aigües —òbviament, sobretot les reutilitzades— presenten nivells més o menys elevats de contaminació (almenys en els països industrialitzats i densament poblats). Per tant, per a poder ser utilitzades han de sotmetre’s a una sèrie de processos que les faran aptes per a cada ús específic.

Tractaments de les aigües

Els tractaments que les aigües reben abans de ser emprades no són sinó la reproducció a escala industrial d’alguns processos a què se sotmeten de manera natural per autopurificar-se. Un primer mètode d’autodepuració és l’oxidació per obra de l’oxigen de l’aire que pot penetrar en les aigües superficials (rius i llacs). L’oxigen s’utilitza directament per a destruir les substàncies orgàniques contaminants, o bé com a element vital per a la supervivència dels microorganismes (bacteris, fongs, verdet, etc.) que a través de reaccions bioquímiques complexes són capaços de destruir substàncies contaminants. Entre els altres processos d’autodepuració trobem la sedimentació, la filtració i l’adsorció. La sedimentació és la separació, per efecte de la força de gravetat, dels cossos sòlids presents en l’aigua. Es produeix en aigües superficials, en major mesura com més lent sigui el moviment. La filtració té lloc en les aigües subterrànies quan aquestes travessen estrats de terreny amb propietats filtrants. L’adsorció s’esdevé en els terrenys capaços de retenir per reacció química determinades molècules dissoltes en l’aigua.

Aquests processos d’autodepuració no són capaços d’assegurar l’eliminació de les substàncies resultants de les activitats humanes que van a parar als cossos hídrics; per tant, cal procedir a la depuració en instal·lacions específiques.

La sedimentació es realitza en dipòsits molt amplis, de planta circular o rectangular, d’uns pocs metres de profunditat. Aquí l’aigua reposa durant uns dies i va dipositant els materials sòlids que conté en suspensió. Alguns materials molt fins que romanen en suspensió (col·loides) són eliminats afegint a l’aigua materials coagulants (sals de ferro o d’alumini) que produeixen flocs. Aquests, en dipositar-se, fan d’escombra, ja que arrosseguen les partícules fines que l’aigua conté. Els processos de filtració es duen a terme fent passar l’aigua per filtres constituïts per grava de diferent diàmetre, sorra o bé carbó, per tal d’afavorir l’eliminació de substàncies difícilment separables.

Els sistemes d’esterilització s’apliquen principalment a les aigües d’ús domèstic (aigües potables) o destinades a alimentar el bestiar. La finalitat és eliminar els microorganismes perjudicials que l’aigua conté. Amb tot, actualment també se solen aplicar tractaments d’esterilització a l’aigua destinada a usos industrials, amb finalitat preventiva. Normalment s’empren forts agents oxidants com el clor i els hipoclorits, però sovint també s’apliquen l’ozó (O3) i les radiacions ultraviolades.

Pel que fa als usos industrials, l’aigua és utilitzada com a reactiu (dissolvent) o com a líquid refrigerant, o bé és enviada a calderes per a produir calor que s’utilitzarà en forma de vapor o per a produir energia elèctrica. Els requisits més importants que ha de complir l’aigua destinada a usos industrials són la transparència i un contingut en sals minerals determinat (concretament ha de tenir una duresa baixa). Amb aquesta finalitat es fan tractaments d’endolciment o desmineralització. L’endolciment redueix la duresa de l’aigua i la desmineralització té per objectiu eliminar-ne totes les sals minerals. Les tècniques més emprades són a base de calç-sosa o de resines intercanviadores d’ions.

Tractaments de les aigües residuals

Esquema d’una depuradora que il·lustra els successius tractaments a què són sotmeses les aigües residuals: 1.Conductes d’entrada de les aigües; 2.Instal·lació de reixes; 3.Basses de decantació. A partir d’aquí, les aigües i els fangs s’han de separar i segueixen procediments diferents. Línia d’aigües: 4.Bassa de sedimentació primària; 5.Bassa d’oxidació; 6.Bassa de sedimentació secundària; 7.Canal de sortida de les aigües ja depurades. Línia de fangs: 8.Col·lectors primaris; 9.Digestió; 10.Col·lectors secundaris; 11.Gasòmetre; 12.Central elèctrica alimentada per biogàs.

ECSA

Les aigües residuals són aigües ja utilitzades, de manera que presenten diversos graus de contaminació. Se sol fer una distinció entre les aigües residuals industrials i les domèstiques. Les primeres requereixen tractaments especials, expressament estudiats per a eliminar els agents contaminants que els cicles productius específics hi han introduït. En general, totes les plantes de tractament d’aigües industrials tenen seccions de sedimentació, filtració i de tractament amb carbons.

Cal remarcar que, de vegades, les aigües de rebuig industrials poden contenir contaminants molt perillosos o difícils d’eliminar, que exigeixen tractaments molt dràstics (com per exemple la incineració, o sigui, la combustió en condicions controlades).

El tractament de les aigües residuals derivades del consum domèstic, és a dir, les que van a parar al clavegueram i després a la depuradora, preveu diversos processos consecutius. En primer lloc hi ha l’anomenada sedimentació primària, seguida d’un tractament d’oxigenació que té lloc en un dipòsit d’oxidació (procés anaeròbic); a continuació, l’aigua amb el fang en suspensió (fang actiu) passa a un sedimentador secundari, del qual surt depurada i ja pot tornar al cos receptor (rius, llacs i mars).

Si observem una mica més de prop les depuradores d’aigües negres domèstiques, podrem veure que primer l’aigua passa entre unes barres metàl·liques molt properes les unes de les altres, de manera que retenen els cossos sòlids més grans (llaunes, ampolles, etc.), posteriorment arrossegats per un raspall mòbil. Després l’aigua flueix per petits canals on diposita les sorres, i finalment arriba al sedimentador pròpiament dit, on es manté amb un moviment lent en grans dipòsits perquè dipositi els sòlids en suspensió.

L’eliminació de la càrrega contaminant dissolta en l’aigua és a càrrec dels microorganismes, que en el dipòsit d’oxidació (on s’insufla aire abundant i de vegades oxigen pur) utilitzen les substàncies contaminants com a aliment, les quals després són transformades en aigua i diòxid de carboni. Aquests microorganismes es reprodueixen massivament, de manera que, un cop han fet la seva funció, cal eliminar-los de l’aigua, la qual cosa s’aconsegueix en un segon sedimentador, del qual l’aigua surt neta i depurada. La tendència actual és substituir l’estadi d’oxidació aeròbic (en presència d’aire) per un d’anaeròbic (en absència d’aire), fent passar l’aigua a un contenidor on l’aire no pugui entrar. En aquest procés es desenvolupen uns altres microorganismes anomenats anaerobis, capaços de transformar les substàncies contaminants en metà i diòxid de carboni, és a dir, en un producte gasós anomenat biogàs, un combustible el poder calorífic del qual és aproximadament la meitat del metà.

D’aquests processos deriven altres microorganismes que cal eliminar sense produir contaminació. Així, doncs, la fase següent consisteix en el tractament final d’aquests microorganismes que contenen una quantitat elevada de nitrogen i fòsfor, i que es poden destinar a usos agrícoles, com a fertilitzants. L’alternativa a l’ús agrícola, no sempre possible per la presència de substàncies inorgàniques, és la compactació, la incineració i l’eliminació de les cendres.

Les obres de l’home

Malgrat la gran abundància d’aigua dolça existent al planeta, més de tres quartes parts d’aquesta quantitat enorme no es poden aprofitar perquè són constituïdes pels gels polars i les glaceres (s’ha elaborat un projecte experimental, d’altra banda gens econòmic, a càrrec de l’Aràbia Saudita, amb vista a transportar icebergs per mar). La quarta part restant és constituïda, sobretot, per les aigües dels aqüífers subterranis, que encara no s’exploten de manera intensiva. Les fonts que avui s’empren per a l’aprovisionament hídric (aigües dels rius i dels llacs, tel·lúriques, meteòriques) representen a penes el 2% del total de l’aigua de la Terra.

Anteriorment hem vist que l’aigua és indispensable per a l’home, no solament per a beure o per a cuinar, sinó també per a la higiene, per al funcionament d’una gran quantitat de màquines i per a la producció d’aliments. A més, la intel·ligència i l’experiència li han permès explotar l’aigua com a mitjà de comunicació. Des del seus inicis, la humanitat ha sentit, doncs, la necessitat de recollir-la i transportar-la al punt d’utilització.

L’obtenció de l’aigua

Diferents tipus de preses de pantans (d’esquerra a dreta); de terra amb nucli impermeable, de volta, de gravetat i de contraforts amb voltes.

ECSA

A “L’aigua i la vida” es descriu el cicle de l’aigua. En un punt determinat d’aquest cicle, i en certes condicions de pressió i temperatura, el vapor d’aigua present a l’atmosfera es concentra en núvols i origina les precipitacions (pluja, neu, etc.) (vegeu també “L’atmosfera terrestre i el clima”). Si l’aigua cau sobre un sòl impermeable pot constituir rierols, torrents i rius (o sigui, cursos d’aigua superficials). Si cau sobre terrenys permeables, els impregna i hi penetra fins que arriba a estrats impermeables, on arriba a formar un curs d’aigua subterrani, que rep el nom d’aqüífer, i pot tornar a la superfície a través d’una font. Normalment aquesta aigua torna a la mar i el cicle es tanca.

És precisament de les fonts que es pot obtenir aigua més fàcilment, mitjançant obres que van des de les més rudimentàries (una petita excavació, un tub clavat al sòl) fins a les més complexes, sobretot si es tracta d’aigua destinada a usos alimentaris (aigua potable). En aquest cas l’àrea d’extracció ha de ser envoltada per una zona de respecte, regida per algunes normes: a) prohibir-ne l’accés, la pastura, el conreu i l’edificació; b) fixar mesures de repoblament forestal, creació de prats naturals, dispositius per a l’afluència de les aigües superficials.

A banda de les fonts, es pot obtenir aigua del subsòl amb un altre mètode molt emprat: els pous, que són excavacions del sòl realitzades verticalment fins a atènyer l’aqüífer. L’aigua s’extreu dels pous mitjançant diversos sistemes, que van dels simples cubells i les sínies (rodes elevadores que mouen un sistema de recipients units en cadena, emprades avui sobretot en els països en vies de desenvolupament) a les grans instal·lacions dotades de bombes. Un cas particular són els pous d’Artois, una regió francesa on els pous, molt nombrosos, s’excaven en un aqüífer permeable en forma de conca i comprès entre dos estrats impermeables. Com que l’aigua té molta pressió, com en una conducció o canonada, puja naturalment a la superfície.

L’extracció de les aigües superficials es pot fer en un riu o un torrent, amb obres de derivació que consten bàsicament d’una resclosa situada transversalment al corrent per tal de desviar-ne part de l’aigua cap a les preses. Són construccions que s’encarreguen de la primera filtració o conducció de l’aigua. Hi ha diversos tipus de rescloses, però aquí ens interessen les destinades a crear embassaments o pantans. Són les anomenades rescloses de contenció. Poden ocupar una vall sencera i constituir una reserva on es recull l’aigua en els períodes de crescuda. L’aigua s’utilitza després, durant les èpoques seques, amb finalitat domèstica, agrícola o de producció de força motriu, si bé el sector energètic, abans centrat en grans pantans artificials, avui dia treballa més amb petites centrals, les quals aprofiten salts d’aigua que poden ser força modestos i que exigeixen menys alteracions mediambientals.

Des del punt de vista de la construcció, les preses, que per les seves dimensions constitueixen de vegades les obres més grandioses realitzades per l’home, poden presentar característiques diferents, tant pel que fa als materials emprats com, sobretot, al criteri en què s’inspiren. Des d’aquest segon punt de vista, les preses es poden dividir en dues grans categories: de gravetat i de volta (de curvatura simple o doble). Les preses de gravetat resisteixen a l’acció de les forces externes exclusivament per efecte del propi pes. Entre les forces externes, la més respectable és representada per l’impuls que l’aigua continguda en el pantà exerceix contra la paret situada més amunt.

L’obra de contenció normalment es construeix amb formigó, i pot assolir dimensions notables quant al gruix i l’alçada. La presa més alta del món (285 m) és la de la Grande Dixence, a Suïssa. La presa d’aigua es pot fer des de baix, mitjançant conduccions regides per vàlvules, o des de dalt, per sobre del llindar de la resclosa, per damunt de la qual se situen unes portes generalment metàl·liques que es poden elevar o abaixar amb la finalitat de regular el cabal d’aigua.

Les preses de volta, per comparació a les de gravetat, es poden considerar estructures excepcionalment primes. En efecte, no resisteixen l’impuls hidrostàtic gràcies al seu pes, sinó descarregant aquest impuls sobre les paret de la resclosa, de la mateixa manera que ho fa un arc. Per tant, aquest tipus de presa només és adequat quan el curs d’aigua és relativament estret i amb parets rocalloses (compactes, estables i resistents), capaces d’aguantar i resistir l’impuls que els transmet la volta.

El transport i la distribució

Segons els diferents tipus de captació, l’aigua és moguda de manera diferent: si procedeix de pous que l’obtenen d’un aqüífer subterrani, serà elevada mecànicament i després enviada a un dipòsit elevat; si es pren d’una font, serà enviada per gravetat als sistemes adductors (aqüeductes); en canvi, si es treu d’aigües superficials, caldrà sotmetre-la als tractaments exposats abans per a poder ser conduïda als dipòsits que alimenten les canalitzacions. En aquest punt, cal fer arribar l’aigua recollida als llocs d’utilització: cases, indústries o terres de conreu. En el primer cas, el de l’aigua potable, el transport va a càrrec d’un aqüeducte o d’una canalització. L’aqüeducte normalment és constituït per un canal artificial, per exemple de ciment (cobert per a impedir contaminacions de qualsevol mena). La canalització és una canonada, generalment enterrada, feta amb diversos materials com ferro, ciment, terra cuita i, últimament, un plàstic de característiques especials, apte per a contenir aliments. El recorregut d’un aqüeducte se sol caracteritzar per un perfil imperceptiblement descendent, per tal que l’aigua hi pugui baixar.

Des de l’antiguitat s’han fet obres per al transport de l’aigua. Per exemple, els romans, durant la seva dominació, van transformar el paisatge rural i urbà d’extenses regions precisament amb la construcció d’importants aqüeductes, de vegades notables des del punt de vista artístic. Les restes d’aquests aqüeductes, i en algun cas l’aqüeducte sencer, han arribat fins a nosaltres (vegeu “Els aqüeductes i la història”).

L’aigua destinada als regadius o emprada com a via de comunicació, en canvi, es mou per l’interior de canals artificials excavats al terreny i amb un recorregut inclinat dèbilment, força rectilini i amb corbes molt àmplies. En aquest cas els canals serveixen per a conduir l’aigua destinada a una zona de terreny massa sec i distribuir-la adequadament per tal d’augmentar-ne la fertilitat.

Els canals navegables (vegeu també “Transports i comunicacions”) constitueixen importants artèries de trànsit per a grans quantitats de mercaderies anomenades pobres, és a dir, de no gaire valor per unitat i que no es fan malbé. Aquests canals són alimentats per rius o llacs o també per pantans construïts amb aquest propòsit. Poden ser d’un sol vessant, quan l’aigua corre pel canal en un sol sentit, o de vessant doble, quan l’aigua baixa per dos pendents gairebé oposats. Han de tenir les dimensions adequades per al pas de vaixells de determinat calat. En el passat, els canals navegables han tingut una importància determinant en el desenvolupament econòmic de molts països.

Quan l’aigua és una font de força motriu, o és utilitzada per a produir energia elèctrica, és conduïda en canonades fortament inclinades per a aprofitar-ne al màxim l’energia, normalment parteixen d’una obertura practicada a la resclosa i tenen comportes que permeten regular o interrompre el flux de l’aigua.

Quan l’aqüeducte arriba a la localitat a què va destinada l’aigua, es ramifica en una atapeïda xarxa de conduccions de diàmetre cada vegada menor, proporcional a les exigències dels usuaris. Al centre de distribució, la conducció principal sol tenir una disposició en forma d’anell tancat, de manera que una interrupció eventual en un punt no perjudiqui el funcionament de la xarxa sencera. És la mateixa raó per la qual a cada nus de la xarxa es col·loquen dispositius destinats a regular el flux de l’aigua. Com que el consum no és constant, sinó que varia segons les estacions i el moment del dia, mentre que l’aprovisionament de les obres de presa és permanent, cal que al llarg de l’aqüeducte hi hagi dipòsits de compensació que emmagatzemin l’aigua que no es gasta i també dipòsits de reserva, que poden ser diaris, setmanals o estacionals.

Les grans ciutats poden disposar de xarxes distintes per als diferents serveis, però en la majoria de ciutats i pobles hi ha una sola xarxa. La xarxa de distribució urbana normalment és paral·lela a la xarxa del clavegueram, amb la finalitat de reduir les despeses dels treballs d’excavació i de restauració de la pavimentació. A més, les dues xarxes presenten força elements en comú, ja que l’alimentació del clavegueram té una relació molt estreta amb el consum de la xarxa de l’aqüeducte.