Ingeniera Ambiental

Unidad 1 Ecologa y microbiologa

1.1 Importancia de la ecologa y los ecosistemas

La ecologa es el estudio cientfico de las interacciones de los organismos entre s, y con otros organismos, dentro de un entorno fsico o qumico. Estudia los seres vivos, su medio y las relaciones que establecen entre ellos.

La tarea de la ecologa es tratar de descubrir las consecuencias de esas interacciones, de qu manera los organismos afectan y son afectados por los aspectos biticos y abiticos y determinar si esas relaciones influyen o no en los tipos y nmeros de organismos que se encuentran en un lugar y momento dados.

Los eclogos emplean el trmino ecosistema para indicar una unidad natural de partes vivientes o inertes, con interacciones mutuas para producir un sistema estable en el cual el intercambio de sustancias entre las plantas vivas e inertes es de tipo circular. Los ecosistemas son sistemas complejos como el bosque, el ro o el lago, formados por una trama de elementos fsicos (el biotopo) y biolgicos (la biocenosis o comunidad de organismos).

Un ejemplo clsico de un ecosistema bastante compacto para ser investigado en detalle cuantitativo es una laguna o un estanque. La parte no viviente del lago (elementos abiticos) comprende el agua, el oxgeno disuelto, el bixido de carbono, las sales inorgnicas como fosfatos y cloruros de sodio, potasio y calcio, y muchos compuestos orgnicos.

Los organismos vivos (elementos biticos) pueden subdividirse en productores, consumidores y desintegradores segn su papel contribuyendo a conservar en funcin al ecosistema como un todo estable de interaccin mutua.

Estructura de los ecosistemas

Cada una de las especies en una comunidad tiene necesidades nutricionales. La forma en que esas necesidades se satisfacen en relacin con otras especies, determina la estructura de las interrelaciones. As se tiene la estructura trfica de una comunidad.

Las plantas son la base de la estructura trfica en ecosistemas de pasturas, por su habilidad para capturar energa solar y convertirla en biomasa, la cual sirve de alimento para otras especies. Debido a esta propiedad, a las plantas se les conoce como productores primarios y se ubican en la base de la estructura trfica. Fisiolgicamente a las plantas se les conoce como organismos auttrofos, ya que pueden satisfacer sus necesidades energticas sin consumir ningn otro organismo.

La biomasa producida por las plantas puede ser usada por otros organismos de la comunidad conocidos como consumidores. Este grupo incluye a los herbvoros, quienes convierten la biomasa vegetal en biomasa animal, a los depredadores y parsitos, quienes se alimentan de los herbvoros y los parasitoides, quienes se alimentan de predadores y parsitos. Todos estos consumidores son clasificados como hetertrofos, debido a que sus necesidades alimenticias son satisfechas al consumir otros organismos. Cada nivel de consumo se considera como un nivel trfico.

Las relaciones trficas que suceden dentro de una comunidad pueden ser descritas como cadena alimenticia o red trfica. Los descomponedores (microorganismos) rompen la materia orgnica muerta, reincorporando CO2 a la atmsfera y nutrientes que quedan disponibles para las plantas y otros microorganismos.

Funcionamiento de los ecosistemas

El funcionamiento de todos los ecosistemas es parecido. Todos necesitan una fuente de energa que, fluyendo a travs de los distintos componentes del ecosistema, mantiene la vida y moviliza el agua, los minerales y otros componentes fsicos del ecosistema. La fuente primera y principal de energa es el sol, que permite que se realicen todas las actividades de la vida.

Las molculas orgnicas (presentes en los seres vivos) han sido construidas a partir de componentes qumicos simples, stos se obtienen del medio en forma de nutrientes.La energa solar se utiliza y se transforma a travs de distintas reacciones qumicas y termina convertida en energa calrica que irradia nuevamente al espacio. En tanto los nutrientes qumicos se conservan y, aunque cambien su forma y distribucin, no se van de la tierra y se regeneran constantemente.

Los componentes de un ecosistema se relacionan de tal manera que si uno de ellos sufre alguna modificacin implica alteracin en los dems. De aqu la importancia de las relaciones entre sus componentes, que varan segn los casos, pero siempre se observa lo siguiente: un flujo de energa que va de unos organismos a otros, un reciclaje de sustancias minerales (nutrientes) que se incorporan desde el medio abitico a los seres vivos, y vuelven de nuevo al medio abitico con las deyecciones y la descomposicin de sus restos.

El movimiento de los materiales es continuo: los diferentes elementos qumicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven - cerrndose el ciclo - al suelo o al agua o al aire.La materia se recicla y la energa fluye generando organizacin en el sistema.

Elementos de un ecosistema.En un ecosistema las molculas orgnicas, que contienen energa, producidas por los organismos autotrficos o productores (las plantas y algunos protistas) son la fuente de alimento para los organismos heterotrficos o consumidores. Por ejemplo, una planta puede ser comida por un animal y ste, a su vez, por otro animal. De esta manera la energa es transferida a travs de una serie de organismos cada uno de los cuales se alimenta de los organismos que encuentra en el nivel anterior.

Esta secuencia se denomina cadena trfica o alimentaria. Cada nivel de esta cadena se llama nivel trfico.

Clasificacin de los ecosistemas

Ecosistemas terrestres

Aproximadamente una cuarta parte de la superficie terrestre est formada por los continentes e islas que son la porcin seca del planeta. All tiene asiento los ecosistemas terrestres continentales, la mayora de los cuales se localizan en el hemisferio norte.

Los ecosistemas terrestres presentan muchas variaciones de fauna y vegetacin, estando distribuidos en los distintos continentes y relacionados el clima de cada zona. La mayora de los seres vivos terrestres se distribuyen en los primeros 6700 metros aunque se han hallado esporas de bacterias y hongos en la atmsfera a mayores alturas.

Algunos ejemplos de ecosistemas terrestres son la tundra, el bosque caducifolio, la sabana, el desierto, la selva tropical, etctera.

ste tipo de ecosistemas presenta las siguientes caractersticas: Los organismos productores viven fijos al suelo. Los herbvoros presentan una gran diversidad de especies, tanto vertebrados como invertebrados que han diversificado su alimentacin (races, hojas, frutos, semillas, etctera). Los carnvoros han desarrollado estrategias diferentes de caza (depredadores como los lobos, hilo de las araas, caza nocturna de los murcilagos, carroeros como los buitres, etctera). El flujo de energa comienza en las hojas, ya que son las estructuras que realizan la fotosntesis y por ellos buscan la luz solar, creciendo para captar la mayor cantidad posible de energa. Los organismos muertos se descomponen en el suelo y as los elementos pueden ser reutilizados en forma muy rpida de nuevo por las plantas.

Ecosistemas acuticos

Los ecosistemas acuticos incluyen las aguas de los ocanos y las aguas continentales dulces o saladas.

La oceanografa se ocupa del estudio de los primeros y la limnologa de los segundos. En este ltimo grupo no solo se consideran los ecosistemas de agua corriente y los de agua quieta, sino tambin los micro hbitats acuosos de manantiales, huecos de rboles e incluso las cavidades de plantas donde se acumula agua.

Cada uno de estos cuerpos de agua tiene estructuras y propiedades fsicas particulares con relacin a la luz, la temperatura, las olas, las corrientes y la composicin qumica, as como diferentes tipos de organizaciones ecolgicas y de distribucin de los organismos.Los ecosistemas marinos se caracterizan por la salinidad de sus aguas y comprenden todos los ocanos del planeta.

Los ecosistemas de agua dulce se encuentran en ros, lagos y humedales, y tienen una baja concentracin de sales. La salinidad del mar es de unos 35 g/l mientras que la de un ro no llega a 1 g/l.

Los ecosistemas acuticos tienen las siguientes caractersticas: El nivel trfico de productores est formado por el fitoplancton y las algas, que se sitan siempre en la zona superficial del agua donde hay luz solar. El segundo nivel trfico est formado principalmente por organismos unicelulares, como el zooplancton, y otros organismos pluricelulares sencillos. Despus aparecen los consumidores secundarios y terciarios, muy diversos y la mayora se desplazan en el agua. El flujo de energa comienza en el fitoplancton y se desplaza desde la superficie del agua hacia las capas ms profundas del mar. La materia que procede de los organismos muertos se acumula en el fondo marino, donde puede permanecer mucho tiempo, con retorno muy lento.

Ecosistemas urbanos

Los seres humanos viven en ciudades y stas pueden ser consideradas tambin como ecosistemas especiales. En las ciudades la especie dominante el ser humano y el medio fsico lo forman las estructuras construidas por el mismo: edificios, calles, puentes.

La acumulacin de calor en las ciudades hace que la temperatura de una ciudad pueda ser de hasta 2C ms elevada que la del entorno natural circundante.

Los ecosistemas urbanos tienen las siguientes caractersticas: El nivel de productores es nulo ya que los alimentos tienen origen externo y por ello slo se dan los niveles trficos de consumidores. Entre los consumidores, adems del ser humano, en la ciudad viven otras especies como palomas, gatos, perros, etctera. Se requiere gran cantidad de agua potable que se devuelve al medio en peores condiciones, aunque sea depurada. La energa que necesita la ciudad proviene del consumo de electricidad y de los combustibles fsiles que generan CO2 y otros contaminantes atmosfricos, adems de cierta cantidad de calor que se libera al medio. El ciclo de la materia es incompleto, ya que la mayora de los residuos se acumulan en vertederos y muchos son difciles de reciclar, como los plsticos.

1.2 Ecosistemas microbianos

Microbial ecology is the study of microbial relationships with other organisms and also with their nonliving environments. These relationships, based on interactive uses of resources, have effects extending to the global scale. Presscot, 2004.

La ecologa microbiana es el estudio de los ecosistemas que: estn constituidos en su totalidad por microorganismos, o, son influenciados profundamente por los microorganismos.

Es el estudio de la estructura, composicin y fisiologa de las comunidades microbianas en el ambiente (suelo, aire, agua u otros organismos).Cuando se habla de bacterias tenemos la tendencia a pensar en organismos diminutos que nadan en el agua o se arrastran sobre superficies slidas. En el medio ambiente las bacterias viven asociadas, formando complejas estructuras llamadas biopelculas (biofilms en ingls).

Las biopelculas son comunidades microbianas complejas que contienen bacterias y hongos. Los microorganismos sintetizan y secretan una matriz de proteccin que adhiere firmemente la biopelcula a una superficie bitica o abitica.

Las biopelculas son comunidades heterogneas dinmicas que cambian continuamente. Pueden consistir en una sola especie bacteriana o fngica o, ms comnmente, pueden ser polimicrobiana, es decir, contienen muchas especies distintas.

Al nivel ms bsico, una biopelcula puede describirse como un conjunto de bacterias incrustadas en una barrera densa y viscosa de azcares y protenas. La barrera de la biopelcula protege los microorganismos de las amenazas externas.

Las biopelculas existen en cualquier superficie hmeda o que est en contacto con el agua.

Algunos biopelculas con los que estamos familiarizados son: la placa dentobacteriana, la mucosidad resbaladiza sobre las rocas de los ros y la capa babosa que se forma dentro de los floreros que han tenido flores durante varios das.

Micrografa electrnica de una biopelcula de Staphylococcus pneumoniae sobre una superficie de vidrio.

Cmo se forman las biopelculas?

Primera fase: Adhesin reversible a la superficieLos microorganismos normalmente se perciben como seres solitarios que flotan libremente, es decir, en estado planctnico. Sin embargo, en condiciones naturales, la mayora de microorganismos tiende a adherirse a superficies y finalmente conforman las biopelculas. La adhesin inicial es reversible.

Segunda fase: Adhesin irreversible a la superficieA medida que las bacterias se multiplican, se adhieren ms firmemente y se diferencian, cambiando los patrones de expresin gnica en formas que promueven la supervivencia. Esto suele ser el resultado de un tipo de comunicacin bacteriana conocida como deteccin de qurum(autoinduccin).

Tercera fase: Biopelcula/matriz protectora viscosaUna vez bien adheridas, las bacterias comienzan a segregar una matriz circundante conocida como sustancia polimrica extracelular (SPE). Se trata de una matriz protectora o limo. A partir de ah, las pequeas colonias bacterianas empiezan a formar una biopelcula inicial. La composicin exacta de la SPE vara segn los microorganismos presentes, pero, por lo general, consta de polisacridos, protenas, glucolpidos y ADN bacteriano. Se cree que el ADN bacteriano que liberan las bacterias vivas o muertas proporciona un componente estructural importante para la matriz de la SPE de la biopelcula. Varias protenas y enzimas secretadas facilitan la adhesin firme de labiopelcula al lecho de la herida.

Las biopelculas maduras excretan continuamente bacterias planctnicas, microcolonias y fragmentos de biopelcula, que puede dispersarse y adherirse a otras superficies, formando nuevas colonias de biopelcula. Dado que viven en comunidades microbianas mixtas tpicas de biopelculas, los microorganismos pueden compartir sus destrezas y habilidades individuales para la supervivencia del grupo. Por ello, tienen muchas ventajas de proteccin.

Actualmente las biopelculas son usadas como medios de inmovilizacin de bacterias en la biorremediacin.

Formacin de una biopelcula.1.3 Papel de los microorganismos en los ciclos biogeoqumicos

Las bacterias, junto con los hongos, desempean una importante funcin como desintegradoras en la biosfera. As, la materia de los compuestos orgnicos puede volver a incorporarse a las cadenas trficas en forma de compuestos inorgnicos simples. Adems, su diversidad metablica las hace indispensables para facilitar la circulacin de muchos elementos qumicos entre las diferentes capas superficiales de la Tierra: son los llamados ciclos biogeoqumicos. Los ecosistemas funcionan gracias al flujo de energa procedente del sol y al ciclo de la materia.

El ciclo de la materia

La materia circula en la naturaleza entre los seres vivos y el medio abitico en un sistema cerrado. Los organismos productores sintetizan los compuestos orgnicos a partir de un compuesto inorgnico, el CO2, utilizando como fuente de energa la luz o compuestos inorgnicos simples (fotolitotrofos y quimiolittrofos, respectivamente). La materia orgnica elaborada por los organismos productores es esencial para el resto de los organismos vivos (consumidores y descomponedores), todos ellos hetertrofos.

Los consumidores (herbvoros y carnvoros) y detritvoros, aprovechan la materia orgnica sintetizada por los productores, alimentndose directamente de ellos o de otros organismos consumidores.

Por ltimo, los descomponedores son microorganismos que degradan la materia orgnica en descomposicin y la remineralizan de forma que pueda ser de nuevo utilizada por los productores originando un nuevo ciclo.

Los microorganismos intervienen debido a diferentes factores: Amplia distribucin en todo tipo de ambientes y su facilidad de dispersin. Diversidad metablica. Pequeo tamao y su condicin unicelular (rpido intercambio de nutrientes y productos del metabolismo con el medio ambiente).

Ciclo de la materia.Ciclo del Carbono

El carbono se encuentra en depsitos de rocas carbonatadas (dolomitas y calizas), carburantes fsiles y sedimentos (humus orgnico) y en la atmsfera (CO2, CO y CH4 ).

El ciclo comprende la transferencia del bixido de carbono y el carbono orgnico entre la atmsfera, donde est principalmente en forma de CO2, y la hidrosfera y litosfera donde est en forma de carbono orgnico e inorgnico.

El proceso de fijacin del carbono atmosfrico se produce por microorganismos fotolitotrofos y quimiolitotrofos. El carbono fijado (reducido) vuelve a la atmsfera como resultado de la respiracin.

La formacin de metano (CH4) por bacterias metangenas es una desviacin del ciclo llevada a cabo por arqueobacterias. El metano no es utilizable por otros organismos. La principal fuente de metano atmosfrico es la bigena y, dentro de ella, la produccin de este gas durante el proceso de fermentacin que tiene lugar en el rumen de los herbvoros.

El carbono fijado por los productores primarios (produccin primaria bruta) comienza a ser consumido por los propios productores primarios y mineralizado por ellos a CO2. Slo una parte de la produccin primaria (produccin primaria neta) sirve de alimento para los productores secundarios y as se forman las cadenas trficas.

La mayor parte del carbono se pierde en forma de CO2 por lo que conforme se asciende en la cadena trfica la cantidad de biomasa es menor. Por otra parte, el balance entre el carbono fijado por la fotosntesis y el consumido durante la respiracin da lugar a una acumulacin o reduccin de la biomasa total del ecosistema.

Normalmente, entre el 85% y el 90% de la energa acumulada en forma de carbono orgnico en un nivel trfico es consumida por la respiracin durante la transferencia al siguiente nivel. Por esto, la cantidad de biomasa en niveles trficos superiores es cada vez menor.

Se pueden establecer cadenas trficas de materia viva (organismos depredadores) y cadenas trficas de materia muerta (detritus) en la que la actividad de los microorganismos conduce a la mineralizacin (produccin de CO2) o la reinsercin en el ciclo (formacin de biomasa por los microorganismos consumidores de detritus) biolgico del material inutilizable.

Los microorganismos son los principales responsables de la mineralizacin de la materia orgnica de los detritus. Los distintos productos orgnicos tienen diferentes tasas de mineralizacin por los microorganismos.

As mismo, en la velocidad de mineralizacin microbiana tiene una gran influencia el pH, temperatura, humedad y grado de aireacin del suelo; factores que influyen tambin los tipos de poblaciones microbianas que van a desarrollar los respectivos procesos.

La actividad microbiana puede hacer el carbono inaccesible a los consumidores mediante transformaciones que lleven a la formacin de humus (restos de material vegetal difcilmente metabolizable) o a la produccin de metano. As mismo, la conversin de formas de carbono no digestibles (celulosa, materia fecal) en biomasa utilizable es resultado de la actividad microbiana.

Ciclo del carbono.

Ciclo del Nitrgeno

El nitrgeno forma parte de cidos nucleicos o protenas.

El nitrgeno se encuentra en la atmsfera (N2 gaseoso, muy estable qumicamente), tambin se encuentra en el humus orgnico y en las rocas sedimentarias. Las reservas ms activas de este elemento son los compuestos inorgnicos, como amonio, nitritos y nitratos, que son solubles en agua.

Las actividades biolgicas fundamentales en el ciclo del nitrgeno comprenden la fijacin de nitrgeno, la amonificacin, la nitrificacin, la desnitrificacin y la asimilacin.

La fijacin del nitrgeno es un proceso de reduccin del nitrgeno atmosfrico, no asimilable, a NH4+ asimilable por las plantas y, a travs de ellas, por toda la cadena trfica. La fijacin de nitrgeno se produce nicamente por bacterias en condiciones anaerobias y requiere el consumo de una gran cantidad de energa.

La amonificacin consiste en la liberacin del NH4+ de las molculas inorgnicas. Es un proceso microbiano producido por microorganismos ureolticos y por especies que posean desaminasas.

La nitrificacin es un proceso en el que ciertos quimiolitotrofos utilizan la energa liberada en la oxidacin del NH4+ para sus reacciones metablicas. Este proceso es muy poco eficiente, por lo que es necesaria la oxidacin de una gran cantidad de substrato para que pueda producirse un crecimiento apreciable de este tipo de microorganismos. Por otra parte, el proceso es obligadamente aerobio.

La nitrificacin produce un cambio notable en el estado de oxidacin del nitrgeno fijado al pasar de forma catinica (NH4+) a aninica (NO3-). Un efecto colateral negativo de la nitrificacin es que los nitratos son txicos para animales ya que pueden dar lugar, entre otros efectos indeseables, a la produccin de nitrosaminas y de otros agentes cancergenos.

La desnitrificacin se produce por la actividad de microorganismos que, en condiciones de anaerobiosis, son capaces de utilizar NO3- y NO2- como aceptores finales de electrones en procesos de respiracin anaerobia. Los productos finales son diferentes estados de oxidacin del nitrgeno (NO, N2O, N2) dependiendo de la disponibilidad de materia orgnica, de la concentracin de nitratos y del pH del suelo. Este proceso cierra el ciclo del nitrgeno: es una reduccin desasimiladora.

Ciclo del nitrgeno.

Ciclo del Azufre

El azufre se encuentra inmovilizado en rocas y sedimentos, como el yeso y la pirita . Sin embargo, los mares y ocanos contienen una cantidad mayor de sulfato inorgnico disponible para la actividad biolgica. Las principales transformaciones biolgicas transcurren entre dos estados de oxidacin: el sulfato (SO42-) y el sulfuro de hidrgeno (H2S).

El ciclo comprende varios tipos de reacciones redox desarrolladas por microorganismos:1. Ciertos tipos de bacterias son capaces de extraer el azufre de compuestos orgnicos (proceso de desulfuracin) que rinde como SO42- en condiciones aerobias y H2S en condiciones anaerobias.2. Bacterias anaerobias respiradoras de SO42- que producen la acumulacin de H2S hasta alcanzar concentraciones txicas.3. Bacterias fotosintticas anaerobias pueden usar el H2S como donador de electrones en sus procesos metablicos dando lugar a depsitos de azufre elemental (S).4. Bacterias quimiolitotrofas que utilizan el H2S como fuente de energa para la produccin de ATP.

En muchos casos se producen asociaciones entre bacterias formadoras y consumidores de H2S en un sistema balanceado. En todos los caos, el S es la forma no asimilable y slo puede entrar en el ciclo por la accin de algunas bacterias que son capaces de oxidarlo a SO42-.

Ciclo del azufre.

Ciclo del Hidrgeno y del Oxgeno

Son ciclos ntimamente relacionados con el del carbono.

El sitio de reserva principal de ambos elementos es el agua y el ciclo comprende reacciones de oxidorreduccin componentes de los procesos respiratorios y de fotolisis del agua.

El metabolismo microbiano est condicionado por la disponibilidad y tolerancia al oxgeno. El nivel de oxgeno en un ambiente puede medirse por el potencial de oxidorreduccin del mismo. La actividad microbiana (excepto en el caso de la fotosntesis oxignica) tiende a reducir el potencial redox y a dificultar la vida aerobia.

Muchos microorganismos pueden continuar su actividad en condiciones anaerobias; pero esto no es posible en el caso de animales.pH y actividades microbianas

La actividad microbiana causa cambios en el pH del suelo o agua en la que se produzca. Estos cambios en el pH pueden tener efectos selectivos fuertes sobre otras bacterias (no suficientemente acidfilas para tolerar ambientes extremos cuando stos se produzcan) y tiene efectos qumicos sobre la solubilidad de gases en el agua, la disponibilidad de nutrientes cuya solubilidad vara y la concentracin de metales pesados en los ecosistemas.

Ciclo del Fsforo

Este ciclo no est sometido a procesos redox porque la forma esencial del fsforo (tanto orgnico como inorgnico) es el fosfato. La actividad microbiana reside en la capacidad de produccin de otros cidos orgnicos que aumenten o disminuyan la solubilidad de los fosfatos en el ecosistema hacindolos ms o menos accesibles a otros organismos.El fosfato suele ser limitante del crecimiento. Una entrada masiva de fosfatos en el sistema (como ocurre debido al empleo masivo de detergentes fosfatados) aumenta la productividad del ecosistema con lo que la materia orgnica aumenta considerablemente.

Cuando esta materia orgnica comienza a descomponerse, se incrementan los procesos de respiracin y, por consiguiente, el consumo de oxgeno, lo que genera un incremento de anaerobiosis conocido como proceso de eutrofizacin.

Ciclo del Hierro

El ciclo de este elemento est asociado a la conversin entre sus formas Fe2+ ms solubles que las Fe3+. Los microorganismos que oxidan hierro (quimiolitotrofos) producen cambios en la accesibilizacin del elemento a otros miembros del ecosistema.

Ciclo del Calcio

El ciclo biogeoqumico del calcio consiste en variaciones de su solubilidad debido a la formacin de compuestos ms carbonatados (Ca(CO3H)2) o menos (CaCO3) como consecuencia de la liberacin por microorganismos de cidos orgnicos que desplacen el equilibrio entre ambas formas.

Metales pesados

Los microorganismos pueden cambiar el estado de oxidacin o de modificacin (metilacin, por ejemplo) de metales pesados de manera que aumenten o disminuyan su toxicidad o su adsorcin a las membranas y estructuras biolgicas, lo que influye determinantemente en su acumulacin a lo largo de la cadena trfica.

1.4 Aplicaciones medioambientales de los microorganismos

La biorremediacin emplea microorganismos para limpiar el medioambiente. Es un proceso natural y fue probado con xito en aguas y suelos contaminados con petrleo.El aumento de la poblacin, la urbanizacin y la actividad industrial provocan la constante y persistente contaminacin del medioambiente.

Una de las estrategias ms novedosas para la limpieza ambiental es utilizar bacterias que se alimentan de los residuos txicos. Esta tcnica se ha empleado exitosamente en casos de derrame de petrleo, en agua y suelo. Hoy, la biotecnologa moderna puede modificar genticamente bacterias para hacer ms eficiente este trabajo de descontaminacin.

Las bacterias suelen tener mala fama ya que se las asocia con enfermedades. Aun as es posible reconocer que algunos microbios pueden mostrar un perfil solidario. De hecho, el hombre ha aprendido a aprovechar los procesos naturales de los microorganismos para obtener beneficios en reas tan diversas como la salud humana, la industria, la agricultura, y el medioambiente.

En su versin tradicional, la biotecnologa aprovecha a las bacterias para la fabricacin de productos cotidianos, como el yogurt y los quesos. Pero, desde hace tres dcadas, aproximadamente, los microorganismos tambin se emplean en procesos biotecnolgicos modernos.

Las nuevas tareas de los microorganismos consisten en producir hormonas, plsticos biodegradables, frmacos, y aditivos alimentarios, entre otros productos.Una nueva aplicacin biotecnolgica de los seres vivos se est ensayando con resultados interesantes: el uso de bacterias para limpiar el ambiente, particularmente en casos de contaminacin por hidrocarburos, como el petrleo.

Las actividades humanas provocan un impacto ambiental negativo de difcil solucin. La ltima Cumbre sobre Cambio Climtico, celebrada en Copenhague en diciembre de 2009, reflej los conflictos que existen para lograr un acuerdo internacional que frene este deterioro ambiental.

Mientras esto ocurre, muchas industrias continan vertiendo contaminantes al ambiente. Por ejemplo, compuestos utilizados como refrigerantes, disolventes, plaguicidas, metales txicos, plsticos y detergentes.

Uno de los problemas de estos residuos es que no son biodegradables, no se descomponen naturalmente por la accin de los microorganismos. Esto genera su acumulacin y dispersin en el aire, el suelo y las aguas superficiales, y su filtracin hacia las aguas subterrneas que constituyen la reserva para consumo humano.

A los residuos industriales se suma la contaminacin por derrames de petrleo que afectan seriamente el ambiente, su fauna y flora.

Segn explica el documento Efectos de los derrames de petrleo sobre los hbitats marinos, publicado por el doctor Jos Celis Hidalgo en la revista chilena Ciencia Ahora en 2009, la mayora de los ecosistemas marinos expuestos a grandes cantidades de petrleo requieren entre 3 y 10 aos para su recuperacin. A pesar de esto, debido a que el petrleo es una mezcla que contiene componentes naturales, tiene la ventaja de ser digerido por bacterias. Es un proceso lento, pero la ciencia est haciendo esfuerzos por mejorarlo y acelerarlo.Biotecnologa para limpiar derrames de petrleo

En las ltimas dcadas, entre las tcnicas empleadas para contrarrestar los efectos de los contaminantes, se avanz en el ensayo de la biorremediacin. Es una tcnica basada en la capacidad natural de los microorganismos de alimentarse de sustancias contaminantes, y convertirlas en compuestos ms sencillos y menos txicos. Por ejemplo, se han encontrado en la naturaleza bacterias que se alimentan de petrleo. Este proceso natural se puede acelerar aportando nutrientes y oxgeno que facilitan la multiplicacin de las bacterias, e incentivan su apetito.

El proceso de biorremediacin fue probado con xito en derrames accidentales de petrleo, como el caso del buque Exxon Valdez ocurrido en Alaska en 1989, y el caso del Prestige acontecido en 2002 frente a las costas de Galicia, en Espaa.

La biorremediacin fue una herramienta de limpieza suplementaria en el vertido del Exxon Valdez, luego de eliminar el grueso del petrleo por medios mecnicos. A pesar de todas las imperfecciones, supuso un importante ahorro y una menor agresin al ya daado ecosistema frente a cualquier otra tcnica que se hubiera empleado para la remediacin a largo plazo, expres el ingeniero Jos Luis Rodrguez Gallego de la Universidad de Oviedo en su artculo La biorremediacin frente al vertido del Exxon Valdez.

Adems, consider esta experiencia una referencia imprescindible para afrontar la limpieza definitiva de las costas afectadas por el Prestige.

En suelos de la Antrtida, cientficos de Argentina y Espaa valindose de bacterias autctonas a las que se las estimul con nutrientes, como nitrgeno y fsforo, lograron acelerar el proceso de limpieza de suelos crnicamente contaminados por hidrocarburos.Bacterias y limpieza del ambiente, o biorremediacin

Existen contaminantes para los cuales no se han encontrado an microorganismos capaces de transformarlos. La ingeniera gentica est buscando soluciones a este problema. Consiste en desarrollar microorganismos genticamente modificados (transgnicos) que sean mejores agentes de biorremediacin.

Para lograrlo se investigan nuevos organismos capaces de digerir compuestos txicos. Luego, se identifica el gen que les permite cumplir con esa funcin, y se lo transfiere a otras bacterias que no lo poseen naturalmente.

De esta forma, las nuevas bacterias transgnicas actuarn sobre un abanico ms amplio de residuos. Por ejemplo, se podran obtener bacterias capaces de eliminar residuos de cobre, plomo, cromo, cloro, o que degraden desechos industriales que actualmente no son biodegradables.

La biorremediacin ofrece grandes posibilidades. Gracias a sus ventajas econmicas y ambientales, se cree que ser una de las tecnologas ms desarrolladas durante este siglo. Sin embargo, an con estos logros biotecnolgicos, la mejor solucin para mantener limpio el medioambiente sigue siendo no ensuciarlo.

Unidad 2 Prevencin y control de la contaminacin del aire

2.1 Cambio climtico y gases invernadero

Tiempo es lo que usted tiene, mientras clima es lo que usted espera.Edward Lorenz

El clima depende de un gran nmero de factores que interactan de manera compleja.

Hoy en da se piensa en el clima como un estado cambiante de la atmsfera, mediante sus interacciones con el mar y el continente, en diversas escalas de tiempo y espacio.

Cuando un parmetro meteorolgico como la precipitacin o la temperatura sale de su valor medio de muchos aos, se habla de una anomala climtica ocasionada por forzamientos internos, como inestabilidades en la atmsfera y/o el ocano; o por forzamientos externos, como puede ser algn cambio en la intensidad de la radiacin solar recibida o incluso cambios en las caractersticas del planeta (concentracin de gases de efecto invernadero, cambios en el uso de suelo, etc.) resultado de la actividad humana.

Las formas de variabilidad del clima son muchas y, por tanto, pronosticarlo a largo plazo no es fcil. Es por ello que distinguir qu produce cambios en el clima de un ao a otro, o en escalas mayores de tiempo, constituye un reto cientfico.

Saber qu parte de la variabilidad del clima es predecible abre la posibilidad de realizar predicciones tiles en diversas actividades socioeconmicas. Estas predicciones estacionales, por ejemplo, ya se realizan para regiones altamente afectadas por el fenmeno El Nio / Oscilacin del Sur (ENOS). En ese caso, la lenta respuesta trmica del ocano constituye una memoria til para el clima.

Hoy en da se sabe que la humedad en el suelo tambin constituye un mecanismo de memoria que puede afectar el clima. Es por ello que la deforestacin o la urbanizacin resultan en variabilidad o cambio climtico, al afectar la humedad que puede ser retenida por el suelo.

Aunque entendemos las causas astronmicas de las variaciones del tiempo y del clima, existen fluctuaciones en escalas de das a siglos, de gran inters para la sociedad, que estamos lejos de explicar. En este sentido, sabemos de ciertos factores que pueden producir cambios en el clima, aunque no de manera precisa. Tal es el caso del cambio climtico del ltimo siglo.

Es por esto que en 1995 que un grupo de cientficos reunidos en el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climtico (PICC) sugiri que: El balance de las evidencias sugiere que hay una influencia humana discernible en el clima global

El problema de pronunciarse de manera definitiva respecto al cambio climtico radica en que, a diferencia de los ciclos regulares de las glaciaciones o de las estaciones, muchas formas de variabilidad natural de muy baja frecuencia del sistema climtico apenas comienzan a explicarse y no es fcil diferenciarlas del cambio climtico de origen antropognico.

Las anomalas del clima experimentadas en el ltimo siglo, o por vivirse en las prximas dcadas podran incluir alteraciones en las formas como actualmente experimentamos la variabilidad interanual o interdecadal del clima. Eventos de El Nio ms frecuentes o intensos, huracanes de mayor magnitud, ondas clidas o fras ms pronunciadas son algunas de las formas como la atmsfera podra manifestar las alteraciones climticas resultado de la actividad humana.

Los impactos de un clima anmalo o extremo en diversos sectores de la actividad humana son lo que ha llevado a la sociedad, incluyendo sus instituciones de gobierno, a interesarse en el tema del cambio climtico.

Cambios en el clima

Los cientficos definen al cambio climtico como todo cambio que ocurre en el clima a travs del tiempo resultado de la variabilidad natural o de las actividades humanas. El calentamiento global, por su parte, es la manifestacin ms evidente del cambio climtico y se refiere al incremento promedio de las temperaturas terrestres y marinas globales.

Es importante decir que a pesar de que el clima cambia naturalmente, los expertos sealan que existen claras evidencias de que el calentamiento del planeta registrado en los ltimos 50 aos puede ser atribuido a los efectos de las actividades humanas.

La Tierra absorbe radiacin solar, principalmente en la superficie, y la redistribuye por circulaciones atmosfricas y ocenicas para intentar compensar los contrastes trmicos, principalmente del ecuador a los polos. La energa recibida es reemitida al espacio para mantener en el largo plazo, un balance entre energa recibida y reemitida. Cualquier proceso que altere tal balance, ya sea por cambios en la radiacin recibida o reemitida, o en su distribucin en la Tierra, se reflejar como cambios en el clima.

A tales cambios en la disponibilidad de energa radiativa se les conoce como forzamientos radiativos. Cuando stos son positivos tienden a calentar la superficie de la Tierra. Un enfriamiento se producir si el forzamiento radiativo es negativo.

Efecto Invernadero

La vida actual en la Tierra depende, entre otros factores, de una delgada capa gaseosa: la atmsfera. Esta capa es una mezcla de gases en la que dominan principalmente el nitrgeno (78.1%) y el oxgeno (20.9%), as como pequeas cantidades de argn (0.93%). El pequesimo porcentaje restante lo constituyen el vapor de agua, ozono, bixido de carbono, hidrgeno, nen, helio y kriptn. Estos gases se encuentran dispersos, en distintas cantidades, en las cinco capas en las que los cientficos han dividido la atmsfera para estudiarla.

Entre las funciones ms importantes de la atmsfera podemos mencionar su control como filtro de la radiacin ultravioleta que llega a la superficie terrestre, su accin protectora al destruir una gran cantidad de meteoritos que, de otra manera, llegaran a la superficie de la Tierra y regular la temperatura, esto ltimo por medio del llamado efecto invernadero.

En un invernadero la temperatura dentro es mayor que en el exterior. Esto se debe principalmente a que los vidrios de su estructura dejan pasar la energa que proviene de la radiacin del Sol, pero no la dejan escapar fcilmente, lo que produce un efecto de calentamiento. La Tierra funciona de manera muy parecida a un gran invernadero.

El efecto de los vidrios lo realizan los gases de la atmsfera. De stos, los que tienen impacto en la temperatura son los llamados gases de efecto invernadero (GEI); que son principalmente el bixido de carbono (CO2), metano (CH4), xido nitroso (N2O), ozono (O3) y el vapor de agua.

Estos gases dejan pasar la luz solar, la cual alcanza la superficie terrestre y marina y se transforma en calor, es decir, en radiacin infrarroja. Una parte de esa radiacin se queda en los mares y los continentes y otra es reemitida nuevamente hacia la atmsfera. Es entonces cuando los gases de efecto invernadero detienen parte de esa radiacin infrarroja.

Sin este fenmeno la temperatura de la Tierra sera en promedio 33C ms fra, el agua del planeta estara congelada y muy probablemente la vida no se hubiese desarrollado o sera muy distinta de como la conocemos hoy da.

Dado que los gases de efecto invernadero son uno de los factores ms importantes para controlar la temperatura de la atmsfera, es fcil entender por qu un incremento de su concentracin puede alterar el flujo natural de energa.

La teora nos dice que a mayor cantidad de GEI, mayor ser la cantidad de calor que se absorba y la superficie del planeta alcanzar una temperatura ms alta. Es decir, se reduce la eficiencia con la cual la Tierra reemite la energa recibida al espacio. Cualquier proceso que altere tal balance, ya sea por cambios en la radiacin recibida o reemitida, o en su distribucin en la Tierra, se reflejar, tarde o temprano, como cambios en el clima.

Gases invernadero

Los gases de efecto invernadero (GEI) no son un invento del hombre, se han generado desde hace miles de millones de aos de fuentes naturales como el vulcanismo, la vegetacin y los ocanos. Por ejemplo, durante las erupciones volcnicas e hidrotermales se generan grandes cantidades de CO2 y vapor de agua. La actividad biolgica como la respiracin de las plantas y animales y la descomposicin microbiana de la materia orgnica tambin contribuyen a la produccin natural de GEI.

Sin embargo, los humanos tambin hemos contribuido a su generacin. Desde el advenimiento de la industria y el uso de los combustibles fsiles, como el petrleo, gas natural o carbn, hemos arrojado a la atmsfera grandes cantidades de GEI y, con ello, contribuido a incrementar la concentracin de estos gases en la atmsfera.

Para diferenciar las fuentes naturales de las de origen humano a estas ltimas se les ha llamado fuentes antropognicas. A travs de ellas hemos alterado el flujo natural de gases de efecto invernadero que existe entre las fuentes naturales y la atmsfera. Precisamente a estos GEI que hemos generado los humanos es a los que se les atribuye el reciente calentamiento del planeta.

2.2 Lluvia cida

El trmino lluvia cida comprende la precipitacin, depsito, deposicin hmeda de sustancias cidas disueltas en el agua lluvia, nieve y granizo, como a la precipitacin o deposicin seca, por la cual los aerosoles o compuestos gaseosos cidos son depositados como cenizas, holln o como gases en el suelo, en las hojas de los rboles y en las superficies de los materiales.

En realidad, estas partculas no tienen carcter cido mientras estn en la atmsfera, pero cuando entran en contacto con la neblina, el roco o el agua superficial, se convierten en cidos y tienen efectos similares a los de la precipitacin hmeda.

El origen de compuestos como los xidos de azufre y de nitrgeno puede aparecer por efecto natural o antropognico. Las fuentes naturales comprenden emisiones volcnicas, tormentas elctricas, biomasa, actividad microbiana, entre otros.

Las fuentes antropognicas corresponden a las emisiones de fuentes fijas provenientes de plantas industriales de combustibles fsiles como carbn y petrleo y fuentes mviles, representadas principalmente por las emisiones de los motores de combustin interna de los vehculos de transporte.

Cuando ciertas sustancias como los xidos de azufre y de nitrgeno entran en la atmsfera, pueden ser desplazados por el viento miles de kilmetros antes de retomar a la superficie terrestre. Su tiempo de permanencia en la atmsfera depende de los procesos fsicos de dispersin, transporte y deposicin. Cuanto ms tiempo permanezcan estos xidos en la atmsfera, es ms probable que se transformen en sustancias de carcter cido.

La lluvia cida tiene un pH inferior a 5.6 y puede ir hasta 2.5 y excepcionalmente a 1.0. El agua lluvia es ligeramente cida porque el agua y el dixido de carbono del aire forman cido carbnico y tiene un pH entre 5.7 y 7. En lugares contaminados por cido sulfrico y cido ntrico el pH de esa lluvia vara entre 5 y 3.

Qumica de la lluvia cida

Los xidos de azufre han sido ampliamente estudiados. Ellos incluyen seis compuestos gaseosos diferentes que son: monxido de azufre (SO), dixido de azufre (SO2), trixido (S03), tetraxido (S04), sesquixido (S2O3) y heptxido (S2O7). El SO2 y S03 son los dos xidos de mayor inters en el estudio de contaminacin del aire.

El S02 es altamente soluble en agua y relativamente estable en la atmsfera. Se estima que permanece en esta de 2 a 4 das, intervalo durante el cual puede ser transportado a ms de 1000 km del punto de emisin. Acta como agente oxidante o reductor y reacciona fotoqumicamente o catalticamente con otros componentes en la atmsfera.

El SO2 puede producir S03, H2S04 y sales del cido sulfrico, siendo uno de los mayores precursores de la lluvia cida.

Los carbonatos son reemplazados por sulfatos, los cuales son ms solubles en agua. El sulfato de calcio o yeso, formado en este proceso es lavado de nuevo dejando una superficie descolorida y picada.

Los xidos de nitrgeno incluyen los compuestos gaseosos: xido ntrico (NO), dixido de nitrgeno (NO2), xido nitroso (N2O), sesquixido (N2O3), tetraxido (N2O4) y pentxido (N2O5). Los dos xidos de nitrgeno considerados como mayores contaminantes atmosfricos primarios son el NO y el NO2. El NO2 es fcilmente soluble en agua, ms pesado que el aire, y es un buen absorbedor de energa. Por lo tanto, juega un papel importante en la produccin de contaminantes secundarios y con el vapor de agua existente en el aire por la humedad forma cido ntrico, cido nitroso y xido ntrico.

Ambos cidos producen acidez en el agua lluvia. Adems, se combinan con el amoniaco (NH3) de la atmsfera para formar nitrato de amonio (NH4NO3). El xido ntrico (NO) es emitido a la atmsfera en cantidades mayores que el dixido de nitrgeno (N02). Se forma en procesos de combustin a altas temperaturas cuando el oxgeno atmosfrico se combina con el nitrgeno.

Efectos de la lluvia cida

Lagos y corrientes de aguaMuerte de crustceos, insectos acuticos y moluscos y la desaparicin del fitoplancton, causando con el tiempo la imposibilidad de sobrevivencia del resto de la fauna por falta de alimento.

SueloPenetra en la tierra y afecta las races, las hojas de las plantas y rboles se vuelven amarillentas, envenenamiento en la flora que termina en la muerte de plantas y rboles.

Edificios y construcciones de hormignLa construccin se vuelve porosa causando prdida de resistencia de los materiales.

AnimalesPerdida de pelo y desgaste prematuro de mandbulas.

Seres humanosIncremento de las afecciones respiratorias (asma, bronquitis crnica, entre otras) y aumento de los casos de cncer.

Organismos vivosDisminucin de las defensas y mayor propensin a contraer enfermedades.

2.3 Capa de ozono

La capa de ozono es una capa protectora de la atmsferaque permite preservar la vida sobre la tierra y acta como escudo para proteger la tierra de la radiacin ultravioletaperjudicial proveniente del sol.Est compuesta de Ozono, el cual se encuentra esparcido en la atmsfera (de 15 a 50 km sobre la superficie de la tierra) y su concentracin vara con la altura.

El ozono es una forma de oxgeno cuyamolculatiene trestomos, en vez de dos del oxgeno comn. El tercer tomo es el que hace que el gas sea venenoso, mortal si se aspira una pequesima porcin de esta sustancia.

Se forma en laestratosferapor la accin de radiacin solar sobre las molculas de oxgeno mediante un proceso llamado fotolisis.

La capa de ozono sirve de escudo para proteger a la Tierra contra las dainas radiaciones ultravioletas provenientes del Sol, actuando como un filtro. Si desapareciera, la luz ultravioleta del sol esterilizara la superficie del globo, al matar virus y bacterias, y aniquilara toda la vida terrestre por su accin daina.

Esta radiacin proveniente del Sol se clasifica en tres tipos: ultravioleta C (UVC) que es absorbida plenamente en la atmsfera; ultravioleta B (UVB), de la que es filtrada un 90% por la atmsfera y que produce el bronceado de la piel, las quemaduras y cncer de piel; y el ultravioleta A (UVA), que aunque alcanza en mayor medida la superficie terrestre, es 1.000 veces menos agresivo que el UVB.

En la actualidad, hay una preocupacin extendida de que la capa de ozono se est deteriorando debido a la liberacin de la contaminacin que contienen los productos qumicos cloro y bromo. Dicho deterioro permite que grandes cantidades de rayos B ultravioleta alcancen la Tierra lo que puede provocar cncer de piel y cataratas en humanos y daar a los animales.

Un exceso de radiacin B ultravioleta que llegue a la Tierra tambin inhibe el ciclo del fitoplancton, organismos unicelulares como las algas que componen el ltimo eslabn de la cadena alimenticia. Los bilogos temen que estas reducciones del fitoplancton provoquen una menor poblacin de otros animales. Los investigadores tambin han documentado cambios en las tasas reproductivas de peces jvenes, gambas y cangrejos as como de ranas y salamandras que se exponen a un exceso de ultravioleta B.

Los clorofluorocarbonos (CFC), sustancias qumicas que se encuentran principalmente en los aerosoles en spray muy utilizados por las naciones industrializadas durante la mayor parte de los ltimos 50 aos, son los principales culpables del deterioro de la capa de ozono. Cuando los CFC alcanzan la parte superior de la atmsfera, se exponen a los rayos ultravioleta lo que causa que se descompongan en sustancias que incluyen cloro. El cloro hace reaccin con los tomos de oxgeno en el ozono y destroza la molcula de ozono.

Un tomo de cloro puede destruir ms de cien mil molculas de ozono.

La capa de ozono sobre la Antrtida ha sufrido un impacto considerable desde mediados de los aos 80. Las bajas temperaturas de esta zona aceleran la conversin de los CFC en cloro. En la primavera y el verano del sur, cuando brilla el sol durante largos periodos del da, el cloro reacciona con los rayos ultravioleta destruyendo el ozono masivamente, hasta el 65%. Esto es lo que algunas personas denominan errneamente agujero de ozono. En otras zonas, la capa de ozono se ha deteriorado un 20%.

Aproximadamente el 90 % de los CFC actualmente en la atmsfera fueron emitidos por pases industrializados en el Hemisferio Norte incluyendo los Estados Unidos y Europa. Estos pases prohibieron los CFC en 1996 y la cantidad de cloro en la atmsfera est decreciendo. No obstante, los cientficos calculan que se tardarn otros 50 aos en devolver los niveles de cloro a su cifra natural.

2.4 Monitoreo de contaminantes

Medir es contar, comparar una unidad con otra, dar una valoracin numrica, asignar un valor, asignar nmeros a los objetos.

Todo lo que existe est en una cierta cantidad y se puede medir. Estos nmeros no se asignan de forma arbitraria sino que se rigen por ciertas reglas, se establece un sistema emprico y ste da lugar a un sistema formal.

La necesidad de medir es evidente en la mayor parte de las actividades tcnicas o cientficas. Sin embargo, es importante no slo contar con medidas sino tambin saber si dichas medidas son vlidas. Para ello se debe recordar la definicin de medicin como el proceso por el cual se asignan nmeros o smbolos a atributos de entidades del mundo real de tal forma que los describa de acuerdo con reglas claramente especificadas.

La medicin de los atributos o estado que guarda el aire ambiente se conoce como medicin de la calidad del aire. Dicha medicin se puede llevar a cabo por medio del muestreo, anlisis y el monitoreo de dicho aire ambiente.

Muestrear es seleccionar un subconjunto de casos o individuos de una poblacin. Una muestra estadstica se obtiene con la intencin de inferir las propiedades de la totalidad de la poblacin, por lo que la muestra debe ser representativa.

Para cumplir con esta caracterstica, la inclusin de sujetos en la muestra debe seguir una tcnica de muestreo. En tales casos, puede obtenerse una informacin similar a la de un estudio exhaustivo con mayor rapidez y menor costo.

En lo que a calidad del aire se refiere, el muestreo se define como la medicin de la contaminacin del aire por medio de la toma de muestras, de forma discontinua. Actualmente, el muestreo se utiliza principalmente para determinar la concentracin de partculas suspendidas, en sus diferentes fracciones: totales (PST), partculas menores de 10 micrmetros de dimetro aerodinmico (PM10) y partculas menores de 2.5 micrmetros de dimetro aerodinmico (PM2.5).

La muestra tomada deber ser sometida a un anlisis posterior en donde se detectar su concentracin y caracterizacin.

Monitoreo

Por definicin, el monitoreo es una actividad consistente en observar una situacin para detectar los cambios que ocurren con el tiempo.

De esta manera, el monitoreo de la calidad del aire se debe llevar a cabo de una manera continua para poder observar los cambios en las concentraciones de los contaminantes con el tiempo, y se define como el conjunto de metodologas diseadas para muestrear, analizar y procesar en forma continua y sistemtica las concentraciones de sustancias o de contaminantes presentes en el aire.

Esto lo hace diferente al muestreo y anlisis de contaminantes. Sin embargo, por lo comn se confunden las dos actividades y casi siempre se habla slo de monitoreo.

Monitoreo de la Calidad del Aire.

En las ltimas dcadas se ha desarrollado una preocupacin creciente por los efectos de la contaminacin del aire en la salud humana y el ambiente. La fuerte presin social junto con una legislacin ms rigurosa, requieren de informacin imparcial y confiable sobre la calidad del aire (Molina, 2001).

El monitoreo sirve de herramienta para la identificacin y evaluacin de problemas de la calidad del aire (OMS, 2000).

El monitoreo, junto con los modelos de prediccin y los inventarios de emisiones, son parte integral de la gestin de la calidad del aire.

El propsito ms importante del monitoreo de la calidad del aire es generar y proporcionar la informacin necesaria a cientficos, legisladores y planificadores para que ellos tomen las decisiones adecuadas a favor de la gestin y mejora del medio ambiente.

El monitoreo juega un papel regulador en este proceso proporcionando la base cientfica para el desarrollo de las polticas y estrategias, en el establecimiento de objetivos durante la evaluacin del cumplimiento de las metas y en la ejecucin de las acciones.

Para llevar a cabo el monitoreo de calidad del aire se utilizan diversos equipos, como analizadores, monitores y sensores que se agrupan en un espacio fsico confinado denominado estacin de monitoreo. Un grupo de estaciones de monitoreo forma redes de monitoreo, las cuales forman parte del sistema de medicin de la calidad del aire.

Estaciones de Monitoreo

Una estacin de monitoreo consiste en una caseta que contiene diversos equipos, como analizadores automticos, monitores, sensores meteorolgicos, entre otros, destinados a monitorear las concentraciones de uno o ms contaminantes del aire y, por lo general, algunos parmetros meteorolgicos; con la finalidad de evaluar la calidad del aire en un rea determinada.

Los criterios de ubicacin de las estaciones son diferentes segn los objetivos de monitoreo que hayan sido establecidos.

Sin embargo, en cualquier caso es necesario que el lugar cuente con una fuente adecuada de energa, con seguridad y que est debidamente protegido de los elementos climticos.

Redes de Monitoreo

Se denomina red de monitoreo al conjunto de dos o ms estaciones de monitoreo. Es comn que las estaciones de monitoreo se encuentren agrupadas en redes que puedan cubrir grandes extensiones geogrficas.

Sistemas de medicin de la calidad del aire

Un Sistema de Medicin de la Calidad del Aire est destinado a medir, registrar y procesar informacin sobre calidad del aire. Est formado por estaciones de muestreo, de monitoreo y de estaciones meteorolgicas, sistemas de transmisin de datos, centro de control, oficinas, laboratorios y talleres. 2.5 Mtodos y equipos

Mtodos de muestreo

La medicin de contaminantes atmosfricos se puede lograr a travs de diversos mtodos que se agrupan de acuerdo a sus principios de medicin en:

Muestreo pasivo. Muestreo con bioindicadores. Muestreo activo. Mtodo automtico. Mtodo ptico de percepcin remota.

Muestreo pasivo

Este mtodo de muestreo colecta un contaminante especfico por medio de su adsorcin y/o absorcin en un sustrato qumico seleccionado. Despus de su exposicin por un periodo adecuado de muestreo, que puede variar desde una hora hasta meses o inclusive un ao, la muestra se regresa al laboratorio donde se realiza la desorcin del contaminante para ser analizado cuantitativamente.

Los equipos utilizados se conocen como muestreadores pasivos que se presentan en diversas formas y tamaos, principalmente en forma de tubos o discos.

Ventajas: Simplicidad en la operacin y bajo costo (no requiere energa elctrica).

Desventajas: No desarrollados para todos los contaminantes, slo proporcionan valores promedios con resoluciones tpicas semanales o mensuales; no tienen gran exactitud (sirven solo como valor referencial), en general requieren de anlisis de laboratorio.

Muestreo con Bioindicadores

Este mtodo implica el uso de especies vivas generalmente vegetales, como rboles y plantas, donde su superficie funge como receptora de contaminantes. Sin embargo, a pesar de que se han desarrollado guas sobre estas metodologas, todava quedan problemas no resueltos en cuanto a la estandarizacin y armonizacin de estas tcnicas.

Se ha mostrado gran inters en el uso de bioindicadores para estimar algunos factores ambientales entre los que se incluye la calidad del aire, particularmente en la investigacin de sus efectos. Tal es el caso del uso de la capacidad de la planta para acumular contaminantes o la estimacin de los efectos de los contaminantes en el metabolismo de la planta, o en la apariencia de la misma, entre otros.

Ventajas: Muy bajo costo, tiles para identificar la presencia y efectos de algunos contaminantes.

Desventajas: Problemas con la estandarizacin de las metodologas y procedimientos; algunos requieren anlisis de laboratorio

Muestreo activo

Requiere de energa elctrica para succionar el aire a muestrear a travs de un medio de coleccin fsico o qumico. El volumen adicional de aire muestreado incrementa la sensibilidad, por lo que pueden obtenerse mediciones diarias promedio.

Los muestreadores activos se clasifican en burbujeadores (gases) e impactadores (partculas); dentro de estos ltimos, el ms utilizado actualmente es el muestreador de alto volumen High- Vol (para PST, PM10 y PM2.5).

Ventajas: Fcil de operar, muy confiables y costo relativamente bajo (requieren energa elctrica).

Desventajas: No se aprecian los valores mnimos y mximos durante el da, slo promedios generalmente de 24 horas; requieren de anlisis de laboratorio.

Mtodo automtico

Estos mtodos son los mejores en trminos de la alta resolucin de sus mediciones, permitiendo llevar a cabo mediciones de forma continua para concentraciones horarias y menores.

El espectro de contaminantes que se pueden determinar van desde los contaminantes criterio (PM10-PM2.5, CO, SO2, NO2, O3) hasta txicos en el aire como mercurio y algunos compuestos orgnicos voltiles.

Las muestras colectadas se analizan utilizando una variedad de mtodos los cuales incluyen la espectroscopia y cromatografa de gases. Adems, estos mtodos tienen la ventaja de que una vez que se carga la muestra al sistema nos da las lecturas de las concentraciones de manera automtica y en tiempo real.

Los equipos disponibles se clasifican en: analizadores automticos y monitores de partculas.

Los analizadores automticos se usan para determinar la concentracin de gases contaminantes en el aire, basndose en las propiedades fsicas y/o qumicas de los mismos. Los monitores de partculas se utilizan para determinar la concentracin de partculas suspendidas principalmente PM10 y PM2.5.

Ventajas: Valores en tiempo real, alta resolucin; concentraciones mximas y mnimas; permite por la deteccin de valores mximos en tiempo real establecer situaciones de alerta para implantar las respectivas medidas de contingencia.

Desventajas: Costo elevado de adquisicin y operacin; requieren personal capacitado para su manejo; requieren mantenimiento y calibracin constantes

Mtodo ptico de percepcin remota

Los mtodos pticos de percepcin remota se basan en tcnicas espectroscpicas.

Transmiten un haz de luz de una cierta longitud de onda a la atmsfera y miden la energa absorbida. Con ellos es posible hacer mediciones, en tiempo real, de la concentracin de diversos contaminantes. A diferencia de los monitores automticos, que proporcionan mediciones de un contaminante en un punto determinado en el espacio, pueden proporcionar mediciones integradas de multicomponentes a lo largo de una trayectoria especfica en la atmsfera (normalmente mayor a 100 m). Los equipos utilizados se conocen como sensores remotos.

Ventajas: Valores en tiempo real, alta resolucin; tiles para mediciones de emisiones de fuentes especficas, de multicomponentes y para mediciones verticales en la atmsfera.

Desventajas: Costo de adquisicin muy elevado; requieren personal altamente capacitado para su operacin y calibracin; no son siempre comparables con los analizadores automticos convencionales.

Mtodos de Anlisis de muestras

El anlisis de las muestras es el mtodo por el cual se determinan los componentes de una muestra, las concentraciones, y cualidades, de cada uno de ellos. Los mtodos de medicin que utilizan muestreadores, requieren por lo general que una vez que se ha muestreado el contaminante sea necesario analizarlo por alguno de los siguientes mtodos:

Mtodos volumtricos Mtodos gravimtricos. Mtodos fotomtricos. Espectrofotometra.

Mtodos volumtricos

La cantidad del contaminante detectado se deduce del volumen de la solucin que se ha consumido en una reaccin. Estos mtodos cuantifican muestras en solucin mediante la valoracin de las mismas por medio de tcnicas como la titulacin.

Titulacin y valoracin

Es la tcnica volumtrica que se utiliza para determinar la concentracin de un soluto en un solvente, mediante la adicin de un volumen de solucin de concentracin perfectamente conocida a la disolucin. Es la accin y efecto de valorar o cuantificar una disolucin. La valoracin de una solucin siempre ser una titulacin.

Mtodos gravimtricos

Son mtodos analticos cuantitativos en los cuales las determinaciones de las sustancias se llevan a cabo por una diferencia de pesos, donde se determina la masa pesando el filtro, a temperatura y humedad relativa controladas, antes y despus del muestreo. Existen mtodos gravimtricos para conocer la concentracin de una muestra en solucin, en los que se llevan a cabo precipitaciones de las muestras por medio de la adicin de un exceso de reactivo aprovechando el efecto del ion comn.

Mtodos fotomtricos

Estos mtodos (colorimtricos) basan la determinacin de la concentracin de una solucin en la medida de la intensidad de la luz que se transmite a travs de ella, comparndola con una curva patrn de las intensidades de luz de igual longitud de onda que se transmiten a travs de una serie de soluciones de concentraciones conocidas. Espectrofotometra

Es la medida de la cantidad de energa radiante absorbida por las molculas a longitudes de onda especficas. Cada compuesto tiene un patrn de absorcin diferente que da origen a un espectro de identificacin.

ste consiste en una grfica de la absorcin y la longitud de onda y se presenta en mrgenes que abarcan longitudes de onda desde la ultravioleta a la infrarroja. Por lo que si se ajusta el equipo de medicin a una sola longitud de onda escogida entre los lmites en que un compuesto absorbe fuertemente y otros no, se puede aislar con filtros una sola longitud de onda, para poder medir la energa absorbida de ese compuesto en particular.

Entre los espectrofotmetros ms usados estn el de infrarrojo no disperso y el de espectro ultravioleta.

2.6 Legislacin nacional sobre la contaminacin del aire

En materia de normatividad de aire, en nuestro pas se cuenta con varios instrumentos jurdicos que permiten prevenir y controlar la contaminacin atmosfrica. Entre ellos estn la Ley General del Equilibrio Ecolgico y la Proteccin al Ambiente, el Reglamento en materia de Prevencin y Control de la Contaminacin Atmosfrica y las normas para el control de los niveles de emisiones de contaminantes a la atmsfera provenientes de fuentes determinadas.

A continuacin se presentan de manera sintetizada estos instrumentos. Ley General del Equilibrio Ecolgico y la Proteccin al Ambiente (LGEEPA)

La LGEEPA es de aplicacin nacional y establece las obligaciones de las autoridades del orden federal y local.

La Ley en su ttulo IV de Proteccin al Ambiente, Captulos I y II contiene los artculos 109 BIS, 109 BIS1, 110, 111, 111 BIS, 112, 113, 114, 115 y 116 en materia de prevencin y control de la contaminacin de la atmsfera, a los cuales se les han efectuado reformas, adiciones o derogaciones en diciembre de 1996, con objeto de que se plasmen los principios y orientaciones de la poltica ambiental.

En particular los que se refieren a la prevencin y control del deterioro de la calidad del aire en la Repblica Mexicana, garantizando el derecho de toda persona a vivir en un medio ambiente adecuado para su desarrollo, salud y bienestar.

En el citado ttulo se sealan los instrumentos de poltica, mecanismos y procedimientos necesarios para controlar, reducir o evitar la contaminacin de la atmsfera, incluyendo la competencia de la Federacin para expedir normas que establezcan la calidad ambiental de las distintas reas, zonas o regiones del pas; integrar y actualizar el inventario de fuentes emisoras de jurisdiccin federal de contaminantes a la atmsfera, formular y aplicar programas para reducir la emisin de contaminantes a la atmsfera.

Promover y apoyar tcnicamente a los gobiernos locales en la formulacin y aplicacin de programas de gestin de la calidad del aire, expedir normas para el establecimiento y operacin de los sistemas de monitoreo atmosfrico, as como normar y vigilar la operacin y funcionamiento de las fuentes fijas de jurisdiccin federal que emitan gases, partculas y olores, entre otros.

La Ley define los sectores industriales que son de jurisdiccin federal y menciona que las autoridades locales son las encargadas de establecer y operar sistemas de monitoreo de la calidad del aire, as como programas de verificacin vehicular. Reglamento en materia de Prevencin y Control de la Contaminacin Atmosfrica

El Reglamento rige en todo el territorio nacional y las zonas donde la nacin ejerce su soberana y jurisdiccin y tiene por objeto reglamentar la Ley General del Equilibrio Ecolgico y la Proteccin al Ambiente, en lo que se refiere a la prevencin y control de la contaminacin atmosfrica.

El Reglamento define los procedimientos tcnico-administrativos a que estn sujetas las fuentes emisoras de contaminantes de jurisdiccin federal, como son las licencias de funcionamiento y la cdula de operacin anual. Cabe mencionar que derivado de los recientes cambios a la LGEEPA, se inici la aplicacin de nuevos mecanismos de regulacin directa de las actividades industriales, de tal forma que se cre una Licencia Ambiental nica (LAU) y una Cdula de Operacin Anual (COA), de carcter multimedio.

El viernes 11 de abril de 1997 se public en el Diario Oficial de la Federacin un Acuerdo que establece los mecanismos y procedimientos para obtener la Licencia Ambiental nica, mediante un trmite nico, as como la actualizacin de la informacin de emisiones mediante una cdula de operacin.

El reglamento tambin define la actuacin de las autoridades para establecer los inventarios de emisiones y los sistemas de informacin de la calidad del aire.

El Reglamento se divide en cinco captulos (52 artculos) y una seccin de artculos transitorios.

El primer captulo contiene 15 artculos, los cuales presentan las disposiciones generales del reglamento, en donde se describen las atribuciones y competencias de la Federacin, Entidades Federativas y los Municipios, as como los de la Secretara. Se definen conceptos tcnicos referentes a la aplicacin del Reglamento, se describe quienes deben cumplir con l, e indica cuales son las zonas y fuentes de Jurisdiccin Federal y por ltimo se define cules son los criterios tomados para la proteccin a la atmsfera.

El segundo captulo consta de 12 artculos (16 al 27) que reglamentan lo referente a la emisin de contaminantes a la atmsfera generados por fuentes fijas. En esta parte se establecen los lineamientos a los que debern sujetarse las fuentes fijas que emitan olores, gases y partculas; las obligaciones a las que estarn sujetos los responsables de las fuentes fijas (requerimiento de licencia de funcionamiento y entrega anual de la cdula de operacin), as como las atribuciones de la Secretara para poder modificar algn trmite.

El tercer captulo consta de 13 artculos (28 al 40) referente a la emisin de contaminantes a la atmsfera generada por fuentes mviles. En esta parte del reglamento se establece que las emisiones de olores, gases y partculas a la atmsfera que se generen por fuentes mviles no debern exceder los niveles mximos permisibles de emisin que se establezcan en la normatividad.

Para el cumplimiento de este apartado se mencionan los lineamientos que debern seguir los fabricantes de vehculos, concesionarios del servicio del sector transporte y propietarios de los vehculos, as como la relacin de la SEMARNAT con la SECOFI y la SCT; las atribuciones de los centros de verificacin del transporte pblico federal y los procedimientos que debern realizar los interesados en obtener autorizacin para establecer y operar centros de verificacin federal.

El captulo cuarto consta de 5 artculos (41-45) tratando lo referente al Sistema Nacional de Informacin de la Calidad del Aire (SINAICA), competencias para el establecimiento y operacin de las redes de monitoreo, as como las responsabilidades de los niveles de gobierno para mantener actualizado el SINAICA, integrado por datos del monitoreo atmosfrico y del inventario de emisiones.

El captulo cinco lo forman 7 artculos (46-52), los cuales tratan lo referente a las medidas de control, de seguridad y sanciones; lo relativo a multas, clausuras, arrestos, denuncias y revocacin de la autorizacin para establecer y operar centros de verificacin de vehculos de transporte pblico federal.

El ltimo apartado del reglamento titulado Transitorios consta de seis artculos, referentes a cuando entra en vigor el presente reglamento, disposiciones y reglamentos que se derogan, los plazos para el cumplimiento y aplicabilidad del reglamento.

Es importante revisar las modificaciones a la Ley General del Equilibrio Ecolgico y Proteccin al Ambiente, publicadas en el DOF el 13 de diciembre de 1996, ya que quedan derogadas algunas disposiciones legales del Reglamento que se contrapongan a la LGEEPA.

Este Reglamento se encuentra actualmente en revisin y actualizacin para hacerlo congruente con la LGEEPA a la luz de los cambios que sufri en 1996. Normas e ndices de calidad del aire

El 23 de diciembre de 1994 la Secretara de Salud public las Normas Oficiales Mexicanas para evaluar la calidad del aire ambiente con respecto a ozono, bixido de azufre, bixido de nitrgeno, monxido de carbono, partculas suspendidas totales, partculas menores de 10 micrmetros (PM10) y plomo.

ContaminanteValores lmiteNormasOficialesMexicanas

Concentracin y tiempo promedioExposicin agudaExposicin crnica

Frecuencia mxima aceptable(Para proteccin de la salud de la poblacin susceptible)

Ozono (O3) 0.11 ppm (1 Hora)1 vez cada 3 aos-NOM-020-SSA1-1993

Monxido de carbono (CO) 11 ppm (8 Horas)1 vez al ao-NOM-021-SSA1-1993

Bixido de azufre (SO2) 0.13 ppm (24 Horas)1 vez al ao0.03 ppm (media aritmtica anual)NOM-022-SSA1-1993

Bixido de nitrgeno (NO2) 0.21 ppm (1 Hora)1 vez al ao-NOM-023-SSA1-1993

Partculas suspendidas totales (PST) 260 m g/m 3 (24 Horas)1 vez al ao75 m g/m 3 (media aritmtica anual)NOM-024-SSA1-1993

Partculas menores a 10m (PM10) 150 m g/m 3 (24 Horas)1 vez al ao50 m g/m 3 (media aritmtica anual)NOM-025-SSA1-1993

Plomo (Pb) --1.5 m g/m 3 (prom. Arit. en 3 meses)NOM-026-SSA1-1993

Valores normados para los contaminantes del aire en Mxico Fuente: Diario Oficial de la Federacin del 23 de diciembre de 1994.

Por otra parte, en nuestro pas se ha desarrollado un ndice de calidad del aire, el Indice Metropolitano de la Calidad del Aire (IMECA), que consiste en una transformacin de las concentraciones de contaminantes a un nmero adimensional que indica el nivel de contaminacin de una manera fcil de entender.

Este tipo de ndices se utiliza en todo el mundo, siendo de los ms comunes el Pollutant Standard Index (PSI), utilizado por el gobierno de EUA. Un IMECA de 100 puntos equivale a la norma de calidad del aire para un contaminante determinado y los mltiplos de 100 IMECA se han desarrollado por medio de algoritmos sencillos que toman en cuenta los criterios de salud ambiental. La calidad del aire no es satisfactoria cuando el IMECA se sita entre 100 y 200, mala entre 200 y 300 y muy mala por arriba de 300.

Normas en materia de Atmsfera

La SEMARNAT ha emitido las normas que se listan a continuacin para el monitoreo ambiental, las emisiones de fuentes fijas, las caractersticas ecolgicas de los combustibles y las emisiones de fuentes mviles.

NOMNiveles mximos permisibles de emisiones a la atmsfera

NOM-039-ECOL-1993 Bixido y trixido de azufre y neblinas de cido sulfrico en plantas productoras de cido sulfrico.

NOM-040-ECOL-1993 Partculas slidas y control de emisiones fugitivas provenientes de industrias productoras de cemento.

NOM-043-ECOL-1993 Partculas slidas.

NOM-046-ECOL-1993 Bixido de azufre, neblinas de trixido de azufre y cido sulfrico en plantas productoras de cido dodecilbencensulfnico.

NOM-051-ECOL-1993 Gasleo industrial que se consume por fuentes fijas en la ZMCM.

NOM-075-ECOL-1995 Compuestos orgnicos voltiles provenientes del proceso de separadores agua-aceite en las refineras de petrleo.

NOM-085-ECOL-1994 Humos, partculas suspendidas totales, xidos de azufre y xidos de nitrgeno en fuentes fijas que utilizan combustibles fsiles.

NOM-092-ECOL-1995 Requisitos de los sistemas de recuperacin de vapores de gasolina en estaciones de servicio y de autoconsumo ubicadas en el Valle de Mxico.

NOM-093-ECOL-1995 Eficiencia de laboratorio de los sistemas de recuperacin de vapores de gasolina en estaciones de servicio y de autoconsumo.

NOM-097-ECOL-1995 Material particulado y xidos de nitrgeno en los procesos de fabricacin de vidrio en el Pas.

NOM-105-ECOL-1996 Partculas slidas totales y compuestos de azufre reducido total provenientes de la fabricacin de celulosa.

NOM-121-ECOL-1997 Compuestos orgnicos voltiles (COV's) provenientes de las operaciones de recubrimiento de carroceras de la industria automotriz as como el mtodo para calcular sus emisiones.

NOM-123-ECOL-1997 Mximo permisible de compuestos orgnicos voltiles (COV's), en la fabricacin de pinturas de secado al aire base solvente y para uso domstico y los procedimientos para la determinacin del contenido de los mismos en pinturas y recubrimientos.

Fuentes fijas.

NOMEspecificaciones de

NOM-086-ECOL-1994 Combustibles fsiles lquidos y gaseosos que se usan en fuentes fijas y mviles.

Caractersticas de los combustibles.

Norma Oficial Mexicana Niveles mximos permisibles de emisin de contaminantes

NOM-041-ECOL-1999 Emisin de gases contaminantes provenientes del escape de vehculos en circulacin a gasolina.

NOM-042-ECOL-1999 Hidrocarburos no quemados, monxido de carbono, xidos de nitrgeno, hidrocarburos evaporativos provenientes del escape de vehculos en planta a gasolina o gas.

NOM-044-ECOL-1993 Hidrocarburos, monxido de carbono, xidos de nitrgeno, partculas suspendidas totales y opacidad de humos provenientes de vehculos en planta a diesel.

NOM-045-ECOL-1996 Opacidad del humo en vehculos en circulacin a diesel.

NOM-047-ECOL-1993 Caractersticas de equipo y procedimientos de medicin para la verificacin de contaminantes en vehculos a gasolina, gas LP y gas natural.

NOM-048-ECOL-1993 Hidrocarburos, monxido de carbono y humos en motocicletas a gasolina o gasolina-aceite.

NOM-049-ECOL-1993 Caractersticas de equipo y procedimiento de medicin para la verificacin de contaminantes en motocicletas a gasolina o gasolina-aceite.

NOM-050-ECOL-1993 Emisin de gases contaminantes provenientes de vehculos en circulacin a gas LP o gas natural.

NOM-076-ECOL-1995 Emisin de gases contaminantes provenientes de vehculos nuevos en planta de peso bruto vehicular mayor de 3,857 kilogramos.

NOM-077-ECOL-1995 Caractersticas de equipo y procedimiento de medicin para verificar los niveles de opacidad en vehculos automotores que usan diesel.

NOM-EM-132-ECOL-1998 Caractersticas del equipo y el procedimiento de medicin para la verificacin de los limites de emisin provenientes de los vehculos automotores en circulacin que usan gasolina, gas licuado de petrleo, gas natural u otros combustibles alternos (Suspende los efectos legales de la NOM-047-ECOL1993)

Fuentes mviles.

Norma Oficial Mexicana Mtodo de medicin y calibracin de equipo para la determinacin de las concentraciones

NOM-034-ECOL-1993 Monxido de carbono.

NOM-035-ECOL-1993 Partculas suspendidas totales.

NOM-036-ECOL-1993 Ozono.

NOM-037-ECOL-1993 Bixido de nitrgeno.

NOM-038-ECOL-1993 Bixido de azufre.

Monitoreo ambiental.

Unidad 3 Prevencin y control de la contaminacin del agua

Son consideradas aguas residuales los lquidos que han sido utilizados en las actividades diarias de una ciudad (domsticas, comerciales, industriales y de servicios).

Comnmente las aguas residuales suelen clasificarse como: Aguas Residuales Municipales. Residuos lquidos transportados por el alcantarillado de una ciudad o poblacin y tratados en una planta de tratamiento municipal Aguas Residuales Industriales. Las Aguas Residuales provenientes de las descargas de Industrias de Manufactura

Otra forma de denominar a las aguas residuales es en base al contenido de contaminantes que esta porta, as se conocen como: Aguas negras a las aguas residuales provenientes de inodoros, es decir, aquellas que transportan excrementos humanos y orina, ricas en slidos suspendidos, nitrgeno y coliformes fecales. Aguas grises a las aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos y lavadoras, que aportan slidos suspendidos, fosfatos, grasas y coliformes fecales, esto es, aguas residuales domsticas, excluyendo las de los inodoros. Aguas negras industriales a la mezcla de las aguas negras de una industria en combinacin con las aguas residuales de sus descargas. Los contaminantes provenientes de la descarga estn en funcin del proceso industrial, y tienen la mayora de ellos efectos nocivos a la salud si no existe un control de la descarga.

3.1 Caractersticas de las aguas residuales

Caractersticas fsicas

La caracterstica fsica ms importante del agua residual es el contenido total de slidos, trmino que engloba la materia en suspensin, la materia sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta. Otras caractersticas importantes son el olor, la temperatura, la densidad, el color y la turbiedad.

Slidos totales

Se define como la materia que se obtiene despus de someter al agua a un proceso de evaporacin entre los 103 y los 105C.

Los slidos sedimentables se definen como aquellos que se sedimentan en el fondo de un recipiente de forma cnica en el transcurso de una hora. Son una medida aproximada de la cantidad de lodo que se obtendr en la decantacin primaria del agua residual.

Los slidos totales pueden clasificarse en filtrables o no filtrables (slidos en suspensin) haciendo pasar un volumen conocido de lquido por un filtro.

Olor

Normalmente los olores son debidos a los gases liberados durante el proceso de descomposicin de la materia orgnica. El agua residual reciente tiene un olor algo desagradable, ms tolerable que el del agua residual sptica.

El olor ms caracterstico del agua residual sptica se debe a la presencia cido sulfhdrico.Temperatura

La temperatura del agua residual suele ser ms elevada que la del agua de suministro, debido principalmente a la incorporacin de agua caliente procedente de las casas e industrias.

La temperatura es un parmetro muy importante ya que influye en el desarrollo de la vida acutica y en las velocidades de reaccin.

Color

El agua residual suele tener un color grisceo. Sin embargo al aumentar el tiempo de transporte en las redes de alcantarillado y al desarrollarse condiciones prximas a las anaerobias, el color cambia de gris a gris oscuro, para finalmente adquirir un color negro.

El color gris, gris oscuro y negro se debe a la formacin de sulfuros metlicos por reaccin del cido sulfhdrico con los metales presentes en el agua residual.

Algunas aguas residuales industriales pueden darle color a las aguas residuales domsticas.

Turbiedad

Indica la calidad de las aguas vertidas o de las aguas naturales en relacin con la materia coloidal y residual en suspensin.

Se mide mediante la comparacin entre la intensidad de la luz dispersada en la muestra y la intensidad registrada en una suspensin de referencia en iguales condiciones.

Caractersticas qumicas

Las caractersticas qumicas principales de las aguas residuales son el contenido de materia orgnica e inorgnica y los gases presentes en el agua residual.

Materia orgnica

Cerca del 75% de los slidos en suspensin y del 40% de los slidos filtrables de un agua residual de concentracin media son de naturaleza orgnica. Son slidos de origen animal y vegetal, as como de actividades humanas relacionadas con la sntesis de compuestos orgnicos.

Los principales grupos de sustancias orgnicas presentes en el agua residual son protenas (40-60%), carbohidratos (25-50%) y grasas y aceites (10%). Otro compuesto orgnico importante es la urea, principal constituyente de la orina (en aguas residuales recientes).

El agua residual tambin contiene pequeas cantidades de diversas molculas orgnicas sintticas como agentes tensoactivos y pesticidas.

Materia inorgnica

La concentracin de las sustancias inorgnicas en el agua aumenta tanto por el contacto del agua con las diferentes formaciones geolgicas, como por las aguas residuales, tratadas o sin tratar, que a ella se descargan.

Las concentraciones de los diferentes constituyentes inorgnicos pueden afectar los usos del agua, por ejemplo, los cloruros, la alcalinidad, el nitrgeno, el azufre, algunos compuestos txicos y metales pesados como el nquel, el manganeso, el plomo, el cromo, el cadmio, el zinc, el cobre, el hierro y el mercurio.

Es tambin importante la concentracin de ion hidrgeno (pH). El agua residual con concentraciones de ion hidrgeno inadecuadas presenta dificultades de tratamiento con procesos biolgicos.

Gases

Los gases que con mayor frecuencia se encuentran en las aguas residuales brutas son el nitrgeno (N2), el oxgeno (O2), el dixido de carbono (CO2), el cido sulfhdrico (H2S), el amoniaco (NH3) y el metano (CH4).

El oxgeno disuelto es necesario para la respiracin de los microorganismos aerobios, as como de otras formas de vida.

Caractersticas biolgicas

Cuando se va a tratar el agua residual deben tomarse en cuenta los principales grupos de microorganismos presentes, organismos patgenos presentes, organismos usados como indicadores biolgicos, mtodos empleados para determinar los organismos indicadores y los empleados para determinar la toxicidad de las aguas tratadas.

Microorganismos

Las bacterias desempean un papel de gran importancia en la descomposicin dela materia orgnica, tanto de forma natural como en las plantas de tratamiento.

Los hongos presentan ciertas ventajas sobre las bacterias: pueden crecer y se desarrollan en zonas de baja humedad y en pH bajos.

Los protozoarios de importancia para el saneamiento son las amebas, los flagelados y los ciliados. Los protozoarios se alimentan de bacterias y de otros microorganismos microscpicos. Es necesario su control ya que ciertos protozoarios son patgenos.

Las diferentes plantas y animales son de tamaos variados, desde los gusanos y rotferos microscpicos hasta crustceos macroscpicos. Su conocimiento es muy importante sobre todo como indicadores biolgicos de la calidad ambiental.

Los virus excretados por los seres humanos son un importante peligro para la salud pblica.

3.2 Fuentes de aguas residuales

Son cuatro las fuentes fundamentales de aguas residuales: las aguas domsticas o urbanas, las aguas residuales industriales, las aguas de escorrenta de uso agricola y las aguas pluviales.

Las escorrentas de usos agricolas que arrastran fertilizantes (fosfatos) y pesticidas constituyen hoy en da una de las mayores causas de eutroficacin de lagos y pantanos.

Fuentes domsticas o urbanas

Corresponden a las cargas de residuos de origen domstico y pblico que constituyen las aguas residuales municipales (lavado de ropa, bao, desperdicios de cocina, limpieza y preparacin de alimentos y lavado de loza). Las concentraciones urbanas de poblacin constituyen una de las mayores fuentes de contaminacin, debido a los grandes volmenes de aguas residuales domsticas producidas, las cuales, en su mayor parte, son colectadas por los sistemas de alcantarillado.

Existen principalmente dos fuentes de aguas domsticas o urbanas, que corresponden a las provenientes de zonas residenciales y de zonas comerciales. Fuentes industriales

Son las descargas originadas por el desarrollo de actividades correspondientes a la extraccin y transformacin de recursos naturales en bienes de consumo y satisfactores para la poblacin.

La actividad industrial incluye todos los procesos que constituyen desde exploracin, explotacin, transformacin hasta la obtencin de productos que finalmente son dirigidos al consumidor final, algunas actividades en la industria son: qumica, petroqumica, de plsticos, de papel, electrnica, metalrgica, maderera, fundicin, galvanoplstica, textil.

Cada una de estas industrias descarga volmenes considerables de aguas residuales, cuya naturaleza fisicoqumica depender del tipo de proceso.

Fuentes agropecuarias

Son los afluentes de instalaciones dedicadas a la crianza de ganado, as como las aguas de retorno de los campos agrcolas. Como consecuencia del uso de herbicidas, plaguicidas y fertilizantes, para el control de plagas y aumento de la productividad, las aguas arrastran restos de estos compuestos hasta los cuerpos receptores.

Fuentes pluviales

La contaminacin debida a escurrimientos de agua pluvial es de origen natural, se da principalmente por el arrastre de materia orgnica muerta, as como productos inorgnicos generados por la erosin en los suelos.

3.3 Sistemas de tratamiento

Tratamientos Fsicos

Los efluentes industriales que contienen elementos insolubles en suspensin son sometidos a tratamientos fsicos para separarlos, evitando de esa forma que contaminen o dificulten posteriores etapas del tratamiento.

Las sustancias ms comunes que se suelen encontrar en el efluente son: Materias grasas flotantes: grasas, aceites, hidrocarburos alifticos, alquitranes, etc. Slidos en suspensin: arenas, xidos, pigmentos, fibras, etc.

Los tratamientos fsicos ms comunes son:

Desbaste. Se retienen los slidos grandes mediante rejas adecuadas. La separacin entre barrotes de la reja vara segn el uso, tpicamente desde 100 mm a 3 mm entre barrote y barrote. Pueden poseer sistemas de limpieza automtica o manual.

Dilaceracin. Tiene por objeto desintegrar o triturar los slidos arrastrados. Los equipos clsicos son cilindros giratorios verticales con ranuras horizontales, en las cuales entran peines cortantes fijos. El agua entra al tambor y los slidos son triturados entre las ranuras y los peines.

Desarenado. Consiste en separar las arenas y otros materiales minerales. Se efecta en instalaciones que rascan la arena del fondo empujndola a fosas laterales, o mediante equipos continuos a presin.

Desaceitado. Se utilizan equipos que, mediante rasquetas en cintas transportadoras, hacen un barrido de fondo y de superficie, que permite a las gotas de aceite flotar y ser separadas.

Flotacin. Se mezcla el agua residual con agua a presin. Al salir ambas por un tubo se forman burbujas que arrastran a la superficie partculas de aceite o fibras que all se separan fcilmente.

Decantacin de lodos. Se usa un equipo en el que el agua se introduce en una campana por vaco, luego se abre una vlvula y el agua sale rpidamente por orificios en tubos en el fondo. Por la diferencia de densidad, el agua sube y los lodos no, por lo que stos se concentran en el fondo y son retirados mediante sifones. El agua clarificada queda en la superficie.

Filtracin. Es muy poco usual en el tratamiento de aguas residuales, y solo se efecta en caso que normas muy estrictas la requieran. Se usan tanques con grava, arena u otros medios filtrantes.

Desgasificacin. Consiste en separar gases o materias voltiles disueltas en el agua. Se efecta mediante flujo contracorriente con otro gas (que puede ser vapor de agua), con equipos de gran superficie de contacto, mediante pulverizacin y a veces con uso de rellenos.

Tratamientos Qumicos

Cuando los contaminantes estn disueltos, se recurre a tratamientos qumicos para precipitarlos, neutralizarlos, oxidarlos o reducirlos, segn corresponda.

A continuacin se mencionan los principales tratamientos y cundo se aplica cada uno:

Precipitacin. Se aplica a metales, txicos o no, como Fe, Cu, Zn, Ni, Be, Ti, Al, Pb, Hg, Cr. Estos metales precipitan en cierta zona de pH. Tambin se precipitan sulfitos, fosfatos, sulfatos, y fluoruros por adicin de Ca++. Precipitan como sales o complejos de hierro los sulfuros, fos