APUNTES

DE

ECOLOGIA I

1ER PARCIAL

CAPITULO I . CONTAMINACION Ar4BIENTAL.

PRINCIPALES.DEFINICIONES.

ANTROPOCENTRICO; r e f e r e n t e a l a n t r o p o c e n t r i s m o ^ que es l a d o c t r i n a o teoría que supone a l hombre como c e n t r o de todas l a s cosas.

EPIDEMIOLOGIA: c i e n c i a de l a evaluación estadística y conducta de muertes en p o b l a c i o n e s .

ETIOLOGIA: e l e s t u d i o de causas, orígenes o razones en e l caso de desórdenes o decesos determinados por d i a g n o s i s médica.

CARCINOGENO: s u s t a n c i a capaz de p r o d u c i r cáncer en e l organismo humano.

PERIODO DE LATENCIA: tiempo e n t r e e l i n i c i o de l a exposición a un contaminante y l a manifestación de l o s e f e c t o s adversos.

RAZONES POR LAS QUE ES IMPORTANTE UN CONTROL DE LA CONTAMINACION:

1. Salud y b i e n e s t a r humanos.

2. Cuidado de l o que queda de l a n a t u r a l e z a .

Los f a c t o r e s que impactan en e l p r i m e r o de l o s puntos son:

a. D e t r i m e n t o de l a s a l u d a n i v e l p e r s o n a l d e b i d o a agua, a i r e y a l i m e n t o s contaminados. Básicamente problemas de s a l u d i m p o r t a n t e s como l o s ocasionados por-: •

- p e s t i c i d a s c l o r a d o s , - m e t a l e s pesados, - asbesto,

en e l a i r e .

b. A n i v e l g l o b a l (masivo), d e t e r i o r o p r o g r e s i v o d e l h a b i t a t d e l ser humano r e s u l t a n d o en l a e v e n t u a l destrucción de especies humanas y t a l vez toda forma de v i d a .

2

La i d e a de que l a contaminación a m b i e n t a l nueva. Se sabe desde antaño que agua y están siempre asociados con enfermedades.

ANALISIS DE RIESGO.

Todo l o que se hace en l a v i d a i m p l i c a un r i e s g o , pero para d i s c u t i r l o c o n c e r n i e n t e a r i e s g o s debido a l a contaminación d e l ambiente es n e c e s a r i o e n t e n d e r l o s c r i t e r i o s en t o r n o a l o s miism.os.

Por ejemplo, se sabe p e r f e c t a m e n t e que fumar es per j uqí^c^al para l a s a l u d , y que e l humo d e l c i g a r r o c o n t r i b u y e s i g n i f i c a t i v a m e n t e a l cáncer pulmonar, obstrucción crónica pulmonar y enfermedades d e l corazón, no se d i c e que ésta es l a causa como en e l caso de v i r u s b i e n i d e n t i f i c a d o s que causan enfermedades conocidas, s i n o simplemente que c o n t r i b u y e s i g n i f i c a t i v a m e n t e , ¿cómo se puede d e c i r entonces que e l fumar es un f a c t o r que c o n t r i b u y e a esos m a l e s t a r e s s i no puede ser i d e n t i f i c a d o como l a causa? Este es un buen ejemplo de cómo l o s e f e c t o s de algunos contaminantes son determinados.

Muchas enfermedades han s i d o c o n t r o l a d a s de t a l forma que l a v i d a media d e l humano se ha prolongado, y l a s enfermedades d e l corazón y e l cáncer se han colocado cc>m.o l a s causas p r i n c i p a l e s de muerte; s i n embargo, se ha observado que l o s fumadores de c a s i toda su v i d a con f r e c u e n c i a han muerto de cáncer en e l pulmón. Pero ¿cómo d e t e r m i n a r de qué ha muerto l a persona?

Cc'n e l propósito de r e l a c i o n a r l a m.uerte por e l cáncer pulmonar con e l c i g a r r i l l o se debe demostrar que o c u r r e n más muertes e n t r e personas que fuman que en t r e ' l o s no furo.adc>re3. Para e s t o se u t i l i z a un c o e f i c i e n t e numérico llaiuado RAZON ESTANDAR DE MORTALIDAD (en inglés SMR, Standard M o r t a l i t y R a t i o ) , d e f i n i d o como:

, muertes, oh sentadas REM =

mueii.es. esperadas

es n o c i v a , no es a i r e contaminados

3

íLii e l caso p a r t i c u l a r de cáncer pulmonar:

REM=

a.. donde D5=muertes por cáncer pulmonar en una población dada

de fumadores.

Dns=muertes por cáncer pulmonar en una población dada de no fumadores, d e l mismo tamaño.

De acuerdo" a estadísticas D,=ll y Dns=l/ de manera que REM=11; por l o que se puede d e c i r que e l fumar c o n t r i b u y e s i g n i f i c a t i v a m e n t e a l cáncer pulmonar; o como se d i c e usualmente: e l fumar aumenta enormemente e l r i e s g o de muerte por cáncer pulmonar.

O t r a manera de expresar e l REM es por e l número de muertes debidas a una enfermedad por cada 100,000 h a b i t a n t e s . Por ejemplo, en USA hay 350, 000 muertes a l año por cáncer pulmonar a t r i b u i b l e s a l c i g a r r i l l o ; l a población en e l p a i s es de 240 m i l l o n e s . Luego e l r i e s g o de muerte asociado con l o s e f e c t o s d e l c i g a r r i l l o se puede e x p r e s a r como l o s decesos por cada 100,000 h a b i t a n t e s como:

350,000 _ 'x 240x10* ~ ioOOOO

donde x « 14 6

Í.O que s i g n i f i c a que l o s fumadores t i e n e n una p r o b a b i l i d a d de 146 en 100,000 de m o r i r de cáncer pulmonar.

Una t e r c e r a form.a de p r e s e n t a r estadísticas de r i e s g o es l a s muertes por una causa dada por cada 1, 000 decesos. Por ejemplo, hay unas 2.2x10® muertes/año en USA; 350,000 son debidas a cáncer pulmonar según l a s estadísticas, entonces:

350,000 _ X 2.2.Y10" "

donde X « 160

La s i g u i e n t e t a b l a muestra l o s decesos aproximados anualmente por cada 100,000 h a b i t a n t e s en USA:

4

Tabla 1. Decesos anuales por cada 10'' h a b i t a n t e s C a u s a s Muertes por cada i O'' Cardiovasculares 4 08 Cáncer 193 Obstrucción crónica pulraonar 31 Accidentes en vehículos motorizados 18.6 Al c oholi smo 11.4 Otras causas 208 Total todas estas causas 870

Análogamente, e l r i e s g o de muerte debido a una causa a m b i e n t a l se puede e x p r e s a r de t r e s maneras;

1. Riesgo de muerte por exposición a un contaminante a m b i e n t a l dado :

^ , mim.mueríes. p&frwtorcamarespeeifiea-. en.una. población, expuesta, al. conta Kvjiams lÜiM ^ —

nmi. muertes. pat:J.a,mimiaTe&ttsaten. mía. poolacion. similar, no. exp uesta

2. Riesgo de muerte por una causa dada:

num. muertes, asociadas, con. la. causa, en. un. tiempo, dado REM =

población, total, de. la. cual, todos, morirán, debido, a. a Ig una. causa

3. Riesgo de muerte por una causa dada:

mimero. de. muertes, asociadas, con. la. causa REM

total, de. muertes

EJEMPLO 1. Una p l a n t a que f a b r i c a plásticos de b u t a d i e n o está l o c a l i z a d a en B e a v e r v i l l e y l a atmósfera se enc u e n t r a s e r i a m e n t e contaminada con b u t a d i e n o , un sospechado carcinógeno. La razón de muertes por cáncer en l a comunidad de 8,000 h a b i t a n t e s es de 36 personas/año y e l t o t a l de decesos es de 106 personas/año. ¿Es B e a v e r v i l l e un l u g a r " s a l u d a b l e " p a r a

5

SOLUCION: pí'

De acuerdo a l a Tabla 1 en USA o c u r r e n 193 decesos/10^ h a b i t a n t e s (15.44 muertes/8,000 h a b i t a n t e s ) . También en USA o c u r r e n 2.2x10® muertes/año en una población de -240x10^; por l o cfue l a s muertes esperadas ©n 1.3. com.unidad, por c u a l q u i e r a de l a s causas, son:

22x10^ muertes / año x

240xl(f habí imites ~ S,OOOhahitantes

donde x= 73 muertes/año (por cada 8,000 h a b i t a n t e s )

Calculando e l r i e s g o en t r e s rormas

1.

^^^^J06muertes/año^^^^^

limuertes i an o

2.

^ . 36mu€rtes 'año x ^ ^ . , .•

S.OQOhabiUntes lOrhabitantes - 2.2 3 'Mi

donde x= 4 50 muertes por cada 100,000 h a b i t a n t e s

(que s i g n i f i c a un r i e s g o de 450 en 100, 000 para m o r i r de cáncer, c o n t r a 193 en 100,000 que se p r e s e n t a en t o d o e l p a i s según l a t a b l a ) .

REMidebido.a.sx]) osiaoii) ^ — « 0331 106 muertes de cáncer/año

d e l t o t a l de l a s muertes por año en l a misma comunidad.

(En USA o c u r r e n 2.2x10° muertes/año; es d e c i r ;

6

100, 000x(2.2x10^)4-240x10° « 916 muertes por cada 100, 000 h a b i t a n t e s , luego en todo e l p a i s se e s p e r a r l a un REM debido a exposición de 193/916 « 0.22)

En resumen.

1. E l r i e s g o de m o r i r en b e a v e r v i l l e es 1.45 veces mayor que en t o d o USA.

2. E l r i e s g o de m o r i r de cáncer en c u a l q u i e r año es 450/193=2.33 - (o 36/15.44) veces mayor en B e a v e r v i l l e que en todo USA,

3. E l r i e s g o de m o r i r , t e n i e n d o como causa p r i n c i p a l e l cáncer, es 0.339/0.22=1.54 veces mayor en B e a v e r v i l l e que en todo USA.

/

A pesar de l o s r e s u l t a d o s no es p o s i b l e d e c i r que l a atmósfera contaminada con b u t a d i e n o es l a causa de l o que aparentemente es un ambiente i n s a l u b r e . E l cálculo de un r i e s g o no es l a determinación de una causa.

L - +EPA Jha adoptado e l ccmcepto de unid a d de r i e s g o ccimo e l /riohqo^ que t i e n e un i n d i v i d u o a l exponerse a una concentración de 1 mg/m' de un con t a m i n a n t e en e l a i r e , o de

/ 10"^ g/1 de un contaminante en e l agua.

E l concepto de unidad de r i e s g o u t i l i z a una segunda definición de r i e s g o : cuáles son l a s p o s i b i l i d a d e s de m o r i r por un contaminante- en p a r t i c u l a r comparadas con e l r e s t o de formas de m o r i r .

Unidad de r i e s g o de v i d a , URV, (ULR en inglés), es e l r i e s g o de un. i n d i v i d u o a l exponerse a l a s c o n c e n t r a c i o n e s mencionadas de contaminantes d u r a n t e 70 años (una v i d a ) , m i e n t r a s que l a unidad de r i e s g o o c u p a c i o n a l i m p l i c a l a exposición d u r a n t e 40 horas/semana p o r 50 años (una v i d a de t r a b a j o ) .

7

EJEMPLO 2 . La EPa ha c a l c u l a d o que l a unidad de r i e s g o de v i d a por exposición a l dibromuro de e t i l e n o en e l agua es 0.85x10"", ¿Cuál es e l riesgc! de v i d a de un i n d i v i d u o que roraa agua a u r a n t e 5 años con una concentración prcsmedio de dibromuro de e t i l e n o de 5x10"" g/1?

SOLUCION:

Considerando como v a r i a b l e s a l tiempo y a l a concentración, es d e c i r , que Riesgo = f ( t , c ) , se puede d e c i r que:

Riesgo a t . c

o b i e n Riesgo = k i t c de donde

PJesqo

específicamente para e l URV:

URV = ksíCO años) ÍIO"" q/1)

de donde.

~ (TOXlíP)

considerando que e l Riesgo v a r i a en l a misma forma que URV a l cambiar e l tiempo^ y l a concentración Ki y k2 deberán de ser i g u a l e s , entonces:

r Riesgo UR V

t.c ~ (JO£mos)(m^gll)

C ÍJ j _ fcU i ,

Riesgo = '•'--/'^' (70años)a0^g/l)

8

s u s t i t u y e n d o v a l o r e s :

Riesen. (a85.10-'X5.vi?°J(5^10-g//), (70años)(l0^g/I)

que s i g n i f i c a un r i e s g o de 3 muertes en 10* h a b i t a n t e s .

Risscío

V o l u n t a r i o (fumadores;

i n v o l u n t a r i o (habitantes de una comunidad con a c t i v i d a d i n d u s t r i a l )

La construcción de una p l a n t a procesadora química es a c e p t a b l e generalmente s i e l r i e s g o i n v o l u n t a r i o de muerte por descarga a c c i d e n t a l es de menos de 1 en 1 millón.

PROBLEMA 1.1. (Pág. 13). Trabajadores de una p l a n t a química que produce plásticos moldeados de c l o r u r o de p o l i v i n i l o padecen de hemangioma, una forma de cáncer en e l hígado que generalmente es f a t a l . Se encontró que d u r a n t e 20. años de operación de l a p l a n t a , 20 empleados de l o s 350 en t o t a l que t u v o ^-m..pl£sísás^ en esos años, a d q u i r i r e r o n hemangioma. ¿Presenta l a p l a n t a en sus áreas de t r a b a j o un exceso de r i e s g o de cáncer? ¿qué c o n s i d e r a c i o n e s t i e n e n qué hacerse?

SOLUCION:

Asumiendo que l a enfermedad se a d q u i e r e solamente por l a s c o n d i c i o n e s de t r a b a j o que p r e v a l e c e n en l a p l a n t a :

Los enfermos promedio por año f u e r o n 20/20=' 1 persona,

l o s t r a b a j a d o r e s promedio por año 350/20 = 17.5,

luego, r e l a c i o n a n d o a 100,000 t r a b a j a d o r e s :

1 _ __x 17.5 ~ 100,000

de donde x « 5,714 enfermos por cada 100,000 fecbitanfc-es".

Asumiendo luego que e s t o s -enfermos han de m o r i r i r r e m e d i a b l e m e n t e , . se puede hacer una comparación con l a s muertes que o c u r r e n por año debido a o t r a s enfermedades t e r m i n a l e s de l a Tabla 1, como l a s enfermedades c a r d i o v a s c u l a r e s y e l cáncer, 408 y 193 decesos r e s p e c t i v a m e n t e . Por t a n t o , l a p l a n t a s i p r e s e n t a un exceso de r i e s g o de cáncer en sus áreas de t r a b a j o .

PROBLEMA 1.2. (Pág. 13). S i p o s t e r i o r m e n t e se o b t i e n e una información que no se t e n i a que i n d i c a que entre l o s habitantes d e l l u g a r donde se en c u e n t r a ubicada l a p l a n t a , que nunca habían t r a b a j a d o ahí, o c u r r e n 10 decesos por hemangic-ma/año por cada 100,000 h a b i t a n t e s , ¿cómo i n f l u y e e s t a información para dar r e s p u e s t a a l problema a n t e r i o r ?

SOLUCION:

Aparentemente se i n d u c i r l a a un e r r o r en l a r e s p u e s t a a n t e r i o r pero es i m p o r t a n t e saber l a i n f l u e n c i a que. t i e n e cada C'rganismio en l a r e s p u e s t a a n t e l a exposición a l contaminante ya que ésto i n f l u y e en e l promedio de decesos por año y sobre todo ha de i n f l u i r más n o t o r i a m e n t e en años p o s t e r i o r e s , cuando^ ya se haya acumulado un númiero mayor de -enfermos "próximos a morir''.

i)

y&-

... .. J

/POTOCO h,'l.

7"íT. H/í 3/:.:.,'-, ^

PROBLEMA 1.3. (Pág. 1 3 ) . ¿tX) La unidad_de r i e s g o de v i d a de arsénico contenido en a i r e es de 9.2x10"'. La EPA c o n s i d e r a a c e p t a b l e un r i e s g o a n u a l , para c u a l q u i e r f u e n t e en p a r t i c u l a r , de 10"'. Una fundición de cobre emite arsénico en e l a i r e con una concentración de 5.5 ug/m'' (5.5x10"" g/m") dentro de un r a d i o de l a p l a n t a de 2 m i l l a s . ; Es aceptable e l r i e s g o de l a p l a n t a con e s t a s emisiones de arsénico?

SOLUOION:

URV = k i { 7 0 años) (1 g/m')

de donde, Jr 9.2x10"'

~ <JOañoi)(lgltrf)

entonces.

Riesgo = k 2 t . c = kaiS.SxlO"'^ g/m'j (1 año)

de donde, j Riesgo

ki y k? son i g u a l e s por l o que:

Riesoo 9.2x10" (5.5x10" g / m')(Ía« o) (TOa.í? / nf)

ruego;

(9.2.T10" K5.5xlO"* e / Xlai? o) Riess,o - — ~„ -(\gl n^yj^año¿¡

Riesgo = 7x10"^°

Lo que s i g n i f i c a que e l r i e s g o de l a p l a n t a es mucho más b a j o que e l aceptable por l a EPA.

CONTAMINACION DEL AGUA,

PRINCIPALES DEFINICIONES.

ECOSISTEMA. Formas de v i d a ( p l a n t a s y animales) en su medio ambiente físico.

ECOLOGIA. E s t u d i o de l a s i n t e r r e l a c i o n e s e n t r e l a s formas de v i d a , unas con o t r a s , y con su ambiente.

TROFICO. R e l a t i v o a l a nutrición.

BIODEGRADACION. Proceso metabólico por e l c u a l orgánicos de a l t a energía son t r a s f o r m a d o s en compuestos de b a j a energía, CO2 y H2O.

EUTROFIZACION. Proceso de e n v e j e c i m i e n t o de l o s la g o s y o t r o s cuerpos a c u l f e r o s , c a r a c t e r i z a d o p o r e l e x c e s i v o c r e c i m i e n t o de v i d a acuática.

EPILIMNIO. La capa térmica s u p e r i o r de un l a g o .

METALIMNIO. La capa térmica i n t e r m e d i a de un l a g o .

HIPOLIMNIO. La capa térmica i n f e r i o r de un l a g o .

E l aspecto de l a contaminación d e l agua puede ser i m p o r t a n t e por dos f a c t o r e s :

1. E f e c t o s en l a s a l u d d e l i n d i v i d u o . ( N i v e l p e r s o n a l ) .

2. E f e c t o s en e l ecosistema acuático y en l a fauna marina. ( N i v e l g l o b a l ) .

2

Fuentes de contaminación d e l agua;

/""^^iduos f i n d u s t r i a l e s

)esechos agrícolas y

g u a s ^ negras )

errames dí petróleo y sus d e r i v a

dos

1. Los r e s i d u o s i n d u s t r i a l e s que con f r e c u e n c i a se descargan a l a s c o r r i e n t e s de agua c o n t i e n e n p r o d u c t o s químicos nuevos cada vez cuya descomposición e interacción química son poco conocidas, así como su aguda y crónica t o x i c i d a d .

2. Los e f l u e n t e s líquidos c a l i e n t e s d isminuyen l a s o l u b i l i d a d d e l oxígeno en e l agua y aumentan l a a c t i v i d a d metabólica de l a s e s p e c i e s acuáticas, ésta última in c r e m e n t a l a demanda de oxígeno.

3. Las aguas negras generalmente se descargan en ríos y pequeñas c o r r i e n t e s desde hace tiempo. En ciudades v i e j a s l o s d r e n a j e s se construían de manera que t a n t o l a s aguas negras como l a s de l l u v i a o tormentas se conducían en una misma tubería ( d r e n a j e combinado).

A l t r a n s c u r r i r e l tiempo y c r e c e r l a s p o b l a c i o n e s se h i z o e v i d e n t e l a n e c e s i d a d de t r a t a r l a s aguas negras de manera que se c o n s t r u y e r o n l o s d r e n a j e s separados, uno para c o n d u c i r

3

la s aguas p l u v i a l e s ( l l u v i a y tormentas) y o t r o para l a s aguas negras.

Las ciudades con d r e n a j e s combinados generalmente t i e n e n una p l a n t a de t r a t a m i e n t o de aguas, instalación cuya capacidad c a s i siempre es s u f i c i e n t e d u r a n t e l a época seca d e l año; m i e n t r a s que en época de 1 l u v i a s e l excedente se t i e n e qué pasar d i r e c t a m e n t e a l e s ríos, pequeñas c o r r i e n t e s y lagos en algunos casos.

4. Los desechos agrícolas y ganaderos, generalmente c o n s i s t e n t e s en l o s d r e n a j es de l a s g r a n j as, e s t a b l o s y r a s t r o s , se descargan en l a s c o r r i e n t e s de agua más cercanas,

5. Los sedimentos de l a erosión de l a t i e r r a c o n s i s t e n p r i n c i p a l m e n t e en m a t e r i a inorgánica, se descargan en l a s c o r r i e n t e s de agua y p r o v i e n e n de ope r a c i o n e s en g r a n j as, construcción y e x p l o t a c i o n de minas; sus e f e c r o s n o c i v o s son la i n t e r f e r e n c i a en l a ovulación de l o s peces a l formar capas de grava en l o s c r i a d e r o s , i n t e r f e r e n c i a en l a penetración de l a l u z a l a s c o r r i e n t e s de agua haciendo m.ás difícil l a búsqueda de a l i m e n t o s a l o s peces y daños d i r e c t o s a l a s br a n q u i a s de l o s mismos.

6. Los derrames de petróleo a l a s c o r r i e n t e s de agua, lagos y océanos dañan drásticamente a l o s peces, a l o s microorganismos y a l a s aves debido a l o s compuestos químicos s o l u b l e s en él c o n t e n i d o s .

7. Las aguas de mina causan contaminación por l a a l t a concentración de a z u f r e , ya que a l e n t r a r en c o n t a c t o con e l a.1 re se o x i d a n rápidamente a ácido sulfúrico, que es venenoso o^ara teda forma de v i d a .

ELEMENTOS DE LA ECOLOGIA ACUATICA.

Las p l a n t a s y l o s animales en su medio ambiente físico forman un ecosistema, a l e s t u d i o de un ecosistema se l l a m a ecología.

La f i g u r a 2-1 p r e s e n t a un ecosistema s i m p l i f i c a d o mostrando v a r i o s n i v e l e s tróficos. Dentro de un ecosistema están i n v o l u c r a d o s t r e s categorías de p a r t i c i p a n t e s , l o s p r o d u c t o r e s , l o s consumidores, y l o s organismos en decadencia.

4

T«wlir$p»es

t

Praykfg nantti 2

Figure 2-1 A typical land-based ecosystem.

5

Los p r o d u c t o r e s toman energía d e l s o l y n u t r i e n t e s como N y P d e l s u e l o , y a través d e l proceso de fotosíntesis producen compuestos químicos de a l t a energía. De e s t a manera, l a energía d e l s o l es almacenada en l a e s t r u c t u r a química de sus moléculas. Estos organismos generalmente se denominan autótropos.

Los consumidores son organismos que usan d i r e c t a m e n t e l a energía de l o s p r o d u c t o r e s por ingestión de l a s moléculas de a l t a energía; se enc u e n t r a n en e l segundo n i v e l trófico.

E l t e r c e r grupo son l o s organismos en decadencia, que usan l a energía c o n t e n i d a en r e s i d u o s animales y en animales y p l a n t a s muertos, y de e s t a manera c o n v i e r t e n l a s moléculas orgánicas en compuestos inorgánicos e s t a b l e s .

Los ecosistemas siempre muestran un f l u j o de energía y de n u t r i e n t e s ; e l f l u j o de energía siempre es desde e l s o l y a través de cada n i v e l trófico, m i e n t r a s que e l de l o s n u t r i e n t e s es cíclico. Los n u t r i e n t e s son usados por l a s p l a n t a s para hacer moléculas de a l t a energía que luego son descompuestos a l o s n u t r i e n t e s o r i g i n a l e s inorgánicos, l i s t o s para ser usados o t r a vez.

La cadena a l i m e n t i c i a d e l ecosistema se mantiene en balance dinámico haciendo l o s a j u s t e s n e c e s a r i o s ; por ejemplo, una sequía puede hacer que se genere poca h i e r b a de l a que se a l i m e n t a n l o s r a t o n e s de campo, haciendo que e s t e s se expongan a un depredador de e l l o s como l o es e l buho, l o s roedores se mantendrán en sus madrigueras para c o n s e r v a r l a especie h a s t a que haya más h i e r b a para a l i m e n t a r s e .

P e r t u r b a c i o n e s e x t e r n a s en cambio, pueden d e s t r u i r e l ecosistema; por ejemplo e l uso de un h e r b i c i d a puede d e s t r u i r no s o l o l a h i e r b a s i n o también una buena p a r t e de l a población de r a t o n e s de campo y en consecuencia d i s m i n u i r l a c a n t i d a d de buhos.

C u a l q u i e r ecosistema puede r e s i s t i r c i e r t o grado de alteración e x t e r n a , pero cuando e s t a perturbación es de mayor consideración se causan daños i r r e p a r a b l e s .

Hay ecosistemas que son muy e s t a b l e s , como l a s e l v a , m i e n t r a s que l a t u n d r a en Alaska y e l océano, por ejemplo, son muy frágiles.

Las c o r r i e n t e s de agua d e n t r o de l o s c o n t i n e n t e s también son muy e s t a b l e s pero no t o t a l m e n t e r e s i s t e n t e s a l a destrucción por f u e r z a s extrañas como metales pesados y orgánicos r e f r a c t a r i o s , e n t r e o t r o s .

6

E l f a c t o r que I n f l u y e en l a e s t a b i l i d a d de un ecosistema acuático es e l oxígeno d i s u e l t o pues toda forma de v i d a acuática r e q u i e r e de ese elemento p a r a s u b s i s t i r . Una c o r r i e n t e , río o l a g o que c o n t i e n e oxígeno d i s u e l t o se l l a m a a e r o b i o , m i e n t r a s que l a pérdida de oxígeno l e v u e l v e a n a e r o b i o .

BIODEGRADACION.

E l c r e c i m i e n t o de l a s p l a n t a s o fotosíntesis se r e p r e s e n t a por l a s i g u i e n t e reacción:

Nutrientes

Donde e l compuesto HCOH que se produce en l a reacción se denomina f o r m a l d e h i d o .

Las p l a n t a s u t i l i z a n l u z s o l a r como f u e n t e de energía y químicos inorgánicos como n u t r i e n t e s . Los p r o d u c t o s de l a reacción son s u s t a n c i a s de a l t a energía ya que s i se hacen r e a c c i o n a r con e l c a l o r r e q u e r i d o de ignición se desprende gran c a n t i d a d de c a l o r por combustión.

Los animales consumen esa energía en sus a l i m e n t o s que son l a s p l a n t a s y una p a r t e l a a s i m i l a n d u r a n t e l a digestión y o t r a l a desechan en l o s p r o d u c t o s de l a misma (excremento) que c o n t i e n e n compuestos p a r c i a l m e n t e e s t a b l e s . La energía de estos compuestos es a s i m i l a d a p o r o t r o s organismos a l usar esos r e s i d u o s como a l i m e n t o . Después de v a r i a s etapas se producen compuestos de b a j a energía que no pueden s er usados por o t r o s organismos (o l o s microorganismos) como a l i m e n t o . Solamente l a s p l a n t a s pueden u t i l i z a r e s t o s compuestos inorgánicos como n u t r i e n t e s .

DESCOMPOSICION AEROBIA Y ANAEROBIA.

La descomposición de compuestos y m a t e r i a l e s orgánicos o biodegradación puede o c u r r i r de dos maneras d i f e r e n t e s , a e r o b i a (usando oxígeno) o ana e r o b i a (en ausencia de oxígeno).

7

La reacción de l a descomposición a e r o b i a es l a s i g u i e n t e

Orvanico^.complejos ^ ^„ „ ,, —~ — + 02^ CO2 +H2O+compuestos, estables

(C ,H2,eíc.)

que es l a reacción que o c u r r e en l a descomposición de l o s r e s i d u o s f i n a l e s en p r e s e n c i a de b a c t e r i a s .

CO2 y H2O son siempre dos de l o s p r o d u c t o s f i n a l e s de l a biodegradación, ambos son e s t a b l e s , o de b a j a energía, y l a s p l a n t a s l o s u t i l i z a n en e l proceso de fotosíntesis.

Pi se en c u e n t r a n p r e s e n t e s S y P, a l f i n a l d e l proceso de biodegradación SO:' ( i o n s u l f a t o ) y ?0¿''' ( o r t o f o s f a t o ) serán sus formas más e s t a b l e s . La formación de compuestos e s t a b l e s de nitrógeno o c u r r e en v a r i a s etapas:

Orgánicos con N;—> NH3 (amoniaco) — > NO2" ( n i t r i t o ) >N03 ( n i t r a t o ;

La f i g u r a 2-3 r e p r e s e n t a e l c i c l o a e r o b i o de compuestos de carbón, a z u f r e y nitrógeno:

itltrogtDMt «drbonactout

Pf^lWtLIVIHe" / f • ANIHAL5 / ^ INITIAL

PRODUCTS

ANIHAL UIFE

I r«ff

OECOMPOSITION

Offlmonlo NH, CO, H,8

t PLAÑIS

INTERMEDIATE pROOucra

nttritw NO; CO, lulfur $

- * C O , f PLANT L I F E tí J

wt» NO; _ ^

nttcatM ' GOt wlfaiM SOT Figure 2-3 Aerobic nitrogen, carbón and sutfur cycles. [After P. H. McGauhey,

£ngmccrirtíMamiítfmcní(í/H^aterCi«i/ííy (New York: McGraw-Hill, 1968).]

8

La descomposición ana e r o b i a se r e p r e s e n t a por l a s i g u i e n t e reacción:

Orsani COS. comp/ejos —~ >( O. +C/i, + otros.compuestos, parcialmente.estables

(C,fí,.erc) ~ ' F F

que es e f e c t u a d a per organismos para l e s que oxígeno es tóxico.

La mayoría de l o s compuestos que se producen en e s t a reacción son i n e s t a b l e s , como e l metano, gas de a l t a energía que aún es capaz de descomponerse a compuestos e s t a b l e s , e l nitrógeno se e s t a b i l i z a como NH3 y S como H S gas.

La f i g u r a 2-4 r e p r e s e n t a l a descomposición ana e r o b i a de compuestos de C, N y S.

WASTE3 /

pfDtilnB fat i

LtVlNG ^ ANIMALS

nltrogMOHi uriwnacaow wilfurotw t T 8

Q O fNITJAL PFÍOOUCTS

OECOMPOSITION

grgonk ocldi CO,

LIFE ANIUAL

I protlifii

fats cOfttoft jrdroti • - ^ c o j

PLANT LIFE

LIVIN6 PUANTS O

± P oe iL » o.

COa humu« tn«t liona aulfirf«

CH4 (N,8)

INTERMEDIATE PRODUCTS

aRimonia CO, auJftdM

NH.

Figure 2-4 Anaerobic nitrogen, carbón and sulfijr cycles. (After P. H McGauhey, Engineering Management of Water Quality (New York: McGraw HiU. 1968).l

9

EFECTO DE LA CONTAMINACION DE AGUAS.

Cuando un m a t e r i a l orgánico de a l t a energía como e l de aguas negras es derramado en una c o r r i e n L e de agua inmediatamente empieza a o c u r r i r l a reacción de biodegradación o descomposición a e r o b i a (orgánicos + 0: = CO. +H:C + compuestos e s t a b l e s ) , l a c u a l toma oxígeno d i s u e l t o en e l agua para descomponer l o s compuestos orgánicos; conforme t r a n s c u r r e l a biodegradación l a concentración de oxigeno, OD, (DO en inglés) va disminuyendo y em.pieza a o c u r r i r también disolución de oxigeno d e l a i r e sobre l a c o r r i e n t e de agua, pero e l oxígeno que r e a c c i o n a es mayor que e l que se d i s u e l v e por u n i d a d de riempc, de manera que l a concentración instanLánea va siendo más b a j a hasta l l e g a r a un mínimo, s i n l l e g a r a c e r o . Cuando l a v e l o c i d a d de consumo de oxígeno por l a reacción va disminuyendo entonces l a composición empieza a aumentar hasta 1 l e g a r nuevamente c a s i a l punto de saturación. Esto se muestra en l a f i g u r a 2-5, que es e l r e s u l t a d o de un balance dinámicC' e n t r e e l oxigeno que l a c o r r i e n t e puede tomar de l a a t m c s f e r a y e l que usan l o s microorganismos.

Point of Pollution

Stream Flow

Oxygen Saturarion Levei

o "O > o Ul minimum D-O-5

Time (ord is tance downstream)

Figure 2-5 Dissolved oxygen downstream from a source of organic pollution. The curve depicts a DO sag without anaerobic conditions.

iO

Cuando l a concentración de OD b a j a c o n s i d e r a b l e m e n t e l a c o r r i e n t e se hace an a e r o b i a y como no e x i s t e oxigeno e l hidrógeno se f i j a a o t r o s elementos, como nitrógeno, para formar NH:i y a z u f r e para formar H:S, gases que se a d h i e r e n a m a t e r i a l sólido lodoso pues se d i s u e l v e n fácilmente en agua; estos gases hacen que e s t e m a t e r i a l f l o t e en c i e r r a s p a r t e s de l a c o m e n t e , y e l H S e m i t i d c , y en ocasiones C H 4 , d e l a t a n l a p r e s e n c i a de c o n d i c i o n e s anaerobias a gran d i s t a n c i a .

Otros i n d i c a d o r e s de t a l e s c o n d i c i o n e s son e l c o l o r d e l agua, generalmente negra, y l a p r e s e n c i a de c r e c i m i e n t o de hongos en f i l a m e n t o s que se a d h i e r e n a l a s r o c a s .

Las c o n d i c i o n e s de t u r b i d e z , m.ateria sólida asentada y b a j o OD c o n t r i b u y e n a l a disminución de algunas especies de peces, m i e n t r a s que l a s que son capaces de s o b r e v i v i r se m u l t i p l i c a n ; por ejemplo l a carpa y e l bagre son capaces de s o b r e v i v i r en aguas s u c i a s (fétidas) y tomar a i r e en l a s u p e r f i c i e d e l agua s i es n e c e s a r i o , en cambio l a t r u c h a r e q u i e r e de agua l i m p i a y f r e s c a para s o b r e v i v i r y no t o l e r a l a contaminación.

EFECTO DE LA C0NTAÍ4INACION EN LOS LAGOS.

El e f e c t o de l a contaminación en l o s l a g o s di f i e r e en v a r i o s aspectos de l o s r i o s y pequeñas c o r r i e n t e s . La l u z y l a tem p e r a t u r a t i e n e n i n f l u e n c i a s s i g n i f i c a t i v a s en un lago y deben ser i n c l u i d a s en un análisis limnológico. La l u z es una f u e n t e de energía para l a s r e a c c i o n e s de fotosíntesis y l a penetración de l a misma en un lago es i m p o r t a n t e . Esta penetración es logarítmica; por e j ampio a un p i e de p r o f u n d i d a d puede ser de unas 10, 000 unidades de l u z , a 2 p i e s puede ser de 1, 000 a 3 de 100 y a 4 solamente de 10. Solamente l a p a r t e más cercana a l a s u p e r f i c i e puede e x p e r i m e n t a r l a penetración de l u z y por t a n t o en esa zona o c u r r e n l a s r e a c c i o n e s de fotosíntesis.

La oemperatura t i e n e un e f e c t o n o t o r i o en un l a g o . La densidad m.áxima d e l agua es a 4 °C (más f r i a o más c a l i e n t e es menos densa; e l h i e l o , por t a n t o , f l o t a en e l agua l i q u i d a ) . E l agua también t i e n e b a j a c o n d u c t i v i d a d de c a l o r y además r e t i e n e e l c a l o r c o n t e n i d o .

Los lagos generalmente p r e s e n t a n una variación de te m p e r a t u r a en l a s d i f e r e n t e s e s t a c i o n e s debido a l a t e m p e r a t u r a ; en l a f i g u r a 2-9 se muestran e s t a s r e l a c i o n e s . Durante e l i n v i e r n o , asumiendo que e l lago no se congela, l a t e m p e r a t u r a es co n s t a n t e con l a p r o f u n d i d a d ; conforme se t i e n e un c l i m a más c a l i e n t e l a s capas s u p e r i o r e s d e l l a g o también se van ca l e n t a n d o , y puesto que e l agua t i e n e b a j a c o n d u c t i v i d a d

11

térmica y en l a s capas s u p e r i o r e s se v u e l v e más l i g e r a , se tendrá entonces un g r a d i e n t e de t e m p e r a t u r a que se conoce como estratificación térm.ica. Estos e s t r a t o s son muy e s t a b l e s y se p r e s e n t a aún d u r a n t e e l verano. La capa s u p e r i o r d e l lago se denomina e p i l i i n n i C / l a c e n t r a l n e t a l i m n i o y l a d e l fondo h i p o l i m n i o .

SttffOC*

Winter - 7 .

aottom

Spr.ng V

O 4 O 4

Temperature Í*C)

Summcr ¥ —

Eptljrnnion Mftollinnton — / i

- - 8

MypoHmnlwi I O 4 O 4

Temperature Í*C)

Figure 2-9 Typical temperature-depth relationships in a lake.

La circulación de agua o c u r r e solamente en una zona y debido a esto hay t r a n s f e r e n c i a de m a t e r i a l e s biológicos o químicos de manera l i m i t a d a a través de l a s capas.

Conforme e l c l i m a e n f r i a , l a t e m p e r a t u r a de l a s capas s u p e r i o r e s disminuye y se v u e l v e n menos densas.

12

En l a f i g u r a 2-10 se p r e s e n t a n l a s r e a c c i o n e s bioquímicas en un l a g o n a t u r a l ,

Un r i o que a l i m e n t e a l l a g o contribuirá con C, y P como orgánicos de a l t a energía o como compuestos de b a j a energía. Las a l g a s toman C, N y y con e l uso de energía s o l a r producen compuestos de a l t a energía; pequeños animales acuáticos se a l i m e n t a n de l a s algas y a su vez l o s peces más grandes se a l i m e n t a n de aquéllos. Estos animales acuáticos defecan y, j u n t o con l o s anim.ales y p l a n t a s gue mueren generan carbón orgánico d i s u e l t o . Las b a c t e r i a s e x i s t e n t e s en e l agua consumen ese carbón orgánico y producen CO--, que j u n t o con e l que se d i s u e l v e de l a atmósfera y e l e m i t i d o por l a respiración de i o s animales acuáticos, es u t i l i z a d o p or l a s algas en l a fotosíntesis.

En un lago no contaminado l a s c a n t i d a d e s de C, N y P son s u f i c i e n t e m e n t e pequeñas para l i m i t a r l a producción de a l g a s , por t a n t o l a p r o d u c t i v i d a d d e l sistema ecológico completo está también l i m i t a d a .

Cuando a l lago i n g r e s a n excesos de C, N y P l a producción de al g a s y de peces crece de manera i n c o n t r o l o d a , de manera que

13

a l m o r i r e s t o s organismos van a l fondo y l a s b a c t e r i a s que i n t e r v i e n e n en su descomposición (biodegradación) consumen exceso d e l oxigeno d i s u e l t o de t a l forma que merman consi d e r a b l e m e n t e su concentración en e l agua y se crean c o n d i c i o n e s a n a e r o b i a s . Por t a n t o , toda l a a c t i v i d a d aero-biológica ocurrirá en capas s u p e r i o r e s d e l agua; algas c r e c i e n d o y generando oxígeno a r r i b a y l a s b a c t e r i a s consumiendo éste en e l fondo; e s t e proceso genera t u r b u l e n c i a y ésta r e s t r i n g e l a penetración de l a l u z promoviendo tarrJoién e l c r e c i m l e n t o de a l g a s solamente en l a s u p e r f l e l e disminuyendo con e s t o l a c a n t i d a d de oxígeno d i s u e l t o (DO en l a s capas s u p e r i o r e s de agua d e l l a g o y que también se v u e l v e n a n a e r o b i a s ; debido a e s t o l a s a l g a s crecen solamente en l a s u p e r f i c i e en grandes c a n t i d a d e s y p o s t e r i c r m e n t e mueren.

El proceso completo se l l a m a eutrofización y o c u r r e n a t u r a l m e n t e en p e r i o d o s l a r g o s de tiempo, pero l a adición de n u t r i e n t e s l a a c e l e r a c o n s i d e r a b l e m e n t e . E l fósforo sien-pre está 1 i m i t a d o por l o que su adición es e f e c t i v a .

Los a p o r t a d o r e s p r i n c i p a l e s de n u t r i e n t e s son e l excremon-o y, en mayores c a n t i d a d e s , l o s d e t e r g e n t e s sintéticos f e r t i l i z a n t e s . Se esti m a que d e l t o t a l de P descargado en l:;s lagos de USA - v i e n e de l o s a r r a s t r e s de sólidos de t i e r r : ; ; ^ de a g r i c u l t u r a , de l o s d e t e r g e n t e s y e l r e s t o , ^, de o t r a s f u e n t e s .

En g e n e r a l , se c o n s i d e r a que una concentración de fósforo de 0.01 a 0.1 mg/1 es s u f i c i e n t e para a c e l e r a r l a eutrofización. Los e f l u e n t e s de l a s p l a n t a s de t r a t a m i e n t o de aguas negras c o n t i e n e n 5-10 m.g P/1; un río c o r r i e n d o cerca de una g r a n j a l l e v a 1-4 mg P/1. E l movimiento en un río e v i t a l o s problen.as de l a a l t a concentración de P, de manera que 1 a acumu i. se i en de algas no o c u r r e . La e u t r o f i zación se p r e s e n t a solamten-o en la g o s , lagunas, e s t u a r i o s y c o r r i e n t e s l e n t a s . La relación P:N;C r e q u e r i d a para e l c r e c i m i e n t o de l a s algas es de 1:16:100.

METALES PESADOS Y SUSTANCIAS TOXICAS.

La contaminación por metales pesados y o t r a s s u s t a n c i a s tóxicas generalmente se da por l a descarga de e f l u e n t e s l i q u i d e s en ríos, mares y océanos por p a r t e de l a s i n d u s t r i a s quimLÍcas .

Uno de l o s contaminantes más p e l i g r o s o s es e l m e r c u r i o , que en e l agua es me t l i a d o por l o s organismos acuáticos y que p o s t e r i o r m e n t e es consumido por l o s peces y l a s o s t r a s y en

e s t a foEma l l e g a a l humano. E l m e t i l m e r c u r i o es un veneno neurológico muy f u e r t e .

As, Cu, Pb y Cd se d e p o s i t a r agua l o c a l i z a d o s en l a s zonas f e r r o s a s . Tarrljién se encuentran e e f l u e n t e s i n d u s t r i a l e s . Los e f l ' . g a l v a n o p l a s t i a y refinerías e l e c t número de metales pesados; ésto; tóxicos para l o s peces y dañinos p

c — I ;

V j r r i entes de l a s f u n c i o i o n e s no .as l e mina y o t r o s : l a i n d u s t r i a de

ooni i e n E n un gran

EFECTO DE LA CONTAI^INACION EN LOS OCEAJ^OS.

A pesar de su inmensidad, l o s océanos sen eoos_£0-:-:..a5 y:::-y frágiles debido a que en m i l l o n e s de años ha oa.-r - ~ ~ " . : y poco l a s características de su solución componenoe I ; : L : . Debido a e s t a c o n s t a n c i a l o s organismos no t o l e r a n :ar"r_:s a i a b i e n t a l es y son muy s u s c e p t i b l e s a l a c o n t a m i n a c t : n.

Un mapa d e l fondo d e l océano i n d i c a que hay '-v^zi p r i n c i p a l e s , l o s bancos c o n t i n e n t a l e s y les p r o f u n d o s . Los p r i m e r o s son l o s más p r o d u c t i v o s en r u a i t : r. a l i m e n t o s se r e f i e r e , e s p e c i a l m e n t e l o s próxirr.os 3 l ; f e s t u a r i o s ; pero son también l o s que r e c i b e n l a mayor áes:ií\ de c o n t a m i n a n t e s .

MEDICION DE LA CALIDAD DEL AGUA.

Antes de c o n t r o l a r l a c a l i d a d d e l agua obviamente se debe medir l a c a n t i d a d de contaminantes en e l l a ; s i n embargo, e l p r i m e r problema que se puede p r e s e n t a r es que en algunas ocasiones e l contaminante es desconocido, y un segundo problema es que l o s contaminantes generalmente se encu e n t r a n en muy b a j as c o n c e n t r a c i o n e s , por l o que se r e q u i e r e de métodos muy p r e c i s o s .

La concentración de !Los contaminantes generaImenre en términos de mg/1, y como l a densidad d e l agua concentración es mu v' b a ~ a "i < 10 rr o _ , s u s cu i v a i ei mg/l = ] ppm \se r e l a c i o n a sólido,- 11 qu_do • .

Otra un i dad es e l %, que r e l a c i o n a s ó 11 GO / s ó - i do, y 1 10, 000 ppm, es d e c i r , 1 ppm 10"^ \, '.o 1 ppm = 1 g/ton) .

se expresa es 1 y l a

i t e es de 1

MUESTREO.

Básicamente hay t r e s t i p o s de muestras:

1. de pu n t o , 2. de compósito, 3. de compósito de f l u j o ponderado.

La de punto i m p l i c a simplemente l a medición en un punto y r e p r e s e n t a l a c a l i d a d d e l agua en e l momento o e l muestreo pero no i n d i c a nada acerca de l a misma antes o después ae^ muestreo.

La muestra de compósito se o b t i e n e tomando v a r i a s muestras de punto y mezclándolas.

La muestra de com.pósito con f l u j o ponderado es semejante a l a de compósito pero l a c a n t i d a d de cada muestra debe ser p r o p o r c i o n a l a l f l u j o en e l momento d e l muestreo.

OXIGENO DISUELTO.

Una de l a s más i m p o r t a n t e s m,edi clones de l a c a l i dad d e l agua es l a d e l oxigeno d i s u e i t o , OD; (DO en inglés). Aunque es poco s o l u b l e en agua, e l oxigeno es fundam.ental para l a v i d a acuática, s i n él l o s ríos y l o s lagos son i n h a b i t a b l e s . La s o l u b i l i d a d d e l agua es inversamente p r o p o r c i o n a l a l a

2

te m p e r a t u r a y su v a l o r máximo a t e m p e r a t u r a ambiente es de un promedio de 9 mg/1, como se observa en l a s i g u i e n t e Tabla:

TEMPERATURA DEL AGUA,

3C

CONCENTRACION DE SATURACION CE OXIGENO EN AGUA, mg/1

14 . 6 1 's

Los i n s t r u m e n t o s que se u t i l i z a n para medir l a concentración de oxígeno se basan en e l p r i n c i p i o de operación de l a c e l d a galvánica. £n l a f i g u r a 3-1 se muestra un diagrama s i m p l i f i c a d o de e s t e equipo.

Si e l e c t r o d o s de Pb y Ag se ponen en c o n t a c t o con una solución electrolítica, conectados a un microamperímetro, ocurrirá l a s i g u i e n t e reacción en e l e l e c t r o d o de plomo:

Ph + 20//" •-> PhO + /AO + 2e

por l o que se l i b e r a n e l e c t r o n e s que f l u y e n a través d e l microamperímetro h a s t a e l e l e c t r o d o de p l a t a , donde o c u r r e es t a o t r a reacción:

y s i no hay oxígeno d i s u e l t o e l microamperímetro no registrará c o r r i e n t e alguna. E l i n s t r u m e n t o se c o n s t r u y e de t a l forma que l a e l e c t r i c i d a d r e g i s t r a d a es p r o p o r c i o n a l a l a concentración de oxígeno en l a solución.

3

MJcroommalar

DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO.

Tal vez más i m p o r t a n t e que l a determinación d e l oxigeno d i s u e l t o es l a medida de l a v e l o c i d a d en que éste es usado. Una b a j a v e l o c i d a d de consumo i n d i c a que se t r a t a de agua l i m p i a o que l o s microorganismos e x i s t e n t e s no consumen l o s orgánicos d i s p o n i b l e s . Una t e r c e r a p o s i b i l i d a d es que l o s microorganismos están muertos o muriendo.

l a v e l o c i d a d con que se usa e l oxigeno comúnmente se denormna demanda bioquímica de oxígeno, DBO; ¡BOD en inglés).

La demanda bioquímica de oxígeno es l a c a n t i d a d de oxígeno r e q u e r i d a p or l a s b a c t e r i a s y o t r o s microorganismos m i e n t r a s están e s t a b i l i z a n d o l a m a t e r i a orgánica de g r a d a b l e .

La demanda bioquímica de oxigeno se puede medir l l e n a n d o dos b o t e l l a s de agua de una c o r r i e n t e / midiendo e l OD en una de e l l a s y colocando (sumergiendo) l a o t r a en l a misma c o r r i e n t e para d a r l e l a s c o n d i c i o n e s que ésta t i e n e ; después de unos días se mide e l OD a l a segunda b o t e l l a . La d i f e r e n c i a en n i v e l e s de oxígeno es l a DBO, (se expresa en mg/1).

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Las v a r i a b l e s que i n f l u y e n en l a medición de l a DBO son:

- t e m p e r a t u r a - l u z - tiempo

La t e m p e r a t u r a aumenta 5 1 q n i f i ca 11vamen t e l a a c t i v i d a d me Labó 1 i c a de l o s mi o r o o r gan i smo s y con e 5 o o l a ve 1 o e l dad en que se consumLe e l oxígeno.

E l tiempo es importanoe porque conforme t r a n s c u r r e se va incrementando e l uso de oxlcreno.

La p r e s e n c i a de l a 1 1 fa'.'ireoe l a fotosíntesis de l a s algas c o n t e n i d a s en e l az/.a o:r l o que ó_ferenoes c a n t i d a d e s de l u z a f e c t a n a l a p o r t e ce oxigeno, es d e c i r , su concentración f i n a l en e l acua.

Decido a e s t o , l a s pruebas de medición de l a DBO se han e s t a n d a r i z a d o de l a s i g u i e n t e manera: en l a o b s c u r i d a d , a 2C ° C y por 5 días; per l o que e s t e parámetro medido en ese oiempo se aefi:-.e t : r : l a de 5 días o DBO:. Casi universalmenoe se ^ i - i . z b . una b o t e l l a do 300 mi de volumen.

larrrMon es días, o CO.C

t e n e r DBO de 2 días, 1 0

S i se mide e l CD en v a n a s nueso^^as cada día, por 5 días, se puede o b t e n e r un grá f 0 1 r :r.o e l s 1 g u i e n t e { f i g u r a 3 - 3 ) :

Oxygen

(dayt)

Figure 3-3 Typica! oxygen uptake (use) curves in a BOD test.

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En e s t a f i g u r a l a muestra de l a curva A i n i c i a l m e n t e tenía una concentración de 8 mg/i y después de 5 días baió hasta 2 mg/1, de manera que l a DBOi; es de:

8 mg/1 - 2 mg/1 ^ 6 mg/1

La curva B i n d i c a gue en 2 días se consumiió e l OD de l a muestra, de manera que s i se h u b i e r a medido después de 5 días, se habría encontrado una concentración t a l que l a DBO sería de más de 8 mg /1 pero no se sabe cuánto más se habría usado; en l o s que se t i e n e n más do 8 mg/1 se hace una dilución de l a muestra. Suponiendo que l a muestra de l a curva C es en r e a l n o a d una muestra de 3 d i l u i d a en un f a c t o r de

= 40mg! l 01

Si en l u g a r de suspender l a prueba de medición de oxígeno d i s u e l t o a l o s c i n c o días se p e r m i t e que p r o s i g a n l a s r e a c c i o n e s de consumo de oxígeno y se mide e l oxigeno, se puede o b t e n e r una curva de demanda bioquim.ica de oxigeno que de p r o n t o se incrementa después de l o s c i n c o días; como se observa en l a f i g u r a 3-4; e s t o se debe a l uso de oxígeno, por p a r t e de l o s microorganismos para descomponer e l nitrógeno de l o s compuestos orgánicos para e s t a b i l i z a r l o como N O 3 " .

DAY Figure 3-4 Long-term BOD. Note that BOD it includes nitrogenous as well as

the ullimate carbonaceous BOD (L^).

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Es i m p o r t a n t e r e c o r d a r que l a DBO es una medida d e l uso d e l oxígeno, o d e l uso p o t e n c i a l de oxi g e n o . Un e f l u e n t e con una a l t a DBO puede ser p e l i g r o s o para una c o r r i e n t e de agua s i e l consumo de oxígeno es s u f icientem.ente grande para causar c o n d i c i o n e s a n a e r o b i a s . Obviamente un pequeño f l u j o de e f l u e n t e descargando a un río grande tendrá un e f e c t o d e s p r e c i a b l e , independientemente de l a magnitud de l a DBO ocasionada. S imilármente, un f l u j o grande de e f l u e n t e puede a f e c t a r s e r i a m e n t e a una c o r r i e n t e aunque l a DBG sea tenga un v a l o r b a j o . De acuerdo a e s t o , l o s i n g e n i e r o s se r e f i e r e n a l término ' ' l i b r a s de DB3", un v a l o r c a l c u l a d o a l m u l t i p l i c a r l a concentración (DBC/ por e l f l u ^ o y un f a c t o r :

01 a ; xd

La DBO de l a s aouas negras es a i r e ledo r de 2J"J o:g/1, n i en t ras que l a de l o s e f l u e n o e s i n d u s t r i a l e s os oe 3 0 , 3 0 0 mg/1; en base a esoos v a l o r e s y e l f l u : c se puooo hacer una estimación

DEMAJsIDA QUIMICA DE OXIGENO.

Otro concepto que se u t i l i z a con f r e c u e n c i a en l a medi c l o n de l a c a l i d a d d e l agua es l a demanda química de oxígeno, DQO (COD en inglés) . S i l o s orgánicos en e l agua se o x i d a r a n qu imicamente en l u g a r de biológicamente 1 a oxidación se efectuaría en minutos en l u g a r de d i a s .

Debido a que en una prueba de DQO c a s i todos l o s orgánicos se ox i d a n y solamente algunos son descompuestos en una prueba de DBO e l v a l o r de DQO siempre es mayor que e l de DBO, Un ejemplo son l o s r e s i d u o s de l a s p u l p a s de madera, en l o s que compuestos como l a ce J u l o s a se o x i d a n fácilmente por medios químicos, m i e n t r a s que se desccm.pone muy lentamente por medios b i elogíeos.

El agente o x i d a n t e que se u t i l i z a generalmente es e l d i c r o m a t o de p o t a s i o . Una c a n t i d a d conocida d e l comipuesto se a d i c i o n a a l a muestra de agua y se h i e r v e en medio ácido; l a reacción que o c u r r e es:

C\H^O, + Crfi-"- 4- fí ~ CO, + H,0 + Cr' (no balanceada)

e l exceso de d i cromato se mide por l a adición de un agente r e d u c t o r como s u l f a t o de amonio y f i e r r o ( + 2 ) . La d i f e r e n c i a

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e n t r e e l t o t a l de cromato añadido a l a muestra de agua, y e l cromato l i b r e determinado es e l que se utilizó en l a oxidación de orgánicos. Obviamente, cuanto más cromato se use para descomponer l o s orgánicos, mayor será e l v a l o r de DQO.

CARBON ORGANICO TOTAb.

Como e l compuesto más e s t a b l e d e l carbón es e l CO:- l a combustión t o t a l de una n u e s t r a dará información s i g n i f i c a t i v a sonre l a c a n t i d a d de carbón p r e s e n t e en e l l a .

CURBIDEZ.

El agua que no es c l a r a s i n o " s u c i a " , en e l s e n t i d o de que l a transmisión de l a l u z es i n h i b i d a , se l l a m a agua t u r b i a .

Recientemente se han d e s a r r o l l a d o nefelónetros, que son ictómetros que mdden l a i n t e n s i d a d de l u z d i s p e r s a d a .

Las partículas opacas que causan l a t u r b i d e z hacen que l a l u z se d i s p e r s e , de manera que l a l u z d i s p e r s a d a , medida a un ángulo de 90° d e l rayo i n c i d e n t e de l u z , es p r o p o r c i o n a l a l a t u r b i d e z .

COLOR Y OLOR.

El c o l o r y e l o l o r , j u n t o con l a t u r b i d e z , son l o s llamados parámetros físicos de l a c a l i d a d d e l agua potabJe. S i e l agua t i e n e algún c o l o r o huele mal, e l humano e v i t a su consumo i n s t i n t i v a m e n t e . E l c o l o r y e l o l o r generalmente son causados por s u s t a n c i a s orgánicas como a l g a s o compuestos húmicos ( d e l m a n t i l l o ) .

El c o l o r se mide p or comparación con estándares. E l agua ooloreada hecha con c l o r o p l a t i n a t o de p o t a s i o , cuando se combina con c l o r u r o de c o b a l t o , a d q u i e r e e l c o l o r de aguas n a t u r a l e s .

E l o l o r se mide por d i l u c i o n e s s u c e s i v a s de l a muestra con agua i n o d o r a h a s t a que aquél desaparece (no se d e t e c t a ) . Esta prueba depende obviamente d e l s e n t i d o d e l o l f a t o de qu i e n hace l a prueba.

pH.

El pH es l a medición de l o s iones hidrógeno, H", que se supone se produce por l a disociación de ácidos* Una solución

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acida t i e n e un exceso de iones hidrógeno, m i e n t r a s que una a l c a l i n a t i e n e una d e f i c i e n c i a de l o s mismos.

El agua pura, HOH, se d i s o c i a muy lentamente de acuerde a l a reacción:

HTO = H'" 4- OH" l o g K - - 1 4 K - 10^''

o b i e n , OH- ^ 1 0 -14

donde.

OH

concentracion.de. iones, hidrogeno, mol 11

= conceniracion.de .iones.hidroxilo, mol! l

a l d i s o c i a r s e e l agua pura, l a s c o n c e n t r a c i o n e s de l e s son i g u a l e s , es d e c i r , l a solución es n e u t r a :

1 enes

/ r = 1 0 -14

= 10 '

H' = OH- =10"

Si l a concentración de H' es 10 " m.ol/1 l a concentración de iones OH" será:

OH- 1 0 " _ 10"'"

'H'] ~ 10"' -\0'-'mo¡ •!

Tal solución es acida puesto que cont_ene una mayor cC'n cent ración de : os i ones H" que l a de l a neut r a l i d a d .

Er: l u g a r de hab-ar de l a concen oración ce l o s iones en términos de mol/1 se usa una forma más s e n c i l l a , e l pH, que es e l l o g a r i t m o n e g a t i v o de l a concentración de l o s iones hiarógeno:

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pH=^~\ogH' =\og 1

H •+

o b i e n .

de manera que una solución n e u t r a , de concentración de iones H* IC" mol/1, t i e n e un pH=7.

De e s t a forma, cuanto menor sea e l v a l o r d e l pH mayor será l a concentración de l o s mismos pero menor será l a concentración de l o s iones CH'.

Los i n s t r u m e n t o s más com.únmente usados para medir e l pH son l o s potenciómetros, que c o n v i e r t e n l a señal de concentración de iones hidrógeno a una señal de c o r r i e n t e eléctrica.

SOLIDOS EN SUSPENSION.

Los sólidos en e l agua son e l r e s i d u o de l a evaporación a 103 • C; l o s sólidos medidos en e s t a forma son e l t o t a l de sólidos pero en r e a l i d a d e l agua puede c o n t e n e r sólidos d i s u e l t o s y sólidos en suspensión, t a l es e l caso de s a l y arena puestas en agua.

La separación de l o s sólidos suspendidos, de l o s sólidos s o l u b l e s (o de l a solución) , se hace por m.edio d e l c r i s o l de Gooch, que se muestra en l a f i g u r a 3-5. La fracción de sólidos suspendidos se r e t i e n e en e l f i l t r o d e l c r i s o l y l a de l o s d i s u e l t o s pasa en e l agua; l a c a n t i d a d de aquéllos se dete r m i n a p or d i f e r e n c i a s de pesos y se expresa en mg/1.

Fitttr

/

Figure 3-S The Gooch crucible for suspended solids (with filter) and the evaporating dish for total solids.

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Los sólidos también se pueden c l a s i f i c a r de acuerdo a su comportamiento con l a t e m p e r a t u r a en sólidos volátiles y s o l i d o s f i j o s . Generalmente i o s orgánicos son sólidos ••./o 1 á t i 1 e s que a 500 "C se de s compon en y vo 1 a t i 1 i z an, se queman.

M: i'RCGENO.

Ni trógeno so puede e n c o n t r a r enlazado químicamente en d i f e r e n t e s formas:

c o n t am1na c i o n reo 1 ente

orgánico ^ (aminoácidos

y aminas)

-> NH3 (am^oniaco)

^ N2Ínorgánlco-NK¿-NO;"-N03~ nube contarain ción hace tiempo

muestra

muestra > análisis por métodos colorimétricos por adición de r e a c t i v o s específicos.

c o l o r a concentración

La i n t e n s i d a d d e l c o l o r ícolorimeores), en l a f i g u r a g e n e r a l de l o s elementos de un

es medida con fotómetros 3-6 se p r e s e n t a e 1 diagrama f otóm.etro.

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m Ljght Sourct

Filttr Sampit Photocall Ammatir

Figure 3-6 Elements of a filter photomeler.

FOSFATOS.

Fós f o r o t a n b i én se puede e r c o r . r r a r en ccmpues t o s orgánicos a s i corriO en inorgánicos

orgánico d e t e r g e n t e s sintéticos

acc i ón biológica

inorgánico ( a l i m e n t o s y de sechos humanos)

-> p l a n t a s

E l t r a t a m i e n t o que se da a l a muestra se i l u s t r a enseguida:

m.uestra—^ ebullición (medio ácido)

forma inorgánica

-^análisis por meto dos colorimétricos {con r e a c t i v o s que generan un c o l o r )

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METALES PESADOS.

Todos l o s metales pesados generalmente se a n a l i z a n p or métodos o i n s t r u m e n t o s capaces de d e t e c t a r l a s b a j a s c o n c e n t r a c i o n e s de e l l o s en e l agua; l o s métodos más comúnmente usados son e l de absorción atómica y e l de plasma (ICP).

ORGANICOS TOXICOS EN TRAZAS.

Las c o n c e n t r a c i o n e s extremaaamente b a j a s de l o s h i d r o c a r b u r o s c l o r a d o s y o t r o s r e s i d u o s agroquímicos en agua pueden a n a l i z a r s e p or cromatografía de gases.