Contaminación del agua por materia orgánica y microorganismos

08 noviembre 2007

 

Contaminación por materia orgánica y microorganismos
 
La mayoría de la materia orgánica que contamina el agua procede de desechos de alimentos, de aguas negras domésticas y de fábricas, y es descompuesta por bacterias, protozoarios y diversos organismos mayores. Ese proceso de descomposición ocurre tanto en el agua como en la tierra y se lleva a cabo mediante reacciones químicas que requieren oxígeno para transformar sustancias ricas en energía en sustancias pobres en energía. El oxígeno disuelto en el agua puede ser consumido por la fauna acuática a una velocidad mayor a la que es  reemplazado desde la atmósfera, lo que ocasiona que los organismos acuáticos compitan por el oxígeno y en consecuencia se vea afectada la distribución de la vida acuática.
Una medida cuantitativa de la contaminación del agua por materia orgánica (sirve como nutriente y requiere oxígeno para su descomposición) es la determinación de la rapidez con que la materia orgánica nutritiva consume oxígeno por la descomposición bacteriana y se le denomina Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). La DBO es afectada por la temperatura del medio, por las clases de microorganismos presentes, por la cantidad y tipo de elementos nutritivos presentes. Si estos factores son constantes, la velocidad de oxidación de la materia orgánica se puede expresar en términos del tiempo de vida media (tiempo en que descompone la mitad de la cantidad inicial de materia orgánica) del elemento nutritivo.
La DBO de una muestra de agua expresa la cantidad de miligramos de oxígeno disuelto por cada litro de agua, que se utiliza conforme se consumen los desechos orgánicos por la acción de las bacterias en el agua. La demanda bioquímica de oxígeno se expresa en partes por millón (ppm) de oxígeno y se determina midiendo el proceso de reducción del oxígeno disuelto en la muestra de agua manteniendo la temperatura a 20 ºC en un periodo de 5 días. Una DBO grande indica que se requiere una gran cantidad de oxígeno para descomponer la materia orgánica contenida en el agua.
 
El agua potable tiene una DBO de 0.75 a 1.5 ppm de oxígeno y se considera que el agua está contaminada si la DBO es mayor de 5 ppm. Las aguas negra municipales contienen entre 100 y 400 ppm pero los desechos industriales y los agrícolas contienen niveles de DBO del orden de miles de ppm. La reducción de los niveles de DBO se hace mediante tratamiento de aguas negras.
 
Valores típicos de Demanda Bioquímica de Oxígeno para aguas de diferente calidad.   
 
Tipo de agua 
DBO mg/L
0.75 a 1.5
Agua poco contaminada
5 a 50
Agua potable negra municipal
100 a 400
Residuos industriales
5 00 a 10 000
 
A la descomposición de la materia orgánica en presencia de oxígeno se le llama aerobiosis y es el proceso más eficiente para liberar la energía de la materia orgánica. Por ejemplo, la aerobiosis de la glucosa (C6H12O6) se puede representar mediante la ecuación química:
  C6H12O6  + 6 O2  —–>  6 CO2  +  6 H2O 
                   DH = – 3600 cal/g
 
La descomposición aeróbica de las proteínas que contienen nitrógeno y azufre (representadas por la fórmula general (CxHyOzN2S ) se puede representar mediante la ecuación química no balanceada:
 CxHyOzN2S +  O2  ——–>  CO2+ H2O + NH4+  + SO42- 
  proteína + oxígeno —–> bióxido de carbono + agua + ion amonio + ion sulfato
                      DH = – 5090 cal/g
 
Cuando la materia orgánica que contamina al agua se ha agotado, la acción bacteriana de la desoxigenación de las aguas contaminadas oxida al ion amonio, proceso denominado nitrificación, se puede representar mediante la ecuación química iónica:
   NH4+  +  2 O2  ——>  2 H+   + H2O  +  NO3- 
   ion amonio + oxígeno             ion hidrógeno + agua + ion nitrato
                 DH = – 4350 cal/g
A los procesos de descomposición bacteriana anaeróbica (en ausencia de oxígeno) de la materia orgánica se le llama anerobiosis. A la descomposición anaeróbica  (por enzimas producidas por levaduras) de los carbohidratos o azúcares se le llama fermentación y a la descomposición bacteriana anaeróbica de las proteínas se le llama putrefacción.
La fermentación de un azúcar por enzimas de levaduras, por ejemplo de la glucosa, se puede representar en términos generales, mediante la ecuación química:
    C6H12O6  + enzimas de levadura —-> 2 CO2 + 2 CH3-CH2-OH
   Glucosa                                                                                          Alcohol etílico o etanol
 
La putrefacción de las proteínas puede representarse mediante la ecuación química no balanceada:
   CxHyOzN2S +  H2O —bacterias—->  CO2 +CH4 + H2S  +  NH4+
   proteína + agua —–> bióxido de carbono + metano + sulfuro de hidrógeno + ion amonio
                     DH = – 368 cal/g
Se puede observar que se libera mayor cantidad de energía en la aerobiosis que en la putrefacción.
 
En el proceso de putrefacción, como el metano es insoluble en agua se libera en forma de gas. El sulfuro de hidrógeno es un gas incoloro, de mal olor (a huevo podrido) y tóxico (en concentraciones de 5 \% es nocivo para la vida), por lo que la putrefacción desprende olor fétido y los peces y otros animales que requieren del oxígeno no pueden vivir en aguas contaminadas donde ocurra la putrefacción (se le considera la forma peor de contaminación bacteriana).
 
Contaminación del agua por microorganismos patógenos
 
Por regla general, se considera que el agua es aceptable para beber si: a) contiene menos de 10 bacterias intestinales en cada litro de agua; b) si no presenta mal sabor, olor, color o turbiedad; c) si no contiene impurezas químicas en concentraciones que puedan ser peligrosas para la salud del consumidor; d) si no son corrosivas con respecto al sistema de conducción del agua, y e) si no provienen de sistemas acuíferos sujetos a contaminación por aguas negras u otros contaminantes.
El hombre vive en relación íntima con los microorganismos sobre su piel y en su sistema digestivo. En estado de salud, los humanos y los microbios viven juntos para beneficio mutuo. Sin embargo, algunas personas sanas viven en armonía con organismos que pueden resultar patógenos para otros. Por ejemplo, algunas personas están adaptadas a las aguas con bacilos que provocan disentería en otras personas. Por otra parte, resulta muy fácil contaminar el agua con microorganismos como las bacterias intestinales por lo que es muy difícil mantener el agua potable libre de bacterias intestinales y además eliminarlas no es posible, ni benéfico y resulta muy costoso.
Las bacterias coliformes son microorganismos inofensivos para el hombre y residen en su intestino grueso y abundan en la materia fecal. Forman parte de los desechos de las aguas negras y no se desarrollan en el agua, de manera que un recuento de las bacterias coliformes constituye un indicio del grado de contaminación de esas aguas.
 
Se considera que el número de microorganismos portadores de enfermedad en el agua es proporcional al número total de microorganismos y que una cantidad total baja representa un menor riesgo de contraer una enfermedad. Sin embargo, se han dado casos en que enfermedades virales han sido trasmitidas por aguas que cumplen estrictamente con las normas de control de bacterias.
Por consiguiente, la presencia de que cualquier impureza típica de las aguas negras, inclusive si no son perjudiciales en sí mismas, implica que el agua en que se encuentran no deja de ser fuente peligrosa de enfermedad.
 
El agua contaminada puede estar sucia, mal oliente, ser corrosiva, de mal sabor o poco apta para lavar la ropa con ella. Sin embargo, para el hombre el efecto más perjudicial del agua contaminada ha sido la transmisión de enfermedades por microorganismos que pueden habitar en ella. Por ejemplo, la fiebre tifoidea causada por la bacteria salmonella typhi, el cólera  causada por la bacteria Vibrio cholerae (1), la disentería provocada por parásitos como las amibas Entamoeba histolítica (2) y la bacteria Shigella, la gastroenteritis causada por virus, bacterias y protozoarios, la hepatitis infecciosa causada por el virus de la hepatitis y la poliomielitis causada por el virus de la poliomielitis.

Sitio Web (URL): http://www.sagan-gea.org/hojared/CAgua.html

 

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