20.1.3: Mitigar la contaminación del agua
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Regulación
A principios del siglo XX, la rápida industrialización en Estados Unidos resultó en una contaminación generalizada del agua debido a la descarga libre de desechos en las aguas superficiales. El río Cuyahoga en el noreste de Ohio se incendió en numerosas ocasiones, incluido un famoso incendio en 1969 que llamó la atención de la nación (figura\(\PageIndex{a}\)). En 1972 el Congreso aprobó una de las leyes ambientales más importantes en la historia de Estados Unidos, la Ley Federal de Control de la Contaminación del Agua, que más comúnmente se llama Ley de Agua Limpia (CWA). El propósito de la Ley de Agua Limpia y posteriores modificaciones es mantener y restaurar la calidad del agua, o en términos más simples hacer que nuestra agua sea nadable y pescable. Se volvió ilegal volcar la contaminación en las aguas superficiales a menos que hubiera un permiso formal. El CWA regula la contaminación de una sola fuente como la de la industria o plantas de tratamiento de aguas residuales estableciendo estándares de contaminación (niveles máximos de cada contaminante que pueden estar en cuerpos de agua o liberados a la vez). La calidad del agua de Estados Unidos mejoró significativamente como resultado, pero como aún queda más trabajo por hacer.
Remediación
La remediación es el acto de limpiar la contaminación. La remediación biológica (biorremediación) es una técnica de manejo de desechos que implica el uso de organismos como plantas, bacterias y hongos para eliminar o neutralizar contaminantes de un sitio contaminado. Según la EPA de Estados Unidos, la biorremediación es un “tratamiento que utiliza organismos naturales para descomponer sustancias peligrosas en sustancias menos tóxicas o no tóxicas”. Este tipo de remediación se usa generalmente en productos químicos orgánicos pero también trabaja en reducir u oxidar químicos inorgánicos como el nitrato. La fitorremediación es un tipo de biorremediación que utiliza plantas para absorber los químicos a lo largo del tiempo.
La biorremediación es ampliamente utilizada para tratar aguas residuales humanas y también se ha utilizado para eliminar los productos químicos agrícolas (pesticidas y fertilizantes) que se filtran del suelo al agua subterránea. Ciertos metales tóxicos, como el selenio y los compuestos de arsénico, también se pueden eliminar del agua mediante biorremediación. El mercurio es un ejemplo de un metal tóxico que puede eliminarse de un ambiente mediante biorremediación. Varias especies de bacterias pueden llevar a cabo la biotransformación del mercurio tóxico en formas no tóxicas. Estas bacterias, como Pseudomonas aeruginosa, pueden convertir una forma cargada de mercurio (Hg 2 +) en una forma no cargada (Hg), que es menos tóxica para los humanos.
Probablemente uno de los ejemplos más útiles e interesantes del uso de procariotas con fines de biorremediación es la limpieza de derrames de petróleo. Para limpiar estos derrames, se promueve la biorremediación mediante la adición de nutrientes inorgánicos que ayudan a que las bacterias ya presentes en el ambiente crezcan. Las bacterias degradantes de hidrocarburos se alimentan de los hidrocarburos en la gotita de aceite, dividiéndolos en compuestos inorgánicos. Algunas especies, como Alcanivorax borkumensis, producen surfactantes que rompen el aceite en gotitas, haciéndolo más accesible a las bacterias que degradan el aceite. En el caso de derrames de petróleo en el océano, tiende a ocurrir biorremediación natural en curso, en la medida en que hay bacterias que consumen petróleo en el océano antes del derrame. En condiciones ideales, se ha reportado que hasta el 80 por ciento de los componentes no volátiles (aquellos que no se evaporan fácilmente) en el petróleo pueden degradarse dentro de un año del derrame. Los investigadores han diseñado genéticamente otras bacterias para consumir productos derivados del petróleo; de hecho, la primera solicitud de patente para una aplicación de biorremediación en Estados Unidos fue para una bacteria alimentadora de aceite modificada genéticamente.
Hay una serie de ventajas de costo/eficiencia para la biorremediación, que pueden emplearse en áreas que son inaccesibles sin excavación. Por ejemplo, los derrames de hidrocarburos (específicamente, los derrames de petróleo) o ciertos solventes clorados pueden contaminar las aguas subterráneas, las cuales pueden ser más fáciles de tratar usando biorremediación que los enfoques más convencionales. Esto suele ser mucho menos costoso que la excavación seguida de la eliminación en otro lugar, incineración u otras estrategias de tratamiento fuera del sitio. También reduce o elimina la necesidad de “bombear y tratar”, una práctica común en sitios donde los hidrocarburos han contaminado aguas subterráneas limpias. El uso de microorganismos para la biorremediación de hidrocarburos también tiene la ventaja de descomponer los contaminantes a nivel molecular, en lugar de simplemente dispersar químicamente el contaminante.
La remediación química utiliza la introducción de productos químicos para eliminar el contaminante o hacerlo menos dañino. Un ejemplo son las barreras reactivas, una pared permeable en el suelo o en un punto de descarga que reacciona químicamente con los contaminantes en el agua. Las barreras reactivas hechas de piedra caliza pueden aumentar el pH del drenaje ácido de la mina, haciendo que el agua sea menos ácida y más básica, lo que elimina los contaminantes disueltos por precipitación en forma sólida. La remediación física consiste en eliminar el agua contaminada y tratarla (también conocida como bombear y tratar) con filtración o desecharla. Todas estas opciones son técnicamente complejas, costosas y difíciles, y la remediación física suele ser la más costosa.
Manejo de cuencas hidrográficas
El manejo de cuencas implica reducir los químicos aplicados a la tierra en la cuenca (que drenará en una masa de agua) y la escorrentía de esos químicos (figura\(\PageIndex{b-c}\)). Esta estrategia es más efectiva para la contaminación de fuentes no puntuales que establecer estándares de contaminación (como lo hace la CWA) porque no requiere que se identifique cada fuente de contaminación.
Mantener o restaurar áreas ribereñas (zonas ribereñas) es clave para el manejo de las cuencas hidrográficas (figura\(\PageIndex{d}\)). Se trata de zonas de tierra lo suficientemente cercanas a un cuerpo de agua como para ser afectadas por ese cuerpo de agua, por ejemplo, la exuberante región de vegetación que rodea un río. Las áreas ribereñas brindan muchos servicios ecosistémicos que promueven la calidad del agua y limitan la contaminación. La vegetación absorbe nutrientes que de otra manera podrían causar eutrofización. También proporciona sombra, manteniendo el agua fría y aumentando su capacidad para retener el oxígeno disuelto. Las raíces de la vegetación se aferran al suelo, combatiendo la erosión. Adicionalmente, las raíces y las plantas bajas ralentizan el flujo de escorrentía, promoviendo la infiltración. Las altas tasas de infiltración tienen varios beneficios: (1) hay menos escorrentía disponible para traer contaminación al río, lago o bahía, (2) los contaminantes se filtrarán de la escorrentía a medida que se empapa en el suelo, y (3) los acuíferos se reponen.
Los planes de manejo de cuencas suelen dejar la vegetación ribereña intacta directamente adyacente a una masa de agua (figura\(\PageIndex{e}\)). Siguiente (alejándose del agua), podría manejarse el bosque seguido de la agricultura. La agricultura más intensiva debe estar más alejada del cuerpo de agua, particularmente cuando se utilizan pesticidas y fertilizantes.
En las zonas urbanas también se puede estructurar cuidadosamente para limitar la contaminación del agua. Los jardines de lluvia junto a los edificios son áreas con suelo y vegetación que promueven la infiltración. El pavimento permeable, que permite que el agua pase a través de él, también promueve la infiltración, y reduce la escorrentía, creando menos oportunidades para que el agua adquiera contaminantes al lavarse sobre una calle sucia.
Atribución
Modificado por Melissa Ha de las siguientes fuentes:
- Contaminación del agua de una introducción a la geología por Johnson et al. (licenciado bajo CC-BY-NC-SA)
- Tratamiento de Agua y Biorremediación de Biología Ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado bajo CC-BY)