5.4: Contaminación del agua

La crisis de la contaminación del agua

En el Módulo 7.3 se describe un aspecto de la crisis mundial del agua, la escasez de agua que afecta a muchas zonas áridas y densamente pobladas. La crisis global del agua implica también la contaminación del agua, pues para ser útil para el consumo y el riego, el agua no debe contaminarse más allá de ciertos umbrales. Según la Organización Mundial de la Salud, en 2008 aproximadamente 880 millones de personas en el mundo (o 13% de la población mundial) no tuvieron acceso a agua potable mejorada (segura) (Estadísticas Mundiales de Salud, 2010) (Ver Figura\(\PageIndex{1}\)). Al mismo tiempo, alrededor de 2.600 millones de personas (o 40% de la población mundial) vivían sin saneamiento mejorado (ver Figura\(\PageIndex{2}\)), lo que se define como tener acceso a un sistema público de alcantarillado, fosa séptica, o incluso a una simple letrina de pozo. Cada año mueren aproximadamente 1.7 millones de personas por enfermedades diarreicas asociadas con agua potable insegura, saneamiento inadecuado y mala higiene, por ejemplo, lavarse las manos con jabón. Casi todas estas muertes se producen en países en desarrollo, y alrededor del 90% de ellas ocurren entre niños menores de 5 años (ver Figura\(\PageIndex{3}\)). A la crisis del agua se agrava el tema de la justicia social; los pobres suelen carecer de agua potable y saneamiento que los ricos en áreas similares. A nivel mundial, mejorar el agua, el saneamiento y la higiene podría prevenir hasta 9% de todas las enfermedades y 6% de todas las muertes. Además de la crisis mundial de enfermedades transmitidas por el agua, la contaminación química de la agricultura, la industria, las ciudades y la minería amenaza la calidad global del agua. Algunos contaminantes químicos tienen efectos graves y bien conocidos en la salud; sin embargo, muchos otros tienen efectos poco conocidos en la salud a largo plazo. En Estados Unidos actualmente más de 40,000 cuerpos de agua se ajustan a la definición de “deteriorada” establecida por la EPA (Ver Figura\(\PageIndex{4}\)), lo que significa que no podrían apoyar un ecosistema saludable ni cumplir con los estándares de calidad del agua. En Gallup encuestas públicas realizadas durante la última década, los estadounidenses constantemente colocaron la contaminación del agua y el suministro de agua como las principales preocupaciones ambientales sobre temas como la contaminación del aire, la deforestación, la extinción de especies y el calentamiento global.

Screen Shot 2019-04-10 en 2.58.42 PM.png — Figura\(\PageIndex{1}\) Proporción de población por país que utiliza fuentes mejoradas de agua potable en 2008. Las fuentes mejoradas de agua potable, por ejemplo, las conexiones domésticas, las tuberías verticales públicas, las perforaciones, los pozos y manantiales excavados protegidos y las colecciones de agua de lluvia, se definen como aquellas que tienen más probabilidades de proporcionar agua segura que las fuentes de agua no mejoradas, por ejemplo, pozos y manantiales sin protección, agua proporcionada por el proveedor, agua embotellada ( a menos que se disponga de agua para otros usos de una fuente mejorada) y agua suministrada por camiones cisterna. *Fuente: Organización Mundial de la Salud*

Screen Shot 2019-04-10 en 2.59.18 PM.png — Figura\(\PageIndex{2}\) Proporción de población por país que utilizó instalaciones mejoradas de saneamiento en 2008. Las instalaciones de saneamiento mejoradas, por ejemplo, la conexión a alcantarillas públicas o sistemas sépticos, letrinas de vertido, letrinas de pozo y letrinas de pozo mejoradas ventiladas, se definen como aquellas que tienen más probabilidades de ser sanitarias que las instalaciones no mejoradas, por ejemplo, letrinas de cangilones, letrinas públicas y letrinas a cielo abierto. *Fuente: Organización Mundial de la Salud*

Screen Shot 2019-04-10 a 2.59.50 PM.png — Figura\(\PageIndex{3}\) Muertes por País por Diarrea Causada por Agua Insegura, Saneamiento No Mejorado y Mala Higiene en Niños Menores de 5 Años, 2004. *Fuente: Organización Mundial de la Salud*

Screen Shot 2019-04-10 a las 3.00.21 PM.png — Figura\(\PageIndex{4}\) Porcentaje de cuerpos de agua deteriorados en una cuenca hidrográfica por estado en Estados Unidos Basado en datos de la EPA de Estados Unidos en 2000. Mapa de cuencas hidrográficas que contienen cuerpos de agua deteriorados de la lista de aguas deterioradas de 1998 de la Agencia de Protección Ambiental de *Estados Unidos Fuente: Servicio Geológico* de Estados Unidos

Descripción de la química del agua

En comparación con otras moléculas de peso molecular similar, el agua (H ₂ O) tiene propiedades físicas únicas, incluyendo altos valores de punto de fusión y ebullición, tensión superficial (cohesión del agua, o “pegajosidad”) y capacidad para disolver minerales solubles, es decir, actuar como solvente. Estas propiedades están relacionadas con su estructura asimétrica y naturaleza polar, lo que significa que es eléctricamente neutra en general pero tiene una carga neta positiva en el lado con los dos átomos de hidrógeno y una carga neta negativa en el lado del oxígeno (ver Figura\(\PageIndex{5}\)). Esta separación de la carga eléctrica dentro de una molécula de agua da como resultado enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua, superficies minerales (los enlaces de hidrógeno producen las películas de agua sobre minerales en la zona insaturada del subsuelo) e iones disueltos (átomos con carga negativa o positiva). Muchos minerales y contaminantes se disuelven fácilmente en el agua porque el agua forma conchas de hidratación (esferas de moléculas de agua poco coordinadas y orientadas) alrededor de los iones.

Screen Shot 2019-04-10 al 3.01.08 PM.png — Figura\(\PageIndex{5}\) Estructura del Agua, Carga Polar de Agua y Enlaces de Hidrógeno entre Moléculas de Agua. *Fuente: Michal Maňas en Wikimedia Commons*

Cualquier agua natural contiene químicos disueltos; algunos de estos son nutrientes humanos importantes, mientras que otros pueden ser perjudiciales para la salud humana. La abundancia de un contaminante del agua se da comúnmente en unidades de concentración muy pequeñas como partes por millón (ppm) o incluso partes por mil millones (ppb). Una concentración de arsénico de 1 ppm significa 1 parte de arsénico por millón de partes de agua. Esto equivale a una gota de arsénico en 50 litros de agua. Para darle una perspectiva diferente sobre la apreciación de unidades de concentración pequeñas, convertir 1 ppm en unidades de longitud es de 1 cm (0.4 in) en 10 km (6 millas) y convertir 1 ppm en unidades de tiempo es de 30 segundos en un año. Los sólidos disueltos totales (TDS) representan la cantidad total de material disuelto en agua. Los valores promedio de TDS (salinidad) para agua de lluvia, agua de río y agua de mar son de aproximadamente 4 ppm, 120 ppm y 35,000 ppm. Como se discute en el Módulo 5.2, los procesos más importantes que afectan la salinidad de las aguas naturales son la evaporación, que destila agua casi pura y deja los iones disueltos en el agua original, y la meteorización química, que implica la disolución mineral que agrega iones disueltos al agua. El agua dulce se define comúnmente como que contiene menos de 1,000 o 500 ppm de TDS, pero la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) recomienda que el agua potable no supere las 500 ppm de TDS o bien tendrá un sabor salado desagradable.

Descripción de la contaminación del agua

La contaminación del agua es la contaminación del agua por una cantidad excesiva de una sustancia que puede causar daños a los seres humanos y al ecosistema. El nivel de contaminación del agua depende de la abundancia del contaminante, del impacto ecológico del contaminante y del uso del agua. Los contaminantes se derivan de procesos biológicos, químicos o físicos. Si bien los procesos naturales como las erupciones volcánicas o la evaporación a veces pueden causar contaminación del agua, la mayor parte de la contaminación se deriva de actividades humanas, terrestres (ver Figura\(\PageIndex{6}\)). Los contaminantes del agua pueden moverse a través de diferentes depósitos de agua, a medida que el agua que los transporta avanza a través de etapas del ciclo del agua (ver Figura\(\PageIndex{7}\)). El tiempo de residencia del agua (el tiempo promedio que una molécula de agua pasa en un reservorio de agua) es muy importante para los problemas de contaminación porque afecta el potencial de contaminación. El agua en los ríos tiene un tiempo de residencia relativamente corto, por lo que la contaminación suele estar ahí solo brevemente. Por supuesto, la contaminación en los ríos puede simplemente trasladarse a otro embalse, como el océano, donde puede causar más problemas. El agua subterránea se caracteriza típicamente por un flujo lento y un tiempo de residencia más prolongado, lo que puede hacer que la contaminación del agua subterránea Finalmente, el tiempo de residencia de la contaminación puede ser mucho mayor que el tiempo de residencia del agua porque un contaminante puede ser absorbido por mucho tiempo dentro del ecosistema o absorbido en el sedimento.

Screen Shot 2019-04-10 al 3.01.51 PM.png — Figura Contaminación del\(\PageIndex{6}\) Agua. Contaminación obvia del agua en forma de escombros flotantes; los contaminantes invisibles del agua a veces pueden ser mucho más dañinos que los visibles. *Fuente: Stephen Codrington en Wikimedia Commons*

Screen Shot 2019-04-10 al 3.02.21 PM.png — Figura\(\PageIndex{7}\) Fuentes de Contaminación del Agua. Fuentes de algunos contaminantes del agua y movimiento de contaminantes hacia diferentes depósitos de agua del ciclo del agua. *Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos*

Los contaminantes ingresan a los suministros de agua desde fuentes puntuales, que son fácilmente identificables y ubicaciones relativamente pequeñas, o fuentes no puntuales, que son áreas grandes y más difusas. Las fuentes puntuales de contaminación incluyen granjas “industriales” de animales que crían una gran cantidad y alta densidad de ganado como vacas, cerdos y pollos (ver Figura\(\PageIndex{8}\)) y tuberías de descarga de fábricas o plantas de tratamiento de aguas residuales. Los sistemas combinados de alcantarillado que tienen un solo conjunto de tuberías subterráneas para recolectar tanto las aguas residuales como la escorrentía de aguas pluviales de las calles para el tratamiento de aguas residuales pueden ser fuentes puntuales importantes de contaminantes Durante fuertes lluvias, la escorrentía de aguas pluviales puede exceder la capacidad de alcantarillado, lo que hace que retroceda y derrame aguas residuales no tratadas en aguas superficiales (ver Figura\(\PageIndex{9}\)). Las fuentes no puntuales de contaminación incluyen campos agrícolas, ciudades y minas abandonadas. Las lluvias recorren la tierra y el suelo, recogiendo contaminantes como herbicidas, pesticidas y fertilizantes de campos agrícolas y céspedes; petróleo, anticongelante, detergente para automóviles, desechos animales y sal vial de áreas urbanas; y elementos ácidos y tóxicos de minas abandonadas. Entonces, esta contaminación es transportada a cuerpos de agua superficial y agua subterránea. La contaminación de fuentes no puntuales, que es la principal causa de contaminación del agua en Estados Unidos, suele ser mucho más difícil y costosa de controlar que la contaminación de fuentes puntuales debido a su baja concentración, múltiples fuentes y mucho mayor volumen de agua.

Screen Shot 2019-04-10 al 3.02.59 PM.png — Figura\(\PageIndex{8}\) A Casa Comercial de Producción de Pollo a Carne. Esta granja fábrica de pollos es una posible fuente importante de contaminación del agua. *Fuente: Larry Rana en Wikimedia Commons*

Screen Shot 2019-04-10 al 3.03.37 PM.png — Figura Sistema de Alcantarillado\(\PageIndex{9}\) combinado. Un sistema de alcantarillado combinado es una posible fuente importante de contaminación del agua durante fuertes lluvias debido al desbordamiento de aguas residuales no tratadas. Durante el clima seco (y pequeñas tormentas), todos los flujos son manejados por las obras de tratamiento de propiedad pública (POTW). Durante grandes tormentas, la estructura de relieve permite que algunas de las aguas pluviales y aguas residuales combinadas se descarguen sin tratar a un cuerpo de agua adyacente. *Fuente: Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos en Wikimedia Commons*

Tipos de Contaminantes del Agua

Los residuos que demandan oxígeno son un contaminante extremadamente importante para los ecosistemas. La mayor parte del agua superficial en contacto con la atmósfera tiene una pequeña cantidad de oxígeno disuelto, que es necesario por los organismos acuáticos para la respiración celular. Las bacterias descomponen la materia orgánica muerta (representada químicamente de manera simplificada como CH ₂ O) y eliminan el oxígeno disuelto (O ₂) de acuerdo con la siguiente reacción:

\[ CH2O+O2→CO2+H2O \nonumber\]

Demasiada materia orgánica en descomposición en el agua es un contaminante porque elimina el oxígeno del agua, lo que puede matar peces, mariscos e insectos acuáticos. La cantidad de oxígeno utilizada por la descomposición bacteriana aeróbica (en presencia de oxígeno) de la materia orgánica se denomina demanda bioquímica de oxígeno (DBO). La principal fuente de materia orgánica muerta en la mayoría de las aguas naturales son las aguas residuales; el pasto y las hojas son fuentes más pequeñas. Un cuerpo de agua no contaminado con respecto al oxígeno es un río turbulento que fluye a través de un bosque natural. La turbulencia continuamente pone el agua en contacto con la atmósfera donde se restaura el contenido de O ₂. El contenido de oxígeno disuelto en dicho río varía de 10 a 14 ppm O ₂, el DBO es bajo y los peces de agua limpia, por ejemplo, lubina, trucha y perca dominan. Un cuerpo de agua contaminado con respecto al oxígeno es un lago profundo estancado en un entorno urbano con un sistema de alcantarillado combinado. Este sistema favorece un alto aporte de carbono orgánico muerto de desbordamientos de aguas residuales y una probabilidad limitada de circulación de agua y contacto con la atmósfera. En tal lago, el contenido disuelto de O ₂ es ≤5 ppm O ₂, el DBO es alto y los peces con baja tolerancia al O ₂, por ejemplo, la carpa y el bagre dominan.

Los nutrientes excesivos de las plantas, particularmente el nitrógeno (N) y el fósforo (P), son contaminantes estrechamente relacionados con los desechos que requieren oxígeno. Las plantas acuáticas requieren alrededor de 15 nutrientes para su crecimiento, la mayoría de los cuales abundan en el agua. N y P se denominan nutrientes limitantes, ya que suelen estar presentes en el agua a bajas concentraciones y por lo tanto restringen la cantidad total de crecimiento de las plantas. Esto explica por qué N y P son ingredientes principales en la mayoría de los fertilizantes. Las altas concentraciones de N y P de fuentes humanas (principalmente escurrimientos agrícolas y urbanos, incluyendo fertilizantes, aguas residuales y detergentes a base de P) pueden causar eutrofización cultural, lo que implica el rápido crecimiento de plantas acuáticas, particularmente algas, llamada floración de algas. Las gruesas esteras de algas flotantes y enraizadas verdes o a veces rojas (ver Figura\(\PageIndex{10}\)) crean contaminación del agua, dañan el ecosistema al obstruir las branquias de los peces y bloquear la luz solar, y dañan la estética del lago al dificultar la recreación y crear una fatiga visual. Un pequeño porcentaje de las especies de algas producen toxinas que pueden matar peces, mamíferos y aves, y pueden causar enfermedades humanas; los crecimientos explosivos de estas algas se denominan floraciones algales dañinas (ver Figura\(\PageIndex{11}\)). Cuando muere la prolífica capa de algas, se convierte en desechos que requieren oxígeno, lo que puede crear agua de O ₂ muy baja (_{<~2 ppm O 2}), llamada hipoxia o zona muerta porque causa la muerte a organismos que no pueden salir de ese ambiente. Se estima que el 50% de los lagos en América del Norte, Europa y Asia se ven afectados negativamente por la eutrofización cultural. Además, el tamaño y el número de zonas marinas hipóxicas han crecido dramáticamente en los últimos 50 años (ver Figura\(\PageIndex{12}\)), incluyendo una zona muerta muy grande ubicada en la costa de Luisiana en el Golfo de México. La eutrofización cultural y la hipoxia son difíciles de combatir, porque son causadas principalmente por la contaminación de origen no puntual, que es difícil de regular, y el N y P, que son difíciles de eliminar de las aguas residuales.

Screen Shot 2019-04-10 al 3.04.54 PM.png — Figura Floración de\(\PageIndex{10}\) algas en Río en Sichuan, China. Las floraciones algales pueden presentar problemas para los ecosistemas y la sociedad humana. *Fuente: Felix Andrews vía Wikimedia Commons*

Screen Shot 2019-04-10 al 3.05.34 PM.png — Figura Floración de Algas\(\PageIndex{11}\) Nocivas. Floración de algas dañinas con color rojo intenso. *Fuente: Kai Schumann vía Administración Nacional Oceánica y Atmosférica*

Screen Shot 2019-04-10 al 3.06.05 PM.png — Figura Zonas Muertas\(\PageIndex{12}\) Acuáticas. Zonas de hipoxia mostradas como círculos rojos. Los puntos negros muestran zonas de hipoxia de tamaño desconocido, el sombreado marrón muestra densidad de población y el sombreado azul muestra densidad de carbono orgánico particulado, un indicador de productividad orgánica. *Fuente: Robert Simmon y Jesse Allen en el Observatorio de la Tierra de la NASA vía Wikimedia Commons*

Los patógenos son microorganismos causantes de enfermedades, por ejemplo, virus, bacterias, gusanos parásitos y protozoos, que causan una variedad de enfermedades intestinales como disentería, fiebre tifoidea, hepatitis y cólera. Los patógenos son la principal causa de la crisis de contaminación del agua discutida al inicio de esta sección. Desafortunadamente, casi mil millones de personas en todo el mundo están expuestas a la contaminación por patógenos transmitidos por el agua diariamente y alrededor de 1.5 millones de niños, principalmente en países subdesarrollados, mueren cada año de enfermedades transmitidas por el agua por patógenos (ver Figura\(\PageIndex{3}\)). Los patógenos ingresan al agua principalmente de desechos fecales humanos y animales debido a un tratamiento inadecuado de aguas residuales. En muchos países subdesarrollados, las aguas residuales se descargan a las aguas locales ya sea sin tratar o después de un tratamiento rudimentario. En los países desarrollados, la descarga de aguas residuales no tratadas puede ocurrir por desbordamientos de sistemas combinados de alcantarillado, granjas ganaderas mal administradas y sistemas de recolección de aguas residuales con fugas o roturas (ver Figura\(\PageIndex{14}\)). El agua con patógenos se puede remediar agregando cloro u ozono, hirviendo o tratando las aguas residuales en primer lugar.

Screen Shot 2019-04-10 at 5.18.03 PM.png — Figura\(\PageIndex{13}\) Desborde de Alcantarillado Sanitario Una tapa de registro volada por un desbordamiento de alcantarillado sanitario en junio de 2006 en Rhode Island. *Fuente: Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos vía Wikimedia Commons*

Los derrames de petróleo son otro tipo de contaminación orgánica. Los derrames de petróleo pueden ser el resultado de accidentes de superpetroleros como el Exxon Valdez en 1989, que derramó 10 millones de galones de petróleo en el rico ecosistema de la costa sur de Alaska y mató a un número masivo de animales. El mayor derrame de petróleo marino fue el desastre de Deepwater Horizon, que comenzó con una explosión de gas natural (ver Figura\(\PageIndex{14}\)) en un pozo petrolero a 65 km de la costa de Louisiana y fluyó durante 3 meses en 2010, liberando aproximadamente 200 millones de galones de petróleo. El peor derrame de petróleo jamás ocurrido durante la guerra del Golfo Pérsico de 1991, cuando Irak arrojó deliberadamente aproximadamente 200 millones de galones de petróleo en la costa de Kuwait y provocó más de 700 incendios de pozos petroleros que liberaron enormes nubes de humo y lluvia ácida durante más de nueve meses. Durante un derrame de petróleo sobre el agua, el petróleo flota a la superficie porque es menos denso que el agua, y los hidrocarburos más ligeros se evaporan, disminuyendo el tamaño del derrame pero contaminando el aire. Entonces, las bacterias comienzan a descomponer el aceite restante, en un proceso que puede llevar muchos años. Después de varios meses solo puede quedar alrededor del 15% del volumen original, pero se encuentra en gruesos terrones de asfalto, una forma que es particularmente dañina para aves, peces y mariscos. Las operaciones de limpieza pueden incluir barcos skimmer que aspiran el aceite de la superficie del agua (efectivo solo para pequeños derrames), combustión controlada (funciona solo en etapas tempranas antes de que la luz, la parte encendible se evapore pero también contamine el aire), dispersantes (detergentes que rompen hasta el petróleo para acelerar su descomposición, pero algunos dispersantes pueden ser tóxicos para el ecosistema), y la biorremediación (agregar microorganismos que se especializan en la descomposición rápida del petróleo, pero esto puede alterar el ecosistema natural).

Screen Shot 2019-04-10 a las 5.18.50 PM.png — Figura Explosión de Horizonte de\(\PageIndex{14}\) Aguas Profundas. Embarcaciones que combaten el incendio de una explosión en la plataforma de perforación Deepwater Horizon en el Golfo de México frente a Luisiana el 20 de abril de 2010. *Fuente: Guardacostas de Estados Unidos vía Wikimedia Commons*

Los productos químicos tóxicos involucran muchos tipos y fuentes diferentes, principalmente de la industria y la minería. Los tipos generales de productos químicos tóxicos incluyen productos químicos peligrosos, que son una amplia variedad de químicos sintéticos orgánicos e inorgánicos como ácidos, bases, cianuro y una clase de compuestos llamados contaminantes orgánicos persistentes que incluyen DDT (pesticida), dioxina ( herbicida subproducto) y PCB (bifenilos policlorados, que se utilizaron como aislante líquido en transformadores eléctricos). Los contaminantes orgánicos persistentes son de larga vida en el ambiente, se acumulan a través de la cadena alimentaria (bioacumulación) y pueden ser tóxicos. Otra categoría de productos químicos tóxicos incluye materiales radiactivos como cesio, yodo, uranio y gas radón, que pueden resultar en una exposición a largo plazo a la radiactividad si entra en el cuerpo. Un grupo final de productos químicos tóxicos son los metales pesados como el plomo, el mercurio, el arsénico, el cadmio y el cromo, que pueden acumularse a través de la cadena alimentaria. Los metales pesados son comúnmente producidos por la industria y en las minas de mineral metálico. El arsénico y el mercurio se discuten con más detalle a continuación. La EPA de Estados Unidos regula 83 contaminantes en el agua potable para garantizar un suministro público de agua seguro. De igual manera, a nivel internacional la Organización Mundial de la Salud cuenta con estándares de agua potable para una variedad de contaminantes.

El arsénico (As) ha sido famoso como agente de la muerte durante muchos siglos. En grandes dosis el arsénico causa cáncer y puede ser fatal. Solo recientemente los científicos han reconocido que los problemas de salud pueden ser causados por beber pequeñas concentraciones de arsénico en el agua durante mucho tiempo. Ataca el sistema nervioso central y puede dañar el sistema respiratorio, la vejiga, los pulmones, el hígado y los riñones. Entra en el suministro de agua de forma natural por la meteorización de minerales ricos en As y de actividades humanas como la quema de carbón y la fundición de minerales metálicos. El peor caso de intoxicación por arsénico ocurrió en el país densamente poblado y empobrecido de Bangladesh, que había experimentado 100.000 muertes por diarrea y cólera cada año por beber agua superficial contaminada con patógenos debido a un tratamiento inadecuado de aguas residuales. En la década de 1970 las Naciones Unidas brindaron ayuda a millones de pozos de aguas poco profundas, lo que resultó en una caída dramática de las enfermedades patógenas. Desafortunadamente, muchos de los pozos produjeron agua naturalmente rica en arsénico. Trágicamente, se estima que hay 77 millones de personas (aproximadamente la mitad de la población) que inadvertidamente pudieron haber estado expuestas a niveles tóxicos de arsénico en Bangladesh como resultado. La Organización Mundial de la Salud la ha calificado como la mayor intoxicación masiva de una población en la historia.

El mercurio (Hg) se utiliza en una variedad de productos eléctricos, como baterías de celdas secas, bombillas fluorescentes e interruptores, así como en la fabricación de pintura, papel, cloruro de vinilo y fungicidas. En la forma metilmercurio (CH ₃ Hg ⁺) es altamente tóxico; ≥ 1 ppb de metilmercurio representa agua contaminada con mercurio. El mercurio se concentra en la cadena alimentaria, especialmente en peces, en un proceso causado por la biomagnificación (ver Sidebar Biomagnification). Actúa sobre el sistema nervioso central y puede causar pérdida de vista, sensación y audición, así como nerviosismo, temblores y muerte. Al igual que el arsénico, el mercurio ingresa al suministro de agua de forma natural por la intemperie de minerales ricos en Hg y de actividades humanas como la quema de carbón y el procesamiento de metales Un famoso caso de intoxicación por mercurio en Minamata, Japón, involucró descargas industriales ricas en metilmercurio que causaron altos niveles de Hg en peces. La gente de los pueblos pesqueros locales comió pescado hasta tres veces al día durante más de 30 años, lo que resultó en más de 2 mil muertes. Durante ese tiempo la empresa responsable y el gobierno nacional hicieron poco para mitigar, ayudar a aliviar, o incluso reconocer el problema.

Biomagnificación

La biomagnificación representa los procesos en un ecosistema que provocan mayores concentraciones de una sustancia química, como el metilmercurio, en organismos superiores a la cadena alimentaria. El mercurio y el metilmercurio están presentes en concentraciones muy pequeñas en el agua de mar; sin embargo, en la base de la cadena alimentaria las algas absorben metilmercurio. Entonces, los peces pequeños comen las algas, los peces grandes y otros organismos más altos en la cadena alimentaria se comen los peces pequeños, y así sucesivamente. Los peces y otros organismos acuáticos absorben rápidamente el metilmercurio pero lo eliminan lentamente del cuerpo. Por lo tanto, cada paso arriba de la cadena alimentaria aumenta la concentración a partir del paso a continuación (ver Figura\(\PageIndex{15}\)). La perca americana puede concentrar el metilmercurio hasta 10 millones de veces sobre la concentración de agua y las aves devoradoras de peces pueden concentrarlo aún más. Otros químicos que exhiben biomagnificación son DDT, PCB y arsénico.

Otros contaminantes del agua incluyen sedimentos y calor. El agua fangosa es mala para beber pero peor aún para las plantas submarinas que necesitan luz solar para la fotosíntesis. Gran parte del sedimento en los cuerpos de agua se deriva de la erosión del suelo, por lo que también representa una pérdida de productividad agrícola. La contaminación térmica implica la liberación de aguas calentadas de las centrales eléctricas y de la industria a las aguas superficiales, provocando una caída en el contenido disuelto de O ₂, lo que puede estresar a los peces.

El agua dura contiene abundante calcio y magnesio, lo que reduce su capacidad para desarrollar jabonaduras y mejora la formación de incrustaciones (minerales de carbonato de calcio y magnesio) en equipos de agua caliente. Los ablandadores eliminan el calcio y el magnesio, lo que permite que el agua se enjabone fácilmente y resista la formación de incrustaciones. El agua dura se desarrolla naturalmente a partir de la disolución de minerales de carbonato de calcio y magnesio en el suelo; no tiene efectos negativos para la salud en las personas.

La contaminación del agua subterránea puede ocurrir a partir de fuentes subterráneas y de todas las fuentes de contaminación que contaminan las aguas superficiales. Las fuentes comunes de contaminación del agua subterránea son tanques de almacenamiento subterráneos con fugas para combustible, fosas sépticas, actividad agrícola y vertederos. Los contaminantes comunes del agua subterránea incluyen nitrato, pesticidas, compuestos orgánicos volátiles y productos derivados del petróleo. Las aguas subterráneas contaminadas pueden ser un problema más grave que las aguas superficiales contaminadas porque la contaminación en las aguas subterráneas puede pasar desapercibida durante mucho tiempo porque generalmente se mueve muy lentamente. Como resultado, la contaminación en las aguas subterráneas puede crear un penacho contaminante, una gran masa de agua subterránea contaminada que fluye (ver Figura\(\PageIndex{15}\)), lo que hace que la limpieza sea muy costosa. Para cuando se detecte la contaminación del agua subterránea, la entidad responsable de la contaminación puede estar en bancarrota o inexistente. Otra característica problemática de la contaminación de las aguas subterráneas es que pequeñas cantidades de ciertos contaminantes, por ejemplo, productos derivados del petróleo y solventes orgánicos, pueden contaminar grandes áreas. En Denver, Colorado 80 litros de varios solventes orgánicos contaminaron 4.5 billones de litros de agua subterránea y produjeron un penacho contaminante de 5 km de largo. La mayor parte de la contaminación de las aguas subterráneas ocurre en acuíferos poco profundos y no confinados ubicados cerca de Los acuíferos confinados son menos susceptibles a la contaminación de la superficie debido a la protección de la capa de confinamiento. Una amenaza importante para la calidad de las aguas subterráneas son los tanques de almacenamiento de combustible subterráneos Los tanques de combustible comúnmente se almacenan bajo tierra en estaciones de servicio para reducir los peligros de explosión. Antes de 1988 en Estados Unidos, estos tanques de almacenamiento podrían estar hechos de metal, que puede corroer, gotear y contaminar rápidamente las aguas subterráneas locales. Ahora, se requieren detectores de fugas y se supone que los tanques de almacenamiento de metal deben estar protegidos de la corrosión o reemplazados por tanques de fibra de vidrio. Actualmente hay alrededor de 600,000 tanques de almacenamiento de combustible subterráneos en Estados Unidos y más del 30% aún no cumplen con las regulaciones de la EPA con respecto a la prevención de liberación o la detección de fugas.

Screen Shot 2019-04-10 a las 5.21.33 PM.png — Figura Penacho\(\PageIndex{16}\) Contaminante en Aguas Subterráneas. El mapeo de cómo migrará un penacho contaminante una vez que llegue al agua subterránea requiere comprender las propiedades químicas del contaminante, las características locales del suelo y cuán permeable es el acuífero. *Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos*

¿Soluciones sustentables a la crisis de contaminación del agua?

La resolución de la crisis global de contaminación del agua descrita al inicio de esta sección requiere múltiples enfoques para mejorar la calidad de nuestro agua dulce y avanzar hacia la sustentabilidad. La forma más mortal de contaminación del agua, los microorganismos patógenos que causan enfermedades transmitidas por el agua, mata cada año a casi 2 millones de personas en países subdesarrollados. La mejor estrategia para abordar este problema es el tratamiento adecuado de aguas residuales (aguas residuales). Las aguas residuales no tratadas no solo son una causa importante de enfermedades patógenas, sino también una fuente importante de otros contaminantes, incluidos los desechos que requieren oxígeno, los nutrientes de las plantas (N y P) y los metales pesados tóxicos. El tratamiento de aguas residuales se realiza en una planta de tratamiento de aguas residuales en zonas urbanas y mediante un sistema de fosas sépticas en zonas rurales.

El propósito principal de una planta de tratamiento de aguas residuales es eliminar la materia orgánica (desechos que requieren oxígeno) y matar bacterias; también se pueden usar métodos especiales para eliminar los nutrientes de las plantas y otros contaminantes. Las numerosas etapas de procesamiento en una planta convencional de tratamiento de aguas residuales (ver Figura\(\PageIndex{17}\)) incluyen pretratamiento (tamizado y remoción de arena y grava), tratamiento primario (sedimentación o flotación para eliminar sólidos orgánicos, grasa y grasa), tratamiento secundario ( descomposición bacteriana aeróbica de sólidos orgánicos), tratamiento terciario (descomposición bacteriana de nutrientes y filtración), desinfección (tratamiento con cloro, ozono, luz ultravioleta o lejía), y ya sea descarga a aguas superficiales (generalmente un río local) o reutilizar para algún otro propósito, como el riego, la preservación del hábitat y la recarga artificial de agua subterránea. El sólido orgánico concentrado producido durante el tratamiento primario y secundario se llama lodo, el cual se trata de diversas maneras incluyendo la eliminación de vertederos, incineración, uso como fertilizante y descomposición bacteriana anaeróbica, lo que se realiza en ausencia de oxígeno. La descomposición anaeróbica de lodos produce gas metano, que puede ser utilizado como fuente de energía. Para reducir los problemas de contaminación del agua, los sistemas de alcantarillado separados (donde la escorrentía de la calle va a los ríos y solo las aguas residuales van a una planta de tratamiento de aguas residuales) son mucho mejores que los sistemas de alcantarillado combinados, que pueden desbordarse y liberar aguas residuales no tratadas en aguas superficiales durante Algunas ciudades como Chicago, Illinois han construido grandes cavernas subterráneas y también utilizan canteras de roca abandonadas para contener el desbordamiento de alcantarillado pluvial. Después de que la lluvia se detiene, el agua almacenada va a la planta de tratamiento de aguas residuales para su procesamiento.

Screen Shot 2019-04-10 a las 5.22.17 PM.png — Figura\(\PageIndex{17}\) Pasos en una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. Las numerosas etapas de procesamiento en una planta convencional de tratamiento de aguas residuales incluyen pretratamiento (tamizado y remoción de arena y grava), tratamiento primario (sedimentación o flotación para eliminar sólidos orgánicos, grasa y grasa), tratamiento secundario (descomposición bacteriana aeróbica de sólidos orgánicos), tratamiento terciario (descomposición bacteriana de nutrientes y filtración), desinfección (tratamiento con cloro, ozono, luz ultravioleta o lejía), y ya sea descarga a aguas superficiales (generalmente un río local) o reutilización para algún otro propósito, como riego, preservación del hábitat y recarga artificial de agua subterránea. *Fuente: Leonard G. vía Wikipedia*

Un sistema de fosas sépticas es un sistema individual de tratamiento de aguas residuales para hogares en entornos rurales e incluso algunos urbanos. Los componentes básicos de un sistema de fosas sépticas (ver Figura\(\PageIndex{18}\)) incluyen una línea de alcantarillado de la casa, una fosa séptica (un recipiente grande donde los lodos se asientan en el fondo y los microorganismos descomponen los sólidos orgánicos anaeróbicamente), y el campo de drenaje (red de tuberías perforadas donde el agua clarificada se filtra en el suelo y se purifica adicionalmente por bacterias). Los problemas de contaminación del agua ocurren si el tanque séptico funciona mal, lo que suele ocurrir cuando un sistema se establece en el tipo incorrecto de suelo o se mantiene mal.

Screen Shot 2019-04-10 a las 5.22.56 PM.png — Figura Sistema\(\PageIndex{18}\) Séptico. Sistema de tanque séptico para tratamiento de aguas residuales. *Fuente: Servicio Geológico de los Estados Unidos*

Para muchos países en desarrollo, la ayuda financiera es necesaria para construir instalaciones adecuadas de tratamiento de aguas residuales; sin embargo, la Organización Mundial de la Salud estima un ahorro estimado de costos de entre 3 y 34 dólares por cada dólar invertido en suministro de agua potable y saneamiento (Water for Life, 2005). El ahorro de costos se debe al ahorro en el cuidado de la salud, ganancias en productividad laboral y escolar, y muertes evitadas. Las técnicas simples y económicas para tratar el agua en el hogar incluyen la cloración, los filtros y la desinfección solar. Otra alternativa es utilizar la tecnología de humedales construidos (marismas construidas para tratar el agua contaminada), que es más simple y económica que una planta convencional de tratamiento de aguas residuales.

El agua embotellada no es una solución sustentable a la crisis del agua, a pesar del crecimiento exponencial de popularidad en Estados Unidos y el mundo. El agua embotellada no es necesariamente más segura que el suministro público de agua de Estados Unidos, cuesta en promedio unas 700 veces más que el agua del grifo estadounidense, y cada año usa aproximadamente 200 mil millones de botellas de plástico y vidrio que tienen una tasa de reciclaje relativamente baja. En comparación con el agua del grifo, utiliza mucha más energía, principalmente en la fabricación de botellas y el transporte de larga distancia. Si no te gusta el sabor del agua del grifo, ¡usa un filtro de agua en lugar de agua embotellada!

Screen Shot 2019-04-10 a las 5.24.03 PM.png — Figura Drenaje\(\PageIndex{19}\) pluvial. Drenaje pluvial en acera que recibe escorrentía urbana. *Fuente: Por Robert Lawton vía Wikimedia Commons*

Las soluciones sustentables adicionales a la crisis de contaminación del agua incluyen legislación para eliminar o reducir en gran medida las fuentes puntuales de contaminación del agua. En Estados Unidos, la Ley de Agua Limpia de 1972 y modificaciones posteriores condujeron a importantes mejoras en la calidad del agua (ver Ley de Agua Limpia de la Barra lateral). Las fuentes no puntuales de contaminación del agua, por ejemplo, la escorrentía agrícola y la escorrentía urbana (ver Figura\(\PageIndex{19}\)), son mucho más difíciles de regular debido a su naturaleza generalizada y difusa. Hay muchas prácticas de construcción y agricultura que reducen la escorrentía contaminada, incluida la agricultura con labranza cero y las trampas de sedimentos. La aireación artificial o la mezcla mecánica pueden remediar los lagos con agotamiento de oxígeno. Las cosas específicas que podemos hacer para reducir la escorrentía urbana incluyen las siguientes: mantener el suelo, las hojas y los recortes de pasto fuera de las calzadas, aceras y calles; no verter aceite de motor usado, anticongelante, pinturas, pesticidas o cualquier químico peligroso para el hogar por la alcantarilla pluvial o desagüe; reciclar aceite de motor usado; usar programas de eliminación de desechos peligrosos que ofrece la comunidad; compostar sus desechos orgánicos; no use fertilizantes y herbicidas en su césped; y arroje los desechos de mascotas por el inodoro.

Ley de Agua Limpia

Durante la década de 1900, 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 (ver Figura\(\PageIndex{20}\)), incluido un famoso incendio en 1969 que llamó la atención de la nación. 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. 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 y la calidad del agua de Estados Unidos mejorara significativamente como resultado. Se necesita más progreso porque actualmente la EPA considera que más de 40,000 cuerpos de agua estadounidenses están deteriorados, más comúnmente debido a patógenos, metales, nutrientes de plantas y agotamiento de oxígeno. Otra preocupación es proteger la calidad del agua subterránea, que aún no está suficientemente atendida por la ley federal.

Screen Shot 2019-04-10 a las 5.26.16 PM.png — Figura Río\(\PageIndex{20}\) Cuyahoga en llamas. *Fuente: Nacional Oceánico y Atmosférico*

A veces, el flujo lento a través de un suelo puede purificar naturalmente el agua subterránea porque algunos contaminantes, como P, pesticidas y metales pesados, se unen químicamente con las superficies de arcillas del suelo y óxidos de hierro. Otros contaminantes no son retenidos por las partículas del suelo: Estos incluyen N, sal vial, combustible de gasolina, el herbicida atrazina, tetracloroetileno (un solvente de limpieza cancerígeno utilizado en la limpieza en seco) y cloruro de vinilo. En otros casos, el flujo lento del agua subterránea puede permitir que las bacterias descompongan la materia orgánica muerta y ciertos pesticidas. Hay muchas otras formas de remediar las aguas subterráneas contaminadas. A veces la mejor solución es detener la fuente de contaminación y permitir la limpieza natural. Los métodos de tratamiento específicos dependen de la geología, la hidrología y el contaminante porque algunos contaminantes ligeros fluyen sobre el agua subterránea, otros se disuelven y fluyen con el agua subterránea, y los contaminantes densos pueden hundirse debajo del agua subterránea. Un método común de limpieza llamado bombear y tratar consiste en bombear el agua subterránea contaminada y tratarla por oxidación, filtración o métodos biológicos. En ocasiones el suelo debe ser excavado y enviado a un relleno sanitario. Los métodos de tratamiento in situ incluyen agregar químicos para inmovilizar metales pesados, crear una zona de reacción permeable con hierro metálico que pueda destruir solventes orgánicos, o usar biorremediación agregando oxígeno o nutrientes para estimular el crecimiento de microorganismos.

Preguntas de revisión

¿Cuáles son los principales tipos de contaminantes del agua y cómo degradan la calidad del agua?
¿Cómo calificaría los problemas de contaminación del agua descritos en este capítulo? ¿Por qué?
¿Por qué las aguas residuales no tratadas son un contaminante de agua tan importante para remediar?
¿Qué debería aprender la sociedad de la historia del caso de Love Canal?
¿Por qué las personas se enfrentan a una crisis de contaminación del agua y cómo podemos resolverla?

Referencias

Agua para la Vida: Making it Happen (2005) Organización Mundial de la Salud y UNICEF. Recuperado a partir de http://www.who.int/water_sanitation_health/waterforlife.pdf

Estadísticas Mundiales de Salud (2010) Organización Mundial de la Salud. Recuperado a partir de http://www.who.int/whosis/whostat/EN_WHS10_Full.pdf

Glosario

arsénico: Un tipo de contaminante del agua que puede ser fatal en grandes dosis y puede causar problemas de salud en pequeñas dosis durante mucho tiempo.

demanda bioquímica de oxígeno: La cantidad de oxígeno utilizada por la descomposición bacteriana aeróbica (en presencia de oxígeno) de la materia orgánica.

biorremediación: Método de remediación de aguas subterráneas que implica la adición de oxígeno o nutrientes. para estimular el crecimiento de microorganismos, los cuales descomponen un contaminante orgánico.

agua embotellada: El agua potable envasada en botellas de plástico o botellas de vidrio, el agua embotellada no es una solución sustentable a la crisis del agua debido a la energía no renovable y los recursos materiales involucrados en su fabricación y transporte.

sistemas combinados de alcantarillado: Un solo conjunto de tuberías subterráneas utilizadas para recoger tanto aguas residuales como. escorrentía de aguas pluviales de calles para el tratamiento de aguas residuales.

humedal construido: Marsh construido para tratar el agua contaminada.

penacho contaminante: Un gran cuerpo de agua subterránea contaminada que fluye.

eutrofización cultural: Crecimiento rápido de plantas acuáticas, particularmente algas, en un cuerpo de agua superficial.

nutrimento excesivo de las plantas: Un tipo de contaminante del agua que involucra un nutriente vegetal limitante que generalmente está presente en el agua a bajas concentraciones y por lo tanto restringe la cantidad total de crecimiento de la planta, ejemplos incluyen nitrógeno y fósforo.

agua dura: Agua con abundante calcio y magnesio, lo que reduce su capacidad para desarrollar jabonaduras y mejora las incrustaciones; el agua dura no tiene efectos negativos para la salud en las personas.

calor: Un tipo de contaminante del agua que provoca una caída en el contenido de oxígeno disuelto, lo que puede estresar a los peces.

heavy metal: Un tipo de contaminante del agua que involucra elementos como plomo, mercurio, arsénico, cadmio y cromo, que pueden acumularse a través de la cadena alimentaria.

hipoxia: Agua muy baja en oxígeno debido al prolífico crecimiento de algas, muerte de algas, y luego descomposición, también llamada zona muerta.

mercurio: Un tipo de contaminante del agua que actúa sobre el sistema nervioso central y puede causar pérdida de vista, sensación y audición, así como nerviosismo, temblores y muerte.

fuente no puntual (de contaminación del agua): Lugar amplio y difuso donde se produce una fuente de contaminación.

derrame de petróleo: Un tipo de contaminante orgánico del agua que implica la liberación de petróleo líquido al ambiente debido a la actividad humana.

Residuos que exigen oxígeno: Un tipo de contaminante del agua que involucra abundante materia orgánica muerta.

patógenos: Microorganismos causantes de enfermedades, por ejemplo, virus, bacterias, gusanos parásitos y protozoos, que causan una variedad de enfermedades intestinales como disentería, fiebre tifoidea, hepatitis y cólera.

contaminante orgánico persistente: Un grupo de contaminantes orgánicos del agua que son de larga vida en el medio ambiente, se acumulan a través de la cadena alimentaria y pueden ser tóxicos.

fuente puntual (de contaminación del agua): Ubicación fácilmente identificable y relativamente pequeña donde se produce una fuente de contaminación.

sedimento: Un tipo de contaminante del agua que degrada el agua potable y puede matar plantas submarinas que necesitan luz solar para la fotosíntesis.

sistema de tanque séptico: Un sistema individual de tratamiento de aguas residuales para hogares en entornos rurales e incluso algunos urbanos.

planta de tratamiento de aguas residuales: Una instalación que procesa aguas residuales con el objetivo principal de eliminar materia orgánica (desechos que requieren oxígeno) y matar bacterias.

lodos: Sólido orgánico concentrado producido durante el tratamiento primario y secundario del tratamiento de aguas residuales.

solvente: Capacidad de un líquido como el agua para disolver minerales solubles.

sólidos disueltos totales: Cantidad total de material disuelto en agua, reportada típicamente en partes por millón (ppm) de unidades.

químico tóxico: Un tipo de contaminante orgánico del agua que involucra químicos con un grave riesgo para la salud humana.

tanque de almacenamiento de combustible subterráneo: Un tipo de contaminante del agua si tiene fugas.

contaminación del agua: Contaminación del agua por una cantidad excesiva de una sustancia que puede causar daños a los seres humanos y al ecosistema.