14.3: Contaminación Química y Biológica
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- Describir el impacto de las actividades humanas en la calidad del agua.
La crisis global del agua también involucra la contaminación del agua. Para que el agua sea útil para beber y regar, 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 tenían acceso a agua potable segura. Al mismo tiempo, alrededor de 2.600 millones de personas (o el 40% de la población mundial) vivían sin saneamiento mejorado, 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. Casi todas estas muertes se producen en países en desarrollo, y alrededor del 90% de ellas ocurren entre niños menores de 5 años (Figura 1). 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 la seguridad del 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. 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.
La contaminación del agua es la contaminación del agua por una cantidad excesiva de una sustancia que puede causar daño a los seres humanos y/o 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. 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.
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 (Figura\(\PageIndex{1}\)). 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. Además, las tuberías incluidas son tuberías 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 directamente en las aguas superficiales.
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Esta sección y la siguiente se centrarán en cómo las actividades humanas afectan la calidad del agua.
Demasiada Materia Orgánica Significa Muy Poco Oxígeno
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 y eliminan el oxígeno disuelto (O 2) de acuerdo con la siguiente reacción:
\[\text{organic matter} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2} O \nonumber \]
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 muchas aguas naturales son las aguas residuales; el pasto y las hojas son fuentes más pequeñas. Un cuerpo de agua no contaminado con respecto al DBO 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, DBO es bajo y peces de agua limpia como la trucha. 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 dicho lago, el contenido disuelto de O 2 es ≤5 ppm O 2, el DBO es alto y predominan los peces con baja tolerancia a O 2, como la carpa y el bagre.
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, sin embargo, debido a 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 fósforo) pueden causar eutrofización cultural, lo que conduce al rápido crecimiento de productores acuáticos, particularmente algas. Las gruesas esteras de algas flotantes o plantas enraizadas conducen a una forma de contaminación del agua que daña el ecosistema al obstruir las branquias de los peces y bloquear la luz solar. Un pequeño porcentaje de las especies de algas producen toxinas que pueden matar animales, incluidos los humanos. Los crecimientos exponenciales de estas algas se denominan floraciones algales dañinas. Cuando muere la prolífica capa de algas, se convierte en residuo que requiere oxígeno, lo que puede crear concentraciones muy bajas de O 2 en el agua (< 2 ppm O 2), una condición llamada hipoxia. Esto da como resultado una zona muerta porque provoca la muerte por asfixia 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, incluyendo una zona muerta muy grande ubicada en la costa de Louisiana 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.
La eutrofización es un aumento en la concentración de nutrientes químicos en un ecosistema hasta tal punto que aumenta la productividad primaria del ecosistema. Dependiendo del grado de eutrofización, pueden ocurrir efectos ambientales negativos posteriores como la anoxia (agotamiento de oxígeno) y severas reducciones en la calidad del agua, afectando a peces y otras poblaciones animales.
Contaminación Química de Residuos
Desde la década de 1990, la contaminación del agua por productos farmacéuticos ha sido un tema de preocupación ambiental. Además, es importante señalar que muchos profesionales de la salud pública en Estados Unidos comenzaron a escribir reportes de contaminación farmacéutica en vías fluviales en la década de 1970”. La mayoría de los productos farmacéuticos se depositan en el ambiente a través del consumo humano y la excreción, y a menudo son filtrados ineficazmente por plantas de tratamiento de aguas residuales municipales que no están diseñadas para manejarlos (Figura\(\PageIndex{2}\)) Una vez en el agua, pueden tener efectos diversos y sutiles sobre los organismos, aunque la investigación aún es limitada. Los productos farmacéuticos también pueden depositarse en el ambiente a través de una eliminación inadecuada, escorrentía de fertilizantes para lodos y riego de aguas residuales recuperadas, y tuberías de alcantarillado con fugas. En 2009, un informe de investigación de Associated Press concluyó que los fabricantes estadounidenses habían liberado legalmente 271 millones de libras de compuestos utilizados como drogas al medio ambiente, 92% de los cuales eran los químicos industriales fenol y peróxido de hidrógeno, que también se utilizan como antisépticos. No podía distinguir entre los medicamentos liberados por los fabricantes frente a la industria farmacéutica. También encontró que un estimado de 250 millones de libras de productos farmacéuticos y empaques contaminados fueron desechados por hospitales e instalaciones de atención a largo plazo.
El uso de productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCP) va en aumento con un aumento estimado de 2 mil millones a 3.9 mil millones de recetas anuales entre 1999 y
2009 solo en Estados Unidos. La figura\(\PageIndex{3}\) ilustra cómo las PPCP ingresan al ambiente a través de la actividad humana individual y como residuos de manufactura, agroindustria, uso veterinario y uso hospitalario y comunitario. En Europa, se estima que la entrada de residuos farmacéuticos a través de las aguas residuales domésticas es de alrededor del 80% mientras que el 20% proviene de hospitales. Los individuos pueden agregar PPCP al ambiente a través de la excreción de desechos y el baño, así como mediante la eliminación directa de los medicamentos no utilizados a fosas sépticas, alcantarillas o basura. Debido a que los PPCP tienden a disolverse con relativa facilidad y no se evaporan a temperaturas normales, a menudo terminan en el suelo y los cuerpos de agua.
Algunas PPCP son descompuestas o procesadas fácilmente por un cuerpo humano o animal y/o se degradan rápidamente en el ambiente. Sin embargo, otros no se descomponen ni se degradan fácilmente. La probabilidad o facilidad con que una sustancia individual se descomponga depende de su composición química y de la vía metabólica del compuesto.
Si bien no se entienden los efectos completos de la mayoría de las PPCP sobre el medio ambiente, existe preocupación por el potencial que tienen de daño porque pueden actuar de manera impredecible cuando se mezclan con otros químicos del ambiente o se concentran en la cadena alimentaria. Además, algunas PPCPs son activas a concentraciones muy bajas, y a menudo se liberan continuamente en cantidades grandes o generalizadas.
Debido a la alta solubilidad de la mayoría de las PPCP, los organismos acuáticos son especialmente vulnerables a sus efectos. La mayor presencia de estrógenos y otras hormonas sintéticas en las aguas residuales debido al control de la natalidad y las terapias hormonales se ha relacionado con una mayor feminización de peces expuestos y otros organismos acuáticos. Los químicos dentro de estos productos de PPCP podrían afectar la feminización o masculinización de diferentes peces, afectando por lo tanto sus tasas reproductivas.
La principal vía para que los residuos farmacéuticos lleguen al medio acuático es probablemente por excreción de pacientes sometidos a tratamiento farmacéutico. Dado que muchas sustancias farmacéuticas no se metabolizan en el organismo, pueden ser excretadas en forma biológicamente activa, generalmente a través de la orina. Además, muchas sustancias farmacéuticas no se absorben completamente del intestino (después de la administración oral en pacientes) a su torrente sanguíneo. La fracción no absorbida en el torrente sanguíneo permanecerá en el intestino y eventualmente se excretará a través de las heces. De ahí que tanto la orina como las heces de los pacientes tratados contengan residuos farmacéuticos. Entre el 30 y el 90% de la dosis administrada por vía oral generalmente se excreta como sustancia activa en la orina.
Una fuente adicional a la contaminación ambiental con productos farmacéuticos es la eliminación inadecuada de residuos de medicamentos no utilizados o caducados. En los países europeos, los sistemas de recuperación de tales residuos suelen estar establecidos (aunque no siempre se utilizan en toda su extensión) mientras que en, por ejemplo, Estados Unidos solo existen iniciativas voluntarias sobre una base local. Aunque la mayor parte de los desechos van a la incineración y se pide a la gente que arroje productos farmacéuticos no utilizados o caducados a las investigaciones de desechos domésticos en Alemania mostraron que hasta el 24% de los productos farmacéuticos líquidos y el 7% de las tabletas o ungüentos se desechan siempre o al menos “raramente” a través del inodoro o lavabo.
La destrucción adecuada de los residuos farmacéuticos debería producir productos en reposo sin ninguna actividad farmacéutica o ecotóxica. Además, los residuos no deben actuar como componentes en la formación ambiental de nuevos productos de este tipo. Se considera que la incineración a alta temperatura (>1000 grados Celsius) cumple con los requisitos, pero incluso después de dicha incineración las cenizas residuales de la incineración deben ser atendidas adecuadamente.
Los productos farmacéuticos utilizados en medicina veterinaria, o como aditivos a la alimentación animal, plantean un problema diferente, ya que se excretan en el suelo o posiblemente en aguas superficiales abiertas. Es bien sabido que tales excreciones pueden afectar directamente a los organismos terrestres, conduciendo a la extinción de especies expuestas (por ejemplo, escarabajos). Los residuos farmacéuticos solubles en lípidos de uso veterinario pueden unirse fuertemente a las partículas del suelo, con poca tendencia a filtrarse al agua subterránea o a las aguas superficiales locales. Los residuos más solubles en agua pueden ser lavados con lluvia o nieve derretida y llegar tanto a las aguas subterráneas como a las corrientes de agua superficial.
Enfermedades Transmitidas por Agua
Las enfermedades transmitidas por el agua son afecciones causadas por microorganismos patógenos que se transmiten en el agua. Estas enfermedades se pueden propagar mientras se baña, se lava, se bebe agua o al comer alimentos expuestos al agua contaminada. Si bien la diarrea y los vómitos son los síntomas más comúnmente reportados de enfermedades transmitidas por el agua, otros síntomas pueden incluir problemas de piel, oídos, respiratorios o oculares. Las enfermedades transmitidas por el agua son impactadas por la economía de un país y también impactan en la economía al ser costosas de tratar.
Los microorganismos causantes de enfermedades que característicamente son transmitidas por el agua incluyen prominentemente protozoos y bacterias, muchos de los cuales son parásitos intestinales, o invaden los tejidos o el sistema circulatorio a través de las paredes del tracto digestivo. Otras enfermedades transmitidas por el agua son causadas por virus. (A pesar de las dificultades filosóficas asociadas a definir los virus como “organismos”, es práctico y conveniente considerarlos como microorganismos en este sentido).
Sin embargo, otras clases importantes de enfermedades transmitidas por el agua son causadas por parásitos metazoos. Los ejemplos típicos incluyen ciertos nematodos, es decir, “lombrices intestinales”. Como ejemplo de infecciones por nematodos transmitidas por el agua, una importante enfermedad por nematodos transmitidos por el agua es la dracunculiasis. Se adquiere al tragar agua en la que ocurren ciertos copépodos que actúan como vectores para los Nematoda. Cualquier persona que se trague un copépodo que pasa a estar infectado con larvas de nematodos del género Dracunculus, se vuelve susceptible de infección. Las larvas causan la enfermedad del gusano de Guinea.
Otra clase de metazoos patógenos transportados por el agua son ciertos miembros de los Schistosomatidae, una familia de trematodos sanguíneos. Suelen infectar a víctimas que hacen contacto cutáneo con el agua. Los trematodos sanguíneos son patógenos que causan Esquistosomiasis de diversas formas, afectando más o menos seriamente a cientos de millones de personas en todo el mundo.
Video\(\PageIndex{1}\) La Coalición para la Salud Comunitaria Global está trabajando dentro de las estructuras sociales existentes en Belén, Iquitos, Perú para defender los derechos humanos de los miembros de la comunidad. Hablamos directamente con los miembros de la comunidad en un foro abierto para conocer sus necesidades, deseos e ideas para crear una oportunidad para cambiar sus comunidades para mejor
La siguiente tabla muestra las enfermedades transmitidas por el agua que pueden ser el resultado de virus, bacterias y parásitos. En algunos casos, las vacunas están disponibles. Al comer, beber o nadar, es importante estar al tanto de cómo podría verse afectado por estos patógenos. El saneamiento del agua potable con compuestos a base de cloro reduce el poder de estos patógenos. Además, el manejo adecuado de alimentos y bebidas podría reducir tu riesgo de desarrollar uno o más de los siguientes problemas de salud.
| Nombre del patógeno | Tipo de Patógeno | Fuente | Problema de salud | Prevención/Tratamiento |
|---|---|---|---|---|
| Giardia | Parásito | Contaminación fecal y alimentos crudos | Vómitos, diarrea y calambres | Medicación posterior |
| Criptosporidium | Parásito | Contaminación fecal | Vómitos, diarrea, fiebre y calambres | Medicación posterior |
| Tifoidea | Bacterias | Contaminación fecal | Fiebre alta, dolores de estómago, dolor de cabeza y sarpullido | Vacunación/Antibióticos |
| E. coli | Bacterias | Contaminación fecal | Diarrea y calambres | Fluidos |
| Legionella | Bacterias | Se encuentra naturalmente en el agua caliente | Causas Legionarios (un tipo de neumonía) | Medicamentos posteriores |
| Cólera | Bacterias | Relacionado con contaminación fecal o mariscos crudos o poco cocidos | Diarrea | Vacuna/Rehidratación, antibióticos y Zinc |
| Hepatitis A | Virus | Alimentos y agua contaminados | Vómitos, orina oscura y coloración amarillenta de los ojos. | Vacunación/Fluidos |
| Polio | Virus | Contaminación fecal | Síntomas de gripe, parálisis | Vacunación |
(Figura\(\PageIndex{4}\)) muestra cómo una persona podría contraer giardiasis a partir de giardia, un parásito. Este patógeno en particular puede vivir en un cuerpo hasta seis meses. Una vez detectado a través de una muestra de heces, a un paciente se le pueden recetar antibióticos específicos como Flagyl para tratar la infección. Desafortunadamente, no existe una vacuna para prevenir la Giardiasis.
Aguas ácidas
El agua puede contaminarse en cualquier parte del ciclo del agua. La contaminación del aire puede afectar el vapor de agua y el agua líquida. Las fuentes de combustión como vehículos y plantas de energía generan compuestos como\(\ce{NO_xs}\)\(\ce{SO_xs}\)\(\ce{CO}\),\(\ce{CO2}\),, y otras diversas especies de compuestos orgánicos volátiles inorgánicos y orgánicos (VOC) (Tabla\(\PageIndex{2}\)). Algunos de estos compuestos pueden llegar a ser solubles en agua. Esto podría afectar el nivel de pH (o acidez) del agua superficial del agua. Normalmente, el pH del agua es un valor neutro (o pH= 7). Cuando\(\ce{NO_xs}\),\(\ce{SO_xs}\)\(\ce{CO}\),\(\ce{CO2}\) ingresa al ciclo del agua, entonces el nivel de pH se baja por debajo de 7.0. Si estos gases son absorbidos en las nubes de lluvia, entonces resulta lluvia ácida. Los ácidos específicos involucrados en la lluvia ácida son sulfúrico, nítrico y carbónico. Este problema ambiental afecta a los organismos vivos y a los materiales de construcción. Las soluciones ácidas pueden corroer los metales y hacerlos solubles también.
| Productos de combustión | Fuentes |
|---|---|
| CO 2 y CO | Combustión de cualquier material (cualquier combustible o árbol) |
| NO X (NO 2 y NO 3) | Combustión a alta temperatura de cualquier combustible (gas, diesel o carbón), producto de un rayo |
| SO x (SO 2 y SO 3) | Combustión de combustibles a base de azufre (diesel y carbón), liberación volcánica |
| VOC (compuesto orgánico volátil) | Combustión de cualquier combustible a base de carbono (gas, diesel o carbón), humos de pinturas o solventes |
En Estados Unidos, el noreste tiene más problemas con la lluvia ácida. Las poblaciones concentradas que utilizan energía eléctrica y vehículos contribuyen en gran medida a la reducción del pH del agua de lluvia. La reducción de la producción gaseosa requiere tapar las fuentes de combustión (vehículos y centrales eléctricas). La acidez en la lluvia se mide recolectando muestras de lluvia y midiendo su pH. Para encontrar la distribución de la acidez de la lluvia, se monitorean las condiciones climáticas y se recolectan muestras de lluvia en sitios de todo el país (Figura\(\PageIndex{5}\)). Las áreas de mayor acidez (valores de pH más bajos) se encuentran en el noreste de Estados Unidos. Este patrón de alta acidez es causado por un gran número de ciudades, la densa población y la concentración de plantas eléctricas e industriales en el noreste. Además, la dirección predominante del viento trae tormentas y contaminación al noreste desde el Medio Oeste, y es menos probable que el polvo del suelo y las rocas en el noreste de Estados Unidos neutralice la acidez bajo la lluvia.
Resumen
- La contaminación del agua es la contaminación del agua por una cantidad excesiva de una sustancia que puede causar daño a los seres humanos y/o al ecosistema.
- 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
- La materia orgánica, así como los fosfatos y nitratos de los desechos humanos y animales de granja apoyan el crecimiento de algas y microorganismos, incluidas las bacterias.
- La eutrofización es un aumento en la concentración de nutrientes químicos en un ecosistema hasta tal punto que aumenta la productividad primaria del ecosistema. Dependiendo del grado de eutrofización, pueden ocurrir efectos ambientales negativos posteriores como la anoxia (agotamiento de oxígeno) y severas reducciones en la calidad del agua, afectando a peces y otras poblaciones animales.
- La lluvia ácida (formada como consecuencia de la contaminación del aire) podría afectar materiales de construcción y organismos vivos en la tierra y diversos cuerpos de agua.
Colaboradores y Atribuciones
- Essentials of Environmental Science by Kamala Doršner is licensed under CC BY 4.0. Modified from the original by Matthew R. Fisher.
- Wikipedia
- US EPA