11 de oct. de 2008

1. El Agua (Módulo común)

“EL AGUA”


El agua es, sin duda,uno de los componentes principales de la biosfera, se le encuentra ampliamente distribuida y cubre algo más del 70% de la superficie de nuestro planeta. Cerca del 95% de ella se encuentra como agua salada formando parte de los océanos (aguas oceánicas), mientras que el agua dulce continental no supera el 5% en promedio (aguas continentales). La mayor parte del agua dulce se encuentra congelada en los polos, mientras que sólo un 1% del agua de la Tierra se encuentra disponible en forma líquida, distribuyéndose en ríos, lagos y napas subterráneas. (ver fig. 1)
















Fig. 1

Aunque te resulte sorprendente sólo un 1% de toda el agua que existe en el planeta está disponible para ser utilizada por nosotros y su distribución a nivel global es bastante heterogénea existiendo extensas zonas del planeta que presentan problemas de disponibilidad de agua potable actualmente. Esta situación probablemente se verá agravada por el calentamiento global y la contaminación de napas subterráneas y otras fuentes de agua de beber. Según algunos estudios del tema, en un futuro no lejano el acceso a agua limpia para beber podría ser causa de conflictos tan serios como los que se presentan por el acceso a recursos energéticos. Si lo llevamos a la vida cotidiana, piensa que una familia promedio gasta 25.000 litros de agua cada mes de los que sólo el 5% son destinados a beber y cocinar, el resto es gastado en nuestra higiene personal, lavado riego, etc. Te parecerá increíble pero el 40% de toda el agua que utilizas en tu hogar se gasta cada vez que descargas el estanque de tu inodoro. Sería bueno que reflexionaras respecto de estos números y pensaras cómo puedes ayudar a ahorrar agua.

El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad A la presión atmosférica (760 mm de mercurio) y a nivel del mar, el punto de congelación del agua es de 0°C y su punto de ebullición de 100°C, alcanzando su máxima densidad a una temperatura de 4°C y se expande al congelarse.

El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ambientales en los tres estados de la materia, a sea, sólido, líquido y gas. Como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como en las superficies de agua en invierno; también se le puede encontrar en forma de nieve, granizo y escarcha, y en las nubes formando cristales de hielo.En estado líquido está presente en las nubes formadas por gotas de agua y en forma de rocío sobre la vegetación. Además cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos, mares y océanos. Como gas o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes.


NATURALEZA QUÍMICA DEL AGUA


Hacia fines del siglo XVII, el agua era considerada un elemento, es decir, una sustancia formada por una sola clase de átomos. Sin embargo, en 1781, el químico inglés Henry Cavendish (1731-1810), demostró que el agua se formaba durante la combustión del gas hidrógeno. Cavendish afirmaba: si el hidrógeno arde es porque reacciona con el oxígeno del aire formando el agua. En 1800 dos químicos ingleses, de apellidos Nicholson y Carlisle, realizaron la electrólisis del agua, es decir, descompusieron el agua en hidrógeno gaseoso y oxígeno gaseoso haciendo pasar por ella una corriente eléctrica. El agua por tanto, está formada por hidrógeno y oxígeno. Ahora bien, como las propiedades del agua son distintas a las de los gases hidrógeno y oxígeno, el agua no es una mezcla, es un compuesto.



El agua es una sustancia química constituida por moléculas, cada una de ellas formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno central unidos por enlaces covalentes, formando un ángulo de 105 grados, lo que le confiere una geometría angular. (fig. 2)

Debido a la diferencia de tamaño y de electronegatividad de los átomos de hidrógeno y oxígeno, la molécula de agua es una molécula polar. Esta polaridad explica las fuerzas de atracción que mantienen unidas a las moléculas de agua, formando enlaces moleculares de hidrógeno, más conocidos como puentes de hidrógeno.(fig.3). La distribución de cargas eléctricas en la molécula de agua se debe a que el oxígeno atrae con más fuerza los electrones que participan de los enlaces, generando cargas parciales positivas sobre los hidrógenos y una carga parcial negativa sobre el propio oxígeno.










Fig. 2 Fig. 3




Esta característica que determina que el agua sea una molécula polar permite la formación de puentes de hidrógeno, es decir, enlaces intermoleculares entre las cargas parciales contrarias de oxígenos e hidrógenos de moléculas vecinas. Esta característica del agua explica sus elevados puntos de ebullición y de fusión, y su extraordinaria eficacia como solvente de sustancias polares y iónicas. La capacidad de formar puentes de hidrógeno no es exclusiva del agua; solventes como etanol o ácidos orgánicos como el acético, también pueden formarlos, tanto entre sí como con la propia agua, aun cuando ninguno de estos compuestos forma uniones de hidrógeno tan fuertes como las formadas por el agua.


ELECTRÓLISIS DEL AGUA

Como se mencionó anteriormente los científicos Nicholson y Carlisle, llevaron a cabo la reacción de descomposición del agua, haciendo pasar una corriente eléctrica a través de ella, descomponiéndola en los elementos hidrógeno y oxígeno.


La electrólisis del agua produce siempre hidrógeno y oxígeno en proporción de 2 a 1 en volumen. Esta reacción puede inducirse al electrolizar el agua en una celda como la que se muestra en la figura 3. Esta celda electrolítica consta de un par de electrodos hecho de un material no reactivo, como el platino, sumergido en agua. Cuando los electrodos se conectan a la batería no sucede nada, porque no existen suficientes iones en agua pura para transportar una cantidad apreciable de corriente eléctrica. Por otra parte, la reacción se lleva a cabo fácilmente en disolución de ácido sulfúrico, porque hay un número suficiente de iones para conducir la electricidad. Inmediatamente aparecen burbujas en ambos electrodos.



El proceso en el ánodo (polo positivo) y enel cátodo(polo negativo) se observa en la siguiente reacción global

PROPIEDADES DEL AGUA

El agua,al igual que muchos otros compuestos,puede experimentar cambios de estado pasando desde la fase sólida a la fase líquida y luego,a la fase gaseosa cuando es calentada.Este proceso implica una variación en la interacción de las moléculas de agua y en el consecuente ordenamiento de estas. En el estado sólido, la agitación molecular es mínima y como producto de las fuerzas de cohesión,las moléculas se encuentran ordenadas y cercanas unas de otras. En el
estado líquido, las moléculas se encuentran más alejadas entre sí, en comparación con las moléculas de un sólido y, por tanto, las fuerzas de cohesión que existen entre ellas son más débiles. Las moléculas vibran con mayor libertad que en los sólidos, permitiendo que sufran pequeñas traslaciones en el interior del líquido. Los líquidos,por tanto,pueden escurrir o fluir con notable facilidad, no ofrecen resistencia a la penetración y toman la forma del recipiente que los contiene. Sus moléculas, al igual que las de los sólidos amorfos, no se encuentran distribuidas en forma ordenada. (fig. 4)

Fig. 4

Por su composición y estructura, el agua posee los puntos de ebullición y de fusión más elevados que los de la mayoría de los líquidos, por esta razón es que el agua es un líquido a la temperatura ambiente.


La propiedad más sobresaliente del agua es que su forma sólida es menos densa que su forma líquida: un cubo de hielo flota en la superficie del agua en un vaso. Ésta es virtualmente una propiedad única. La mayoría de las otras sustancias tienen una mayor densidad en el estado sólido que en el estado líquido. El hecho de que el hielo sea menos denso que el agua tiene un significado ecológico profundo, la capa de hielo formada en la superficie de un lago o un río no se sumerge porque es menos densa que el líquido; más aun actúa como un aislante térmico para el agua que queda debajo. Si el hielo fuera más pesado, se iría al fondo del lago cada vez que el agua se congelara en la superficie y la mayoría de los organismos vivos que existen en el cuerpo del agua no sobrevivirían. Afortunadamente, esto no ocurre.


Esta misma propiedad del hielo, tiene peligrosas consecuencias para las células vivas. Cuando los tejidos vivos se congelan, se forman cristales de hielo, y su expansión rompe y mata a las células. Cuanto más lento es el enfriamiento, mayores son los cristales de hielo y más se daña la célula. Los fabricantes de alimentos aprovechan las propiedades del agua cuando los congelan con tanta rapidez que los cristales no pueden crecer mucho ( y por tanto producen un mínimo daño a su estructura celular).


El agua es también más densa que la mayor parte de los otros líquidos comunes. Por ello, los líquidos que son menos densos que el agua e insolubles en ella flotan en su superficie. El petróleo, que flota sobre el agua, a menudo va a dar a las playas, donde causa considerables daños ecológicos y estéticos.


Otra propiedad muy importante del agua es su elevada capacidad calorífica. La capacidad calorífica de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de la sustancia en 1 °C. El calor específico es la capacidad calorífica de una muestra de 1 gramo, es decir, la cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura de 1 gramo de la sustancia en 1 °C. El agua libera mucho calor cuando hay un descenso en la temperatura, aunque este sea pequeño. Así, las enormes cantidades de agua en la superficie terrestre actúan como un gigantesco termostato, para moderar las variaciones diarias de la temperatura.


Otra característica más que hace al agua única, es su elevado calor de vaporización: se requiere una gran cantidad de calor para evaporar una cantidad pequeña de agua, esto nos permite disipar grandes cantidades de calor corporal, evaporando pequeñas cantidades de agua en el sudor. Este efecto también explica la capacidad que tienen lagos y océanos para regular el clima.
El agua tiene una tensión superficial mayor que gran parte de los líquidos comunes, esto se debe a los enlaces por puente de hidrógeno, que están formados por fuerzas intermoleculares fuertes entre las moléculas de agua.


La tensión superficial es la fuerza que mantiene unidas las moléculas de la superficie libre de los líquidos. Las gotas de agua son esféricas debido a su elevada tensión superficial.
Debido a su estructura y composición, el agua es mejor solvente que la mayoría de los líquidos corrientes; por esto se le considera un solvente universal y es por esta razón, que el agua es un medio donde ocurren las transformaciones químicas. De hecho, su condición de disolvente ha permitido el desarrollo de la vida en la Tierra.


CICLO DEL AGUA

La distribución del agua entre los océanos, los casquetes polares, los ríos, lagos y arroyos de agua dulce es relativamente constante. Sin embargo, existe un ciclo dinámico del agua entre los distintos componentes. El agua se evapora constantemente de las superficies, tanto acuáticas como terrestres. Este vapor de agua se condensa en nubes y regresa a la Tierra en forma de lluvia, aguanieve y nieve. Esta agua dulce llega a ser parte de los casquetes polares, fluye en forma de arroyos y ríos y llena lagos y depósitos subterráneos.


El reciclaje del agua renueva el suministro de agua dulce. Cuando se evapora agua del mar, las sales quedan como residuo. Cuando el agua se filtra por la tierra, las impurezas quedan atrapadas en la roca, grava, arena y arcilla. Sin embargo, esta capacidad de purificación no es infinita.


Las vías de salida del agua del ciclo, tanto en los vegetales como en los animales, son la transpiración y respiración en las plantas, en tanto los animales eliminan agua mediante la excreción, transpiración y la respiración. (ver fig. 5)

Fig. 5

Aun cuando hemos hablado de porcentajes fijos para los distintos tipos de aguas, estas no están quietas en nuestro planeta, todo lo contrario, están constantemente convirtiéndose unas en otras gracias a las propiedades físicas del agua.


Producto de la enorme superficie del mar, millones de metros cúbicos de agua se evaporan desde los océanos diariamente, condensándose debido a las condiciones de presión y temperatura reinantes en la atmósfera, para formar las nubes. Son estas mismas condiciones atmosféricas las que permiten que el agua regrese en forma de precipitaciones, ya sea como lluvia o nieve. El agua de la lluvia, así como aquella que proviene de los deshielos fluye hasta ríos y lagos, llegando en ultimo término al mar. Otra parte del agua proveniente de las precipitaciones se infiltra en los suelos incorporándose a las napas de aguas subterráneas. La humedad presente en los suelos es liberada, en parte, como transpiración incorporándose de este modo también a este ciclo que se realiza de manera continua. Procesos como el comentado calentamiento global podrían alterar el desarrollo de este ciclo y poner en peligro la disponibilidad de agua para beber en amplias regiones de nuestro planeta.


AGUA EN LA NATURALEZA

El agua de lluvia acarrea partículas de polvo de la atmósfera al suelo, y también disuelve un poco de oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono mientras cae a través del aire. Durante las tormentas eléctricas, los rayos hacen que nitrógeno, oxígeno y vapor de agua se combinen para formar ácido nítrico. También se encuentran trazas de ácido nítrico en el agua de lluvia.


Cuando el agua corre sobre la tierra o por debajo de ella, disuelve minerales de las rocas y los suelos. También disuelve sustancias de plantas y animales en descomposición. Recuerda que los minerales (sales) son iónicos, y que los iones tienen carga positiva o negativa. Los principales iones positivos (cationes) del agua natural son sodio (Na+), potasio (K+), calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+) y a veces hierro (Fe2+ o Fe3+). Los iones negativos (aniones) suelen ser sulfato (SO42-), bicarbonato (HCO3-) y cloruro (Cl-). En la siguiente tabla se resumen las sustancias que se encuentran en las aguas naturales.

ALGUNAS SUSTANCIAS QUE SE ENCUENTRAN EN LAS AGUAS NATURALES


AGUAS DURAS Y BLANDAS

El agua que contiene un exceso de sales de calcio, magnesio o hierro se denomina agua dura (aproximadamente 0,6 g/litro). Los iones positivos reaccionan con los iones negativos del jabón para formar una sustancia insoluble (especie de nata), impidiendo la acción limpiadora del jabón ya que se pega a la ropa y hace que se vea sucia. Este tipo de agua no puede ser usada para cocinar los alimentos, ni industrialmente porque forma costras en las calderas. Es necesario remover las sales de calcio y magnesio para poder ser utilizadas, ya sea doméstica o industrialmente, mediante un proceso denominado ablandamiento y que consiste en precipitar esas sales o utilizar resinas denominadas de intercambio iónico, que retienen los iones Ca2+, Mg2+, Fe3+ y los cambian por otros cationes que no causen problemas.

Si la dureza es debida a bicarbonatos (HCO3-) se dice que es temporal, ya que se quita por ebullición, de otra manera se dice que la dureza es permanente.

El agua blanda puede contener iones Na+ o K+ , pero estos no forman esa nata insoluble con el jabón.

ABLANDADORES DE AGUAS

Para la limpieza de la ropa y para muchos otros propósitos, el jabón ha sido reemplazado en buena medida por detergentes sintéticos, pues los jabones tienen inconvenientes importantes. Uno de ellos es que en soluciones ácidas, los jabones se convierten en ácidos grasos libres que, a diferencia del jabón, carecen de un extremo iónico y por tanto no tienen acción detergente. No sólo eso, los ácidos grasos son insolubles en agua y se separan en forma de una nata grasosa.

Una desventaja más grave del jabón es que no funciona bien en aguas duras. Las aguas duras, como dijimos anteriormente, contienen ciertos iones metálicos, en particular magnesio, calcio y hierro. Los aniones del jabón reaccionan con estos iones metálicos y forman sólidos grasosos e insolubles, los que dejan pegajoso el cabello recién lavado y son la causa del “gris delator” en la ropa lavada.

La formación de espuma del detergente es más o menos la misma en agua dura y en agua blanda, en cambio cuando se usa jabón, en agua dura casi no hay espuma y se forma material insoluble.

Se han ideado diversos agentes y métodos para ablandar el agua, a fin de facilitar la acción de los jabones. Un ablandador de agua eficaz es la sosa para lavar, que es carbonato de sodio (Na2CO3 . 10H2O). Este compuesto alcaliniza el agua (lo que evita la precipitación de los ácidos grasos) y elimina los iones calcio y magnesio del agua dura, precipitándolos como iones insolubles ( MgCO3 y CaCO3). El fosfato trisódico (Na3PO4) es otro agente ablandador del agua. Al igual que la sosa para lavar, hace alcalina la solución y precipita los iones calcio y magnesio, además al parecer los fosfatos contribuyen al proceso de limpieza, aunque todavía no se sabe como lo hacen.

Existe otro método que es el ablandamiento de aguas por intercambio iónico, los cationes con carga doble (Ca2+, Mg2+ y Fe2+), sustituyen al Na+ en la superficie con carga negativa de las partículas de la resina de intercambio iónico. Cuando el agua ha pasado a través de la columna que contiene la resina, ya se ha ablandado, es decir se han sustituído (intercambiado) los iones Ca2+, Mg2+, Fe2+ por iones Na+.

También existen tanques ablandadores del agua para hogares y empresas. Estos tanques contienen un material polimérico insoluble que atrae y retiene los iones calcio, magnesio y hierro en su superficie, con lo que ablanda el agua. Después de un período de uso, el polímero se satura y se debe desechar o regenerar.

Finalmente, se deben mencionar también algunas ventajas del jabón, es un excelente limpiador en agua blanda, es relativamente poco tóxico, se obtiene de recursos renovables (grasas animales y aceites vegetales) y es biodegradable.

“CONTAMINACIÓN Y RECUPERACIÓN DEL AGUA”

La tensión superficial corresponde al comportamiento de una delgada capa superficial del líquido, la cual se comporta como si fuera una membrana de material elástico, debido a que las fuerzas de cohesión de las moléculas que están en el interior del líquido se atraen entre sí en todas direcciones, menos en la superficie. El agua presenta una elevada tensión superficial, la que explica que las gotas de agua tengan forma esférica, así como también el que pequeños objetos más densos que el agua puedan sostenerse sobre ella. Este es el caso de una aguja, que si es depositada cuidadosamente sobre el agua no se hunde, o el de insectos que asombrosamente son capaces de caminar sobre el agua sin siquiera mojarse las patas.


Los sistemas de desagüe de las ciudades actuales arrojan a los cursos de agua toneladas y toneladas de materia fecal, que estimulan la proliferación de organismos patógenos ocasionando la contaminación biológica de las aguas. Esta contaminación, sumada a los detergentes y otros desechos tóxicos vertidos al drenaje domiciliario, constituyen las aguas servidas. Las industrias, por su parte, vierten a los cursos de agua, como resultado de sus procesos productivos, sustancias orgánicas y metales pesados que alteran las características de salinidad y pH. Muchos de estos contaminantes son altamente tóxicos y pueden acumularse en los organismos vivos, a través del proceso de bioacumulación. Este proceso consiste en la concentración de los contaminantes al pasar de un eslabón a otro en la cadena trófica. Pensemos en el caso de que los contaminantes sean vertidos al mar, condición muy frecuente en nuestro país. En este caso, el fitoplancton absorbe los metales pesados y compuestos orgánicos tóxicos, los que son transferidos al zooplancton cuando este lo come. Cuando los peces ingieren el zooplancton, los contaminantes pasan a ellos, pero como el número de organismos es mucho menor, la concentración de los contaminantes aumenta. Cuando las aves marinas consumen los peces, se convierten en los depositarios finales de los contaminantes acumulando altas concentraciones de ellos durante su vida. Otro gran problema lo constituyen los fertilizantes y los detergentes ricos en fosfatos, que al disolverse en las aguas continentales, promueven el crecimiento descontrolado de algas y plantas . Este proceso se denomina eutroficación y es extraordinariamente dañino en cursos de aguas menores, como esteros lagunas y lagos, donde la invasión de algas y plantas acuáticas limita las posibilidades de desarrollo de peces y otros organismos.Un efecto no menor es la alteración de la temperatura del agua, debido a descargas de aguas calientes a ríos y lagos, provenientes de enfriadores de plantas de celulosa, refinerías, etc. La incorporación de agua caliente aumenta la temperatura del agua, lo que disminuye la solubilidad del oxígeno, produciendo la muerte de los organismos aerobios que habitan en el curso de agua.


CONTAMINACIÓN DEL AGUA


Los pueblos primitivos no contaminaban mucho ni el agua ni el aire, debido principalmente a que no eran muy numerosos. Fue con la llegada de la revolución agrícola y el surgimiento de las ciudades que comenzó a haber un número suficiente de Homo sapiens para contaminar severamente el entorno.

Contaminación biológica

La contaminación de los suministros de agua por microorganismos provenientes de desechos humanos era un problema grave en todo el mundo hasta hace unos 100 años. Durante la década de 1830, terribles epidemias de cólera azotaron el mundo occidental. La tifoidea y la disentería eran comunes. Actualmente, se estima que cerca del 80 % de todas las enfermedades del mundo se deben al agua contaminada, ya que menos del 10 % de la población mundial tiene acceso a agua limpia en cantidad suficiente. Todavía tenemos epidemias de cólera, tifoidea y disentería en muchas partes del mundo.


La amenaza de la contaminación biológica no se ha eliminado totalmente en las naciones desarrolladas. La hepatitis una enfermedad viral que ha veces se difunde por el agua potable, ha amenazado con alcanzar proporciones epidémicas incluso en los países más avanzados. La contaminación biológica también reduce el valor recreativo del agua. En muchas áreas se ha prohibido nadar.


Contaminación química

La Revolución industrial añadió una nueva dimensión a nuestros problemas de contaminación del agua. Muchas fábricas se construyeron a la orilla de corrientes de agua, y los desechos se vertieron en ellas para ser transportados a otros lugares. El surgimiento de la agricultura moderna ha dado pie a una mayor contaminación por los fertilizantes y plaguicidas que van a dar al sistema acuático. El transporte de petróleo causa derrames en los océanos, lagos y ríos. Los ácidos llegan al agua proveniente de minas, fábricas y de la precipitación ácida. Las sustancias químicas de uso doméstico también contribuyen a la contaminación del agua cuando se vierten al drenaje detergentes, disolventes y otros compuestos.


Aguas negras

Los microorganismos patógenos (que causan enfermedades) no son el único problema que tiene su origen en los desechos humanos que vertimos en nuestras vías de agua. La descomposición bacteriana de la materia orgánica agota el oxígeno disuelto en el agua y enriquece las aguas con nutrimentos vegetales. Una corriente puede soportar sin problemas una cantidad pequeña de desechos, pero cuando en un cuerpo de agua se vierten enormes cantidades de aguas negras sin tratar, pueden ocurrir cambios indeseables.


La mayor parte del material orgánico puede ser descompuesto (degradado) por microorganismos. Esta biodegradación puede ser aeróbica o anaeróbica. La oxidación aeróbica ocurre en presencia de oxígeno disuelto. Una medida de la cantidad de oxígeno necesaria para esta degradación es la DBO (demanda bioquímica de oxígeno). Cuanto mayor sea la cantidad de desechos orgánicos degradables, mayor será la DBO. Si la DBO es lo bastante alta, se agotará el oxígeno y ningún ser vivo (con excepción de los microorganismos anaerobios que producen olores desagradables) puede sobrevivir en el lago o corriente. Las corrientes de agua se pueden regenerar, y las más rápidas pronto vuelven a la vida a medida que el movimiento del agua introduce oxígeno en ella. Los lagos con poco o ningún flujo pueden permanecer muertos durante años.


Si hay suficiente oxígeno disuelto, las bacterias aerobias (las que requieren oxígeno)
oxidan la materia orgánica hasta dióxido de carbono, agua y diversos iones inorgánicos. El agua está relativamente limpia, pero los iones, sobre todo los nitratos y fosfatos, pueden servir como nutrientes para el crecimiento de algas, que también causan problemas. Cuando las algas mueren, se convierten en desechos orgánicos y elevan la DBO. Este proceso se llama eutroficación. Los escurrimientos de fertilizantes de granjas y prados estimulan el florecimiento y la extinción de algas. Esta combinación da origen a corrientes y lagos muertos o moribundos que la naturaleza es incapaz de purificar con la misma rapidez con la que nosotros los contaminamos.
Cuando el oxígeno disuelto en un cuerpo de agua se agota por un exceso de materia orgánica, ya sea que provenga de aguas negras, algas muertas u otras fuentes, predominan los procesos de descomposición anaeróbica. En lugar de oxidar la materia orgánica, las bacterias anaerobias la reducen. Se forma metano (CH4). El azufre se convierte en sulfuro de hidrógeno (H2S) y otros compuestos orgánicos malolientes. El nitrógeno se reduce a amoníaco y aminas también malolientes. Los desagradables olores son una buena indicación de que el agua está sobrecargada con desechos orgánicos. Ningún ser vivo, aparte de los microorganismos anaerobios, puede sobrevivir en tales aguas.


Ciclos ecológicos

Consideremos la contaminación del agua desde el punto de vista de un pez. Un ciclo ecológico simplificado podría abarcar un lago pequeño. Los peces producen desechos orgánicos en el agua. Las bacterias descomponen estos desechos y producen materiales inorgánicos que sirven como nutrimentos para el crecimiento de algas. Los peces comen las algas, se establece un equilibrio y el ciclo está completo.


Veamos ahora algunas de las formas en que los seres humanos podemos perturbar el ciclo. Podríamos incrementar los desechos orgánicos vaciando aguas negras en el lago. Al descomponer estos desechos, las bacterias consumen todo el oxígeno disuelto y los peces mueren. También los escurrimientos de fertilizantes y las filtraciones de los lotes de engorda de ganado añaden nutrimentos inorgánicos al ciclo, y un florecimiento de algas puede causar agotamiento del oxígeno y matar a los peces. Tal vez la influencia más difícil de cuantificar de todas sea la introducción de nuevas sustancias en el ciclo ecológico del agua: plaguicidas, radioisótopos, detergentes, metales tóxicos y sustancias químicas industriales.


Contaminación de aguas subterráneas

En algunos lugares el agua potable se obtiene de los mantos freáticos (subterráneos), pero en muchos de estos mantos se han encontrado sustancias químicas tóxicas.


Las sustancias químicas enterradas en tiraderos se han infiltrado en los mantos freáticos, entre los contaminantes comunes están los hidrocarburos que se emplean como disolventes (por ejemplo, benceno, tolueno e hidrocarburos clorados como tetracloruro de carbono, cloroformo y cloruro de metileno). Uno de los más comunes es el tricloroetileno, que se utiliza ampliamente como disolvente para lavado en seco y como desengrasante. Se sospecha que muchas de estas sustancias son carcinógenos. Estos compuestos orgánicos no son solubles en agua, pero cantidades muy pequeñas, si logran disolverse en el agua. Son estas cantidades traza las que se encuentran en las aguas freáticas. Otra característica de estos compuestos es su baja reactividad, reaccionan tan lentamente que persisten durante períodos muy largos.


Otra fuente importante de contaminación de las aguas freáticas son los tanques de almacenamiento subterráneos que presentan fugas. Tradicionalmente, en las gasolineras se ha almacenado el combustible en tanques de acero enterrados. Los tanques duran en promedio unos 15 años antes de que la corrosión los perfore y comiencen a tener fugas.


La contaminación de aguas freáticas es alarmante sobre todo porque, una vez contaminado, un manto de agua subterráneo puede quedar inutilizado durante décadas. No hay ninguna forma fácil de eliminar los contaminantes. Sacar el agua por bombeo y purificarla podría tardar años y costar miles de millones de dólares.

Aguas ácidas

El agua ácida proveniente de la lluvia, niebla y nieve ácida es perjudicial para la vida en los lagos y corrientes de agua. Los óxidos de azufre y de nitrógeno de las plantas termoeléctricas, industrias y automóviles viajan cientos de kilómetros en la dirección del viento y caen como ácido sulfúrico y nítrico. Se ha establecido un vínculo entre la lluvia ácida y la disminución en los rendimientos de los cultivos y de los bosques.


Los efectos de las aguas ácidas sobre los organismos vivos son difíciles de establecer con precisión. Tal vez el efecto más importante de la acidez es que causa la liberación de iones tóxicos de las rocas y los suelos. Por ejemplo, los iones aluminio, que están firmemente unidos en las arcillas y otros minerales, son liberados por el ácido. Los iones aluminio no son muy tóxicos para lo seres humanos, pero al parecer son mortales para los peces jóvenes. Muchos de los lagos que están muriendo sólo tienen peces viejos; ninguno de los jóvenes sobrevive. Irónicamente, los lagos destruidos por exceso de acidez suelen ser muy hermosos. El agua es cristalina y chispeante: marcado contraste con los lagos en los que los peces mueren por agotamiento de oxígeno después de que ocurren florecimientos de algas.


Los ácidos no representan una amenaza para los lagos y arroyos en las zonas donde las rocas son piedra caliza (carbonato de calcio), la cual puede neutralizar el exceso de ácido.


En cambio, donde las rocas son principalmente de granito, no hay tal neutralización. Las aguas ácidas pueden tratarse con piedra caliza pulverizada. Se han realizado algunos intentos en este sentido, pero el proceso es costoso y la mejoría sólo dura unos cuantos años. Una forma obvia de aliviar el problema es eliminar el azufre de la hulla antes de quemarla o lavar los gases de chimenea para atrapar los óxidos de azufre.


Contaminación industrial

Casi todas las industrias contribuyen a la contaminación del agua. Se requieren varios cientos de kilogramos de acero para fabricar un automóvil. La producción de una tonelada métrica de acero requiere unas 100 toneladas de agua. Cerca de 4 toneladas de agua se pierden por evaporación; el resto se contamina con ácidos, grasas y aceites, cal y sales de hierro. Esta agua contaminada puede limpiarse, y en su mayor parte se recicla.


El cromado de defensas, parrillas y ornamentos también es una fuente de contaminación. El proceso genera cromo, en forma de iones cromato y iones cianuro. Anteriormente estas sustancias tóxicas se vertían en las corrientes de agua. Hoy en día generalmente se eliminan en buena parte mediante un tratamiento químico.


Los desechos de la industria textil incluyen acondicionadores, colorantes, blanqueadores, aceites, tierra y otros residuos orgánicos. La mayor parte de estos desechos pueden eliminarse por un tratamiento convencional de las aguas negras. Los desechos de las plantas empacadoras de carne incluyen sangre y diversos fragmentos animales. Otras plantas generan desechos de frutas y vegetales. Los desechos de la industria de los alimentos por lo regular se tratan en plantas de tratamiento de aguas negras normales.


Las refinerías de petróleo producen desechos que incluyen colorantes, aceites, ácidos, salmueras y compuestos de azufre. Las plantas de productos químicos, generan diversos materiales de desecho. La mayor parte de las industrias ha logrado reducir sustancialmente la cantidad de desechos que produce, y se ha comprometido a realizar reducciones adicionales.



PROCEDIMIENTOS ARTIFICIALES DE PÚRIFICACIÓN DEL AGUA


El agua que se encuentra en condiciones de ser bebida sin que provoque perjuicios al ser humano, se denomina agua potable. Esta contiene otros compuestos, en su mayoría iones, que no son nocivos cuando están presentes en bajas cantidades. Existen varios procedimientos mediante los cuales se puede purificar el agua, a continuación se mencionan algunos:


1. DESTILACIÓN DEL AGUA

Proceso que implica la evaporación del agua y su posterior condensación. Este procedimiento es muy caro porque se gasta mucha energía para poder alcanzar la evaporación del agua. (ver fig. 6)


2. OSMOSIS INVERSA

Método de desalinización que no implica un cambio de estado del agua. En este procedimiento el agua de mar se encuentra en un recipiente separado de otro por una membrana semipermeable que sólo permite el paso de agua y no de solutos o sales cuando esta agua es sometida a una presión. De manera que en el otro recipiente el agua obtenida es potable. (ver fig. 7)

























Fig. 6 Fig. 7

3. POTABILIZACIÓN DEL AGUA

El proceso de potabilización del agua consiste en pasar el agua proveniente de alguna fuente natural por varias piscinas que la van limpiando, este proceso se realiza en seis etapas:

TAMIZADO: consiste en impedir el paso tanto de objetos sólidos como de seres vivientes (peces, moluscos) poniendo una gran malla metálica en la toma de agua.

PRECLORACIÓN: se agrega cloro al agua. Este poderoso desinfectante mata los microorganismos que producen enfermedades, como la fiebre tifoidea, la hepatitis y el cólera.

FLOCULACIÓN O COAGULACIÓN: se agregan al agua ciertos productos químicos que logran retirar la suciedad y otras partículas sólidas en suspensión. Estos productos son el sulfato de aluminio y el hidróxido de calcio, que al ser vertidos en el agua reaccionan entre sí formando hidróxido de aluminio, que es una sustancia pegajosa, parecida a la gelatina y que atrapa las partículas suspendidas en el agua.

DECANTACIÓN: proceso en el cual las partículas y suciedad atrapadas en la coagulación, caen al fondo de los estanques, por acción de la gravedad.

FILTRACIÓN: por medio de un filtro de arena y piedras, se retiran gran parte de las impurezas que se mantienen todavía en el agua después de la coagulación y de la sedimentación.

CLORACIÓN: se vuelve añadir cloro al agua para eliminar los microorganismos más resistentes y así garantizar su calidad y al mismo tiempo desinfectar las tuberías de la red de distribución por donde circula el agua hasta nuestros hogares.


4. USO DEL OZONO

La cloración no es la única forma de desinfectar el agua potable. También se usa el ozono. Más de 1000 ciudades, principalmente en Europa, usan ozono para tratar el agua potable. El ozono es más costoso que el cloro, pero se necesita menor cantidad. Una ventaja adicional es que el ozono mata virus sobre los que el cloro surte poco o ningún efecto. Se ha demostrado que el ozono es 100 veces más efectivo que el cloro para matar el virus de la poliomelitis.

El ozono (O3) actúa transfiriendo su oxígeno “extra” al contaminante. Los contaminantes oxidados generalmente son menos tóxicos que los clorados. Además, el ozono no imparte un sabor químico al agua. La desventaja del ozono es que no ofrece ninguna protección residual contra los microorganismos. No obstante, si los problemas con el cloro empeoran, es probable que veamos un cambio del cloro al ozono en el tratamiento de nuestras aguas potables y residuales. Tal vez podamos usar el ozono para desinfectar el agua, y luego agregar apenas suficiente cloro para tener una protección residual.


TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

En muchos países desarrollados y desde hace algunos años también en nuestro país,se han construido plantas de tratamiento de aguas servidas para disminuir la descarga de contaminantes a los distintos cursos de agua dulce y al mar. Las plantas de tratamiento consisten, en general, en una primera etapa o tratamiento primario en el que se eliminan todos los sólidos de gran tamaño, mediante tamizado, al pasar el agua a través de rejas de hierro.
Luego, el agua es conducida a estanques donde por decantación, una parte de la materia sólida tanto orgánica como inorgánica precipita. Un tratamiento secundario, en que mediante un proceso de aireación y el uso de microorganismos aeróbicos se descompone la materia orgánica remanente. Dependiendo del tipo de planta, los lodos producidos durante este proceso son bombeados nuevamente a los tanques de aireación para completar el proceso de digestión de la materia orgánica. El agua resultante es sometida a un nuevo proceso de sedimentación y está en condiciones, previa desinfección con cloro, de ser vertida a cursos de agua naturales.
El tratamiento terciario, necesario para la eliminación total de los contaminantes químicos, no siempre se realiza debido a los altos costos. Este considera la eliminación de compuestos nitrogenados, fosfatos y metales pesados.

El agua obtenida por estos tratamientos no es apta para el consumo humano, pero sí se puede verter a cauces naturales o ser reutilizada.


V.G.Z