Contaminación del agua

Análisis de casos

Curtiembre en ciudad de Las Toscas

•En la ciudad de Las Toscas, Provincia de Santa Fe, existe una curtiembre , la cual utiliza Cromo para “curtir” el cuero. Esta empresa tiene una red de lagunas donde descarga los residuos liquidos, que terminan en el Arroyo Las Toscas, que es uno de los afluentes del Río Parana.

•En los cursos de agua próximos al Arroyo, donde se vuelcan los residuos industriales de las Curtiembres, se observo una cantidad muy grande de peces muertos.Los 1eros informes indicaron que la causa era la ausencia de O2 en las aguas, por una bajante del río, aunque no descartaban otros factores.

Luego, especialistas determinaron que el Cr (elemento químico con el que trabaja la Curtiembre y que después arrojan al río) es un gran demandante de O2.

También, se produjeron filtraciones toxicas desde las lagunas hacia las napas freáticas, cuya profundidad es menor de 5 metros. Por lo tanto, se vieron contaminadas con Cr las perforaciones que proveen de agua potable a la ciudad.

Los habitantes de Las Toscas presentan niveles de Cr en orina, que exceden los niveles permitidos aceptados y dan cuentan de un cuadro contaminación toxica, que causa Leucemia, afecciones en la piel, insuficiencias respiratorias agudas y diversos tipos de Cáncer.

En Las Toscas, el numero de muertos por Cáncer en los últimos cuatro años fue de 28. Los datos revelados marcan que entre el ´97 y los primeros meses del 2005 se produjo un aumento del 96% de enfermos de Cáncer.

Durante, los últimos meses en Las Toscas se ha producido un éxodo. Hubo 10 familias que abandonaron el pueblo para “escapar” de la contaminacion por Cr.

AQUI TENEMOS UN CLARO CASO DE CONTAMINACION POR METALES PESADOS COMO

EL Cr

• A diferencia de los contaminantes orgánicos, los metales no pueden degradarse ni biológicamente ni químicamente.

•Los compuestos que contienen metales pueden alterarse, pero los elementos metálicos indeseables aun permanecen. En algunos casos esas alteraciones desembocan en especies que contienen el metal y son mas toxicas aun que las iniciales.

•Es importante, tanto desde el punto de vista de la toxicidad como de las posibilidades de tratamiento, la “forma” en que se encuentran las especies metalicas en el agua. Aquí nos referimos a un doble aspecto, por un lado la forma fisica (solucion, dispersion coloidal o suspension), y por otro lado la forma quimica (estado de oxidacion, ion metalico, ion complejo, etc)

Contaminantes metálicos mas importantes

• Cr: Es un metal que es de color blanco plateado, duro y quebradizo. Es muy resistente frente a la corrosión.

Se encuentra presente en distintas concentraciones en casi todos los ecosistemas acuáticos y terrestres no contaminados. Sin embargo, en zonas relacionadas con emisiones industriales (como el caso de las curtiembres) puede exceder notablemente las concentraciones naturales.

El Cr puede existir en el ambientes en diversos estados de oxidación. Su estado de oxidación mas alto es +6. Luego, los estados +4 y +5 son poco frecuentes, mientras que los estados mas estables son +2 y +3. También es posible obtener compuestos en los que el Cr presente estados de oxidación mas bajos pero son bastantes raros.

El problema con el Cr se produce cuando las industrias liberan al ambiente desechos industriales que contienen gran cantidad de Cr (en estado de oxidación +3), que es la forma menos toxica, pero este al entrar en contacto con materia orgánica se oxida a Cr (con un estado de oxidación +6) y aquí es donde se convierte en una amenaza para el ser humano.

Se ha comprobado que el Cr, cuando se encuentra con un estado de oxidación +3 y +6, se acumulan en muchas especies acuáticas, especialmente peces que se alimentan del fondo, como el Bagre y otros peces. Además, se sabe que el Cr en agua, es un gran demandante de oxigeno y por lo tanto reduce la disponibilidad de O2 en ese ecosistema acuático y se produce la muerte de los peces por falta de oxigeno.

El Diario El Litoral planteo lo siguiente sobre este tema: ...”los peces analizados

parecían pasados por un hervor de agua. La contaminación fue tan horrible que los

caranchos, que habitualmente se alimentan de peces muertos, no probaron nada del

festín que les ofrecía el rió.”

Los desechos con contenidos de Cr (en estado de oxidación +3) provenientes de las

Curtiembres juntos con otros desechos industriales ácidos, pueden crear condiciones

ácidas al descomponerse y modifican notablemente el pH de del medio acuático.

•Hg: es un metal pesado plateado que a temperatura ambiente es un liquido inoloro

Las fuentes de intoxicación más comunes de este metal son ciertos alimentos, como los mariscos, el atún, etc. Los cuales toman y acumulan el Hg de ecosistemas marinos contaminados por dicho metal; otras fuentes de intoxicación son ciertos plásticos, insecticidas, etc. Su toxicidad depende del estado en que se encuentre: los compuestos inorgánicos de Hg son menos peligrosos (ya que se excretan rápidamente por la orina) que los compuestos órganomercúricos, los cuales presentan una mínima eliminación urinaria.

Su acción nociva para el organismo consiste en:

• Destrucción de glóbulos rojos

• Mutaciones cromosomicas

•Tumores cerebrales

• Insuficiencia renal

• Anemia y aparición de un gusto metálico en la boca

• Depresión e hiperactividad psíquica en niños

Cd: Es un metal pesado, blanco azulado, relativamente poco abundante.

La exposición al Cd en los seres humanos se produce generalmente a través de 2 fuentes principales. La 1era por vía oral (por agua e ingestión de alimentos contaminadas). La 2da vía es por inhalación, la población fumadora es la mas expuesta al Cd.Una gran parte del Cd es utilizado con fines industriales para la elaboración de pinturas, pilas eléctricas, plásticos, etc.La fuente mas importante de descarga de Cd al medio ambiente es la quema de combustibles fósiles (como Carbón o petróleo) o la incineración de basura domestica.

Para muchas personas, la comida es la principal causa de exposición al Cd, ya que muchos alimentos tienden a absorberlo y retenerlo, por ejemplo: pescados, mariscos, etc.

Los síntomas de intoxicación se caracterizan por: hipertensión, aterosclerosis, patologías renales, anemias, disminución de anticuerpos, dolores articulares, etc.

• Pb: es un metal pesado, de color azuloso. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.

• Las principales fuentes antropogénicas de Pb son la producción de baterías de Pb para automóviles, industrias de diversos productos metálicos y de productos químicos (como nafta con Pb. En menor medida, contribuyen los pigmentos derivados del Pb que se utilizan para la elaboración de pinturas.

• En algunas épocas hubo importantes casos de envenenamiento por Pb debido a las cañerías fabricadas con este material.

• Los síntomas de envenenamiento por Pb son:» Anorexia, Vómitos, Irritabilidad, Apatía.» Se ven afectados los sistemas renales, SNC y el hematopoyetico» Edema cerebral, coma y convulsiones

Elementos traza esenciales

Algunos metales considerados como contaminantes son necesarios para el cuerpo humano en cantidades traza para los animales y plantas. Por lo tanto, debe alcanzarse un equilibrio entre un exceso y un defecto en lo que se refiere a estos metales

– Co (Cobalto): activa muchas enzima, que son de importancia en los procesos biológicos– Cu (Cobre): Es muy importante en la formación de los huesos y en la síntesis de Hemoglobina.– Cr (Cromo): Esta relacionado con la actividad de la Insulina y con el metabolismo de Lípidos, Hidratos de Carbono .– Fe (Hierro): Es esencial en la Hemoglobina y muchas enzimas, el ión metálico de transición mas importante.– Mn (Manganeso): Activa numerosas enzimas– Mo (Molibdeno): Activa varias enzimas– V (Vanadio): es importante para plantas inferiores, ciertos animales marianos y el hombre.– Zn ( Zinc): Activa muchas enzimas

Parámetros generales indicadores de contaminación

Ya que el numero posible de agentes contaminantes es muy alto y el hecho de intentar cuantificar cada uno de ellos seria una tarea muy compleja, se ha optado por definir una serie de

parámetros generales indicadores de contaminación.

Estos parámetros, en la mayoría de los casos, incluyen un conjunto de contaminantes individuales.

• Parámetros de carácter físico:

• Características organolépticas:

» Color: el origen del color de un agua puede ser de tipo interno (debido a los materiales disueltos, dispersos o suspendidos) o de tipo externo (debido a la absorción de una determinada radiación). Los colores de las aguas residuales pueden deberse a compuestos orgánicos e inorgánicos, que pueden estar en elevadas concentraciones (por ejemplo: sales de Cromo, colorantes industriales, aceites, etc). Las aguas residuales urbanas recientes tienen un color gris que va pasando a oscuro e incluso negro.

• Olor y sabor: el sabor y el olor están, en general, íntimamente relacionados. Existen solamente 4 sabores fundamentales: ácido, salado, amargo y dulce. También, se suele hablar de sabores metálicos, a tierra, a moho, etc.Los olores pueden ser muchos mas específicos.

OLORES DE LAS AGUAS Y SUSTANCIAS RESPONSABLES DE LOS MISMOS

Tipo de olor Sustancias responsables

Aceitoso Hidrocarburos

Clorado Cloro libre

Fecal Sulfuro de Hidrogeno

Frutas/fragancia Aldehídos

Pescado/Verdura cocida Mercaptanos, Sulfuros orgánicos

Terroso/ Mohoso Pirazinas, metilsoborneol, etc

Farmacia/laboratorio Clorofenoles, Fenoles

• Las fuentes de olor y sabor pueden ser naturales o artificiales. En general, los compuestos inorgánicos no producen olor, excepto el Cloro, Sulfuro de Hidrogeno, Amoniaco y derivados. En cambio, si suministran determinados sabores, sobre todo ácidos y salados y en ciertos casos metálicos.

• Los compuestos orgánicos suelen producir tanto sabores como olores. Entre los que producen malos olores y sabores, podes destacar : Fenoles, Clorofenoles, Mercaptanos, Alquitranes, aldehídos, detergentes, ácidos grasos, etc.

• También determinados organismos vivos producen olores y sabores, por ejemplo: algas, bacterias, hongos así como la descomposición de animales y vegetales.

• Especialmente tiene malos olores y sabores las aguas residuales domesticas e industriales.

• Turbidez y sólidos en suspensión: la turbidez de un aguas es provocada por la materia insoluble, en suspensión o dispersión coloidal. Es un fenómeno óptico que consiste, esencialmente, en una absorción de luz combinada con un proceso de difusión. Las partículas insolubles responsables de esta turbidez pueden ser aportadas tanto por procesos de arrastre como de remoción de tierras y también por vertidos urbanos e industriales.

• LA TURBIDEZ ESTA RELACIONADA CON LA CANTIDAD DE MATERIA INSOLUBLE PRESENTE EN EL AGUA.

• La materia total (sólidos y líquidos) existentes en el agua se pueden clasificar en:

• Materia en suspensión: puede ser sedimentable o no y es responsable de los siguientes efectos:

» Afecta el color del agua» Disminuye el paso de la energía solar (menor actividad

fotosintética)» Ocasiona depósitos sobre las plantas acuáticas y las branquias

de los peces.

• Sustancias Filtrables: pueden ser coloides o disueltas, son responsables de:

Aumentar la salinidad

Pueden inducir toxicidad por la presencia entre ellas de determinados compuestos

• Temperatura: es una variable física que influye notablemente

en la calidad del agua, afecta a parámetros o características como:• Solubilidad de gases y sales• Cinética de las reacciones químicas (se producen un aumento

de la velocidad de reacción con la temperatura)• Desplazamiento de equilibrios químicos ( es decir, un aumento de

la temperatura desplaza la reacción en el sentido de que esta sea

endotérmica –Principio de Le Chatelier-• Tensión superficial• Desarrollo de organismo presentes en el agua

• Al aumentar la temperatura, disminuye la solubilidad del O2 y se aceleran los procesos de putrefacción.

LA CONTAMINACION POR CALOR SE PRODUCE, FUNDAMENTALMENTE, POR EL USO DE AGUA COMO MEDIO DE REFRIGERACION EN PROCESOS INDUSTRIALES

• Conductividad: es una medida de resistencia que opone el agua al paso de corriente eléctrica entre su electrodos sumergidos en la misma.

La conductividad del agua es un buen parámetro para determinar la concentraciones de los iones en disolución. Una conductividad elevado nos habla de una salinidad elevada o de valores anómalos de pH.

• Parámetros de carácter químico:– Salinidad: representa el contenido iónico total del agua, es un parámetro

utilizado habitualmente en las aguas salobres (saladas).

El aumento de la salinidad en agua no marina puede deberse a las siguientes causas:

» Efluentes industriales» Aguas salobres de minas» Utilización de sal en rutas (esta practica es muy común en aquellos

países con fuertes nevadas)

Los niveles elevados de salinidad causan problemas en la:» Vida acuática: aquí los problemas están relacionados con los

procesos osmóticos y la tendencia del agua a salir de las células y pasar al medio circundante.

» Con el agua de riego: causa desequilibrios en el suelo. Además, no solo tiene influencia en el contenido total en sales, sino también la naturaleza de cada uno de los componentes.

• Dureza: es un parámetro que mide la presencia, principalmente de los cationes alcalinotérreos como el Ca 2+ y Mg 2+ y de otros metales menos abundantes como el Fe2+ y Mn 2+.

La formación de incrustaciones en calderas industriales, es uno de los mayores problemas, que puede originar una dureza elevada en el agua, ya que por ebullición el agua dura deposita, entre otras cosas, sales pocos solubles como CaCO3, MgCO3 y CaSO4, formando una “costra” que provoca un mayor consumo combustible para calentar el agua de la caldera. Pueden originarse explosiones, debido a la formacion de gases en los procesos de calentamiento, ademas, se aceleran los procesos de corrosion.

pH: indica el comportamiento ácido o básico de un agua. Tiene una gran influencia sobre determinados procesos químicos y biológicos, la naturaleza de las especies iónicas que se encuentran en el agua, el potencial redox del agua, el poder desinfectante del cloro, etc.

Es un buen parámetro para determinar la calidad del agua.

Generalmente, las aguas naturales tiene un cierto carácter básico, con unos valores de pH entre 6,5 y 8,5. El agua de los océanos tiene un pH aprox. De 8.

Además del pH, se miden otros parámetros relacionados con el, que son la alcalinidad y la acidez.

» Alcalinidad: es una medida que nos indica la capacidad del agua para absorber protones. Existen pares conjugado de ácidos y bases de Bronsted-Lowry, que se los puede considerar como sistemas amortiguadores que regulan el pH del agua por ganancia o perdida de electrones.

En el agua de mar, así como en muchas aguas dulces, el par amortiguador es el sistemas carbonato/hidrogenocarbonato

Co3 2-

(Aq) + H2O HCO3- + OH –

HCO3 –

(aq) + H2O CO2 (aq) + H2O + OH-

• Acidez: las principales fuentes naturales que ocasionan un aumento de acidez del agua, son el CO2 atmosférico disuelto, los ácidos orgánicos provenientes de la descomposición de materia vegetal o animal y sales con cationes que sufran hidrólisis ácidas.

Entre las fuentes antropogénicas tiene importancia el agua procedente de minas, que pueden aportar H2SO4 (ácido sulfúrico) y Ca2+, el cual se oxida y libera protones que producen un aumento de la acidez.

Los residuos industriales generalmente aportan una cantidad importante de ácidos, otra fuente de acidez que debemos mencionar es la “lluvia acida”.

Los efectos perjudiciales de un aumento de la acidez son:» Destrucción de la vida acuática: a niveles de pH menores que 4

se destruyen todos los vertebrados, muchos invertebrados y microorganismos, así como la mayoría de las plantas superiores.

El mecanismo de destrucción de los peces a pH bajo es el siguiente: el hidrogenocarbonato y el carbonato dejan CO2 libre que se disuelve en el agua.

HCO3 - + H+ H2O + CO2

CO32- + H+ H2O + CO2

El aumento de CO2 en el agua retarda la tasa de difusión del CO2 de la sangre, por lo que se

acumula en el animal y puede transportar menos O2, disminuyendo el pH de la sangre y

llegando a ocasionarle la muerte al pez.

» Corrosión: las aguas con un pH menor que 6 pueden causar graves corrosiones en las cañerías, buques y otras estructuras.

» Daños a las cosechas: si el H2O supera los limites de pH entre 4,5 y 9 causa problemas al suelo.

• Oxigeno disuelto: la cantidad de oxigeno disuelto es un indicador muy importante de la calidad de H2O, ya que es un elemento indispensable para la vida en el H2O; los peces necesitan los niveles de O2 disueltos mas elevados y las bacterias los mas reducidos.

Las fuentes de oxigeno del agua son la disolución del oxigeno atmosférico, la fotosíntesis y la reaireacion por agitación.

Las principales causas de desoxigenación de un agua son las actividades de oxidación biológica y respiración de seres vivos. Una de estas causas es la presencia en el agua de “Residuos con requerimientos de oxigeno”, que por un proceso de oxidacion biologica van a conseguirlo degradandose ellos a otras sustancias disueltas. Los compuestos oxidables pueden ser sustancias inorganicas (por ejemplo: Cloruros, Sulfuros, etc.) pero la mayor parte son compuestos organicos biodegradables.

• Esta posibilidad de oxidación biológica nos lleva a distinguir 2 tipos de materia orgánica: biodegradable y no biodegradable.

La biodegradabilidad de una sustancias esta determinada por la naturaleza de la materia orgánica que la compone:

» Los compuestos orgánicos de bajo peso molecular y cadena poco ramificada son mucho mas biodegradables que aquellos de pesos moleculares elevados, cadenas ramificadas y que presenten en su estructura anillos o unidades aromáticas.

• Los procesos de biodegradación son de tipo bioquímica y actúan microorganismos presentes en el agua, especialmente bacterias de carácter aerobias y anaerobias.

• La biodegradabilidad de los compuestos orgánicos puede verse afectada por diversos factores:

• Existencia y naturaleza de los organismos presentes• Temperatura del H2O• Concentración de nutrientes y oligoelementos• pH: ya que los diferentes microorganismos viven en unos determinados rangos de

pH• Salinidad• Presencia de agentes inhibidores y/o tóxicos.

LA DESCOMPOSICION (YA SEA AEROBIA O ANAEROBIA) DE LAS SUSTANCIAS ORGANICAS SE PRODUCE DEBIDO A ENZIMAS SEGREGADAS POR LOS

MICRORGANISMOS.

• La contaminación por materia orgánica tiene 3 orígenes: domestico, urbano agrícola e industrial.

Las aguas urbanas y agrícolas: se caracterizan por un alto porcentaje de materia orgánica biodegradable. Entre los productos que abundan señalaremos a los ácidos grasos, proteínas, Hidratos de carbono, detergente,

– Las aguas residuales industriales: suelen tener un componente biodegradable semejante a los residuos anteriores, aportan componentes orgánicos de tipo sintético (plásticos, pesticidas, pinturas, disolventes). Muchos de ellos son resistentes a la degradación biológica y pueden permanecer largo tiempo en las aguas.

– Demanda Biológica de Oxigeno (DBO): es un parámetro que mide la cantidad de materia orgánica que puede ser “consumida” u oxidada por medios biologicos. Se utiliza para determinar la degradacion real de materia organica, por ejemplo: en un rio valores elevados de DBO indican una alta concentracion de materia organica biodegradable:

Aguas muy puras, DBO5 < 3 ppm O2

Pureza intermedia, DBO5 3-5 ppm O2

Agua contaminada, DBO5 >8 ppm O2

Residuales urbanas, DBO5 100-400 ppm O2

Residuos industriales, DBO5 hasta 10.000 ppm O2

– Demanda Quimica de Oxigeno (DQO): es un parametro que mide la cantidad de materia organica que puede ser oxidada por medios quimicos. Tambien se utiliza para medir el grado de contaminación de un agua.

Las aguas contaminadas tienen valores de DQO de 1 a 5 ppm o algo superiores. Las aguas residuales domesticas suelen contener entre 250 y 600 ppm.

• PARAMETROS DE CARÁCTER RADIACTIVO:

• Radiactividad: todas las aguas presentan una determinada radiactividad, como consecuencia de la presencia de isótopos radiactivos naturales de algunos elementos, en especial del 40 K, 87 RB. Actualmente y como consecuencia de muchas actividades nucleares de origen industrial (civil o militar) hay un incremento de la radiactividad de las aguas, que es muy peligroso. Entre los isótopos mas frecuentes están el 226 Ra, 230

Th, 90 Sr, 137 Cs, 131 I.

• PARAMETROS DE CARÁCTER MICROBIOLOGICO

Los microorganismos mas importantes que podemos encontrar en las aguas son bacterias, virus y distintos tipos de algas (por ejemplo, las azulverdosas). La contaminación de tipo bacteriológico se produce fundamentalmente por desechos humanos y animales, ya que los agentes patógenos (bacterias y virus) se encuentran en las heces, orina y sangre, son origen de muchas enfermedades y epidemias.

Desde el punto de vista histórico, la prevención de las enfermedades originadas por aguas contaminadas fue la razón fundamental para frenar la contaminación de las aguas.

Se utilizan unos organismos indicadores como base para determinar este tipo de contaminación. Los mas conocidos son las bacterias coliformes, que viven en el intestino grueso, no son patógenas y su presencia permite diagnosticar el tiempo transcurrido de una contaminación fecal.

Otro indicador secundario, cuya presencia es fácil de detectar son los estreptococos fecal. También es común la determinación de los Clostridium sulfitorreductores.

Algunos gérmenes patógenos de carácter que deben analizarse en

aguas potables son: Salmonella, Estafilococos

y enterovirus.

• ¿Que se entiende por Contaminación del agua?:

Aquí se plantean algunas definiciones dadas por diferentes organismos internacionales:

“La contaminacion consiste en una modificacion, generalemente provocada por el hombre, de la calidad del agua, haciendola impropia o peligrosa para el consumo humano, la industria, la agricultura, la pesca y las actividades

recreativas, asi como para los animales domesticos y la vida natural” (Carta del agua, Consejo de Europa, 1968)

“Un agua esta contaminada cuando se ve alterada en su composicion o estado, directa o indirectamente, como consecuencia de la actividad humana, de tal modo que quede menos apta para uno o todos los usos a que va destinada,

para los que seria apta en su calidad natural” (C.E.E. de las Naciones Unidas, 1961)

De estas dos definiciones de contaminación, se pueden destacar tres aspectos fundamentales:

• Se parte de la calidad o composición natural del agua, no de agua pura• Se mide la contaminación en función del uso al que el agua esta destinada• Se considera contaminación la provocada de forma directa o indirecta por la

actividad humana

PRESENTANCION REALIZADA

POR:

• Matías Actis

• Dora Gorosito

Físico-Química I

3er año del Profesorado de Química

ISFD 119