El agua es vital para la sostenibilidad en todos los seres vivos y puede constituirse en una fuente de enfermedades para plantas, animales y el hombre; por esto se constituye en un objetivo importante de la salud pública. En la actualidad para lograr la potabilización del agua se han desarrollado varios métodos o tratamientos microbiológicos, químicos y físicos que eviten al máximo muchas enfermedades.
Para determinar la pureza del agua no es práctica la búsqueda de microorganismos patógenos porque si estos están presentes en pequeñas cantidades es posible que no sean detectados en las muestras analizadas. Por este motivo los estudios de microbiología de aguas están concentrados en la detección de microorganismos indicadores, especialmente de aquellos presentes en grandes cantidades en las heces humanas, de tal manera que puedan sobrevivir del mismo modo que los patógenos y se relacione su detección en la muestra con la presencia de patógenos humanos que ponen en riesgo la salud pública. Los microorganismos indicadores asociados al tracto gastrointestinal son los coliformes.
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Los coliformes son bacterias gramnegativas, bacilares, no esporuladas, muchas de ellas entéricas, aerobias o anaerobias facultativas capaces de fermentar la lactosa con la producción de gas (CO2) a 35 °C. Para evitar la confusión con coliformes no entéricas,
en las pruebas de potabilización del agua se buscan las coliformes fecales. Entre estos microorganismos se destaca uno de los más estudiados, la bacteria Escherichia
coli (bacteria intestinal frecuente) y Klebsiella pneumoniae(patógenos intestinal), entre
otras.
En general cuando en una muestra se detectan coliformes esto indica que hay contaminación fecal y por lo tanto no es acta para el consumo humano, de tal manera que el agua requiere un tratamiento para su consumo.
Métodos para la detección de coliformes
Los métodos más usados para detectar la presencia de coliformes fecales en el agua se basa en la capacidad de este tipo de bacterias para fermentar la lactosa.
El método de filtración por membrana (descrito en lecciones anteriores) es un método directo y seguro donde el agua (unos 100 ml de muestra) se hace pasar a través de un filtro o membrana estéril que tienen el tamaño de poro indicado para retener bacterias. Luego la membrana se coloca sobre la superficie de un medio de cultivo (eosina-azul de metileno, por las siglas en inglés EMB) que es selectivo para coliformes, terminado el periodo de incubación se cuentan las colonias y se calculan el número de coliformes presentes en el agua. En los sistemas de abastecimiento de agua esta prueba debe ser negativa pero cuando se detectan indica que hubo una falla en el sistema de filtración, cloración, o en las tuberías de distribución (Madigan 2003).
En el método del número más probable (NMP, siglas en inglés) se emplean tubos de ensayo con medios de cultivo líquido al que se le añade la muestra de agua. Si después del tiempo de incubación del cultivo se observa turbidez indica que hay contaminación fecal en el agua.
Actualmente se han propuesto otros métodos para detectar la presencia de coliformes o E. coli utilizando medios de cultivo con o-nitrofenil-β-D-galactopiranosida (ONPG, siglas en inglés) y 4-metilumbeliferil-β-D-glucoronida (MUG), estos son métodos muy útiles porque las bacterias coliformes producen la enzima β-galactosidasa capaz de hidrolizar el ONPG y producir un color amarillo que indica la presencia de coliformes en la muestra. La prueba con el MUG se basa en la actividad que tiene la enzima β-glucuronidasa de E.
coli sobre este sustrato para formar un compuesto fluorescente de color azul cuando se
expone a la luz ultravioleta (Tortora et al. 2007). Potabilización del agua
Por todas las implicaciones que tiene en la salud pública la calidad del agua, se han desarrollado varias estrategias en los procesos de potabilización. El tipo de proceso
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depende de la fuente de abastecimiento de agua es decir, arroyos montañosos, ríos cristalinos, pozos, o ríos que reciben residuos municipales o industriales como es el caso del río Magdalena en Barranquilla.
La potabilización del agua no busca obtener agua estéril sino agua libre de microorganismos patógenos, además con parámetros físicos y químicos establecidos por cada legislación como aceptables o tolerables.
Acosta, (2008) propone varias etapas o pasos para el tratamiento de agua, entre ellos están:
Captación
Aunque es preferible elegir una fuente de agua que requiera un mínimo tratamiento, la captación del agua se escoge de acuerdo a las fuentes disponibles (meteóricas, superficiales o subterráneas).
Sedimentación
Consiste en la precipitación de partículas sólidas o suspendidas por la acción de gravedad después de un tiempo determinado. La sedimentación ayuda a reducir la turbiedad, el contenido bacteriano, el color y la producción de algas (para este fin se usa el sulfato de cobre).
Coagulación y floculación
Consiste en la aglutinación de partículas no eliminadas en la sedimentación con la ayuda de sustancias químicas floculantes (sulfato de potasio, cloruro férrico y sulfato de aluminio o alumbre) que forma agregados conocidos como floc. Durante este proceso se realiza una agitación lenta por medios mecánicos y además acidifica el agua.
Decantación
Los floc se precipitan en el fondo o base del recipiente decantador eliminando así un gran número de virus y bacterias.
Alcalinización
Busca disminuir la acidez (aumentar el pH) lograda en la floculación, para ésto se usa la cal, el carbonato o hidróxido de sodio.
Filtración
Consiste en el flujo del agua a través de lechos constituidos por arena fina o carbón de antracita triturado, de tal manera que muchos microorganismos quedan atrapados en la
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arena por adsorción superficial. Este proceso ayuda a disminuir la turbiedad, los microorganismos, quistes u ovoquistes de protozoos. Algunos sistemas también usan carbón activado para eliminar sustancias químicas tóxicas disueltas.
Desinfección
Consiste en la eliminación o reducción de bacterias patógenas. Para este fin existen varios métodos: entre los físicos tenemos al calor, la radiación con luz ultra violeta, ultrafiltrado con membranas; entre los químicos, la cloración, el ozono, el permanganato de potasio, el exceso de cal, y la oligodinamia.
NOTA:
Por favor leer desde la página 55 hasta la 66 en el siguiente enlace: http://books.google.com.sv/books?id=g7YIShB- SXsC&pg=PA55&dq=potabilizaci%C3%B3n+del+agua&hl=es&ei=FJxeTpDlJ8zAtgeNhImmC w&sa=X&oi=book_ result&ct=result&resnum=3&ved=0CDcQ6AEwAg#v=onepage&q=potabilizaci%C3%B3n%20 del%20agua&f=false Lección 43. Biorremediación
El desarrollo industrial y las actividades humanas (como las agrícolas, mineras, petroleras, manufactureras, químicas, etc) han aumentado considerablemente la contaminación en el planeta poniendo en grave riesgo la vida de muchas especies en los ecosistemas afectados por los contaminantes; con los avances de la biotecnología microbiana existen nuevos procesos que ayuden a restaurar los ambientes y minimizar en muchos casos los daños causados, uno de ellos es la biorremediación. En esta lección nos enfocaremos en las definiciones de los diferentes procesos que hacen parte de este mecanismo de recuperación ambiental.
Biodegradación
En estudios de microbiología ambiental se propone varias definiciones que profundizan en este proceso:
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Madsen, (2008), asocia el término biodegradación como un “sinónimo” del metabolismo microbiano sobre compuestos orgánicos en el que se rompen los enlaces intramoleculares o de carbono en moléculas contaminantes orgánicas para simplificarlas y generar compuestos inofensivos al ambiente, este proceso microbiano está gobernado por principios termodinámicos y bioquímicos.
Como lo notará Madsen, (2008)no incluye moléculas o sustancias inorgánicas como sustrato para los microorganismos, para ésto incluye el termino biotransformación, definiéndolo como la alteración de la estructura molecular de una sustancia química (puede ser de compuestos orgánicos o inorgánicos) usualmente por la catálisis enzimática microbiana. Las reacciones incluyen aquellas que aumentan (condensación) o disminuyen (mineralización) el número o complejidad de enlaces intramoleculares. Estas reacciones pueden darse de manera intracelular o extracelularmente.
Coyne, (1998), considera que la biodegradación se refiere a el proceso de la biorremediación en el cual los xenobióticos (compuestos químicos sintéticos que no existen de manera natural, ejemplo, plaguicidas, plásticos, etc) son transformados a sustancias menos tóxicas, porque el hecho que un compuesto sea biodegradable no significada que los productos de degradación son menos tóxicos o indeseables; por ésto lo más deseado es la mineralización donde los compuestos tóxicos u orgánicos contaminantes se descomponen en iones orgánicos y CO2.
Como se describió arriba y aunque algunos autores establezcan diferencia en este tipo de terminología ambos son aceptables por la comunidad científica y la selección de uno u otro en realidad dependen del área de estudio del investigador.
Biorremediación
La biorremediación es el proceso de limpieza de ambientes contaminados (Coyne, 1998) o también, es el proceso de biodegradación y biotransformación controlado o espontáneo que busca eliminar o atenuar los contaminantes ambientales a través de la actividad biológica en los sitios afectados (Madsen, 2008); de acuerdo al tipo de organismo que realiza la biorremediación esta puede llamarse:
Fitorremediación
Es la descontaminación de suelos, agua o aire de sustancias orgánicas o inorgánicas con la actividad biológica/metabólica de plantas (arbóreas, arbustivas, herbáceas, etc) actuando solas o en simbiosis con algas (ficorremediación) u hongos (micorremediación) para almacenar, absorber, reducir movilidad, modificar, degradar o eliminar las sustancias tóxicas. Entre los elementos contaminantes más utilizados con este conjunto de tecnologías están los metales pesados, hidrocarburos, pesticidas y herbicidas (figura 65).
106 Figura 65. Sistema de fitorremediación. Para este sistema se usan 75 hectáreas de sauces en Suecia Central: en primer plano planta de tratamiento de aguas residuales, al fondo las albercas para aguas en invierno y campos de sauces regados con efluentes de fangos. Tomado del enlace:http://www.fao.org/docrep/008/a0026s/a0026s11.htm
Remediación microbiana
Es la limpieza de sitios contaminados utilizando microorganismos que a través de actividades metabólicas degradar, eliminan, acumulan o atenúan sustancias orgánicas o inorgánicas. Para este tipo de biorremediación Gómez, (2004)describe dos enfoques, la bioestimulación o la bioaumentación.
En la bioestimulación se emplean microorganismos nativos (es decir, cepas propias del sitio contaminado) a las que se les estimula el crecimiento y actividad metabólica con la adición de nutrientes (como el nitrógeno, fósforo o materia orgánica) o mejora de condiciones ambientales como la circulación de oxígeno a través del bioventeo. Este enfoque es muy útil porque por un proceso de selección natural las cepas nativas ya están adaptadas a las condiciones ambientales. Pero en algunas situaciones las poblaciones de cepas nativas son escasas o no realizan actividades metabólicas que puedan actuar sobre el contaminante, como es el caso de los suelos pobres en nutrientes, desiertos o terrenos muy contaminados; en estas condiciones también puede biorremediarse el ambiente contaminado con la bioaumentación.
La bioaumentación es la inoculación o adición de cepas alóctonas (foráneas) que tengan la capacidad comprobada de degradar el contaminante. Estas pueden ser cepas “naturales” o modificadas genéticamente para tal fin. Este tipo de microorganismos deben tener características específicas que aseguren la descontaminación y minimicen el impacto negativo en el ecosistema contaminado, entre ellas tenemos: no puede ser patógeno, estabilidad genética, crecimiento rápido, alta producción de enzimas, capacidad de competencia frente a las cepas nativas y no generar sustancias tóxicas como producto de su metabolismo.
En la actualidad es muy común el uso de bacterias y hongos para degradar compuestos como petróleo y sus derivados, sustancias químicas (benceno, acetona, éteres, alcoholes, etc), xenobióticos (pesticidas, herbicidas, etc); otros compuestos químicos
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como el PBC, cromo, pueden ser parcialmente degradados y algunos como el uranio, mercurio o cadmio no pueden ser biodegradados pero si almacenados y concentrados por los microorganismos de tal manera que se puedan aislar fácilmente del ambiente contaminado.
Respecto al sitio, la biorremediación se puede realizar “in situ”, es decir en el lugar contaminado o “ex situ” fuera de sitio contaminado.
En la biorremediación in situ, se usan bacterias nativas o foráneas que degraden o minimicen el potencial tóxico del contaminante en el lugar afectado. Cuando se emplean cepas nativas se realiza un tipo de biorremediación intrinseca o pasiva, porque depende de la capacidad de los microorganismos para responder y metabolizar los contaminantes. Por ésto para fomentar y mejorar la capacidad del microorganismo para transformar o biodegradar el contaminante se usan estrategias de ingeniería que ayudan a hacer más eficiente el proceso de biorremediación, como el control del flujo de agua, aireación, modificaciones químicas y físicas que influyan en las poblaciones microbianas y en el contaminante. Es importante medir la eficiencia del proceso con el análisis químico del agua, aire o suelo contaminado. El lugar contaminado también puede ser modificado por excavaciones, manipulaciones hidrológicas, instalación de biorreactores o materiales que apresuren la biorremediación (Madsen, 2008).
En la biorremediación ex situ, el contaminante debe almacenarse y trasladarse del lugar contaminado para ser tratado. Un ejemplo de ésto es el sistema de tratamiento de aguas municipales donde se dirigen a través de una serie de ambientes controlados que estimulan el crecimiento y actividad metabólica microbiana sobre los contaminantes en filtros, tanques, digestores o biorreactores, de tal manera que las descargas a los ríos, lagos u océanos tengan los controles físicos, químicos y microbiológicos (Madsen, 2008).
NOTA:
Por favor leer el siguiente artículo:
http://www.scielo.org.mx/pdf/rica/v23n3/v23n3a4.pdf
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