Capítulo 1: Estructura y metabolismo celular

Capítulo 1: Estructura y metabolismo celular

1.5 Calidad microbiológica del agua y su potabilización. Tratamiento de aguas residuales

Introducción:

Chile: 47% del agua que bebemos proviene de depósitos subterráneos (en la zona norte), y el 53% restante proviene de fuentes superficiales (en la zona centro y sur).

Agua para el consumo humano debe ser potable: puede consumirse en cualquier cantidad deseada sin poner en riesgo la salud; y palatable: organolépticamente agradable, no necesariamente segura.

Fuentes de agua: aguas subterráneas, agua de ríos, acuíferos, aguas subterráneas, esteros, lagos y embalses.

El agua en la naturaleza no siempre es segura. Hay 2 millones de muertos al año por consumo de agua contaminada. Estas muertes pueden ser evitables.

Calidad del agua:

Características del agua: entregan un conjunto de indicadores que permiten establecer si el agua es segura para consumo humano.

• Características Físicas:
  Turbidez: medida de la “claridad” de un líquido. Depende de la cantidad de luz que es dispersada por las partículas presentes en un líquido llamadas sólidos suspendidos.
  Agua potable: < 2 NTU como promedio mensual. > 20 NTU no puede ocurrir nunca. NTU: unidades de nefelométricas de turbidez.
  Color: color verdadero (libre de sólidos suspendidos), debería ser transparente.
  Temperatura
  Olor
• Características Químicas:
  Compuestos inorgánicos disueltos: hierro, carbonatos, sulfatos, metales pesados (arsénico, cromo).
  Compuestos orgánicos disueltos: carbono total, plaguicidas, compuestos fenólicos.
  Los efectos del arsénico demoran 20 años o más en aparecer: razón entre la mortalidad por cáncer de vejiga en II y V Región.
• Características Microbiológicas:
  Indetectable a simple vista o utilizando otro sentido.
  Microorganismos en el agua: bacterias, virus y protozoos:

• Salmonella typhi 🡪 bacteria, fiebre tifoidea
• Escherichia coli 🡪 bacteria, gastroenteritis, infección urinaria
• Vibrio cholerae 🡪 bacteria, cólera
• Shigella spp. 🡪 bacteria, shigelosis (disentería)
• Cryptosporidium 🡪 protozoos, cryptosporidiosis (diarrea y gastroenteritis)
• Norwalkvirus 🡪 virus, gastroenteritis

Coliformes: grupo heterogéneo cuyos integrantes no están taxonómicamente relacionados, pero se usan como indicadores de contaminación fecal en el agua.

Coliformes > coliformes fecales: e. coli, enterobacter, kiebsiella.

Coliformes: tracto intestinal (la mayoría), anaerobios facultativos, gram -, bacilos, no forman esporas, fermentan lactosa en 48h a 35° C.

Métodos para detectar coliformes y E. coli en el agua:

Método 1: Aguar EMB-Lactosa: 100 ml de agua son filtrados. El filtro es incubado en agar con eosina (selecciona bacterias gram -), azul de metileno (selecciona bacterias gram -) y lactosa (selecciona bacterias que consumen lactosa). Las bacterias que produzcan ácido láctico disminuirán el pH de la colonia, esto promueve la unión de los pigmentos eosina y azul de metileno.
La E. Coli es capaz de fermentar rápidamente la lactosa, supuestamente disminuyendo fuertemente el pH, produciendo colonias con un brillo metálico oscuro.

Método 2: Agar IM: 100 ml de agua son filtrados. El filtro es incubado en aguar con metil-lumbeliferil-β -D-galactopiranosa (MUG) (todos los coliforme muestran actividad β-galactosidasa), indoxil-β-D-glucoronido (E.coli muestra actividad β-glucoronidasa).

Potabilización de aguas:

Norma chilena agua potable NCh409:

• Menos del 10% de las muestras debe tener 1 colonia de coliformes totales por cada 100 ml.
• Menos del 5% de las muestras debe tener como máximo 5 colonias de coliformes totales por cada 100 ml.
• Todas las muestras deben estar exentas de E. coli (recuento negativo).

Diagrama de bloques:

coagulantes          floculante    
                   ↓                         ↓
Agua 🡪 mezclado 🡪 desarenador 🡪 floculación 🡪 sedimentación 🡪 filtración 🡪 desinfección 🡪 agua potable                                                                 ↓                
                                                                                                                 material suspendido

Desarenador: proceso de sedimentación. Las partículas de mayor densidad que el agua tienden a viajar hacia el fondo. Debe proveerse de un tiempo de residencia lo suficientemente largo para permitir que las partículas lleguen al fondo del tanque.

Coagulación: los agentes coagulantes neutralizan las cargas de las partículas permitiendo su agregación. Generalmente son invisibles a simple vista. El proceso tarda 1 a 3 minutos bajo agitación.

Floculación: polímeros cargados (generalmente aniónicos) permiten la agregación de muchas partículas a la vez, formando floculos visibles a simple vista. El proceso toma 15 a 60 minutos bajo agitación suave.

Sedimentación: filtración de la arena.

Desinfección: primaria: matar los microorganismos existentes en ella e inhibir el crecimiento potencial de nuevos microorganismos. Secundaria: se adiciona cloro en el agua ya desinfectada, para que quede una concentración de cloro residual, que mata microorganismos sobrevivientes y evita la proliferación de nuevos microorganismos. Por norma 0.2 – 0.6 mg/L.

Tratamiento de aguas residuales:

Aguas residuales: residuos industriales líquidos (RILes), descargas domésticas al alcantarillado.
-   Efluentes líquidos contaminados con material fecal humano o animal.
- Pueden contener moléculas inorgánicas y orgánicas que pueden resultar potencialmente peligrosas.
-   Microorganismos patógenos.

ꓫ cauces naturales, aguas subterráneas, mar. Decreto supremo N°90 del 2001, en el que se establecen las concentraciones máximas admisibles de un número de contaminantes 🡪 tratamiento.

Consumo doméstico: promedio 120 – 180 L por día: lavado, duchas, consumo diario, cocina, sanitización.

RILes: descargas industriales petroquímicas, producción de pesticidas, industria de alimentación, industria lácteos, plásticos, metalúrgicos. Si hay altos volúmenes y altos niveles de contaminación: tratamiento. Diluidos y bajos caudales: descargados al alcantarillado.

Tratamiento: reducir la concentración de materiales orgánicos e inorgánicos hasta niveles que no permitan el crecimiento de microorganismos y eliminar otros materiales potencialmente tóxicos (físicos, químicos, biológicos).

Demanda biológica de oxígeno DBO: cantidad de oxígeno disuelto consumido por microorganismos aeróbicos para oxidar completamente toda la materia orgánica e inorgánica contenida en la muestra.

• Muestra lo suficientemente diluida para permitir la oxidación total de la materia orgánica sin consumir la totalidad del oxígeno disuelto en el agua.
• Cada botella es inoculada con microorganismos aerobios y se permite su crecimiento por 5 días a 20°C.

DBO5 = FD(ODinicial – ODfinal)

• 1 mg/L: río sin contaminación, 2 – 8 mg/L: río moderadamente contaminado, 200 – 600 mg/L: aguas residuales domésticas, 1500 – 175000 mg/L: RILes.

95% remoción plastas de tratamiento

Tratamiento primario: separación física (cribado, sedimentación) 🡪 eliminar material particulado de sólidos orgánicos e inorgánicos (ramas, hojas, basura de mayor tamaño).

Tratamiento secundario: 

• Tratamiento anaerobio: los factores que influyen en la elección de un sistema anaerobio son: la baja producción de lodo biológico, por lo que se tienen menores costos de disposición; útiles de altas DBO produce efluentes con DBO fuera de norma DS 90, mayor costo en inversión inicial, menores costos de operación puesto que no requiere oxígeno, producción de metano que puede ser utilizado como combustible, y bajos requerimientos de nutrientes.

Degradación y fermentación por microorganismos en condiciones anaerobias 🡪 eliminar grandes cantidades de materia orgánica soluble, que presentan alta DBO.

Materia orgánica (proteínas, carbohidratos, lípidos)[pic 1][pic 2]

                                                     Bacterias hidrolíticas ↓

Compuestos solubles (monómeros)[pic 3][pic 4]

                       Bacterias acidogénicas ↓

Ácidos volátiles, compuestos neutros[pic 5][pic 6]

      Bacterias acetogénicas ↓[pic 7][pic 8]

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