CONCEPTOS

LEY DE DARCY

Henry Darcy desarrolló el primer estudio sistemático del movimiento del agua a través de un medio poroso. En este estudio se analizó el movimiento de agua a través de lechos de arena usados para la filtración de agua para la bebida. Darcy encontró que la tasa o velocidad a la cual el agua fluye a través del medio poroso es directamente proporcional a la diferencia de altura entre los dos extremos del lecho filtrante, e inversamente proporcional a la longitud del lecho.

La Ley de Darcy^[] describe, con base en experimentos de laboratorio, las características del movimiento del agua a través de un medio poroso.

La expresión matemática de la Ley de Darcy es:

Q=K (h3-h4/L)A

Donde:   

Q= gasto, descarga o caudal en m³/s.

L= longitud en metros de la muestra

k= una constante, actualmente conocida como coeficiente de permeabilidad de       Darcy, variable en función del material de la muestra, en m/s.

A= área de la sección transversal de la muestra, en m².

h3= altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la entrada de la capa filtrante.

h4= altura, sobre el plano de referencia que alcanza el agua en un tubo colocado a la salida de la capa filtrante.

La Ley de Darcy es una de las piedras fundamentales de la mecánica de los suelos.

PRINCIPIO DE CONTINUIDAD

La ley de continuidad está referida a líquidos que son incompresibles, y por lo tanto poseen una densidad constante, esto implica que si por un conducto que posee variadas secciones, circula en forma continua un líquido, porcada tramo de conducción o por cada sección pasarán los mismos volúmenes por unidad de tiempo, es decir el caudal se mantendrá constante; entendiendo por caudal la cantidad de líquido que circula en un tiempo determinado.

Ley o principio de continuidad: las velocidades y las secciones o áreas son inversamente proporcionales entre sí.

XENOBIOTICOS

Sustancia extraña o ajena a las que proceden de la composición o metabolismo de los organismos vivos, son contaminantes de naturaleza química y que suelen producir efectos tóxicos, o al menos alteraciones en el normal funcionamiento de las células vivas.

COMETABOLISMO

Es cuando se produce la transformación metabólica innecesaria de una sustancia que un organismo no utiliza ni como fuente de energía ni de carbono. Las enzimas que degradan un sustrato primario transforman además otro sustrato secundario del que los microorganismos no obtienen provecho.

LNAPL (Fase liquida densa u acuosa)

 Fase líquida con una gravedad específica inferior a 1,0. Because the specific gravity of water is 1.0, most LNAPLs float on top of the water table. Debido a que la gravedad específica del agua es de 1,0, la mayoría de LNAPL flotar en la parte superior de la capa freática.

Combustibles derivados del petróleo más comunes de hidrocarburos y aceites lubricantes.
DNAPL(líquido denso fase no acuosa)

Líquidos de fase acuosa no como solventes de hidrocarburo clorado o fracciones de petróleo con una gravedad específica mayor que 1.0 que hundir a través de la columna de agua hasta alcanzar un nivel de confinamiento. Porque están en la parte inferior de los acuíferos en lugar de flotar sobre la mesa de agua, pozos de monitoreo típicas no indican su presencia.

DECLORACION REDUCTORA

Eliminación de Cl en forma de Cl-  de un compuesto orgánico, reduciendo el átomo de carbono de C- Cl a C-H.

PRINCIPALES AGENTES  CONTAMINANTES

Se pueden establecer los siguientes grupos: contaminantes  químicos, contaminantes biológicos y contaminantes radioactivos.

Los contaminantes químicos se pueden clasificar  en iones normales, iones nitrogenados, materia orgánica, metales pesados y compuestos tóxicos.

Iones normales comprende los iones cloruro, sulfato, bicarbonato, sodio, calcio, magnesio y los parámetros derivados: residuo seco y dureza. el principal efecto de la dureza en las aguas de uso domestico es el incremento en el gasto de jabón, detergentes o productos de ablandamiento de las aguas para evitar incrustaciones, aparte de dificultades en la cocción de verduras y otros alimentos.  los iones nitrogenados, se trata de los nitratos derivados de la utilización de fertilizantes. La presencia de nitritos y amonio puede indicar que proceden de la descomposición de la materia orgánica de algún vertido de residuos y que puede venir acompañada de organismos patógenos.

MECANISMOS DE INTRODUCCIÓN Y PROPAGACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN EN EL ACUÍFERO

Los principales mecanismos son los de propagación a partir de la superficie que incluyen los casos de arrastre de contaminantes desde la superficie del terreno por las aguas de infiltración y los de infiltración de aguas superficiales contaminadas desde ríos, acequias, etc., provocados por la acción humana; los de propagación desde la zona no saturada cuyos ejemplos son los derivados de sistemas de  tratamientos de aguas residuales domesticas  y de embalsamiento superficial de residuos líquidos de diversa procedencia y, finalmente, los de propagacion originados en la zona saturada cuyos casos mas típicos  son los pozos de inyección y de la progresión de la intrusión salina por alteración del régimen de flujo.

CAUSAS DE CONTAMINACIÓN

      Por actividades urbanas

      Por actividades Agrícolas

      Por actividades Industriales

      Aguas salinas

      Por actividades mineras

      Por vertidos de origen urbano

 MIGRACIÓN DE CONTAMINANTES

Es el conjunto de procesos de transporte, almacenamiento, intercambio y transformación que por causas físicas, químicas y biológicas afectan a los solutos en el suelo y a las aguas subterráneas.

Los medios porosos constituyen sistemas heterogéneos formados por una matriz solida, con constituyentes minerales y orgánicos, y un complejo sistema de poros interconectados que están rellenos de fluidos.

TRANSPORTE DE SOLUTOS EN EL ACUÍFERO

Las sustancias disueltas  pueden ser transportadas bien por el propio movimiento del agua bien por difusión molecular o por ambos medios simultáneamente.

En la difusión no se produce movimiento de solutos a través del movimiento del agua.

Los procesos combinados de dispersión y difusión provocan la formación de un penacho de contaminación cuya forma, extensión y velocidad de propagación dependen tanto de las características del medio como de la sustancia que propaga y de las características del fondo emisor.

Difusión

Es debido al movimiento de iones disueltos y moléculas debido a la existencia de gradiente de concentración y a la agitación térmica de las moléculas.

Dispersión

Los diferentes tipos, tamaños y orientación de los poros da lugar a velocidades que difieren de unos puntos a otros.

TRANSFERENCIA DE MASAS

Procesos físicos

·         Dispersión. Provoca la disolución de contaminantes.

·         Filtración. Elimina virtualmente todos los sólidos en suspensión.

·         Circulación de gases. Favorece la descomposición de sustancias orgánicas.

Procesos geoquímicos

·         Formación de complejos y fuerza iónica. Los complejos y pares iónicos se forman por combinación de iones polivalentes.

·         Neutralización. Los constituyentes de las aguas subterráneas son más solubles, por lo tanto más móviles cuando pH es bajo.

·         Oxidación – Reducción. Muchos elementos pueden presentar varios estados de oxidación estando su movilidad estrechamente ligada a dicho estado.

·         Precipitación – Disolución. Casi cualquier constituyente que se encuentre en solución puede precipitar.

·         Adsorción – Desorción. El proceso de intercambio iónico puede provocar la retención de cationes y aniones en la superficie de las arcillas.

 Procesos bioquímicos

·         Degradación biológica y asimilación. Muchas sustancias orgánicas pueden ser extraídas del agua por actividad biológica.

·         Síntesis celular. Constituyentes traza son necesarios para el crecimiento de los organismos y pueden ser retirados en su movimiento desde los emplazamientos de residuos.

Procesos en la zona no saturada

Los procesos que en mayor medida afectan a esta zona son la evapotranspiración que conlleva a la concentración de las ales disueltas y la absorción radicular selectiva, cuya fase liquida forma parte de la evaporatranspiración pero que puede jugar un importante papel en la perdida de algunos iones.

La volatilización puede afectar al amonio y a ciertas sustancias orgánicas. Los procesos de adsorción, incluido el cambio iónico, afectan fundamentalmente a catones. Los procesos de disolución- precipitación dependen básicamente de la solubilidad de los compuestos y de su equilibrio respecto a la saturación.

Las reacciones de oxidación en ambiente aerobio, son especialmente intensas en los compuestos del nitrógeno y el los sulfuros que son trasformados a sulfatos.

La biodegradación que afecta a las sustancias orgánicas tienen lugar en los primeros centímetros del suelo donde tanto la presencia de oxigeno como la actividad biológica es muy elevada.

RESUMEN DEL ARTICULO

CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DE LOS PLAGUISIDAS Y SUS TANSPORTES EN EL AMBIENTE

Los científicos han logrado determinar ciertas características físico-químicas cuantificables plaguicidas, como es la solubilidad, presión de vapor, cte de la ley de Henry, el coeficiente orgánico y el coeficiente de partición octanol-agua.

Características del medio ambiente

Son los lugares en que puede estar presente el plaguicida como: materiales o  sustancias de desecho, agua  subterránea o superficial, aire, suelo, subsuelo, sedimento y biota.

Mecanismo de transporte ambiental de lo plaguicidas

Es la forma en que se mueven lo plaguicidas en el medio ambiente,  desde  la fuente emisora del plaguicida hasta los puntos donde existe exposición para el ser humano o biota. El transporte ambiental involucra los movimientos de gases, líquidos y partículas solidas dentro de un medio determinado a través de las interfaces entre el aire, agua, sedimento, suelo, plantas y animales.

Difusión

Movimiento de moléculas debido aun gradiente de concentración.

Lixiviación

Parámetro más importante de evaluación del movimiento de una sustancia en el suelo. Esta ligado a la dinámica del agua, ala estructura del suelo y  a los factores propios del plaguicida.

Evaporación

La tasa de perdida de in plaguicida por volatilización depende de supresión de vapor,  de la temperatura, de su volatilidad intrínseca y de la velocidad de difusión hacia la superficie de evaporación.

Influencia de las características de sitio en el transporte de plaguicidas

Es necesaria la información acerca de la topografía, tipo de suelo y ubicación,  tipo de cubierta del suelo, precipitación anual, condiciones de temperatura,  para poder estimar hacia donde pudiera desplazarse el plaguicida aplicado.

Factores físico-químicos que influyen en el destino de los contaminantes y en el transporte ambiental

Volatilización

La volatilidad representa la tendencia del plaguicida a pasar a la fase gaseosa. La volatilidad se mide a partir de la constante de  Henry que depende de la presión de vapor en estado líquido y de la solubilidad en el agua.

Presión de vapor

Medida de volatilidad de un plaguicida en estado puro y es un determinante importante de la velocidad de volatilización al aire desde suelos o cuerpo de aguas superficiales contaminados.  

Un plaguicida con presión de vapor mayor a 10.6 mmHg puede fácilmente volatizarse y tiende a alejarse del lugar donde se aplico.

Los plaguicidas con presión de vapor menor a 1.0 x 10-8 tiene bajo potencial para volatilizarse. Los plaguicidas con una presión de vapor mayor a 1.0 x 10-3 tiene alto potencial para volatilizarse.

Constante de la ley de Henry

Describe la tendencia de un plaguicida a volatilizarse del agua o suelo húmedo. Cuando el plaguicida tiene una alta solubilidad en el agua con relación a su presión de vapor, el plaguicida se disolverá principalmente en el agua.

Un valor alto de la ley de Henry, indica que un plaguicida tiene un potencial elevado para volatilizarse del suelo húmedo; un valor bajo predice un mayor potencial de lixiviación del plaguicida.

Persistencia

Capacidad de cualquier plaguicida para retener características físicas, químicas y funcionales en el medio en el cual es transportado o distribuido, durante un periodo limitado después de su emisión. Si su vida media y su persistencia es mayor a la frecuencia con que se aplica los plaguicidas tienden a acumularse tanto en los suelos como en la biota.

Vida media

El tiempo requerido para que la mitad del plaguicida presente después de una aplicación se descomponga en productos de degradación.  La descomposición depende de varios factores incluidos la temperatura, el pH del suelo, los microorganismos presentes en el suelo, clima, exposición  del plaguicida a la luz, agua y oxigeno.

Tipos de clasificar a la vida media de un plaguicida:

·        
Vida media en el suelo: tiempo requerido para que un plaguicida se degrade en el suelo.

·         Vida media por Fotólisis: tiempo requerido para que la mitad de un plaguicida aplicado expuesto a la luz del sol se degrade.

·         Vida media por Hidrólisis: tiempo requerido para que la mitad de un plaguicida aplicado se degrade por la acción del agua.

Solubilidad en agua

Medida que determina la máxima concentración de un plaguicida a disolverse en un litro de agua.

Los plaguicidas muy solubles en agua se adsorben con baja afinidad a los suelos y por lo tanto son fácilmente transportados del lugar de la aplicación por una fuerte lluvia, riego o escurrimiento, hasta los cuerpos de agua superficial y/o subterráneo.

Coeficientes de absorción de carbono orgánico (Koc)

También se le conocido como coeficiente de absorción suelo /agua es una medida de tendencia de un compuesto orgánico a ser adsorbido por los suelos o sedimentos.

Un Koc elevado indica que el plaguicida orgánico se fija con firmeza en la materia orgánica del suelo, por lo que poca cantidad del compuesto se mueve a las aguas superficiales a los acuíferos.

Coeficiente de partición octanol/agua (Kow)

Medida de como una sustancia química puede distribuirse entre dos solventes inmiscibles, agua y octanol. Los plaguicidas con una vida media y un kow altos pueden  acumularse en tejido graso y bioacumularse a lo largo de la cadena alimenticia.

RESUMEN DEL ARTICULO

SOLUCIONANDO GRANDES PROBLEMAS AMBIENTALES CON LA AYUDA DE PEQUEÑOS AMIGOS: LAS TECNICAS DE BIORREMEDIACION

Biorremediacion es la utilización de seres vivos para solucionar un problema ambiental. En un ambiente no contaminado, las bacterias, los hongos, los protistas, y otros microorganismos heterotróficos degradan constantemente la materia orgánica disponible, para obtener energía. Cuando un agente contaminante orgánico, combustible, petróleo u otro es accidentalmente liberado en un ambiente dado, algunos de los microorganismos indígenas morirán, mientras que sobrevivirían algunos otros capaces de degradar estos compuestos orgánicos. La Biorremediacion trabaja proveyendo a estos organismos de nutrientes, oxigeno, y otras condiciones que favorezcan su rápido crecimiento y reproducción. Estos organismos entonces podrán degradar el agente contaminante orgánico a una velocidad mayor, proporcionando una técnica para limpiar la contaminación, realzando los mismos procesos de biodegradación que ocurren naturalmente en el medio ambiente.

Los sistemas de depuración de aguas actuales comparten los principios de funcionamiento utilizados por sus antiguos precedentes romanos. Los sistemas de depuración basados en lagunas de lodos activados provocan la disminución de la carga orgánica mediante la degradación microbiana. Estos procesos además reducen la carga toxica presente en los efluentes.

Biorremediacion puede definirse como la respuesta biológica al abuso ambiental. Esta definición permite distinguir entre el uso de microorganismos para recuperar áreas contaminadas y para tratamientos de residuos tanto industriales como domiciliarios.   

Es necesario establecer previamente cuales son los niveles de contaminación que pueden ser admitidos en un ecosistema sin que por ello se provoquen daños a los seres vivos que viven en el. El objetivo de la Biorremediacion es eliminar, o al menos disminuir la concentración de sustancias potencialmente toxicas, dispersadas accidentalmente o no en suelos y/o cuerpos de agua superficial o subterránea, utilizando como parte fundamental del proceso a los microorganismos.

Los microorganismos utilizados en Biorremediacion son generalmente no-fotosintéticos; ecológicamente ocupan el nivel trófico denominado de los descomponedores.

¿Como obtienen energía los microorganismos?

Formas por las cuales los organismos son capaces de producir la energía necesaria para su crecimiento y reproducción:

1.- fotosíntesis

2.- oxidación de compuestos inorgánicos

3.- oxidación de compuestos orgánicos

La tercera categoría está formada por organismos heterotróficos, capaces de degradar materia orgánica y tóxicos orgánicos. Los caminos metabólicos que pueden emplear los microorganismos presentes en esta categoría se pueden clasificar en tres grupos; el primero depende del oxigeno (aeróbico) como aceptor final de electrones, mientras que los otros dos se realizan en ausencia de oxigeno (anaeróbico).

La acción de los microorganismos anaeróbicos es más lenta, pero en contrapartida son capaces de degradar compuestos más tóxicos o con escasos lugares atacables enzimáticamente en sus moléculas.

a)      Respiración aeróbica es el proceso más eficiente, por lo que es elegido por los microorganismos siempre que este presente el oxigeno y, por supuesto, que tenga la maquinaria enzimática para realizar el proceso.

Los organismos aeróbicos degradan la materia orgánica mas rápidamente y eficientemente que los anaeróbicos, por lo que generalmente son los utilizados en los procesos de depuración de aguas y lodos.

b)      La respiración anaeróbica es similar a la respiración aerobica, con la diferencia de que el ultimo aceptor de los electrones no es el oxigeno. Es un grupo pequeño de organismos, formado solo por bacterias.

c)       En la fermentación algunos organismos obtienen energía de la degradación de compuestos orgánicos, degradándolos solo parcialmente. Tanto el donor como el aceptor de los electrones es una molécula orgánica. Se entiende por Biorremediacion in situ a aquellos procesos que utilizan microorganismos para degradar sustancias peligrosas en el suelo y agua con mínima alteración de la estructura del suelo.               

La implementación del proceso de Biorremediacion en una situación podría involucrar los siguientes pasos:

1)      Retirada de la fase liquida no acuosa (NALP)

2)       Estudios hidrogeológicos

3)      Estudios microbiológicos

4)      Elección de la ingeniería

5)      Instalación y comienzo de las operaciones

6)      Operación y monitoreo

7)      Fin de las operaciones

Suelos contaminados con TNT

La Biorremediacion de suelos contaminados con nitrotoluenos es muy importante por dos motivos:

1.- los dinitro y trinitrotoluenos son considerados carcinógenos

2.- los emplazamientos con esta contaminación son muy importantes, tanto en número como en tamaño      

En algunas ocasiones no es necesaria la reducción total de TNT, sino que algunos metabolitos pueden ser incorporados a una matriz orgánica quedando de esta manera inmovilizados.

Esta técnica es de tipo landfarming, y las operaciones principales son:

1.- la producción de la humificación de manera controlada, mediante la adición de materia orgánica al suelo.

2.- el incremento del metabolismo de los microorganismos mediante el agregado de fuentes de carbono de pequeño peso molecular, fácilmente asimilables por los microorganismos, así como otros nutrientes.

Futuro de las técnicas de Biorremediacion

Las aplicaciones más importantes de la Biorremediacion han sido aquellas que modifican el ambiente para estimular la actividad de los organismos que allí se encuentran.

El uso de microorganismos mejorados genéticamente puede optimizar algunos procesos de degradación de moléculas especialmente resistentes.

La Biorremediacion es más económica que los métodos físicos de limpieza y causa menos perturbación en el medio ambiente.

Las técnicas de Biorremediacion son una buena estrategia de limpieza para ciertos tipos de contaminación. Cuando existe una acumulación de sustancias toxicas o no biodegradables la Biorremediacion no funciona, ya que la colonización y crecimiento de los microorganismos se encuentra inhibida.