Microbiología del agua

Del total del Agua del Mundo: 3% es Agua Dulce . 97 % se encuentra en océanos y mares. De ese 3% de Agua Dulce: 79% está en la cresta de los glaciares. 20% se encuentra en aguas subterráneas. 1% se halla en las superficies accesibles. De ese 1% en las superficies accesibles: 52% se encuentra en lagos. 38% se halla en la humedad del suelo. 8% es agua contenida en la atmósfera. 1% es agua que está en los organismos vivientes. 1% está en ríos y arroyos.

CONTAMINACIÓN DEL AGUA La polución tiene lugar cuando compuestos o microorganismos indeseables penetran en el ambiente acuático y cambian sus propiedades. Se modifica entonces el equilibrio, produciéndose una variación en la distribución y composición de la comunidad.

IMPORTANCIA DEL AGUA Indispensable para la vida: Plantas Animales Humanos Indispensable para el hogar: Bebida Cocinar Lavar Higiene Indispensable para la ganadería: Bebederos Riego de pastos. Indispensable para la agricultura: Riego Agroindustria Indispensable para la industria: Minería Curtiembres Hidroenergía Uso municipal: Riego Uso medicinal: Aguas termales. Aguas minerales. Acuicultura: Piscicultura Deporte y recreación:

El agua limpia y potable es esencial para la salud pública. La calidad del agua puede fácilmente alterarse por la contaminación con microorganismos patógenos que ocasionan enfermedades graves.

Virus Bacterias Algas Protozoos Hongos microscópicos. Habitan en: Aguas naturales. Aguas dulces Estuarios Aguas saladas Aguas termales

Los microorganismos del agua pueden ser: INDÍGENAS TRANSITORIOS Entran al agua en forma intermitente, procedentes de: El aire. El suelo. Procesos industriales. Procesos domésticos. Característicos de la masa de agua natural.

PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL AGUA

Reciclaje de nutrientes por microorganismos

Papel de los microorganismos en el reciclaje de nutrientes. Son la base de las cadenas tróficas acuáticas. Reciclan la materia haciéndola disponible para otros organismos. Mineralización. Producción de proteína microbiana. Mayor productividad por metro cuadrado en el agua que en el suelo.

Bacterias que causan cambios organolépticos en el agua

Bacterias que obstruyen conductos de agua Principalmente: ferrobacterias y sulfobacterias.

Ferrobacterias 4FeCO3 + O2 + 6H2O  4FeOH + 4CO2 + 40 cal Filamentosas Oxidan carbonato ferroso  Hidróxido férrico 4FeCO3 + O2 + 6H2O  4FeOH + 4CO2 + 40 cal Soluble Insoluble, precipita .

Sulfobacterias Origen: hidrotermal y volcánico. Características de aguas polucionadas ricas en H2S. Intervienen en procesos de descomposición orgánica: Oxidando el H2S. Liberando E para biosíntesis. Thiothrix spp, Beggiatoa spp (anaerobias facultativas, principales causantes de obstrucciones) H2S + 1/2 O2 ________________> S + H2O + 41 cal

Bacterias que producen color en el agua Bacterias que al oxidar Fe++ y Mn++ producen indirectamente alteraciones de color en el agua.

La producción de color en el agua es importante en abastecimientos provenientes de pozos. El hierro contenido en sus aguas promueve la actividad oxidante de las bacterias.

Crenothrix, Leptothrix, Gallionella  Obtienen energía oxidando Fe++ (soluble)  Fe+++ (insoluble) Coloración pardo bermellón en el agua.

Bacterias que producen olor y sabor en el agua Origen del olor y del sabor: bacterias y otros microorganismos.

Productos de descomposición de bacterias anaerobias: Mercaptanos Gas sulfhídrico. Subproductos aminados. Ácidos grasos, etc. Olor intenso en el agua.

Desechos Microorganismos (bacterias). El sabor Se acentúa con la cloración, especialmente si es producido por compuestos fenólicos. Sabor en el agua.

Actinomycetos (bacterias): promueven la descomposición de: Plantas acuáticas. Algas (Anabaena, Oscillatoria, Aphanizomenon, diatomeas). Utilizan su nitrógeno a expensas del cual aumentan sus poblaciones.  Olor y sabor en el agua.

Streptomyces (bacterias) produce olor a tierra en: el agua el suelo en cultivo. El cloro libre intensifica este olor. Producen olor y sabor en el agua: Crenothrix (ferrobacteria) Beggiatoa (Sulfobacteria)

Origen de la flora microbiana en el agua

Origen de la flora microbiana La flora del agua atmosférica es proporcionada por el aire y es lavada con la lluvia en las partículas. La flora de las aguas subterráneas es afectada por procesos de filtración.

La flora de las aguas superficiales es aportada periódicamente desde: el aire el arrastre superficial de tierra. de vertimientos domésticos e industriales.

Distribución de los microorganismos en el medio acuático

Los microorganismos pueden estar a cualquier profundidad. Hasta en las fosas oceánicas.

Las capas superiores y los sedimentos del fondo albergan las mayores poblaciones de microorganismos, particularmente en aguas profundas.

Microorganismos planctónicos (en susupensión). Floración: crecimiento excesivo, explosivo. Dan color aparente al agua: rojo, pardo, verde, ámbar, amarillo. Oscillatoria erytrea Mar Rojo Microorganismos bentónicos (en el fondo). Algunos forman biopelículas.

Microorganismos planctónicos y bentónicos ( fotosíntéticos y heterótrofos). Bentos: Fotótrofas y heterótrofas. Plancton: Fotótrofas y heterótrofas Epiliton: heterótrofas bentónicas sobre partículas. ZONA LITORAL Nivel de compensación Oxidantes del Azufre ZONA LIMNÉTICA Bentos: heterótrofas, muchas anaeróbicas. ZONA PROFUNDA Sedimentación

Aguas bien aireadas, metabolismo oxidativo Aguas bien aireadas, metabolismo oxidativo. Gran variedad cualitativa pero no cuantitativa de especies. Sistema fluvial Producción de CH4, FeS. Etapas terminales: ausencia de eucariotas excepto protozoos anaerobios (Bodo spp.), y ocasionalmente metazoos como Tubifex spp. Muy pocas especies. Dominio de las algas verde-azuladas, flagelados y bacterias micro aerófilas. Predominio de bacilos gram-negativos anaerobios facultativos. Reducción de N03-. Reducción de Mn y de Fe(lll). Poblaciones de diatomeas y clorofíceas. Cesa la nitrificación, producción de H2 y productos de la fermentación. Reducción de S04 2- Afloramiento de bacterias fototróficas que crecen con H2S.Producción de FeS a partir de Fe (lll) reducido. Predominio completo de anaerobios y desaparición de microaerófilos y la mayoría de anaerobios facultativos Potencial de oxidoreducción María Cecilia Arango Jaramillo

Bacilos gram-negativos (Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobacter, etc.). Ficomicetos acuáticos, hifomicetos, bacterias apendiculadas. Diatomeas (Pinnularia, Navicula), Chlorophyceae no móviles (Ankistrodesmus, Staurastrium, etc.). Algas verde-azuladas (Oscillatoria, Phormidium) bacilos gram-negativos (Pseudomonas, etc.). Bacterias microaerófilas (Spirillum), Flagelados (Chlamydomonas, Euglena, etc.).«Hongos del alcantarillado» (Sphaerotilus, Leptomitus, etc.). Desulfovibrio, metanógenos, anaerobios estrictos. Potencial de oxidoreducción Bacilos gram-negativos, especialmente desnitrificantes tales( Pseudomonas). Diatomoeas (Nitzschia, Synedra). Chlorophyceae filamentosas (Stigeoclonium, etc.). Algas verde-azuladas (Calothrix) Desulfovibrio, anaerobios estrictos (Clostridium etc.). Oxidantes del S microaerófilos incoloros (Beggiatoa) inicialmente en los estratos superiores. Bacterias fototróficas (Chromatium, etc.).

Los microorganismos pueden contribuir a la contaminación de diversas maneras: Produciendo enfermedades. Creando una biomasa estéticamente desagradable. Generando metabolitos tóxicos.

Enfermedades producidas por microorganismos acuáticos

En áreas de polución doméstica predominan: Bacterias: Coliformes Estreptococos fecales Especies de Bacillus, Proteus, Clostridium, Thiothrix, Thiobacillus,etc. Patógenos causantes de infecciones del tracto intestinal.

Los microorganismos en el agua pueden afectar la salud de personas, animales, plantas y otros organismos.

Organismos patógenos transportados por el agua

Si hay fecales en el agua de consumo, hay posibilidad de: Fiebre tifoidea: Salmonella tiphi, otras salmonelas. Transmisión por alimento y eventualmente por el agua. Cólera Vibrio cholerae Endémica en Asia: niños. Epidémica en América: adultos y niños.

Disentería amebiana: Entamoeba hystolitica. agua y alimentos. Disentería bacilar o shiguelosis: Shiguella spp. Mayor susceptibilidad en niños de 1 - 4 años.

Parasitosis: Tenias Áscaris Tricocéfalos Hepatitis A o hepatitis viral infecciosa: Persona a persona. Alimentos Agua Moluscos contaminados.

Otras enfermedades: Poliomielitis Gastroenteritis viral y por Escherichia coli. Dermatomicosis En aguas recreacionales con más de 2500 coliformes/100ml, pueden aparecer infecciones de ojos, nariz, oídos y garganta. María Cecilia Arango Jaramillo

Propagación de virus humanos en el agua Excretas humanas Aguas residuales Impregnación de suelos Abono con lodos de depuradoras Mares Ríos y lagos Agua de riego Agua subterránea Los lodos son los subproductos obtenidos en las estaciones de tratamiento de las aguas residuales, tanto de aguas urbanas como industriales. Recreación Agua potable Verduras Aerosoles Mariscos HOMBRE

Contaminación por microorganismos patógenos Los microorganismos patógenos se encuentran en todas las aguas residuales.

La utilización indiscriminada de los mismos cursos fluviales para: baños agua de bebida y eliminación de residuos.  Pone la población en peligro,  a no ser que los cauces de agua se examinen y traten minuciosamente.

Para evitar las enfermedades existen: Procedimientos para examinar el agua y determinar su calidad microbiológica. Métodos de purificación del agua para proporcionar agua potable y segura. Métodos de tratamiento de aguas residuales antes de su eliminación o reutilización.

Procedimientos para examinar el agua y determinar su calidad microbiológica.

El aislamiento de un microorganismo patógeno constituiría la prueba irrefutable de peligro potencial. Pero pueden estar en número tan exiguo que su aislamiento sea difícil y no adecuado como sistema de "alarma".

Los procedimientos actuales de análisis del agua se basan en que: la mayoría de los microorganismos patógenos alcanzan cauces como resultado de la contaminación fecal. Detectarla a bajos niveles es la mejor garantía para preservar la potabilidad de las reservas de agua.

"Prueba de la Determinación de Coliformes”: La contaminación fecal puede ser demostrada mediante la detección en el agua de bacterias que están presentes en números muy elevados en el contenido intestinal del hombre y de otros animales. "Prueba de la Determinación de Coliformes”: Única prueba microbiológica estatutaria vigente en muchos países del mundo. La contaminación fecal puede ser demostrada mediante técnicas muy sensibles por la detección en el agua de determinadas bacterias que están presentes en números muy elevados en el contenido intestinal del hombre y de otros animales. La única prueba microbiológica estatutoria vigente en Gran Bretaña y en otros muchos países del mundo es la "Prueba de la Determinación de Coliformes". Generalmente consiste en el método del MPN realizado en medio líquido. En consecuencia, cualquier cambio en los números normales de los organismos coliformes sería considerado significativo y merecedor de investigaciones ulteriores. Un microorganismo coliforme se define como un bacilo gram-negativo, oxidasa negativo, no esporulado que puede crecer aeróbicamente en un medio conteniendo sales biliares, y que es capaz de fermentar la lactosa en 48 horas, produciendo ácido y gas a 37°C. Esta definición abarca una variedad de bacterias intestinales, incluyendo Escherichia coli, Citrobacter, Klebsiella y Enterobacter spp. Aunque probablemente E. coli este confinada al tracto intestinal, no es raro encontrar otras coliformes en aguas no contaminadas, de manera que se acostumbra a realizar una prueba específica para E. coli si la muestra posee un recuento de coliformes sospechosamente elevado. Un examen bacteriológico estricto no garantiza de forma completa que la muestra de agua se encuentre necesariamente libre de otro tipo de patógenos (tabla 1), ya que éstos pueden poseer caracteristicas de su pervivencia distintas. No existen límites oficiales máximos para los virus, ni muchos laboratorios analizan rutinariamente las muestras para su aislamiento, en gran parte debido a que las técnicas necesarias son sofisticadas, difíciles y laboriosas. Se han dado casos en que aguas potables que estaban "exentas" de bacterias produjeron brotes de enfermedades virales, tales como hepatitis y gastroenteritis víricas, pero la transmisión de virus (y de otros patógenos no bacterianos) no se considera un problema grave en los países desarrollados. En resumidas cuentas, la fiabilidad del examen bacteriológico depende en gran medida de la existencia de otros tipos de enfermedades que se sospecha sean transmitidas a través del agua. Un incremento general en la incidencia de las mismas exigiría rápidamente el uso de otros análisis más complicados.

Un examen bacteriológico estricto no garantiza completamente que la muestra de agua se encuentre necesariamente libre de otro tipo de patógenos que tengan características de supervivencia distintas. Un incremento general en la incidencia de un patógeno exigiría rápidamente el uso de otros análisis más complicados.

Microorganismos indicadores de la calidad del agua En el análisis rutinario de aguas no se aislan patógenos porque: Podrían no aparecer en muestras de laboratorio pues: Tienen acceso en forma esporádica. No sobreviven en el agua por mucho tiempo. Necesitan mucho tiempo para detectarse. Si están en número muy pequeño no se pueden detectar por métodos de laboratorio.

Se usan microorganismos indicadores: Su presencia en el agua prueba que está polucionada con material fecal de personas o animales de sangre caliente. Se encuentran sólo en aguas polucionadas. Y cuando están presentes en el agua indican que hay patógenos.

Método de determinación del número de gérmenes Número de unidades formadoras de colonias totales o de una especie determinada en un gr o en 1 ml de material investigado bajo condiciones de cultivo definidas

Métodos de determinación del número de gérmenes: Métodos del número más probable (NMP). Método de filtro de membrana. Método de la placa vertida. Método de título.

Método del número más probable Paralelamente varias series decimales de dilución (mínimo tres) en medio de cultivo líquido. Número de tubos con crecimiento NMP, tablas de McRady, 100 ml de muestra.

Método de filtro de membrana Filtro estéril sobre unidad de filtración de 0.45. Se filtra cierto volumen de agua: bacterias quedan retenidas. El filtro se coloca sobre soporte absorbente saturado con el medio adecuado. Incubar en cajas de petri especiales que permiten acomodar el soporte y el medio adecuado. Desarrollo de colonias sobre el filtro.

NMP = #coliformes x 100/ vol filtrado Ventajas: Examinar grandes volúmenes de agua. Más rápidas que técnicas de tubo. Estimación cuantitativa de tipos de bacterias (coliformes, etc.). Limitación Aguas con muchos sólidos disueltos o suspendidos. NMP = #coliformes x 100/ vol filtrado

Contaminación debida a materia orgánica demandante de oxígeno: La materia orgánica biodegradable de origen doméstico, agrícola o industrial puede marcar cambios en un cuerpo de agua. Principalmente como consecuencia de la alteración en el equilibrio de O2 de agua. Contaminación debida a materiales carbonáceos demandantes de oxígeno El material carbonáceo biodegradable de origen doméstico, agrícola o industrial puede marcar cambios en el valor recreativo de un curso fluvial, principalmente como consecuencia de la alteración en el equilibrio de O2 del ambiente inmediato. El O2 tiene una solubilidad en el agua relativamente baja (9,8 ppm (mg/l) a 20°C), y la actividad microbiana puede deplecionar con rapidez el O2 disuelto. El ciudadano medio está al corriente de la secuencia de hechos que tienen lugar en estas condiciones, desde la desaparición inicial de los peces a concentra- ciones de O2 de aproximadamente 4 ppm, hasta las etapas terminales, donde el río se convierte en una ciénaga negra pestilente, carente de cualquier forma de vida superior. Es posible predecir el contenido de compuestos carbonáceos biodegradables que un determinado curso fluvial es capaz de asimilar, siempre que se conozcan las velocidades de flujo, los factores de dilución, temperatura, etc, así como la "actividad" del material que se introduce. Para determinar si es permisible o no verter un efluente en un punto determinado se emplean profusamente modelos matemáticos con respecto al posible efecto del depósito de residuos en los estuarios y ríos. A fin de calcular la "actividad" o contenido carbonáceo de un efluente particular con relación a su demanda de oxígeno, se aplican una variedad de procedimientos, incluyendo la prueba del dicromato de la Demanda Química de Oxígeno (COD —Chemical Oxygen Demand) utilizada en EE.UU., y la relativamente equivalente de los valores de Permanganato (Permanganate Values), en uso en Gran Bretaña. Ambas pruebas determinan la totalidad del material carbonáceo, incluyendo compuestos escasamente y no biodegradables. Tales estimaciones pueden ser válidas, particularmente en el análisis de los efluentes industriales, pero dado que los efectos más importantes en un curso fluvial son con frecuencia una consecuencia de la actividad biológica, es más apropiado realizar una estimación del material carbonáceo en relación a su efecto biológico. La prueba de la Demanda Biológica de Oxígeno en 5 días (BOD o BOD5 - (Biological Oxygen Demand) es de uso generalizado. Se procede llenando completamente unos receptáculos patrones con las muestras de agua e incubándolas en la oscuridad a 20°C durante cinco días. El O2 disuelto se determina al comienzo y al final del período de incubación, y el cambio en la concentración del mismo entre ambas mediciones (por la transformación aerobia de los compuestos carbonáceos por la microflora indígena) es la BOD de esa muestra en particular. Dado que las aguas aireadas de forma óptima tienen una concentración de O2 disuelto de sólo 9,8 ppm a 20°C, se han de realizar diluciones apropiadas de la muestra. En las aguas con elevadas concentraciones de NH4 + se puede registrar una determinada cantidad de demanda litotrófica de O2, debido a las bacterias nitrificantes, pero esto se puede evitarse utilizando un inhibidor apropiado de la nitrificación. En la práctica, la BOD está indicada en particular para examinar los efluentes domésticos, de composición relativamente constante. Al analizar los residuos industriales no es extraño observar irregularidades en el ritmo de ingreso del O2 disuelto, de forma que la demanda de O2 no se realiza en 5 días, y los efectos biológicos pudieran ser subestimados. Las mediciones de la demanda química del oxígeno son, por lo tanto, en especial importantes en estos efluvios.

El O2 tiene una solubilidad en el agua relativamente baja (9,8 ppm (mg/l) a 20°C), y la actividad microbiana puede consumir con rapidez el O2 disuelto.

DBO (Demanda Biológica de Oxígeno): Cantidad de oxígeno requerido por las bacterias, para descomponer la materia orgánica bajo condiciones aeróbicas. Condiciones aeróbicas + 200C + número suficiente de bacterias. La materia orgánica es descompuesta en CO2 y agua.

Tiempo que tarda la materia orgánica en descomponerse: 10 días. En la práctica cinco días, período en el cual se descompone entre el 70 - 80% de la materia orgánica. En este caso a la prueba se le nombra DBO5 Tiempo que tarda la materia orgánica en descomponerse: 10 días.

La prueba de DBO permite : Conocer la contaminación de un cuerpo de agua con aguas residuales domésticas o industriales, en términos del oxígeno que requieran para oxidar la materia orgánica que llevan en solución, bajo condiciones aeróbicas. Estas pruebas son de rutina en: Las plantas de purificación de agua

Para hacer este bioensayo se requiere : Proteger las muestras para evitar la aireación. Según los métodos APHA-AWWA, diluir con agua destilada las muestras con mucha materia orgánica, para garantizar la oxigenación, debido a la poca solubilidad del O2 (9 mg/l a 200C ). Aguas naturales muy limpias no necesitan dilución. No deben existir tóxicos en el agua. Las condiciones ambientales y el nivel de nutrientes para las bacterias deben ser apropiados. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Since 1905, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater has represented "the best current practice of American water analysts." This comprehensive reference covers all aspects of water and wastewater analysis techniques.Standard Methods is a joint publication of the American Public Health Association (APHA), the American Water Works Association (AWWA), and the Water Environment Federation(WEF). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater

Método de medición del DBO Si hay necesidad, se diluye la muestra. Ajustar la temperatura a 200C. Airear la muestra, por agitación, hasta alcanzar nivel de saturación. Llenar con la muestra dos o más botellas Winkler. A una de las botellas se le mide oxígeno, las demás se dejan en incubación por 5 días a 200C. Al final de este tiempo, se mide el oxígeno presente. Se resta el valor obtenido en la muestra analizada el primer día. La diferencia en la en la cantidad de oxígeno equivale al valor de DBO presente en la muestra. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater María Cecilia Arango Jaramillo

Métodos de purificación del agua para proporcionar agua potable y segura

Tratamiento de coagulación - sedimentación This facility is adapted to most types of business such as steel, machine, and metal goods manufacturing industries, plating business, dyeing business and paper and pulp manufacturing industry. Se espera que con este tratamiento se remuevan entre el: 40 - 50% de la DQO (Demanda Química de Oxígeno). 80 - 90 % de sólidos suspendidos, incluyendo los microorganismos.

Costos de la coagulación - sedimentación : Adaptable a: Aunque el área de establecimiento es más pequeña que la de los tratamientos biológicos, los equipos son costosos. Los costos de operación tales como coagulantes, control permanente de pH y energía son relativamente altos. Adaptable a: Tratamiento de aguas de abastecimiento. Tratamiento de aguas residuales de la mayoría de las industrias desde la metal - mecánica a las de pulpa y papel.

Tratamiento convencional Agua cruda Cribado Cámara de mezcla del floculante Sedimentación Cámara de floculación Canales de sedimentación Clarificador Cloración Almacenamiento Distribución

Se debe disponer de metodologías adecuadas para conseguir agua de calidad, así como de protocolos para valorar la efectividad de los tratamientos químicos y biológicos empleados para la potabilización del agua.

Para qué se hacen los análisis de agua: Para evaluar la calidad de las aguas de abastecimiento doméstico a nivel urbano y rural. Para evaluar la calidad de las aguas costeras y aguas dulces destinadas a recreación. Para detectar la influencia de los pozos sépticos o desagües cloacales ubicados en la cercanía de la línea de costa y de ríos.

Para analizar los aportes de los pluviales a la carga bacteriana del cuerpo receptor. Para cuantificar la influencia de descargas puntuales importantes, como plantas de tratamiento de líquidos cloacales e industriales.

Análisis Bacteriológico del Agua Determinar la calidad microbiológica del agua potable por recuento de aerobios mesófilos, investigación de coliformes totales y fecales, y determinación de la presencia de Pseudomonas aeruginosa.

Según el CAA (Código Alimentario Argentino), las características microbiológicas a estudiar son: - bacterias aerobias mesófilas, cuyo recuento refiere a la calidad general del agua potable, - bacterias coliformes totales (Enterobacter, Citrobacter, Klebsiella y Escherichia coli) que son consideradas indicadores de contaminación fecal. Las tres primeras pueden tener origen ambiental. Sin embargo, - E. coli, considerada dentro de coliformes fecales, proviene del hábitat intestinal humano o animal, y su presencia en agua es inadmisible. - Pseudomonas aeruginosa es un patógeno sensible a la cloración, que debería estar ausente si el agua de bebida es adecuadamente clorada.

En general se asume que la presencia de coliformes en una muestra de agua indica contaminación fecal y hace que dicha agua no sea apta para el consumo humanos = AGUA NO POTABLE.

Relaves Mineros (Metales Tóxicos) Yacimientos (Rocas molidas y barro)

Compuestos minerales tóxicos Abonos sintéticos Detergentes Ácidos Álcalis Petróleo Plásticos Aceites Pesticidas Gases de Azufre y Nitrógeno