tema n1 introducción y química

1

Captulo 1.

Qumica General y Saneamiento Ambiental: Conceptos Bsicos y Definiciones. 1. Generalidades. La qumica nunca ha sido muy popular entre los estudiantes de ingeniera civil, quiz debido a la dificultad que tienen los estudiantes para comprender los aspectos bsicos necesarios para el buen entendimiento de los procesos y operaciones referentes al saneamiento ambiental. De hecho, todos los organismos vivos, incluyendo los microorganismos, estn compuestos de diferentes sustancias qumicas, que poseen estructuras tales como macromolculas, enzimas, protenas, grasas, etc. El entender como se generan dichas estructuras es entender la microbiologa. Este captulo pretende plantear de manera simple y amena conceptos bsicos necesarios de qumica general, tratando de hacer nfass en el estudio de la qumica del agua, es decir, discutiendo aspectos tales como estructuras atmicas, estructuras moleculares, compuestos qumicos, concentraciones, reacciones, entre otros. De la misma forma se discutirn los aspectos ms revelantes relacionados al saneamiento ambiental, el mejoramiento de la calidad de vida de los seres humanos y el papel que debe cumplir un ingeniero ambiental. 2. Conceptos Bsicos de Qumica General. El saneamiento ambiental incluye el estudio de ciertas ciencias, como la qumica, la fsica y la biologa, que permiten evaluar y comprender los aspectos fundamentales presentes en los sistemas naturales o ecosistemas; por esta razn, es necesario analizar los conceptos que se discuten a continuacin. 2.1. Materia, Elemento, tomo, Molcula y Compuestos Qumicos. La qumica es el estudio de la materia. Materia es aquello compuesto fundamentalmente de elementos, y que ocupa un espacio. Elemento es la parte de la materia que no puede ser dividida en otros elementos ms simples o sencillos, bien sea por causas fsicas o qumicas. Existen en la naturaleza 92 elementos que se generan en forma natural; entre los elementos qumicos encontrados con mayor frecuencia en la naturaleza se tienen: el carbono (C), el hidrgeno (H), el oxgeno (O), el nitrgeno (N), el

Captulo 1. Qumica General y Saneamiento Ambiental: Conceptos Bsicos y Definiciones.

2

azufre (S), el potaso (K), el sodio (Na), el cloro (Cl), el calcio (Ca), el hierro (Fe), el magnesio (Mg) y otros, que se muestran en forma resumida en la

tabla N 1.

Tabla N 1. Caractersticas de los principales elementos de uso comn para

los ingenieros ambientales.

Elemento Smbolo Masa (g/mol) Forma ionizada

Calcio Ca 40,1 Ca+2

Carbono C 12,0 -----

Cloro Cl 35,5 Cl-

Cobre Cu 63,5 Cu+, Cu+2

Hidrogeno H 1,0 H+

Yodo I 126,9 I-

Hierro Fe 55,8 Fe+2, Fe+3

Magnesio Mg 24,3 Mg+2

Nitrgeno N 14,0 ------

Oxgeno O 16.0 ------

Fsforo P 31,0 ------

Potaso K 39,1 K+

Sodio Na 23,0 Na+

Azufre S 32,1 ----- Fuente: Adaptado de Kemmer, F. N. et al. Manual del Agua.

El tomo es conocido como la unidad qumica ms pequea de un elemento; en su estructura se definen dos zonas completamente diferenciadas, el ncleo, donde se encuentran los protones, cargados positivamente, y neutrones, sin carga, y el o los orbitales, donde se encuentran los electrones, cargados negativamente. El ncleo, posee una masa de aproximadamente 1840 veces la masa de un electrn; el nmero de protones es igual al nmero de electrones en todos los tomos, hacindolos a estos ltimos sin carga. Un tomo posee uno o ms orbitales, en cada orbital se encuentra un nmero mximo de electrones, por ejemplo, el orbital ms cercano al ncleo, el ms dbil, posee 2 electrones como mximo, el siguiente posee 8 electrones, y el ms externo, puede poseer hasta 18 electrones. Cuando su orbital ms externo se encuentra lleno de electrones, se dice que el elemento posee una configuracin qumica ms estable. Una molcula es la combinacin qumica entre dos o ms tomos, y un compuesto qumico es una molcula constituida por tomos de dos o ms elementos combinados qumicamente; por ejemplo, el compuesto qumico Glucosa est constituido por elementos como el carbono, el hidrgeno y el


3

oxgeno, su frmula qumica es C6H12O6, que indica que por cada seis tomos de carbono, existen en la molcula de glucosa, doce tomos de hidrgeno y seis tomos de oxgeno. Todos los compuestos qumicos estn formados por tomos de varios elementos y, dependiendo de la naturaleza del elemento, se pueden formar, anhdridos, xidos, cidos, hidrxidos y sales. Los anhdridos se forman por la combinacin de un elemento no metal con el oxgeno, los xidos se forman de la combinacin de un metal con el oxgeno, mientras que un cido se forma, bien sea, por la combinacin de un anhdrido con el agua, denominndose cidos oxcidos, o por la combinacin de un elemento no metal con el hidrgeno, denominndose cidos hidrcidos. Los hidrxidos se forman de la combinacin de un xido con el agua y las sales de la combinacin de un cido con un hidrxido. Existe una regla general para determinar el nombre de los compuestos qumicos como los anhdridos, xidos, cidos e hidrxidos que depende de la valencia que acta en la reaccin qumica de formacin del compuesto. Esta regla es si el elemento posee cuatro valencias, las terminaciones del compuesto sern hipo oso, oso, ICO y pe rico en orden ascendente de la valencia. Si el elemento posee tres valencias se elimina la terminacin per. ICO, si el elemento posee solo dos valencias se utilizan las terminaciones oso e ICO solamente y si el elemento posee una nica valencia la terminacin corresponde al nombre del elemento. La excepcin de la regla es para la terminacin de los cidos hidrcidos, cuya terminacin corresponde a hdrico, siendo los ms comnmente utilizados, el cido clorhdrico, HCl, y el cido sulfhdrico, H2S. Para la determinacin del nombre que le corresponde a las sales, la regla es sales que se originan de un cido cuya terminacin es ICO, comienzan con ato; Las sales que se originan de un cido cuya terminacin es oso, comienzan con ito, mientras que las que se originan a partir de un cido hidrcido cuya terminacin es hdrico, comienzan con uro. Mediante los siguientes ejemplos se tratar de ilustrar lo antes expuesto. Ejemplo N 1: Establecer los nombres de los compuestos qumicos que se pueden formar de la combinacin entre los elementos que se presentan a continuacin con el oxgeno y con el agua: a) Caso del cloro: El cloro es un no metal, que posee cuatro valencias, 1, 3, 5 y 7, que al combinarse con el oxgeno formar los siguientes anhdridos:


4

Anhdrido hipocloroso, si la valencia actuante es, 1 y la frmula qumica es Cl2O. Anhdrido cloroso, si la valencia actuante es 3, y la frmula qumica es Cl2O3. Anhdrido clrico, si la valencia actuante es 5, y la frmula qumica es Cl2O5. Anhdrido perclrico, si la valencia actuante es 7, y la frmula qumica es Cl2O7.

Estos anhdridos al combinarse con el agua formarn los siguientes cidos:

cido hipocloroso, Cl20 + H2O HClO

cido cloroso, Cl203 + H2O HClO2

cido clrico, Cl205 + H2O HClO3

cido perclrico, Cl207 + H2O HClO4 b) Caso del azufre: El azufre es un no metal, que posee tres valencias, 2, 4 y 6, que al combinarse con el oxgeno, formar los siguientes anhdridos:

Anhdrido hiposulfuroso, si la valencia actuante es 2 y la frmula qumica es SO. Anhdrido sulfuroso, si la valencia actuante es 4 y la frmula qumica es SO2. Anhdrido sulfrico, si la valencia actuante es 6 y la frmula qumica es SO3.

Estos anhdridos al combinarse con el agua formarn los siguientes cidos;

cido hiposulfuroso, S0 + H2O H2SO2

cido sulfuroso, S02 + H2O H2SO3

cido sulfrico, S03 + H2O H2SO4

c) Caso del hierro: El hierro es un metal, que posee dos valencias, 2 y 3, que al combinarse con el oxgeno formar los siguientes xidos:

xido ferroso, si la valencia actuante es 2 y la frmula qumica es FeO. xido frrico, si la valencia actuante es 3 y la frmula qumica es Fe2O3.


5

Estos xidos al combinarse con el agua forman los siguientes hidrxidos:

Hidrxido ferroso, Fe0 + H2O Fe(OH)2

Hidrxido frrico, Fe203 + 3 H2O Fe (OH)3

d) Caso del calcio: El calcio es un metal, que posee una nica valencia (2) que al combinarse con el oxgeno formar el siguiente xido:

xido de calcio o cal viva, cuya frmula qumica es CaO. Este xido al combinarse con el agua forma el hidrxido de calcio o cal apagada, cuya reaccin qumica es:

Ca0 + H2O Ca(OH)2 Ejemplo N 2: Establecer el nombre de la sal que se forma de la combinacin entre los siguientes compuestos. a) Entre el cido sulfrico y el hidrxido ferroso:

H2SO4 + Fe(OH)2 Fe(SO4) + 2 H2O La sal formada toma su primer nombre del cido sulfrico cuya terminacin, ico segn la regla, hace que el primer nombre de la sal cambie a sulfato. El segundo nombre lo toma de la terminacin del hidrxido, es decir, ferroso. La sal formada se denomina entonces sulfato ferroso. b) Entre el cido hipocloroso y el hidrxido de sodio:

HClO + Na(OH) NaClO + H2O

La sal formada toma su primer nombre del cido hipocloroso cuya terminacin, oso segn la regla, hace que el primer nombre de la sal cambie a hipoclorito. El segundo nombre lo toma de la terminacin del hidrxido, es decir, de calcio. La sal formada se denomina entonces hipoclorito de calcio. c) Entre el cido clorhdrico y el hidrxido de sodio:

HCl + Na(OH) NaCl + H2O La sal formada toma su primer nombre del cido clorhdrico, cuya terminacin, hdrico segn la regla, hace que el primer nombre de la sal cambie a cloruro. El segundo nombre lo toma de la terminacin del hidrxido,


6

es decir, de sodio. La sal formada se denomina entonces cloruro de sodio o sal comn. 2.2. Nmero Atmico, Masa Atmica e In. Los compuestos qumicos que contienen carbono e hidrgeno, se denominan compuestos orgnicos y los restantes se consideran compuestos qumicos inorgnicos. Los compuestos qumicos orgnicos pueden formarse libremente en la naturaleza o mediante reacciones qumicas sintticas. Es importante sealar que existen ciertos compuestos qumicos que contienen en su estructura carbono, pero, son considerados compuestos inorgnicos, tal es el caso del monxido de carbono (CO), del bixido de carbono (CO2) y los carbonatos. El nmero atmico de un elemento qumico corresponde al nmero de protones o al nmero de electrones que posee el mismo. La masa atmica, se determina en base al nmero de protones y de neutrones que posee un tomo y se expresa en unidades de masa atmica, amu, por sus siglas en ingls. Cada tomo posee un nmero y una masa atmica especfica. La valencia de un elemento es el nmero de electrones que pueden ser aceptados en el orbital ms externo de un tomo. Por ejemplo, el tomo de oxgeno, que tiene dos orbitales, posee en su orbital ms externo 6 electrones, y como el nmero mximo de electrones en esa capa es de 8, su valencia es igual a 2, ya que slo puede aceptar dos electrones en ese orbital. En el caso del elemento carbono, ste posee 4 electrones en su capa ms externa, y como el nmero mximo permitido en ese orbital es de 8 electrones, la valencia del carbono es 4. La masa atmica es la masa de un tomo de un elemento en referencia a la masa de un tomo de carbono. Un tomo, elemento o molcula que haya cedido o aceptado electrones se convierte en un in, es decir, en una partcula cargada elctricamente. En el caso en el que el tomo, elemento o molcula ceda electrones quedar cargado positivamente, originando un catin. En el caso contrario, es decir, si existe una ganancia de electrones, la partcula quedar cargada negativamente originando un anin. 2.3. Enlaces Inicos, Mol, Masa Molecular. En general, los tomos de los elementos presentes en la naturaleza se encuentran unidos o atrados mediante enlaces qumicos. Estos enlaces dependen de la configuracin electrnica de los elementos y van a generar las propiedades qumicas del tomo. Los tipos de enlaces son: el enlace inico, el enlace covalente y los puentes de hidrgeno.


7

El enlace inico se forma por la atraccin de dos iones con cargas opuestas, formando molculas mucho ms estables aunque ms fciles de disociar en el agua debido a la tendencia de la misma de moverse entre los iones. El enlace covalente, se forma cuando dos tomos comparten electrones de su capa ms externa. El ejemplo ms simple e ilustrativo de este tipo de enlace es el formado por dos tomos de hidrgeno, cada uno con valencia de 1, es decir, poseen un solo orbital con un solo electrn, para formar la molcula del gas hidrogeno (H2). Tambin se forma entre dos tomos de oxgeno que se unen para formar el oxgeno molecular (O2). Otro ejemplo importante de enlace covalente es el formado entre un tomo de carbono (valencia 4) y cuatro tomos de hidrgeno (valencia 1) para formar la molcula de metano (CH4). Los enlaces covalentes pueden ser simples, cuando se forman por la unin de dos tomos que comparten un par de electrones (H - H), doble cuando comparten dos pares de electrones (C = C) y triple cuando comparten tres pares de electrones (N - N), estos ltimos son los ms difciles de separar, y por ende son los ms estables. Los puentes de hidrgeno, se forman cuando el in hidrgeno de una molcula se enlaza covalentemente con el oxgeno, con el nitrgeno y con el flor de otra molcula. Tal es el caso de las molculas de agua cuando se encuentran unas cerca de las otras, y son atradas por la carga negativa de los otros elementos de otras molculas bipolares. Cuando esto ocurre se forma una dbil fuerza de atraccin entre ellas. Mol es la cantidad de materia contenida en el nmero de Avogadro de partculas, cuyo valor es 6,023*1023, es decir, un mol de benceno contiene 6,023*1023 molculas de benceno al igual que un mol de glucosa contiene 6,023*1023 molculas de glucosa. La diferencia entre estos dos moles radica en la masa molecular de cada uno de estos compuestos. La masa molecular de una sustancia es la masa de un mol de esa sustancia expresada en gramos y se determina sumando las masas atmicas de cada uno de los elementos qumicos presentes en la molcula. Ejemplo No 3: Calcular la masa molecular del cido sulfrico, H2SO4. Las masas atmicas de los elementos qumicos presentes en el cido sulfrico son:

Hidrgeno, H = 1 amu. Azufre, S = 32 amu. Oxgeno, O = 16 amu.


8

Entonces la masa molecular del cido sulfrico ser:

Masa molecular = 1 * 2 + 32 * 1 + 16 * 4 = 98 g/mol. 2.4. Soluciones, Concentraciones y Unidades para expresar Concentraciones. Una solucin es una mezcla homognea de dos o ms componentes. Generalmente siempre estn presentes dos, el soluto o sustancia que se disuelve y el solvente o sustancia que disuelve. La concentracin de una solucin se indica expresando las cantidades relativas de sus componentes, es decir, parte de soluto en relacin a un volumen dado de solvente o a un volumen de solucin total. Dicha concentracin puede expresarse en unidades fsicas y qumicas, y entre las ms comnmente empleadas, se tienen:

a) masa/volumen [mg/L aproximadamente igual a partes por milln o ppm si la densidad es igual a la unidad].

b) moles/volumen [Molaridad, M], es la unidad qumica ms utilizada, e

indica el nmero de moles por litro de solucin.

c) Equivalente/volumen [Normalidad, N], la normalidad relaciona el volumen empleado con la carga del elemento reaccionante, por ejemplo el in calcio, Ca+2, implica [2 equivalentes/mol].

d) Fraccin molar, Xi, se calcula mediante el cociente entre el nmero de

moles de la especie, bien sea el soluto o el solvente, y el nmero de moles de la solucin.

Otra forma de hacer un reporte de los componentes qumicos en el agua, cuando no se sabe qu se va a medir, es en trminos de fuerza inica y de conductividad elctrica. Ejemplo No 4: En 650 gramos de agua destilada se disuelven 350 gramos de cloruro de zinc anhidro, ZnCl2. Se obtiene una solucin cuyo volumen total, a 20 C, es de 740 mL. Si la densidad del ZnCl2 es de 2,91 g/mL, hallar para el cloruro de zinc:

a. Concentracin en g/L. b. Normalidad. c. Molaridad. d. Fraccin molar del soluto.


9

e. Fraccin molar del solvente. Solucin: a) Clculo de la concentracin expresada en g/L:

g/L1020=L1

mL1000*g/mL2,91*

g650+g 350

g 350

b) Clculo de la normalidad:

masa molecular del cloruro de zinc = 1 (65,38) +2 (35,5) = 136,38 g/mol

g/eq68,2eq/mol2

g/mol136,38zincdecloruodeleequivalentmasa

eq135g/eq68,2

g350solutodegramoeequivalentdenmero ,

N6,94L0,740

eq5,13Normalidad

c) Clculo de la molaridad:

masa molecular del cloruro de zinc =1 (65,38) +2 (35,5) = 136,38 g/mol

moles2,57g/mol136,38

g350solutodemolesdenmero

M3,47L0,740

moles2,57Molaridad

d. Clculo de la fraccin molar del soluto:

moles2,57g/mol136,38

g350solutodemolesdenmero

moles36,1g/mol18,01

g650solventedemolesdenmero


10

%6,650,0665aguademoles36,1ZnCldemoles2,57

ZnCldemoles2,57solutodelX

2

2

e) Clculo de la fraccin molar del solvente:

%93,350,9335aguademoles36,1ZnCldemoles2,57

aguademoles36,1solventedelX

2

3. Mtodos ms Empleados para el Anlisis Qumico. Entre los mtodos experimentales ms utilizados en el estudio qumico de sustancias, estn el mtodo de anlisis gravimetrito y el mtodo de anlisis volumtrico. El mtodo de anlisis gravimtrico es aquel mtodo en el cual se determina el componente en estudio, precipitndolo cuantitativamente con un exceso de algn agente precipitante. Despus de lavarlo, se determina la masa del precipitado formado, mediante el uso de la balanza analtica. En el mtodo de anlisis volumtrico se trata a la solucin o a la sustancia a determinar, con una solucin de un reactivo adecuado de concentracin exactamente conocida. Seguidamente, se le agrega el reactivo hasta que la cantidad equivalente sea igual a la cantidad equivalente de la sustancia que se analiza. 4. Introduccin a la Qumica del Agua. El agua es el lquido ms usual en la tierra, cubre un 70% de la superficie terrestre y se encuentra tambin formando parte de la atmsfera y es el principal constituyente de los seres vivos: la clula est constituida por un 45 a un 95 % de agua. El agua posee una estructura molecular bien sencilla y muchas de sus exclusivas caractersticas fsicas y qumicas dependen de su estructura molecular. El agua es considerada el solvente universal. La molcula de agua, est compuesta de un tomo de oxgeno y dos tomos de hidrgeno, cada tomo de hidrgeno est unido al tomo de oxgeno mediante un enlace covalente. La molcula de agua es neutra, es decir, posee el mismo nmero de electrones y de protones. Es una molcula altamente bipolar, debido a que los tomos de oxgeno, de varias molculas de agua, atraen ms fuertemente que los tomos de hidrogeno, esta caracterstica la hace capaz de establecer puentes de hidrgeno con otras


11

cuatro molculas de agua cercanas. Esta condicin explica el hecho de que el agua tenga un elevado punto de calentamiento, energa necesaria para separar molculas de agua para formar vapor de agua: alrededor de 100 grados Celsius. La molcula de agua es bipolar, es decir, posee dos cargas, y esto hace que otras molculas polares, como los carbonatos y los alcoholes, se vean atrados a ella, denominando a este fenmeno hidrofilia. Lo contrario, que se denomina hidrofobia, tambin se puede producir porque la molcula de agua repele a otras molculas no polares. Debido tambin a su gran fuerza de atraccin entre estas molculas, el agua se considera un excelente regulador de temperatura, lo que ayuda en las actividades biolgicas y reacciones qumicas. La molcula de agua tiene un bajo peso molecular, 18 g/mol, en comparacin con otros lquidos. Presenta un momento dipolar de 1,9 debye, que es un valor muy alto si se compara con otros elementos. Adems posee un valor elevado de la presin de vapor y su punto de congelacin es de cero grados centgrados, mientras que su punto de evaporacin es de 100 grados centgrados. Estos datos se presentan a continuacin en la tabla N 2. El agua es un elemento que siempre est presente en las reacciones qumicas, bien sea como medio acuoso o como solvente. El valor del calor especfico del agua es bastante elevado, lo que le permite absorber o liberar fcilmente energa calrica. Tabla N 2. Propiedades qumicas del agua y otros compuestos

Compuesto Peso molecular

(g/mol)

Momento bipolar

(debye)

Punto de congelacin

(oC)

Punto de evaporacin

(oC)

H vapor

(Kjoule/g)

Agua, H2O 18 1,90 0 100 2,30

Sulfuro de hidrogeno, H2S

34 0,95 -85 -60 0,55

Metano, CH4

16 0,00 -181 -161 0,88

Metanol, CH3OH

32 1,70 -94 65 1,10

Fuente: Adaptado del diccionario Oxford-Complutense de Qumica.

Otra caracterstica del agua es su leve tendencia a ionizarse o disociarse formando iones de hidrogeno (H+) e iones hidroxilos (OH-). Solamente una pequea cantidad de molculas de agua se ionizan en el agua pura,


12

originando un valor constante, por esta razn el agua qumicamente pura no se considera ni cida ni bsica, sino neutra. 4.1. Balance de Cargas. Las cargas elctricas presentes en el agua deben estar en equilibrio, por lo que se cumple que el total de carga de los cationes debe ser igual al total de carga de los aniones. Slo se permite una diferencia menor del 10% para aceptar como vlidos los resultados de un estudio de caracterizacin de un curso de agua. Entre los principales cationes presentes en el agua se tienen el in de hidrgeno o protn (H+), el in calcio (Ca+2), el in magnesio (Mg+2), el in sodio (Na+) y el in potaso (K+). Otros cationes presentes, dependiendo de las condiciones geolgicas, pueden ser los iones de hierro (Fe+2 o Fe +3) y el in manganeso (Mn+). Los principales aniones presentes son generalmente el in bicarbonato (HCO3

-), in cloruro (Cl-), in sulfato (SO4=), in nitrato (NO3

-) y in hidroxilo (OH-). 5. cidos, Bases y pH. Cuando una sustancia es disuelta en el agua o se ioniza, cambia o modifica la proporcin de iones de hidrgeno (H+) o de iones de hidroxilos (OH-), estos cambios hacen que muestra de agua tienda a ser cida o bsica. Por ejemplo, cuando el cido clorhdrico (HCl) se disuelve en el agua, aumenta enormemente el nmero de iones de hidrgeno presentes en la muestra, y como no posee iones hidroxilos, se considera que la muestra tiende a ser cida, en el caso contrario, cuando el hidrxido de potaso (KOH) es disuelto en el agua, le proporciona cierta cantidad de iones de hidroxilo por lo que la muestra tiende a ser bsica. Un cido es toda sustancia donadora de protones o de iones de hidrgeno y por ende tiende a disminuir el pH de una solucin. Una base es aquella sustancia donadora de iones hidroxilos o receptora de protones, por lo que las bases tienden a aumentar el pH de una solucin. La concentracin cida o bsica de una solucin se mide mediante la escala de pH, que va desde un valor de cero, el ms cido, a un valor de 14, el ms bsico, y en el punto medio, el pH es igual a siete y representa el pH neutro, en donde la concentracin de iones de hidrgeno es igual a la concentracin de iones hidroxilos. La nomenclatura p del pH, representa el menos logaritmo de la concentracin de iones de hidrgeno expresada en moles por litro. A medida que aumenta la concentracin de iones de hidrgeno en la muestra, el pH disminuye, es decir, la muestra es ms cida. En caso


13

contrario, si disminuye la concentracin de los iones de hidrgeno el pH aumenta, es decir, la muestra es ms bsica. Es conveniente sealar, que como el pH es una funcin logartmica, la disminucin de una unidad de pH representa un aumento sustancial o considerable de la concentracin de iones de hidrgeno. Por ejemplo, una muestra que tenga un pH de 4, contiene una concentracin de iones de hidrgeno 10 veces mayor que una muestra con un pH de 5. En la tabla N 3, se puede apreciar el pH de diversas sustancias, cidas, bsicas y neutras y en la tabla N 1.4 se muestra como aumenta o disminuye el valor del pH en base a las concentraciones de iones de hidrgeno e iones hidroxilos. Finalmente se puede afirmar que la gran mayora de los ecosistemas son sensibles a los cambios de pH y la gran mayora de actividades biolgicas se llevan a cabo en un rango de pH entre 6 y 8 unidades, exceptuando las actividades estomacales de los animales y humanos que se llevan a cabo a pH cidos. Los cambios bruscos de pH, se pueden controlar agregando soluciones buffer, soluciones amortiguadoras, como fosfatos y carbonatos. Los buffer son sales de cidos o bases dbiles, que aceptan o donan iones de hidrgeno en respuesta a los cambios de pH, minimizando los cambios en el pH final. Tabla No 3. pH de algunas sustancias.

Sustancia pH

cido clorhdrico (0,1 M) 1

Jugo de limn 2

Vinagre 2,4

Vino tinto 3,0

Cerveza 4,2

Lluvias cidas 4,6

Yogurt 6,0

Leche de vaca 6,6

Agua destilada 7,0

Sangre humana 7,4

Agua de mar 8,0

Bicarbonato de sodio 8,4

Leche de magnesia 10,5

Amoniaco de uso domestico 11,5

Agua con cal 12,4

Limpiadores de hornos 13,2

Hidrxido de potaso (1M) 14 Fuente: Kiely, G. Ingeniera Ambiental.


14

Tabla N 4. Concentraciones de iones de hidrgeno y hidroxilos en la escala de pH.

Iones de hidrgeno, H+, en g/L

Logaritmo pH Iones de hidrogeno, OH-, en g/L

1,0 100 0 0,00000000000001

0,1 10-1 1 0,0000000000001

0,01 10-2 2 0,000000000001

0,001 10-3 3 0,00000000001

0,0001 10-4 4 0,0000000001

0,00001 10-5 5 0,000000001

0,000001 10-6 6 0,00000001

0,0000001 10-7 7 0,0000001

0,00000001 10-8 8 0,000001

0,000000001 10-9 9 0,00001

0,0000000001 10-10 10 0,0001

0,00000000001 10-11 11 0,001

0,000000000001 10-12 12 0,01

0,0000000000001 10-13 13 0,1

0,00000000000001 10-14 14 1,0

6. Conceptos de Qumica Orgnica de Inters para el Ingeniero Ambiental La qumica orgnica es la ciencia que estudia todos los compuestos que contienen el elemento carbono en su estructura qumica, tales como, carbohidratos, lpidos y protenas. Estos elementos forman parte de lo que se conoce con el nombre de materia orgnica. Los carbohidratos constituyen la fuente de energa molecular de los organismos vivos y tambin son utilizados, dentro de la estructura molecular de las clulas vivas, para la construccin de sus paredes celulares. Muchos organismos vivos utilizan la glucosa, carbohidrato de mayor uso, como fuente de energa primaria. Los carbohidratos pueden ser transformados, por medio del metabolismo de algunos organismos vivos, en molculas ms complejas tales como lpidos y protenas. El metabolismo es la suma total de todas las reacciones qumicas que se producen en los seres vivos, principalmente el catabolismo y el anabolismo. El catabolismo se puede definir como la destruccin de sustancias o la degradacin de materia para producir energa, en cambio el anabolismo es lo


15

contrario, es decir, es el proceso mediante el cual la energa es utilizada para construccin o sntesis de sustancias. Los lpidos o grasas son utilizados para el almacenamiento de energa y algunos seres vivos los utilizan para el control de calor, o como hormonas. Ciertos lpidos se encuentran en la membrana celular. Las protenas son compuestos que contienen, en su estructura molecular, aminocidos. Los aminocidos son molculas constituidas por el grupo amino, por el grupo carboxilo, por un tomo de hidrgeno y por otros grupos, los cuales se agrupan alrededor de un tomo de carbono. Las protenas estn presentes en todas las partes de las clulas. 7. Definiciones Referentes al Saneamiento Ambiental. El saneamiento ambiental se define como un complejo de disciplinas integradas para resolver problemas y plantear soluciones viables al medio ambiente o como el conjunto de actividades dedicadas a acondicionar el ambiente en el que vive el hombre, logrando en todo momento el binomio cantidad-calidad, que permita su integral aprovechamiento de forma de hacerlo salubre, agradable y apropiado. El medio ambiente es el conjunto de circunstancias fsicas, culturales, econmicas, sociales, etc.; en el que se desarrollan o viven personas o grupos de personas. Mientras que el medio ambiente global o biosfera es la porcin de la tierra en donde se encuentran los recursos que mantienen la vida del planeta. La biosfera est constituida por la atmsfera, la hidrosfera y la litosfera. La ecologa es la ciencia que estudia las relaciones existentes entre los organismos vivos y los ambientes en donde estos se desarrollan. Estas relaciones incluyen interacciones de los organismos con factores fsicos y qumicos, o abiticos y con factores biticos o biolgicos existentes en el medio ambiente. Un Ecosistema sera el lugar o ambiente donde se encuentran todos los componentes biticos y abiticos de un sistema en el cual viven e interactan diversas clases de organismos. La importancia de un ecosistema es que en l o a travs de l, circulan los nutrientes, la materia y la energa necesaria para la vida. Los organismos que viven en un ecosistema pueden ser clasficados como intrnsecos o nativos, siempre encontrados en ese ecosistema, y no intrnsecos, rara vez localizados en ese ecosistema. Los organismos intrnsecos son capaces de adaptarse a los cambios climticos y nutricionales del ambiente al cual pertenecen, por ejemplo, la bacteria Escherichia coli es intrnseca del tracto digestivo. Mientras que los no intrnsecos, se pueden


16

considerar como habitantes transitorios o temporales en un ambiente, pueden desarrollarse en grandes cantidades cuando el ambiente es favorable o desaparecer cuando en el ambiente se desarrollan condiciones adversas, por ejemplo el virus que causa la gripe. Los organismos de un ecosistema tambin pueden ser clasficados segn la funcin que cumplen, en productores, consumidores y organismos que descomponen. Los productores capturan la energa solar y los nutrientes presentes en el suelo o en el agua y, mediante un proceso de sntesis, producen las sustancias y energa necesarias para su crecimiento y desarrollo. La energa y nutrientes almacenados en el cuerpo de los productores se transfiere en un ecosistema, cuando los consumidores se alimentan de los productores. Mientras que los organismos que descomponen obtienen sus nutrientes y energa de la descomposicin de consumidores y productores muertos, as como tambin de los desechos que ellos producen. Entre los principales productores de inters para los ingenieros ambientales, estn los organismos fotosintticos, como bacterias, cianobacterias, protistas y algas eucariticas, as como tambin todas las plantas. Entre los consumidores se incluyen, bacterias heterotrficas, protistas y hongos. Finalmente, los principales organismos que descomponen, son los microorganismos bacterianos, que juegan un papel muy importante en los procesos continuos de descomposicin de la materia orgnica en los ecosistemas. El trmino descomposicin se refiere a la ruptura o degradacin de materia orgnica realizada mediante procesos qumicos, fsicos y biolgicos. De una completa oxidacin qumica se obtienen slo bixido de carbono, agua y compuestos inorgnicos. Mientras que la degradacin o biodegradacin comprende los procesos naturales que implican la asmilacin o el consumo de materiales por los organismos vivientes. El trmino biodegradable se utiliza para definir una sustancia o material que puede ser descompuesto o transformado en compuestos ms sencillos por microorganismos, y el trmino biomasa se refiere a la cantidad de materia con vida presente en el ambiente. Los microorganismos tambin pueden ser parsitos, si se alimentan y reproducen a expensas de los microorganismos. Tambin puede existir el mutualismo, que seria una relacin entre dos organismos, en los cuales ambos salen beneficiados de la relacin, por ejemplo entre algas y hongos. Tambin existe el comensalismo, en el cual un solo organismo obtiene beneficios sin afectar al otro en la relacin entre ambos.


17

Por otra parte, es importante definir el trmino salud como el completo bienestar fsico, social y mental y no la ausencia de enfermedad. Enfermedad es el conjunto de circunstancias o condiciones que producen alteraciones a la salud, principalmente debido al deterioro de las condiciones ambientales aunado a la presencia de materiales que debido a su composicin, localizacin y cantidad produce efectos no deseados en el ambiente o polucin. Muchos autores definen tambin la polucin como la contaminacin intensa y daina del agua, del aire o de la tierra, producida por los residuos de los procesos industriales y biolgicos. En el caso particular del agua, implica la presencia en ella de: materia en suspensin, compuestos que consumen oxgeno, calor, nutrientes, compuestos inorgnicos, compuestos orgnicos no biodegradables, etc. Contaminar es alterar la pureza de alguna cosa. La contaminacin del agua implica la presencia de compuestos txicos y organismos patgenos que amenazan la salud de una comunidad. 8. Impacto de las Actividades de los Seres Humanos sobre el Ambiente. En su estado natural, las formas de vida que pueblan la tierra viven en un estado de equilibrio dinmico con el medio ambiente. El nmero, la diversidad y actividades de cada especie estn gobernadas por la posibilidad de los recursos disponibles, siendo comn la interaccin entre diversas especies, establecindose asociaciones biolgicas en las que en ciertas ocasones los productos de desecho de una especie sirven de alimento a otra. Los seres humanos son los nicos que poseen la habilidad para almacenar y acumular recursos originados en lugares remotos y procesarlos con la finalidad de transformarlos en formas ms verstiles y, por lo tanto, econmicamente ms atractivas. Estas habilidades y destrezas han permitido que la poblacin humana crezca y se desarrolle sin limitaciones atribuibles a las restricciones naturales del medio ambiente. Infortunadamente, en este desarrollo se generan cantidades apreciables de desechos, producto del procesamiento de los recursos naturales, los cuales se liberan en la biosfera. En consecuencia, se presenta una marcada tendencia a incrementar el grado de deterioro y degradacin debido al aumento en el nmero y en las necesidades de las comunidades de los seres humanos, llegando al extremo de causar un desequilibrio creciente de los procesos naturales.


18

Se ha llegado a esta situacin de sobrecarga en forma relativamente lenta, si se considera la duracin que ha tenido la interaccin humana con el medio ambiente. Esto es, posiblemente, atribuible al hecho de que las sociedades primitivas tenan como principal inters la satisfaccin de los requerimientos o necesidades naturales, urgencias producto del instinto que los seres humanos compartan con los primates y otros mamferos superiores. En la actualidad existen un sin nmero de requerimientos o necesidades adquiridas subproducto de una sociedad hedonista y consumista, acostumbrada a la comodidad y al lujo comnmente asociados a sociedades modernas con una civilizacin ms avanzada. 8.1. Requerimientos o Necesidades Naturales. Las comunidades primitivas, en los albores de la prehistoria y mucho tiempo despus, utilizaron los recursos naturales para satisfacer sus necesidades primordiales relacionadas con la alimentacin y vivienda. Estos recursos no procesados se hallaban disponibles de forma inmediata, en la biosfera y los desechos generados por la explotacin de esos recursos eran en la generalidad de los casos compatibles y, por lo tanto, rpidamente asmilables por la accin de procesos naturales de dilucin o descomposicin. El hombre prehistrico se aliment de productos vegetales y animales sin siquiera alterar o perturbar la atmsfera con el humo de sus fogatas. Cuando el uso del fuego se generaliz y los seres humanos se acostumbraron a consumir alimentos asados, las cantidades relativamente pequeas de gases y particulados producto de la combustin, fueron rpidamente dispersadas y asmiladas por la atmsfera. Las civilizaciones primitivas, a menudo utilizaban para beber el agua de los mismos sitios en el ro en donde se baaban y, posiblemente depositaban sus desechos, de hecho, el impacto de tales usos fue relativamente ligero, puesto que los mecanismos naturales de depuracin de la corriente fcilmente restauraban la calidad original de las aguas. Estos seres humanos primitivos utilizaron cavernas y otros refugios naturales y en su defecto, construan sus hogares de madera, barro o pieles de animales. Debido a las caractersticas nmadas de estas poblaciones primitivas, los desechos que dejaban atrs, luego de levantar el campamento o refugio provisional, eran fcilmente descompuestos y absorbidos por la biosfera, a excepcin de algunos desechos muy particulares y relativamente raros, los cuales han prevalecido hasta nuestros das, sin causar ningn tipo de problema ambiental, achacable a la disposicin inadecuada de desechos slidos, debido a su inocuidad.


19

Solamente en el momento en el que los pueblos de la antigedad comenzaron a agruparse en comunidades ms numerosas, as como ms estables, ocupando grandes extensiones de terreno, empezaron a ocasonar impactos ambientales importantes sobre el medio ambiente global. Para el ao 61 D.C., el fuego de los hogares, necesario para la coccin de los alimentos y para la calefaccin, comenzaba a causar problemas de polucin en la atmsfera. A finales del siglo XVIII, las aguas del ro Rin y del Tmesis, en Francia e Inglaterra respectivamente, se haban degradado hasta tales niveles que no permitan la vida de los peces. Esto se deba a que, desde la Edad Media, estos lugares se empleaban como botaderos de basura o estercoleros, de desechos sanitarios y excretas, transformndolos en criaderos de moscas y refugios de roedores. 8.2. Requerimientos o Necesidades Adquiridas. Estas evidencias tempranas de sobrecarga de poluentes y contaminantes constituyen solamente el preludio de la ocurrencia de sobrecargas an mayores en el futuro cercano. Con el advenimiento de la Revolucin Industrial, los seres humanos estuvieron mejor capacitados que nunca para satisfacer las antiguas necesidades y requerimientos primordiales de aire, agua, alimentos y vivienda. De forma creciente, tornaron su atencin hacia otras necesidades ubicadas ms all de la mera sobrevivencia, de tal forma que para finales del siglo XIX y principios del XX, los automviles, artefactos electrodomsticos, as como los alimentos y bebidas procesados se haban tornado en algo tan popular como para convertirse en verdaderas necesidades y la conveniencia de lograr estas necesidades adquiridas, ya sea por comodidad, o meramente como un lujo o demostracin de estatus econmico, se ha convertido en una de las fuerzas que mueve la sociedad post-industrial de nuestros tiempos. Al contrario de las necesidades naturales, las necesidades adquiridas se logran, usualmente, por medio del procesamiento de materias primas, las cuales son manufacturadas o al menos refinadas. El proceso de produccin, distribucin y uso de estos productos, genera desechos y sustancias residuales mucho ms complejas, las cuales no son compatibles y, por lo tanto, no pueden ser asmiladas, de forma rpida, por el medio ambiente. Un ejemplo de lo anterior puede ser cualquier artefacto de uso domestico, tal como una tostadora o una plancha elctrica, cuya cubierta exterior, al igual que las resistencias, es metlica. Las manijas se fabrican por lo general de un elemento aislante como el plstico, el cable de conexin estar conformado


20

por alambre de cobre y aislado mediante caucho o plstico y, finalmente, el enchufe estar fabricado de cualquier material aislante ms o menos rgido. Para evaluar los poluentes generados durante el proceso de manufactura y mercadeo de este artefacto de uso comn, sera necesario incluir todos los recursos empleados en la minera de los metales, la extraccin y refinacin del petrleo, el transporte de los diversos materiales, el proceso de manufactura y el transporte y mercadeo del producto final. El impacto potencial de todas estas actividades sobre la calidad del aire y del agua es por dems significativo. Adicionalmente, es necesario definir si el potencial de polucin pertenece al proceso de manufactura as como a la utilizacin del equipo pesado necesario para la extraccin y procesamiento de las materias primas utilizadas en los diversos componentes de la tostadora, se tomase en consideracin, la lista podra extenderse al finito. Existe un problema adicional, referente a la adecuada disposicin del desecho slido en el que seguramente se convertir la tostadora o la plancha, en el momento para el cual deje de funcionar y termine su vida til. Es un hecho comprobado que la satisfaccin de las necesidad adquiridas en las sociedades modernas, genera cantidades mucho mayores de desechos, en comparacin con las correspondientes a las generadas por las necesidades naturales; con el agravante de que estos desechos tienden a ser menos compatibles con el medio ambiente y, por lo tanto, la posibilidad de que sean rpidamente asmilados por la biosfera se convierte en algo mucho menos probable. A medida que las sociedades ascienden en la escala socioeconmica, la lista de necesidades adquiridas o lujos, se incrementa notablemente, al igual que la complejidad de la cadena de produccin y la masa y complejidad de los poluentes generados. Consecuentemente, el impacto generado en los tiempos actuales, atribuible a las actividades propias de las agrupaciones de seres humanos, produce un deterioro tan notorio del medio ambiente que se ha convertido en un asunto de gran importancia para establecer los lineamientos de accin del profesional de la ingeniera ambiental. 9. Impacto del Medio Ambiente sobre los Seres Humanos. An cuando los diversos cursos de agua se conviertan en colectores cloacales y lagunas de estabilizacin de aguas residuales, los cielos se nublen por el humo y los particulados, los botaderos de desechos slidos sean desagradables a la vista y al olfato, debido a su aspecto de por s antiesttico


21

y a su insoportable mal olor, las sociedades, de manera general, ignoran estos impactos sobre el medio ambiente hasta que el nivel de deterioro del medio natural incide negativamente sobre su propia salud y bienestar. Este fenmeno perteneciente a un medio ambiente deteriorado, compuesto por cursos de aguas estancadas y malolientes, cielos artificialmente nublados y botaderos de basura, no pas de ser un problema ms bien esttico para los habitantes de las ciudades sobrepobladas de siglos anteriores. No se hizo ningn intento para detener o disminuir el impacto negativo que las actividades de los seres humanos ocasonaban sobre su entorno, hasta que se acept como un hecho el que las aguas naturales, la atmsfera y el suelo, degradados por los efectos de la polucin, podan ejercer y, de hecho ejercen, un impacto igualmente nocivo sobre la salud, los placeres estticos y culturales, as como, sobre las oportunidades para el desarrollo econmico de los pases. 10. Salud Pblica. Como un efecto adicional, atribuible a los procesos de polucin, pueden hallarse sustancias qumicas y biolgicas nocivas entre los diversos componentes del aire, del agua y del suelo, que impactan la salud de los seres humanos. Una amplia gama de enfermedades transmisibles pueden contagiarse a travs de elementos del medio ambiente debido a procesos de contaminacin por desechos animales y humanos, o a la presencia de vectores. El hecho anterior fue claramente evidenciado por la ocurrencia de las epidemias de peste bubnica en la Europa Medieval, las cuales produjeron una elevada mortalidad debido a las psimas condiciones de saneamiento ambiental de las ciudades. La disposicin de los desechos slidos y excretas se realizaba directamente hacia las calles, lo que hizo posible la proliferacin de ratas infestadas de pulgas, las cuales, al picar a las personas, transmitan el microorganismo bacteriano, pasteurella pestis, agente causal de la peste. Las aguas contaminadas originaron, an a mediados del siglo pasado, grandes epidemias de fiebre tifoidea y clera. No fue sino hasta mediados del siglo XIX cuando se estableci la correlacin entre la existencia de agentes biolgicos en las aguas de consumo y las enfermedades denominadas de origen hdrico, siendo necesario implementar una serie de medidas de control preventivo para esas enfermedades.


22

En la actualidad, debido a los progresos realizados en el campo de la biologa, la medicina, la biologa molecular y la inmunologa, ha sido posible desarrollar vacunas para cas todo tipo de enfermedades transmisibles. Un ejemplo es el caso de las llamadas eruptivas de la primera infancia, ya que se ha logrado controlar en gran medida la ocurrencia de brotes de tos ferina, sarampin, difteria, rubola y varicela. Se ha logrado erradicar uno de los morbos que azot la humanidad por siglos, como es el caso de la viruela, se han controlado enfermedades con secuelas graves y mortales como el ttano, la parotiditis, la hepatitis infecciosa, la poliomielitis y la fiebre amarilla. Esta situacin, aunada a controles sanitario-ambientales adecuados, ha permitido que, al menos los pases desarrollados, hayan podido controlar y, en ciertas instancias, erradicar estas enfermedades. Sin embargo, ningn pas se haya exento de la posibilidad de ocurrencia de brotes de enfermedades transmisibles por el medio ambiente. Este es el caso de aquellas enfermedades cuyo agente causal o etiolgico es un virus o un protozoario parsito. Para prevenir estas enfermedades, ejemplo de las cuales son la fiebre amarilla y la malaria, es necesario mantener medidas de control sanitario por medio de actividades de control de vectores en paralelo con el desarrollo de las denominadas mdicas y epidemiolgicas. Los procesos de polucin de la atmsfera plantean tambin severos problemas de salud, los cuales son de inters para los ingenieros ambientales. Los seres humanos que habitan las grandes urbes han sido los ms propensos, a lo largo de la historia, a sufrir las consecuencias de la polucin atmosfrica, pero es en el presente siglo cuando el incremento notable de los procesos y actividades de la denominada industria pesada ha producido una degradacin acelerada y creciente del medio ambiente atmosfrico llegando, en algunos casos, a ocasionar serios problemas de salud a las comunidades, que pueden llegar a ser letales. Algunos incidentes fueron la clave para establecer una relacin de causalidad entre la polucin atmosfrica y los efectos agudos sobre la salud de las comunidades. En el caso de la ciudad de Londres, se sabe que hubo varios episodios durante los cuales el denominado smog o humo-niebla, se abati por das sobre la ciudad durante el ultimo cuarto del siglo XIX. An as, el verdadero potencial del dao del smog no se hizo aparente sino hasta el episodio ocurrido en el invierno de 1952, el cual produjo 4000 muertes e incontables enfermedades respiratorias. En la cuidad de Nueva York durante el otoo de 1963, tambin ocurri un efecto similar, denominado inversin


23

trmica, que ocason cientos de muertes, por lo que dicho pas empez a disear estrategias para el control de la polucin atmosfrica. El monitoreo de los niveles en la concentracin de xidos de azufre, monxido de carbono, plomo y oxidantes fotoqumicos, en reas metropolitanas tales como el condado de Los ngeles, en California, ha revelado que la existencia de niveles elevados en la concentracin de stos y otros contaminantes plantea, en forma directa o indirecta, serios problemas para la salud. Todos estos hallazgos, sustentados por investigaciones serias, han llevado a que el programa de control de la polucin atmosfrica sea uno de los de mayor prioridad para la Agencia de proteccin ambiental de los EEUU, EPA. Para los ingenieros ambientales, se plantea el reto de alterar el patrn de degradacin atribuible a la polucin atmosfrica, que se inici hace muchos siglos y en la actualidad contina a pasos acelerados. Existen otros problemas relacionados con la salud de las comunidades, de importancia para las actividades de los ingenieros ambientales. Este es el caso de la utilizacin indiscriminada de sustancias qumicas en la agricultura, as como en la industria, que han introducido una gran cantidad de nuevos compuestos en el medio ambiente natural. Algunos se han dispersado y por lo tanto ocurren en cantidades muy pequeas, mientras que otros se han concentrado en los sitios de disposicin originales. Tales sustancias qumicas pueden difundirse a travs del aire, el agua y el suelo, y por medio de la cadena alimentara o trfica y, por lo tanto, plantean un peligro potencial para todos los seres humanos. Uno de los casos ms evidentes es el que concierne al Dicloro difenil tricloroetano, DDT. Este pesticida fue utilizado extensivamente a partir de la mitad de la dcada de los cuarenta hasta la dcada de los cincuenta, constituyndose en uno de los pilares sobre los cuales se fundament el control de enfermedades transmisibles de difusin mundial, como es el caso de la malaria. Adicionalmente, se aplic el pesticida para el control de plagas que azotaban los cultivos vegetales, razn por la cual sus usos benficos fueron mundialmente aclamados y su promotor el Dr. Paul Muller, recibi el premio Nbel en 1958 por su contribucin a la proteccin de la salud publica de las comunidades. Investigaciones realizadas subsecuentemente, demostraron que el DDT es un toxico acumulativo que produce efectos adversos sobre muchas especies


24

animales. Trazas de DDT pueden hallarse en todos los organismos vivos del mundo, incluyendo los seres humanos. An cuando el uso y aplicacin del DDT est prohibido en los E.E.U.U., as como en muchos otros pases, se ha seguido manufacturando el producto, principalmente para exportarlo a pases en vas de desarrollo, particularmente hacia aquellos localizados en zonas tropicales, en donde se considera que los beneficios potenciales son mayores que las limitaciones y restricciones impuestas por el uso y aplicacin del pesticida. El ejemplo ms reciente de un txico qumico que amenaza la salud de las comunidades, es la sustancia qumica conocida como dioxina. Esta sustancia, cuyo nombre cientfico es 2,3,7,8-tetracloro-dibenzoparadioxin, no es ms que el producto secundario, el cual se genera en forma no intencional, a partir del proceso de manufactura de ciertas sustancias herbicidas, as como de compuestos para preservar la madera, pudiendo tambin generarse en el proceso de manufactura de ciertos desinfectantes y otros agentes industriales para la limpieza. La dioxina, es una sustancia extremadamente txica y su presencia en exceso de una parte por billn en el medio ambiente es causa suficiente de preocupacin. Muchas sustancias qumicas con residuos de dioxina se han venido utilizando en las ultimas dcadas a escala mundial y los niveles de concentracin en el medio ambiente general del txico son desconocidos. El descubrimiento de residuos de dioxina en lugares de disposicin de desechos industriales, as como de suelos que resultaron contaminados por la aplicacin de herbicidas u otras sustancias, ha sido causa de gran preocupacin y ha promovido la implementacin de costosos esfuerzos para la eliminacin de los residuos. Esta situacin justific la creacin de un fondo en la agencia de proteccin ambiental de los Estados Unidos de Norteamrica, EPA, el cual inici con varios miles de millones de dlares, constituyendo un esfuerzo inicial tendiente a mitigar los riesgos achacables a la presencia de sustancias qumicas txicas en el medio ambiente. 11. Algunas Preocupaciones Ambientales. Aguas cristalinas y cielos lmpidos son una invitacin a disfrutar del placer esttico que nos ofrece su contemplacin, an as, los habitantes de las grandes reas metropolitanas e incluso de pequeas ciudades y pueblos, cas han olvidado el olor del aire limpio, la vista de las aguas chispeantes y cristalinas de los lagos, ros y corrientes, por cuanto estos se han convertido en verdaderas rarezas.


25

Calles y avenidas cubiertas de basuras que ofenden a la vista, al igual que lotes baldos convertidos en depsitos de chatarra y botaderos de otros desechos sin ningn control, ofrecen evidencia adicional de los efectos antiestticos y degradantes del medio ambiente atribuible a tcnicas inapropiadas de disposicin de los desechos slidos. Nuestra herencia cultural, al igual que la esttica, estn siendo amenazadas de extincin por los efectos atribuibles a la polucin. As es posible observar cmo edificaciones histricas, patrimonios de la cultura occidental y por ende de la humanidad, como es el caso del Partenn en Atenas, las estatuas y frescos de Florencia y Venecia, la Capilla Sixtina en el Vaticano y de otras ciudades del viejo mundo, que han soportado los embates y acciones de los elementos por siglos, se encuentran en la actualidad ante un peligro creciente de destruccin atribuible a los componentes de una atmsfera corrosiva cargada de xidos de azufre y de nitrgeno. Esos mismos poluentes han ocasonado un problema adicional, puesto que, debido a sus caractersticas de extrema acidez, perturban de manera creciente la ecologa de los cuerpos de agua de tipo lntico, como lagos y lagunas, ocasonando una baja en los valores normales para el pH de dichas aguas, las cuales se comportan qumicamente, debido al efecto poluente, como cidos dbiles, no permitiendo la vida vegetal o animal. El proceso general se conoce como lluvia cida y ha sido la causa de confrontamientos y debates de tipo legal entre los pases Escandinavos y el Reino Unido, as como entre los E.E.U.U. y Canad. Adicionalmente, los problemas de polucin plantean amenazas econmicas a la poblacin humana. Uno de los casos ms patentes es el del lago Erie, uno de los denominados Grandes Lagos de Norte Amrica, que mantuvo una industria pesquera floreciente, con instalaciones para el procesamiento, empaque y transporte de los productos asociados con esa industria. El potencial econmico del lago cas se perdi, ameritando la implementacin y realizacin de esfuerzos y acciones correctivas serias para incentivar el proceso de autopurificacin. El proceso de deposicin de sedimentos, cohesivos y no cohesivos, que ocurren en ros, bahas y embalses, atribuible a mecanismos erosivos descontrolados, a menudo exacerbados por la actividad humana, amenaza con reforzar ciertas industrias a expensas del debilitamiento de otras. Los ingenieros ambientales tienen el compromiso de proteger a las comunidades de seres humanos de las amenazas que un medio ambiente


26

degradado plantea para la salud, el disfrute esttico y cultural, as como para el bienestar econmico. 12. Mejoramiento de la Calidad Ambiental. Vitalmente preocupado con el mejoramiento de la calidad ambiental, el ingeniero ambiental juega un importante papel en los programas de manejo ambiental. Puede muy bien afirmarse que tales programas comprenden dos aspectos fundamentales: las estrategias ambientales y las tcticas ambientales. Las estrategias ambientales estn constituidas por planes integrales que, de manera usual, tratan una gran variedad de problemas confrontados por un rea o regin determinada. Un ejemplo tpico de estrategias ambientales pudiera ser la formulacin de un programa para mejorar la calidad del agua del Lago de Maracaibo, otro para mejorar la calidad del aire de la ciudad de Caracas, o para recolectar y disponer en forma adecuada los desechos slidos generados en la ciudad de Mrida. Las estrategias ambientales usualmente se preparan y discuten en ambientes polticos y sitios pblicos y toman en consideracin aspectos tan variados como son los econmicos, sociales y demogrficos. Histricamente, los ingenieros ambientales no han participado en forma visible en el proceso de planificacin de las estrategias ambientales, no obstante, el profesional de la ingeniera ambiental debera reconocerse como un miembro importante de un equipo de planificadores, en el cual se incluyen personas pertenecientes a una amplia gama de disciplinas. El aporte del ingeniero ambiental, especialmente en la evaluacin de la posible respuesta del medio ambiente a la variacin de los niveles de cargas contaminantes, as como en la ponderacin de las posibles soluciones tcnicas que pudieran proponerse, constituye un componente necesario de cualquier estrategia ambiental. Usualmente, los ingenieros ambientales se asocian en forma directa con la implementacin de las tcticas ambientales, esto es, con las medidas de control necesarias para alcanzar las metas establecidas en una porcin especfica de una estrategia ambiental determinada. La parte que corresponde al ingeniero consiste principalmente en el proceso de diseo, construccin y operacin de instalaciones para la recoleccin, conduccin, tratamiento y disposicin de aguas residuales, contaminantes gaseosos y desechos slidos.


27

El ingeniero ambiental estara directamente involucrado en la insercin de procesos de tratamiento terciarios para la remocin de nitrgeno y de fsforo de los efluentes de una planta de tratamiento, en la instalacin de un sistema de extraccin de desechos, subproductos de la produccin y refinacin de los hidrocarburos de una refinera, o en el diseo de una planta de procesamiento, o del relleno sanitario de una poblacin dada. 13. Papel del Ingeniero Ambiental. A medida que los poluentes ingresan en el aire, el agua y el suelo, los procesos naturales tales como la dilucin, la conversin biolgica y las reacciones qumicas, transforman los desechos en sustancias menos degradantes y los dispersan en volmenes mayores. An as, esos procesos naturales ya no poseen la capacidad para realizar el proceso de modificacin en forma aislada, siendo sta la coyuntura en la que encajan los conocimientos y las acciones especificas de los ingenieros ambientales. Las instalaciones para la modificacin o tratamiento de las aguas naturales y residuales, se fundamentan en los principios de autopurificacin que se observan en los sistemas naturales, pero en el caso de los procesos manipulados y diseados por los ingenieros, amplifican y optimizan las operaciones que ocurren en los sistemas naturales para poder manejar grandes volmenes de poluentes y procesarlos ms rpidamente. Los ingenieros adaptan los principios basados en los mecanismos naturales de autopurificacin, cuando construyen chimeneas elevadas con la finalidad de dispersar y, por lo tanto, diluir contaminantes atmosfricos, disean instalaciones para el tratamiento biolgico, necesario para remover la materia orgnica presente en las aguas residuales, calculan las dosificaciones para la aplicacin de sustancias qumicas para la coagulacin de coloides naturales presentes en las aguas de abastecimiento municipal, recomiendan utilizar otras sustancias qumicas con la finalidad de oxidar, para luego remover por precipitacin, el hierro y el manganeso presente en las aguas de consumo, o disean el proceso de enterramiento de los desechos slidos en instalaciones controladas denominadas rellenos sanitarios. En ciertas ocasones, el ingeniero ambiental deber disear tcnicas y procedimientos tendientes a revertir o contraatacar ciertos procesos naturales, siendo ste el caso de los envases que se utilizan para la disposicin de desechos slidos peligrosos, tales como: sustancias qumicas txicas y materiales radioactivos, los cuales deben aislarse del medio ambiente para prevenir el inicio de los mecanismos de accin naturales, como la dilucin y dispersin, que, en este caso son totalmente indeseables.


28

Para lograr el conocimiento adecuado de los procesos naturales y artificiales tendientes a la purificacin y eliminacin de sustancias poluentes, se requiere poseer fundamentos de conocimientos biolgicos, as como de qumica de las diversas reacciones involucradas en el desarrollo de dichos procesos. Esto es, que adicionalmente a los conocimientos fsicos y matemticos propios de la ingeniera, el ingeniero ambiental debe poseer conocimientos bien fundamentados de qumica, biologa y microbiologa, reas estas que no se ofrecen comnmente dentro del contexto de los currcula y pensa de estudios de las carreras de ingeniera. El papel fundamental y nico de los ingenieros ambientales consiste en tender puentes entre la biologa y la tecnologa, por medio de la aplicacin de todas las tcnicas que ha puesto a su alcance la tecnologa moderna, para utilizarlas en el proceso de limpieza de todos los desechos y residuos que la aplicacin indiscriminada de esa misma tecnologa ha generado. El delicado balance de nuestra biosfera ha sido considerablemente perturbado, y el estado en el cual nos encontramos en la actualidad es una consecuencia directa de haber ignorado los limites de la capacidad asmilativa del globo terrqueo para resistir procesos de polucin masvos, as como el no conocer las restricciones impuestas por las limitaciones de los procesos naturales de autopurificacin de la biosfera. Un agudo sentido del significado de estas restricciones naturales juega un papel importante en el trabajo de los ingenieros ambientales. Los principios de tratamiento de los desechos deben aplicarse, en consecuencia, a la transformacin de los poluentes hasta convertirlos en sustancias menos degradantes, a la dispersin de esas sustancias de tal forma que su concentracin se minimice, o a su concentracin y confinamiento para evitar el contacto directo y, por lo tanto, su difusin en el medio ambiente. De todas formas, los productos finales del tratamiento de las aguas residuales, del aire contaminado o de los desechos slidos, deben ser compatibles con los recursos ambientales disponibles y, bajo ningn concepto, pueden sobrepasar la capacidad asimilativa de la hidrosfera, la atmsfera o la litosfera. Es necesario armonizar la tecnologa con el medio ambiente natural para que, de esta manera, el ingeniero tenga la esperanza de lograr su meta, que es la de proteger el medio ambiente de los efectos potencialmente degradantes atribuibles a las actividades propias de las localidades en donde se agrupan


29

los seres humanos, ya sea que stas se ubiquen en el medio urbano o rural. As mismo, proteger a esas mismas agrupaciones de los efectos achacables a factores ambientales, al tiempo que se tiende, como propsito adicional, a mejorar la calidad del medio ambiente para garantizar la salud y tambin el bienestar de las comunidades. El propsito fundamental del saneamiento ambiental, consiste en demostrar como el ingeniero, trabajando dentro del marco impuesto, utiliza todas las herramientas tecnolgicas disponibles para disear dispositivos de control ambiental, as como de tratamientos eficientes, los cuales se modelan tomando como punto de referencia fundamental los procesos naturales que han preservado la biosfera por millones de aos.

tema n1 introducción y química

Documents