Un estudio internacional muestra que el agua dulce contaminada por materia fecal se puede determinar de manera más rápida y confiable utilizando una nueva técnica. Crédito:de Jiao et al, doi:10.1126/sciadv.abc7318. Este trabajo tiene licencia CC BY-NC.
Un estudio internacional muestra que el agua dulce contaminada con materia fecal se puede determinar de manera más rápida y confiable utilizando una nueva técnica.
Cuando las aguas residuales de los pueblos y ciudades fluyen hacia los ríos y lagos, grandes cantidades de grasas, proteínas, azúcares y otras sustancias orgánicas que contienen carbono terminan en la naturaleza junto con la materia fecal. Estas sustancias orgánicas son descompuestas por bacterias que consumen oxígeno. Cuanto mayor sea el volumen de aguas residuales, mejor prosperarán las bacterias. Esto, sin embargo, significa que el contenido de oxígeno del agua continúa disminuyendo hasta que finalmente los peces, mejillones o gusanos literalmente se quedan sin aire. Esto ha creado zonas de muerte por falta de oxígeno en muchos ríos y lagos de todo el mundo.
No hay estándar de oro para las mediciones hasta ahora
Para medir el grado de contaminación de las aguas con materia orgánica de las heces, los organismos gubernamentales y los investigadores ambientales toman muestras de agua con regularidad. Un método de medición ampliamente utilizado utiliza una reacción química para determinar el contenido de sustancias orgánicas. Como muestra ahora un equipo internacional de científicos, este método establecido proporciona valores a partir de los cuales difícilmente se puede derivar el grado real de contaminación del agua. El Prof. Helmuth Thomas, Director del Instituto de Ciclos de Carbono de Hereon, también contribuye al estudio, que ahora se ha publicado en la revista científica Science Advances . "En el documento, por lo tanto, también presentamos un nuevo método para hacer que las mediciones sean mucho más confiables en el futuro", dice.
Usando el método de medición convencional, las muestras de agua se mezclan con los químicos permanganato o dicromato. Estos son especialmente reactivos y descomponen todas las sustancias orgánicas en poco tiempo. La cantidad de permanganatos o dicromatos consumidos se puede usar para determinar cuánta sustancia orgánica contenía la muestra de agua.
Los expertos se refieren a esta medida como "demanda química de oxígeno", DQO. El problema con las mediciones de DQO es que no diferencian entre las sustancias orgánicas que terminan en el agua con las aguas residuales y las que surgen naturalmente, como la lignina y los ácidos húmicos, que se liberan cuando la madera se descompone. Esto significa que la contaminación del agua difícilmente se puede distinguir del contenido natural de sustancias orgánicas.
“Para el río Han en Corea del Sur, por ejemplo, hemos demostrado que la contaminación con sustancias orgánicas de las aguas residuales en los últimos veinticinco años ha disminuido. Sin embargo, las mediciones de DQO todavía muestran valores altos como antes”, dice Helmuth Thomas, “porque aquí las sustancias naturales constituyen una gran parte de la materia orgánica en el agua”.
Análisis biológicos complicados
Pero, ¿cómo se puede medir la contaminación real de manera más confiable? Aquí se ha establecido un método de medición biológica durante décadas, pero es mucho más complejo que el método COD y, por lo tanto, los organismos gubernamentales y las instituciones de investigación lo utilizan con menos frecuencia. En este caso, se toma una muestra de agua del río o lago y se mide el contenido de oxígeno del agua como valor inicial. Otra “muestra paralela” se sella inmediatamente de forma hermética. Luego esta muestra de agua reposa durante cinco días. Durante este tiempo, las bacterias descomponen la sustancia orgánica, por lo que consumen gradualmente el oxígeno del agua. Después de cinco días, se abre el recipiente y se mide el oxígeno. Si el agua contiene una gran cantidad de materia orgánica, entonces las bacterias eran particularmente activas. El consumo de oxígeno era entonces correspondientemente alto. Los expertos se refieren a la “demanda biológica de oxígeno” (DBO) en esta medida.
“La medición de DBO es mucho más precisa que la DQO porque las bacterias descomponen preferentemente las pequeñas moléculas orgánicas de las aguas residuales, pero dejan intactas las naturales, como la lignina”, dice Thomas. Sin embargo, la medición de DBO también tiene sus desventajas. Por un lado, la medición de DBO tarda cinco días, mientras que el valor de DQO está disponible después de unos minutos. Por otro lado, mientras se llenan, almacenan y miden las muestras de agua, se debe tener un cuidado meticuloso para garantizar que el oxígeno del aire ambiente no se acumule en la muestra y falsee el valor de la medición. “Solo unas pocas personas con mucha experiencia en laboratorio han dominado cómo manejar completamente la medición de DBO”, dice Thomas. "Por lo tanto, los organismos gubernamentales y los investigadores, incluso hoy en día, prefieren el COD a pesar de sus mayores incertidumbres".
Método más rápido y fiable
Por lo tanto, Helmuth Thomas y su equipo están introduciendo un método alternativo que mejora la medición convencional de DBO. La ventaja del método es que solo se necesita una muestra de agua, que se sella inmediatamente y se mide el consumo de oxígeno sin interferir con la muestra. Por lo tanto, no es necesario volver a abrir la muestra después de cinco días para medir el contenido de oxígeno. Esto evita que la muestra vuelva a entrar en contacto con el oxígeno atmosférico.
Con el nuevo enfoque, se inserta una fibra óptica en el recipiente de muestra tan pronto como se llena la muestra de agua. A través de esta fibra, el contenido de oxígeno se puede medir de forma continua directamente en la muestra mediante efectos ópticos. Thomas dice:"Podemos medir el contenido de oxígeno sin parar y obtener una imagen mucho más precisa del consumo de oxígeno por parte de las bacterias".
Las primeras pruebas han demostrado que ya se dispone de un resultado significativo después de unas cuarenta y ocho horas, algo que acelera considerablemente la medición de la DBO. En definitiva, el método óptico hace que las mediciones de DBO no solo sean más fiables, sino también más rápidas. Helmuth Thomas asume que el nuevo método en los próximos años se establecerá por tanto como el nuevo estándar, que sustituirá tanto a la DQO como a las clásicas medidas de DBO. En el futuro, por ejemplo, será posible determinar de manera más confiable que antes si las medidas de control de la contaminación del agua son realmente exitosas.
Referencia:“Corregir un error importante al evaluar la contaminación por carbono orgánico en aguas naturales” por Nianzhi Jiao, Jihua Liu, Bethanie Edwards, Zongqing Lv, Ruanhong Cai, Yongqin Liu, Xilin Xiao, Jianning Wang, Fanglue Jiao, Rui Wang, Xingyu Huang, Bixi Guo, Jia Sun, Rui Zhang, Yao Zhang, Kai Tang, Qiang Zheng, Farooq Azam, John Batt, Wei-Jun Cai, Chen He, Gerhard J. Herndl, Paul Hill, David Hutchins, Julie LaRoche, Marlon Lewis, Hugh MacIntyre, Luca Polimene, Carol Robinson, Quan Shi, Curtis A. Suttle, Helmuth Thomas, Douglas Wallace y Louis Legendre, 14 de abril de 2021, Science Advances .
DOI:10.1126/sciadv.abc7318
