CONTAMINACIÓN GLOBAL DEL AGUA Y SALUD HUMANA

PALABRAS CLAVE

Agricultura, geogénico, micro contaminantes, minería, patógenos, desechos.

RESUMEN

Los problemas de calidad del agua son un gran desafío que la humanidad se enfrenta en el siglo XXI. En este artículo examinamos los principales grupos de contaminantes acuáticos, sus efectos sobre la salud humana, y los enfoques para mitigar la contaminación de los recursos de agua dulce. Se pone énfasis en la contaminación química, sobre todo en los micros contaminantes orgánicos e inorgánicos, incluyendo metales y metaloides tóxicos, así como una gran variedad de productos químicos orgánicos sintéticos. También se discuten algunos aspectos de las enfermedades transmitidas por el agua y la necesidad urgente de mejorar el saneamiento en los países en desarrollo. La revisión se refiere a los avances científicos actuales para hacer frente a la gran diversidad de contaminantes. Se organiza a lo largo de las diferentes escalas temporales y espaciales de la contaminación del agua global. Los contaminantes orgánicos persistentes (COP) han afectado a los sistemas de agua a nivel mundial desde hace más de cinco décadas; durante ese tiempo la contaminación geogénica, operaciones mineras, y los sitios de desechos peligrosos han sido las fuentes más importantes de contaminación del agua regional y local a largo plazo. Los productos químicos agrícolas y fuentes de aguas residuales ejercen efectos a corto plazo sobre la regional a escala local.

INTRODUCCIÓN

Muchos de los principales problemas que enfrenta la humanidad en el siglo XXI tienen que ver con la cantidad de agua y / o problemas de calidad del agua. Estos problemas van a ser más graves en el futuro debido al cambio climático, lo que resulta en mayor temperatura del agua, derretimiento de los glaciares, y una intensificación del ciclo del agua, pueden haber más inundaciones y sequías. Con respecto a la salud humana, el impacto más directo y más grave es la falta de mejores servicios de saneamiento, y en relación al mismo, es la falta de agua potable, que actualmente afecta a más de un tercio de las personas en el mundo. Otras amenazas incluyen, por ejemplo, la exposición a patógenos o sustancias tóxicas químicas a través de la cadena alimentaria (por ejemplo, el resultado de las plantas con el agua contaminada y la bioacumulación de sustancias tóxicas por los organismos acuáticos, incluyendo mariscos y pescados riego) o durante la recreación (por ejemplo, la natación en aguas superficiales contaminadas). Esta crítica se refiere a la contaminación de los recursos de agua dulce, incluyendo lagos, ríos y aguas subterráneas. Debido a las numerosas críticas han aparecido recientemente diversos aspectos de las enfermedades transmitidas por el agua de una manera integral, se pone más énfasis en la contaminación química. Más de un tercio del agua dulce renovable de la Tierra es usada para fines agrícolas, industriales y domésticos. Como la mayoría de estas actividades conducen a la contaminación del agua con diversas sustancias químicas sintéticas y naturales geogénicas, no es ninguna sorpresa que la contaminación química del agua natural se haya convertido en una preocupación pública importante en casi todas las partes del mundo. De hecho, una reciente

encuesta de Gallup realizada en 2009 reveló que la contaminación del agua potable es la principal preocupación ambiental de Estados Unidos.

Los contaminantes químicos del agua se pueden dividir en dos categorías, el número relativamente pequeño de contaminantes macro, que normalmente se producen en el nivel de miligramo por litro e incluyen nutrientes tales como las especies de nitrógeno y fósforo, así como componentes orgánicos naturales. Las fuentes y los efectos de estos contaminantes clásicos comunes se conocen bastante bien, pero el diseño de tecnologías de tratamiento sostenibles para ellos sigue siendo un reto científico. Por ejemplo, las cargas de nutrientes altas pueden llevar a un aumento de la producción primaria de la biomasa, el agotamiento del oxígeno, y la proliferación de algas tóxicas. El aumento de las cargas de sal de las aguas superficiales a través de la sal del camino y el riego excesivo plantean otro problema a largo plazo. Las altas concentraciones de sal impiden el uso directo como agua potable e inhiben el crecimiento de los cultivos en la agricultura. El problema se acentúa en muchas zonas costeras, como la India y China, por la intrusión de sal marina en las aguas subterráneas debido a la sobreexplotación de los acuíferos y el aumento del nivel del mar. Estrategias técnicas y políticas para hacer frente a estos problemas clásicos se han discutido ampliamente en la literatura y, por tanto, no se tratan aquí.

En esta revisión, nos centramos en los miles de trazas de contaminantes sintéticos y naturales que están presentes en el agua natural en la escala de nanogramo a microgramo por litro. Muchos de estos microcontaminantes pueden ejercer efectos tóxicos incluso en concentraciones tan bajas, particularmente cuando están presentes como mezclas. El gran número y la gran variedad estructural de microcontaminantes hacen, sin embargo, que suelan ser muy difícil de evaluar dichos efectos negativos, que a menudo no son agudos, pero que son, efectos crónicos sutiles. Esto contrasta con los efectos agudos de salud comunes del lugar de un pequeño número de agentes patógenos conocidos que pueden estar presentes en el agua contaminada. Por lo tanto, teniendo en cuenta la dificultad de evaluar los efectos de los microcontaminantes en la vida acuática y la salud humana y que proceda, los métodos de tratamiento de agua asequibles para su eliminación efectiva no están disponibles en muchas partes del mundo, los principales esfuerzos (como uso restringido, sustitución o tratamiento oxidativo) tiene que llevarse a cabo para evitar que estas sustancias lleguen a las aguas naturales. Sin embargo, como debería ser evidente a partir de los ejemplos analizados en esta revisión, esta tarea a menudo representa un reto formidable, no sólo desde una perspectiva técnica, sino también desde puntos de vista económicos, sociales y políticos.

Las fuentes de microcontaminantes en el agua natural son diversas. Alrededor del 30% del agua dulce renovable accesible globalmente es utilizado por la industria y los municipios, generando en conjunto una enorme cantidad de aguas residuales que contienen numerosas sustancias químicas en concentraciones variables. En muchas partes del mundo, incluidas las economías emergentes como China, estas aguas residuales son todavía sin tratamiento o experimentan un único tratamiento en el que no se elimina de manera efectiva la mayoría de los microcontaminantes presentes. Este último también es válido para las aguas residuales municipales en los países industrializados (véase más adelante). Otras fuentes importantes de microcontaminantes incluyen las aportaciones de la agricultura, que corresponde a varios millones de toneladas de pesticidas cada año; los derrames de petróleo y gasolina; la movilización humana impulsa de forma natural sustancias químicas tóxicas geogénicas, como los metales pesados y metaloides.

Microcontaminantes naturales adicionales producen biológicamente compuestos de sabor y olor, que no son principalmente un problema toxicológico, pero que son de gran preocupación estética. Hay también los millones de municipios y, sobre todo, los sitios de desechos peligrosos, incluyendo instalaciones militares abandonadas industriales y anteriores, de los que los productos químicos tóxicos pueden encontrar su camino en el agua natural, especialmente en las aguas subterráneas. Por último, si se considera que más de 100.000 productos químicos están registrados y la mayoría son de uso diario, uno puede imaginar fácilmente numerosas rutas adicionales por los cuales esos productos químicos pueden entrar en el medio ambiente acuático.

Al abordar una serie diferentes tipos de microcontaminantes de diferentes fuentes, se intenta dar una imagen representativa de las escalas y el alcance de este problema global de la contaminación del agua, sin pretensión de exhaustividad. Como introducción a estos temas seleccionados, empezamos con algunas observaciones generales sobre los problemas y desafíos en la evaluación de los microcontaminantes en el agua natural.

MICROCONTAMINANTES ACUÁTICOS: EL DESAFÍO DE TRATARLOS CON COMPLEJIDAD QUÍMICA

Una evaluación adecuada de cualquier contaminación química de las aguas naturales se basa en cinco elementos: (a) el conocimiento del tipo y el origen de los contaminantes, (b) la disponibilidad de métodos analíticos para la cuantificación de la variabilidad temporal y espacial de las concentraciones de la sustancia química (s) presente, (c) un profundo conocimiento de los procesos que determinan el transporte y destino de la sustancia química (s) en el sistema considerado, (d) los modelos de transporte y destino matemáticos de complejidad adecuada para diseñar estrategias óptimas de muestreo y predecir la evolución futura de un caso de contaminación dado, y (e) los métodos para la cuantificación de los efectos adversos de los productos químicos en la vida acuática y la salud humana. Cabe destacar que las mismas herramientas de análisis y conocimiento de los procesos también son fundamentales para el diseño y operación de las tecnologías de tratamiento y en los procedimientos de remediación in situ. A continuación, abordamos algunos aspectos fundamentales relacionados con estos cinco elementos de una evaluación de la exposición de los microcontaminantes.

Teniendo en cuenta el gran número de estructuralmente diversos microcontaminantes que pueden sufrir numerosas interacciones con otros naturales o antropogénicos, disueltos o especies químicas de partículas y materiales (por ejemplo, la materia orgánica natural, superficies minerales, especies redox activos), con la luz, e incluso con los organismos vivos, la evaluación de la exposición de microcontaminantes acuáticos es comúnmente una tarea difícil y requiere un enfoque amplio e interdisciplinario.

Para los contaminantes inorgánicos, incluyendo metales pesados (por ejemplo, Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg, U, Pu) y metaloides (por ejemplo, Se, As), el principal desafío en la evaluación de riesgos ambientales está relacionada con su comportamiento bajo diferentes condiciones redox. Estos elementos no están sujetos a la degradación como muchos de los contaminantes orgánicos (ver más abajo); los principales procesos que determinan su transporte y su biodisponibilidad incluyen la oxidación / reducción, la complejación, adsorción, y las reacciones de precipitación / disolución. La mayoría de los elementos metálicos exhiben ampliamente diferente solubilidad en presencia de oxígeno y en condiciones reductoras. Mediante procesos aeróbicos, los metales redox sensibles más abundantes son hierro - y manganeso- finamente dispersos en forma de partículas de óxido,

que adsorben fuertemente metales pesadosy metaloides. Cuando el oxígeno se agota, estas partículas de óxido se someten a la disolución reductiva y liberan su carga tóxica adsorbida. La precipitación y disolución de tales partículas reactivas en el medio ambiente son a menudo gobernadas por microorganismos. El análisis de las vías y las tasas de hierro y manganeso en dispersión bajo condiciones ambientales sigue siendo una tarea difícil, pero recientemente, el progreso en la espectrometría de masas abrió nuevas ventanas de análisis para rastrear los procesos microbianos a través de isótopos estables de elementos metálicos, tales como hierro.

La gran variedad de fases minerales y las posibles interacciones entre solutos, que son relevantes para los procesos de adsorción, complican la evaluación ambiental de la contaminación por metales y sus efectos sobre la salud. El rápido progreso en la espectroscopia de rayos X fue fundamental en el esclarecimiento de la estructura de los iones metálicos adsorbidos sobre superficies minerales debido a que el método permite la identificación de los vecinos moleculares específicos de los iones metálicos en ambientes minerales complejos. Tal información a nivel molecular ayuda a desarrollar una comprensión de los factores que afectan a la movilidad de los iones metálicos tóxicos. Una condición previa para la acción biológica es la capacidad potencial de los iones metálicos para cruzar las membranas celulares. Fuertes lazos a partículas minerales y complejos macromoleculares estables normalmente impiden la absorción. Como consecuencia de ello, los métodos directos se han desarrollado para evaluar la movilidad y la biodisponibilidad de los contaminantes metálicos en medios complejos, por ejemplo, los suelos o sedimentos. Para determinar el destino y la distribución de los metales en el medio ambiente, la perspicacia de los estudios a nivel molecular y en las observaciones de campo in situ y luego se puede expandir el uso de modelos de reacción / transporte sencillos o más sofisticados, que combinan características físicas, químicas, y procesos (micro) biológicos. El último paso de un procedimiento de evaluación se ocupa de los efectos de la absorción biológica. El análisis de los efectos potenciales de las nanopartículas es un ejemplo ilustrativo. En los últimos años, el creciente uso de nanopartículas en ingeniería para aplicaciones industriales y comerciales causó preocupación sobre los efectos biológicos de este tipo de nuevos contaminantes antropogénicos para el medio acuático y la salud humana. En la actualidad existe evidencia preliminar de que dichas partículas no sólo liberan metales tóxicos de manera constante, sino que también podrían ejercer efectos nocivos directos específicos, que requieren más investigación. Hasta el momento, se ha avanzado mucho en la aclaración de los mecanismos moleculares, reacciones geoquímicas y microbianas pertinentes, y la integración de rutas de reacción y de transporte en modelos biogeoquímicos. La brecha en un conocimiento más crítico se refiere a nuestra limitada capacidad para predecir y cuantificar los efectos adversos de los contaminantes inorgánicos en la vida acuática y la salud humana.

Cuando se trata de contaminantes orgánicos, el principal desafío es hacer frente al gran número y la gran variedad de sustancias químicas que cubren una amplia gama de propiedades físico-químicas y reactividad. Como ilustración, la Figura 1 (ver inserto de color) muestra las grandes diferencias en el comportamiento de partición entre el agua y el aire o el agua y una fase orgánica, respectivamente, que pueden existir entre los diferentes tipos de microcontaminantes químicos. Por ejemplo, el apolar, bifenilos policlorados hidrófobos (PCB) de partición razonablemente buena a partir de agua en aire y extremadamente buena a partir de agua en una fase orgánica, tales como octanol, y por tanto son altamente bioacumulativos. En contraste, los compuestos hidrófilos, más polares, tales como los antibióticos de sulfonamida, presentan una partición muy

mala en el aire y una fase orgánica. Este comportamiento de partición diferente significa que estos compuestos exhiben un comportamiento de transferencia y fase de transporte muy diferente en el medio ambiente. Además, su análisis en muestras ambientales (Por ejemplo, aire, agua, sedimentos, suelo) requiere un enfoque metodológico diferente porque por lo general están involucradas varias etapas de enriquecimiento y separación, que se basan en el comportamiento de partición del compuesto. Las principales dificultades analíticas se encuentran con productos químicos polares multifuncionales más complejos, que incluyen muchos de los compuestos biológicamente activos, tales como los pesticidas modernos, biocidas y productos farmacéuticos. Lo mismo pasa con la cuantificación de la partición ambiental de contaminantes orgánicos (por ejemplo, la sorción de agua a partículas, suelos, o sedimentos), que es más difícil para los productos químicos, incluyendo polares, complejos orgánicos que exhiben grupos funcionales ionizables.

Los principales desafíos en la evaluación o la predicción de reacciones de transformación de microcontaminantes orgánicos en el medio ambiente son presentados por procesos biológicamente (microbiológicamente) mediados. Esto se debe en parte a la dificultad intrínseca de la clasificación o incluso de la cuantificación de la actividad biológica de los sistemas naturales complejos. Por otra parte, en contraste con los modelos que describen las reacciones químicas o fotoquímicas homogéneas, el tratamiento de las reacciones mediadas superficial y enzimáticamente, que a menudo están vinculados a procesos biológicos, se encuentra todavía en su infancia. Dependiendo de las condiciones ambientales (por ejemplo, pH, potencial redox, tipo de superficies presentes), un compuesto dado puede reaccionar por diversas vías y / o a ritmos muy diferentes. Además, incluso los compuestos que muestran sólo pequeñas diferencias en sus estructuras pueden reaccionar de forma muy diferente. Por lo tanto, la investigación futura debería orientarse más intensamente hacia el desarrollo de herramientas para la evaluación de procesos de (bio) transformación en entornos ambientales debido a que estos procesos representan los mecanismos de eliminación más poderosos para los contaminantes orgánicos en el agua natural. Además, deben ser desarrollados modelos predictivos de biodegradabilidad utilizando información estructural.

Finalmente, hay un número significativo de casos en los que se sospecha la contaminación química del agua, pero los tipos y fuentes de los contaminantes no se conocen y / o no pueden ser analizados de forma exhaustiva. En tales casos, una "batería" de métodos de rutina orientados a los efectos que permiten evaluar si se necesita o no una acción sería, útil para los investigadores. Aunque se han reportado ejemplos prometedores de métodos orientados a los efectos, todavía hay un amplio margen para futuros desarrollos.

TEMAS SELECCIONADOS DE LA CONTAMINACIÓN QUÍMICA DEL AGUA

La tabla 1 muestra un resumen de los temas que se discuten en las siguientes secciones. Estos temas abordan e ilustran varios aspectos de la contaminación mundial del agua, incluyendo importantes tipos de fuentes de contaminantes y contaminantes, así como diferentes escalas temporales y espaciales de la contaminación del agua, que van desde los contaminantes orgánicos persistentes globales a largo plazo (COP) a largo plazo regional (por ejemplo, la contaminación geogénica, minería) a largo plazo local (por ejemplo, sitios de desechos peligrosos) a corto plazo

regional (por ejemplo, la agricultura) a corto plazo, regional o incluso local (por ejemplo, las aguas residuales).

Los ejemplos también deben ilustrar que las estrategias de mitigación y adaptación para resolver un problema de contaminación del agua dado tienen sus propias condiciones técnicas, económicas, políticas y sociales con el contorno.

CONTAMINANTES ORGÁNICOS PERSISTENTES: UN PROBLEMA GLOBAL A LARGO PLAZO

Un grupo de químicos que han sido y siguen siendo la mayor preocupación ambiental se denotan como COP. Ellos incluyen un conjunto diverso de compuestos de producción de alto volumen que se producen intencionalmente, así como compuestos que se forman como subproductos de una variedad de procesos de combustión. Un compuesto se clasifica comúnmente como un COP si exhibe las siguientes cuatro características:

1. persistente en el medio ambiente, lo que significa que la química, fotoquímica, y transformaciones biológicas no conducen a una eliminación significativa del compuesto en cada compartimento medioambiental;

2. Propenso a transporte a larga distancia, por la distribución global, el compuesto llega incluso a regiones remotas donde no ha sido utilizado o realizado, debido a las propiedades físico-químicas de los compuestos;

3. bioacumulación en la cadena alimentaria; y

4. Tóxico para los organismos vivos, incluidos los seres humanos y la vida silvestre.

Algunos COP clásicos prominentes (también llamados " legado de COP " o "la docena sucia") se han enumerado y tratado en dos convenios internacionales (Protocolo de Aarhus y el Convenio de Estocolmo) con el objetivo de evaluar la presencia mundial de los COP y reducir sus emisiones al medio ambiente. Abarcan principalmente compuestos altamente clorados (por ejemplo, diclorodifeniltricloroetano (DDT), dioxinas y dibenzofuranos policlorados (PCBs)] y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Sin embargo, reconociendo que hay muchos otros productos químicos de producción de alto volumen potencialmente correspondientes a la categoría COP, estos convenios permiten la adición de nuevos compuestos a la lista. Ejemplos recientes de tales "COP emergentes" que están bajo consideración para añadir, están los polibromodifeniléteres (PBDE) ampliamente utilizados como retardantes de llama, y una variedad de productos químicos de perfluoroalquilo (PFC) que, debido a sus propiedades muy especiales, se utilizan en numerosas aplicaciones industriales. Cabe señalar que muchos "contaminantes emergentes", incluyendo algunos COP, pueden que ya hayan estado presentes en el medio ambiente durante décadas, pero no fueron detectados por las limitaciones analíticas. Desde un punto de vista toxicológico, los COP pueden amenazar la salud de los seres humanos y la vida silvestre debido a sus diversos efectos adversos, incluyendo la interrupción endocrina, la reproducción y el sistema inmunológico, así como su capacidad de causar problemas de comportamiento, cáncer, diabetes y problemas de tiroides.

En el contexto de la contaminación del agua a nivel mundial, los COP representan un problema grave, principalmente debido a su particular gran potencial de bioacumulación y biomagnificación en redes alimentarias acuáticas. Una serie de estudios de seguimiento han revelado concentraciones críticas de COP en agua dulce, en peces marinos y en mamíferos marinos y, como consecuencia, en la leche humana y tejidos humanos de las personas que dependen de estas fuentes de alimento. Debido a diversos mecanismos de transporte de largo alcance, la acumulación de los COP es particularmente pronunciada en las regiones frías del mundo (por

ejemplo, en el Ártico). Incluso COP heredados, como el DDT o los PCB que han sido prohibidos o están restringidas en su uso, siguen siendo de gran preocupación porque continúan siendo liberados de varios depósitos antiguos, incluidos los sitios de desechos y sedimentos contaminados.

Para los COP emergentes, como, por ejemplo, los PBDE en los últimos 30 años, ha habido un aumento exponencial por un factor aproximadamente de 100 en la concentración en los tejidos humanos con un tiempo de duplicación de alrededor de 5 años, que se pueden observar en diferentes partes del mundo (Europa, Japón, América del Norte). Esto es, por supuesto, el resultado de diferentes rutas de exposición, incluidas las principalmente terrestres. Sin embargo, también se pueden ver tendencias muy similares en los mamíferos marinos en América del Norte y el norte de Europa.

Como es evidente la presencia global todavía omnipresente de muchos COP heredados en el medio ambiente, las estrategias de control global dirigida sólo a la reducción de la producción y uso de COP no conducen necesariamente a una reducción inmediata de las emisiones debido a la presencia de varias fuentes antiguas. Para identificar y diseñar estrategias de mitigación óptimas, un mayor desarrollo de inventarios de emisiones, como se intenta con los PCB y de los modelos más refinados para la evaluación y predicción de (a) el transporte, la distribución y el comportamiento (mundial) (b) los efectos sobre los seres humanos y la vida silvestre de los COP heredados y los COP emergentes sigue siendo importante en la agenda de investigación. Por lo tanto deben ser abordados la influencia del cambio climático sobre la distribución y los efectos de los contaminantes orgánicos persistentes en el medio ambiente. Desde el punto de vista de la política ambiental, las acciones más urgentes que debe tomar la comunidad internacional para eliminar los contaminantes orgánicos persistentes que están todavía en uso, para mejorar los controles de origen siempre que sea posible, y para asegurarse de que no aparecen en el mercado nuevos productos químicos con características de COP.

AGRICULTURA Y CALIDAD DEL AGUA

Varios millones de toneladas de productos químicos se consumen anualmente para la producción agrícola para mantener y aumentar el rendimiento de los cultivos, se controlan hongos, malezas, insectos y otras plagas (vea el recuadro Global consumo de plaguicidas;). Los pesticidas y agroquímicos relacionados están disponibles en el mercado como decenas de miles de diferentes productos comerciales que contienen aproximadamente cientos de diferentes ingredientes químicos activos. Debido a la toxicidad de estas sustancias químicas para la biota y los seres humanos y su liberación intencional en el medio ambiente, se regula el uso de productos

agroquímicos nuevos y establecidos: los procedimientos de registro y evaluación de los riesgos específicos de cada país tienen por finalidad proteger no sólo los recursos de suelo y agua / ecosistemas sino también los agricultores y los consumidores.

La contaminación de los recursos hídricos en las cuencas hidrográficas de las tierras agrícolas y la exposición continua de los seres humanos y la biota a los productos químicos biológicamente activos son de gran preocupación. Las

Consumo global de plaguicidas

Se producen anualmente de tres a siete millones de toneladas de plaguicidas. Las estimaciones del uso de plaguicidas varían aproximadamente entre 0,2 y 2 kg de sustancia activa por hectárea (ha) de tierra cultivable en los países desarrollados. Estas estimaciones son imprecisas por naturaleza. La cantidad

concentraciones máximas de pesticidas y sus productos de transformación, tales como las triazinas o cloroacetanilidas detectadas con frecuencia en los ríos de los Estados Unidos, pueden superar los niveles ecotóxicos para organismos no objetivos en los suelos y sistemas acuáticos y puede comprometer el uso de aguas superficiales y subterráneas para abastecimiento de agua potable. La cuantificación de la taza de plaguicidas utilizados que alcanzan la superficie y las aguas subterráneas y el diseño de medidas de mitigación efectivas van más allá de una base caso por caso, es un desafío a causa de la considerable variabilidad espacial y temporal de las pérdidas de plaguicidas. Típicas fuentes puntuales agrícolas incluyen el escurrimiento de plaguicidas de las superficies duras, sobre todo de corrales o instalaciones de almacenamiento durante la manipulación de productos agroquímicos o derrames accidentales. Dependiendo de las conexiones a los sistemas de alcantarillado, los pesticidas pueden ya sea infiltrarse cerca del suelo o entrar en los sistemas acuáticos a través de plantas de tratamiento de aguas residuales. Las fuentes puntuales pueden causar picos de alta concentración en la salida de una cuenca hidrográfica, pero no necesariamente constituyen una parte importante de la masa de entrada. En cambio, las pérdidas difusas, incluyendo escorrentía, drenaje / lixiviación en el subsuelo o pulverización, son de mayor preocupación, y han sido evaluadas una amplia variedad de medidas de mitigación para minimizar su impacto sobre los recursos hídricos. La pérdida de plaguicidas de la escorrentía se determina en gran parte por las propiedades de los suelos hidráulicos (permeabilidad, patrones de flujo de agua), la topografía y las condiciones meteorológicas, mientras que las propiedades específicas del compuesto son menos relevantes (por ejemplo, el comportamiento de absorción de la matriz sólida). La aplicación restringida de plaguicidas en dichos puntos calientes con tendencia a una mayor escorrentía sería una medida de mitigación más efectiva que la sustitución de los productos plaguicidas y / o tiempo de aplicación alternativa.

La contaminación del agua también es elevada en los sistemas de drenaje y alcantarillado de las aplicaciones en áreas no agrícolas / urbanas de pesticidas a través del aumento de la escorrentía de las aguas de lluvia que contienen plaguicidas sobre superficies selladas, como techos y carreteras. Desde la perspectiva de los impactos ambientales globales de la agricultura extensiva, una reducción de la contaminación del suelo y el agua por las emisiones de pesticidas se considera un elemento clave en las prácticas de gestión agrícola para reducir al mínimo los cambios ecológicos y para mantener la biodiversidad. Por último, la intoxicación aguda por exposición a plaguicidas directa es un riesgo considerable para los agricultores. Aunque el impacto de esta vía de exposición se debate en América del Norte y Europa, la exposición accidental y el uso deliberado de agroquímicos parecen más frecuentes en los países en desarrollo, lo que resulta en una intoxicación estimada de 3 millones de personas con un máximo de 20.000 muertes no intencionales por año.

Aparte de las distintas condiciones climáticas / ecológicas y el crecimiento de cultivos, las prácticas agrícolas en la mayoría de los países en desarrollo son impulsadas por la necesidad de lograr o mantener la seguridad alimentaria de una población en aumento y las implicaciones económicas / políticas de este objetivo general. Junto con las tendencias hacia la urbanización y la industrialización, estos desarrollos agrícolas están causando problemas en la calidad del agua. El uso de plaguicidas por hectárea de tierras de cultivo (ver la barra lateral Consumo Global de Plaguicidas) aumentó en los últimos años, aunque, como se ha documentado para China, las contribuciones al rendimiento de los cultivos fueron marginales. En los países en desarrollo, los

Consumo global de plaguicidas

Se producen anualmente de tres a siete millones de toneladas de plaguicidas. Las estimaciones del uso de plaguicidas varían aproximadamente entre 0,2 y 2 kg de sustancia activa por hectárea (ha) de tierra cultivable en los países desarrollados. Estas estimaciones son imprecisas por naturaleza. La cantidad

recursos y capacidades para el monitoreo de la concentración de pesticidas en los sistemas acuáticos y la evaluación del riesgo para el ser humano y el medio ambiente son a menudo limitadas, y las actitudes hacia la aplicación de regulaciones son escasas. Programas de Monitoreo y distribución de plaguicidas muestra que el espectro de ingredientes activos todavía puede diferir de los utilizados en los países desarrollados. Sobre todo, los pesticidas organoclorados persistentes [DDT, hexaclorociclohexanos (HCH)] que se aplican ampliamente para la agricultura y con el propósito de saneamiento porque todavía son relativamente baratos y eficaces.

FUENTES DE CONTAMINACIÓN GEOGÉNICAS: EL PROBLEMA CON ARSÉNICO EN EL AGUA SUBTERRÁNEA

La composición geológica de los acuíferos en algunas zonas del mundo es la principal causa de la lixiviación de elementos tóxicos en el agua potable. Los principales elementos de preocupación son el arsénico, flúor, selenio, y algunos otros, como el cromo y uranio. Entre todos estos contaminantes geogénicos, el arsénico hasta el momento ha causado los mayores efectos negativos para la salud, así como la preocupación global. Por esta razón, el arsénico puede ser discutido con un ejemplo ilustrativo. Solo en Bangladesh, el agua subterránea contaminada con arsénico afecta entre 35 y 75 millones de personas. Cerca de 6 millones de personas están en riesgo en el Occidente de Bengal en la India y otras regiones de gran preocupación que incluyen los deltas de los ríos altamente poblados de Camboya y Vietnam. En estas regiones, la intoxicación por arsénico desarrollada en la última década surge como resultado de los esfuerzos para proporcionar agua potable segura. Hasta la década de 1970, la mayoría de las personas en estas zonas rurales dependían de agua potable no tratada de ríos y lagunas, que son a menudo una fuente de enfermedades infecciosas. La alta mortalidad de hasta 250.000 niños por año en Bangladesh solo provocó que se implementaran programas a gran escala para instalar pozos de agua subterránea para abastecer de agua potable. Más del 95% de la población utiliza ahora el agua subterránea de aproximadamente 10 millones de pozos tubulares. Alrededor del 60% de estos pozos a lo largo del sistema del río Ganges-Brahmaputra en Bangladesh se ven afectados por los niveles de arsénico superiores al límite establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS). La contaminación con arsénico es también motivo de preocupación en otras partes del mundo, como Estados Unidos y el Este de Europa (presentado por H. Rowland, E. Omoregie, R. Milot, C. Jiménez, J. Mertens y M. Berg).

Los factores responsables de la contaminación por arsénico son las altas tasas de meteorización de rocas generadoras ricas en arsénico en las cordilleras, depósitos ricos en materia orgánica en las llanuras de inundación de los ríos, terrenos plano y húmedos, con largos tiempos de residencia del agua en el acuífero, lo que lleva a condiciones anóxicas en las que el arsénico adsorbido se libera en el agua. Una segunda vía de la movilización del arsénico se está produciendo en las zonas áridas, como en los EE.UU. Oeste Medio, al este de Australia, y el centro de Asia, el arsénico se moviliza en el agua subterránea rica en oxígeno en condiciones de pH alto. Debido a que se conocen bien los factores químicos que rigen la movilización de arsénico, el riesgo de contaminación por arsénico en el agua subterránea se ha modelado a escala global (Figura 2; ver sección en color).

El envenenamiento crónico por arsénico lleva a una acumulación del elemento en la piel, el cabello y las uñas; como resultado de esta acumulación aparecen una serie de síntomas como fuerte

pigmentación de las manos y los pies (queratosis), presión arterial alta, y disfunciones neurológicas. Otro problema de salud es el efecto carcinogénico del arsénico [es decir, un aumento del riesgo de cánceres de la piel, los pulmones y otros órganos internos], que ha sido conocido durante mucho tiempo. El riesgo estimado de cáncer inducido por el arsénico podría ser tan alto que 1 de cada 100 personas, que consumen agua potable en el antiguo nivel de contaminación máximo de 50 μg As / L podrían padecerlo. En 1993, la OMS redujo el estándar para el agua potable a 10 μg As / L, que se traduce en un menor margen de seguridad frente a los contaminantes orgánicos típicos con propiedades cancerígenas. Por lo tanto, el arsénico ilustra el dilema entre las preocupaciones de salud pública y la viabilidad económica. Altos márgenes de seguridad darían lugar a necesidades generalizadas para el tratamiento de agua potable muy costoso.

Para los países industrializados, están disponibles una amplia gama de tecnologías para la adsorción de arsénico para lograr o mejorar el límite planteado por la OMS. En las áreas críticas, el cambio a agua embotellada puede ser más económico que el tratamiento a gran escala de todo el suministro de agua. Para las áreas rurales de los países en desarrollo, sin embargo, necesitan ser implementadas tecnologías de tratamiento a nivel de hogares, simples pero eficaces. Fuentes de agua potable alternativos, como los acuíferos profundos o la recogida de aguas pluviales, ofrecen otra posible solución. Aunque el arsénico en el agua potable sigue siendo un reto tecnológico para el abastecimiento de agua, hay pruebas recientes de que el enriquecimiento de arsénico en la cadena alimentaria no es una preocupación primordial. Por otra parte, los mecanismos que producen los problemas de arsénico en las aguas subterráneas de trabajo como un sistema de purificación en la superficie del suelo: Las inundaciones estacionales durante la temporada del monzón conduce a la reducción de las condiciones en la matriz del suelo, lo que favorece la movilización de arsénico y enrojecimiento de este elemento tóxico en los sistemas fluviales y el mar.

CONTAMINACIÓN DE LA SUPERFICIE DEL AGUA A CAUSA DE OPERACIONES MINERAS

Las actividades mineras en todo el mundo movilizan más de 50×109 toneladas métricas de material geológico por año, que es similar al flujo de partículas transportadas por los ríos de los continentes al mar. La mayoría de las operaciones mineras provocan problemas ambientales y sociales que son fruto de grandes depósitos de residuos, que están expuestos a la oxidación por aire y a la intemperie por precipitación, y la posterior contaminación de los recursos hídricos. La minería del carbón, lignito, materiales de construcción, y el hierro implica los mayores movimientos de masas con un rendimiento significativo de los productos finales (Tabla 2). La extracción de metales raros, como el cobre, el níquel o el oro, sin embargo, produce hasta 1.000 toneladas de materiales de desecho por kilogramo de metal puro. Estos flujos de residuos masivos van acompañadas de reacciones de meteorización geoquímica, problemáticas y cargas contaminantes específicos, que se introducen como productos químicos minerales. Minerales, tales como carbón, hierro y cobre, por lo general contienen grandes fracciones de material de sulfuro; este material se oxida en contacto con el aire y el agua y libera ácido sulfúrico en forma de "drenaje ácido de las minas".

Debido a que las concentraciones de azufre pueden alcanzar proporciones altas (1-20% en peso de pirita en el caso del carbón), una estimación conservadora de todo el mundo asume que cerca de

20.000 kilómetros de ríos y 70.000 hectáreas de lago y zona del embalse están seriamente dañadas por los efluentes ácidos de las minas.