QUÍMICA SANITARIAMICROBIOLOGÍA Y POTABILIZACIÓN

Período: septiembre 2012 – marzo 2013

¿Qué es la microbiología? La microbiología es el campo científico que se ocupa del estudio de los organismos microscópicos, comúnmente conocidos como microorganismos.

¿Qué son los microorganismos? Todas las criaturas vivientes están formadas por células. Las células son unas muy pequeñas unidades básicas de la vida. Son las estructuras mas pequeñas capaces de realizar los procesos básicos de la vida, tales como absorción de nutrientes y expulsión de desechos. Las células solo se pueden observar al microscopio.Los microorganismos son organismos normalmente formados por una sola célula.Debido a esto, a veces se les denomina “organismos unicelulares”.Son tan pequeños que los humanos no los podemos visualizar. Solo los podemos ver a través de un microscopio, mediante el cual las células son agrandadas enormemente.

Al principio, los microorganismos no eran vistos como un tipo diferente de organismo. Los microorganismos que realizaban fotosíntesis (ver ciclo del carbono) eran incluidos en el reino vegetal, y los microorganismos que ingerían alimentos eran situados en el reino animal. Sin embargo, en el siglo XIX, los científicos identificaron una amplia variedad de microorganismos con diversas estructuras celulares, estructuras internas muy específicas, y patrones de reproducción muy específicos que les hicieron darse cuenta de que estos organismos no pertenecían a los reinos vegetal ni animal.

¿Cómo se forma una molécula de agua?Una molécula de agua consiste en tres átomos diferentes; un átomo de hidrógeno y dos átomos de oxígeno, que son enlazados juntos como pequeños imanes. Los átomos consisten en la materia, que tienen un núcleo en el centro.La diferencia entre los átomos es expresada por números atómicos. El número atómico de un átomo depende del número de protones en el núcleo del átomo. Los protones son partículas pequeñas cargadas positivamente. El hidrógeno tiene un protón en el núcleo y el oxígeno tiene ocho. Hay también partículas sin carga en el núcleo, llamados neutrones.

Al lado de los protones y de los neutrones, los átomos también consisten en electrones cargados negativamente, los cuales pueden ser encontrados en una nube de electrones rodeando al núcleo. El número de electrones en un átomo es igual al número de protones en el núcleo. La atracción entre los protones y los electrones es lo que mantiene al átomo junto.

¿Cuánto pesa una molécula de agua?El peso de una molécula es determinado por las masas atómicas de los átomos que la constituyen. La masa atómica de un átomo es determinada por la suma del número de protones y de neutrones en el núcleo, porque los electrones apenas pesan cualquier cosa. Cuando las masas atómicas de los átomos por separado se saben, uno simplemente tiene que sumarlas, hallando la masa atómica total de la molécula, expresada en gramos por mol. Un mol es una expresión del peso molecular de una molécula, derivado del peso de una molécula de hidrógeno, que es 1 mol.

El hidrógeno tiene una masa atómica relativa de 1 g/mol y el oxígeno tiene una masa atómica relativa de 16 g/mol. El agua consiste en un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Esto significa que la masa de una molécula de agua es 1g + 1g + 16g = 18 g/mol.Cuando el número de moles del agua se sabe, uno puede calcular cuántos gramos de peso tiene éste, usando el peso molar del agua.

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El peso molar de los átomos por separado se encuentra en la tabla periódica de Mendelejef.

¿En qué estados (fases) puede el agua ser encontrada?El agua existe en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. A una temperatura normal cerca de 25ºC es líquido, pero por debajo de 0ºC se congelará y se volverá hielo. El agua se puede encontrar en estado gaseoso sobre 100ºC, éste es el llamado punto de ebullición del agua, en el cual esta comienza a evaporarse. El agua da lugar al gas y este es inodoro e incoloro.Cómo de rápido el agua se evapora depende de la temperatura; si la temperatura es alta el agua se evaporará más pronto.

¿Qué sucede si el agua cambia de fase?Los cambios de líquido a sólido o a gas se llaman cambios de fases. Cuando una sustancia tal como el agua cambia de fase, su aspecto físico cambia, pero no sus propiedades químicas. Esto es porque la estructura química sigue siendo igual, pero las moléculas que la constituyen flotarán un poco más separadas. En el estado sólido las moléculas de agua están bastante juntas, pero en el estado líquido están separadas un poco más. El agua llega a ser líquida como resultado de la dispersión de las moléculas. Cuando el agua cambia de líquido gas las moléculas se dispersan aún más, esa es la razón por la que no podemos detectarla.

¿Por qué el hielo flota en el agua?Cuando las sustancias se congelan, las moléculas que la forman generalmente se acercan más. El agua tiene una anormalidad aquí: se congela por debajo de 0ºC, pero cuando las temperaturas caen a 4ºC, el agua comienza a ampliarse y consecuentemente la densidad es más alta. La densidad de una sustancia significa el peso en kilogramos por metro cúbico de dicha sustancia. Cuando dos sustancias se mezclan pero no se disuelven una en la otra, la sustancia con la densidad más pequeña flota en la otra sustancia. En este caso la sustancia es hielo, debido a la densidad creciente del agua.

¿Por qué no son todas las sustancias solubles en agua?La polaridad determina si una sustancia es soluble en agua. Una sustancia polar es una substancia que tiene dos clases de polos, como un imán. Cuando otra sustancia es también polar los dos polos de las sustancias se atraen y consecuentemente las sustancias se mezclan. Una sustancia que se disuelve en agua.Las sustancias que no contienen ningún polo se llaman substancias no polares. El aceite por ejemplo es una sustancia no polar, por eso el aceite no se disuelve en agua. De hecho flota en el agua, como el hielo, debido a su densidad más pequeña.

¿Qué tipos de microorganismos existen? Los microorganismos se clasifican según sus características celulares, de la misma forma que los vegetales y los animales. Existen dos tipos de (micro)organismos. El primer tipo es el organismo eucarionte (protista). La mayoría de los organismos son eucariontes, lo que básicamente significa que las células por las que están formados contienen núcleo y otras partes internas rodeados por membrana. El segundo tipo de microorganismos es el microorganismo procarionte (monera). Las células procariotas están rodeadas de una membrana, pero no contienen núcleo ni otras partes internas (orgánulos), al contrario que las células eucariotas.

Monera y protistas Los monera son las bacterias y cianobacterias. Son organismos procariontes unicelulares, como mencionamos anteriormente. Las bacterias son muy importantes para otros organismos,

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porque descomponen la materia orgánica. Durante este proceso se forman nutrientes, que son reustilizados por los vegetales y animales. Algunas de las bacterias que viven en el suelo pueden causar enfermedades, pero la mayoría de ellos son bastante útiles ya que ayudan a los animales a descomponer los alimentos en su cuerpo. Las bacterias difieren de otros tipos celulares en el hecho de que no tienen núcleo. En los vegetales y animales es allí donde se encuentra el ADN (información genética). En las bacterias el material genético flota dentro de la célula. Se reproducen copiando primero su ADN y luego realizando la división celular.Las bacterias tampoco tienen orgánulos rodeados de membrana, tales como las mitocondrias, las estructuras celulares implicadas en el metabolismo energético.

Las células bacterianas son tan pequeñas que los científicos las miden en unidades llamadas micrómetros (µm), una millonésima de metro. Una bacteria promedio mide alrededor de un micrómetro.

Las bacterias tienen diferentes tipos de apariencia, tales como bacterias esféricas (cocos) y filamentosas (bacilos).

Los protistas son microorganismos eucariontes unicelulares, como hemos mencionado anteriormente. Algunos ejemplos son las amebas, las diatomeas, las algas y los protozoos. Éstos pueden ser un peligro para la salud humana y animal, ya que ciertos protistas pueden ocasionar enfermedades, tales como la malaria o la enfermedad del sueño. Hay una gran variedad de protistas, y habitan diferentes ambientes; agua dulce, agua salada, suelos, y el tracto intestinal de los animales, donde llevan a cabo procesos digestivos decisivos.

Muchas especies de protistas son capaces de producir sus propios nutrientes mediante el proceso de la fotosíntesis y muchos protistas también pueden moverse por sí mismos. Los protistas varían enormemente en forma y tamaño; el alga verde Nanochlorum mide solamente 0.001 mm de largo, pero las laminarias pueden crecer hasta los 65 m de largo o más.

¿Qué microorganismos provocan enfermedades? A veces se pueden encontrar en el agua potable microorganismos causantes de enfermedades. Sin embargo, como hoy en día el agua potable es meticulosamente desinfectada, las enfermedades provocadas por microorganismos son raramente causadas por beber agua.Las personas que nadan en las piscinas encontrarán que el agua en el que nadan está desinfectada con cloro, ozono, UV o dióxido de cloro. Pero hay personas que nadan en el exterior en aguas superficiales todos los años. Estas son las personas más susceptibles de contraer infecciones bacterianas e infecciones causadas por otros microorganismos, porque los microorganismos a menudo acaban en las aguas superficiales a través de vertidos industriales y excrementos animales. Los nadadores de espacios exteriores deben ser cuidadosos y leer los carteles situados en las orillas, porque el agua en la que pretenden nadar puede estar infectada, por ejemplo con el botulismo.

Hay varias bacterias y protozoos que pueden provocar enfermedades cuando están presentes en aguas superficiales.

Las bacterias no solo pueden provocar enfermedades cuando entran en el cuerpo humano a través de los alimentos, las aguas superficiales también pueden ser una fuente importante de infecciones bacterianas. El la siguiente tabla puede ver varias bacterias que se pueden encontrar en aguas superficiales, y las enfermedades que causan cuando son ingeridas en grandes cantidades, junto con los síntomas.

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Bacteria Enfermedad/infección Síntomas

Aeromonas Enteritis Diarrea muy líquida, con sangre y moco

Campylobacter jejuni  CampilobacteriosisGripe, diarreas, dolor de cabeza y estómago, fiebre, calambres y náuseas

Escherichia coli Infecciones del tracto urinario, meningitis neonatal, enfermedades intestinales

Diarrea acuosa, dolores de cabeza, fiebre, uremia homilética, daños hepáticos 

Plesiomonas shigelloides Plesiomonas-infecciónNáuseas, dolores de estómago y diarrea acuosa, a veces fiebre, dolores de cabeza y vómitos

Salmonella typhi Fiebre tifoidea Fiebre

Salmonella sp. Salmonelosis Mareos, calambres intestinales, vómitos, diarrea y a veces fiebre leve

Streptococcus Enfermedad (gastro) intestinal Dolores de estómago, diarrea y fiebre, a veces vómitos

Vibrio El Tor (agua dulce) Cólera (forma leve) Fuerte diarrea

Los protozoos se pueden acumular en ciertas partes del cuerpo, después de haber penetrado en el cuerpo humano. Las acumulaciones se llaman cistos. Debido a su naturaleza parasitaria, los protozoos pueden provocar diferentes enfermedades.

En esta tabla puede ver diversos protozoos que se pueden encontrar en aguas superficiales, y las enfermedades que causan cuando son ingeridos en grandes cantidades, junto con los síntomas.

Microorganismo Enfermedad Síntomas

Amoeba Disenteria ameboide

Fuerte diarrea, dolor de cabeza, dolor abdominal, escalofríos, fiebre; si no se trata puede causar abscesos en el hígado, perforación intestinal y muerte

Cryptosporidium parvum Criptosporidiosis Sensación de mareo, diarrea acuosa, vómitos, falta de apetito

Giardia Giardiasis Diarrea, calambres abdominales, flatulencia, eruptos, fatiga

Toxoplasm gondii Toxoplasmosis

Gripe, inflamación de las glándulas linfáticasEn mujeres embarazadas aborto e infecciones cerebrales

¿Cómo eliminamos del agua los microorganismos dañinos? Para eliminar del agua los microorganismos dañinos solemos usar desinfectantes. Algunos ejemplos de desinfectantes son cloro, UV, ozono (O3) y dióxido de cloro (ClO2). Existen unas cuantas ventajas y desventajas diferentes entre las diversas técnicas de desinfección, como se muestra en nuestra página de desinfección. Los compuestos químicos que son dañinos para cierto tipo de microorganismos se utilizan a menudo para eliminarlos. Estos compuestos químicos son conocidos como biocidas, porque son mortales para los microorganismos.

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¿Cómo se pueden utilizar los microorganismos durante el tratamiento del agua? Los microorganismos se pueden utilizar para descomponer contaminantes en aguas residuales. Este tipo de tratamiento de agua se denomina tratamiento biológico del agua. Durante el tratamiento biológico del agua los microorganismos descomponen la materia orgánica del agua, nitratos y fosfatos. Esta es una breve explicación de como funcionan esos procesos de tratamiento biológico del agua.

Eliminación de materia orgánica La purificación biológica del agua se lleva a cabo para disminuir la carga de compuestos orgánicos disueltos. Los microorganismos, principalmente las bacterias, realizan la descomposición de estos compuestos. Hay dos categorías principales de tratamiento biológico: tratamiento aeróbico y tratamiento anaeróbico. El tratamiento aeróbico del agua significa la descomposición de materia orgánica que necesita oxígeno durante su proceso de descomposición. El tratamiento anaeróbico del agua significa descomposición de materia orgánica por medio de microorganismos que no utilizan oxígeno.

En los sistemas aeróbicos el agua es aireada con aire comprimido (en algunos casos con solamente oxígeno), mientras que los sistemas anaeróbicos funcionan bajo condiciones libres de oxígeno.

¿Qué factores determinan calidad del agua?La calidad del agua está determinada por la presencia y la cantidad de contaminantes, factores físico-químicos tales como pH y conductividad, cantidad de sales y de la presencia de fertilizantes. Los seres humanos tienen una gran influencia en todos estos factores, pues ellos depositan residuos en el agua y añaden toda clase de sustancias y de contaminantes que no están presentes de forma natural.

¿Cómo se determina la calidad del agua?Para determinar la calidad del agua se toman muestras; toman cantidades pequeñas de agua en un medio que a posteriori se puede analizar en un laboratorio. Los laboratorios analizan estas muestras según varios factores, y ven si está dentro de los estándares de la calidad para el agua.

Uno de estos factores es el número de colonias de bacterias coliformes; éstas son un indicador para la calidad del agua para beber o nadar. Otro factor es la concentración de ciertos contaminantes y de otras sustancias, tales como agentes de la eutrofización.

Ing Susana Guzmán R.PROFESORA

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