METANOGENESIS Es uno de los más importantes procesos de biodegradación sobre la tierra. Naturalmente producida en estómago de rumiantes En áreas pantanosas En rellenos sanitarios Es interesante desde el punto de vista económico y ambiental Es un proceso anaerobio Las condiciones anóxicas en hábitat microbianos son predominantemente causadas por el rápido consumo de oxígeno por microorganismos aeróbicos y anaeróbicos facultativos en la superficie del hábitat. Metanogénesis se produce en una variedad de ambientes •Se produce metanogénesis en: •medios psicrófilos •medios mesófilos • medios termóficos • aguas frescas •aguas de mar •ecosistemas hipersalinos Vías de oxidación anaeróbicas de los compuestos mas reducidos de carbón con aceptores de electrones distintos al oxigeno. REACCIONES INVOLUCRADAS •Todas ellas cubren rangos de potenciales redox desde –300 + 400 mv. • Reducción de CO2 a acetato •Reducción de co2 a metano • Reducción de sulfatos y compuestos oxidados de S a sulfuros •Reducción microbiana de Fe(III) •Reducción de fumarato a succinato •Reducción de NO3-/NO2-  NH4+ REACCIONES MICROBIANAS IMPORTANTES EN ECOSITEMAS METANOGÉNICOS •REACCIONES FERMENTATIVAS: G :KJ/Reacción •C6H12O6 + 3 H2O  3CH4 + 3HCO3- + 3H+ -403 •C6H12O6 + 2 H2O  2 etanol+ 2HCO3- + 2H+ -225 •C6H12O6  2 lactato + 2H+ -198 •C6H12O6 + 2 H2O  butirato + 2HCO3- + 3H+ +H2 - 254 •C6H12O6  3 acetato + 3H+ -310 3 lactato  2 propionato + acetato + HCO3- + H + - 164 REACCIONES ACETOGENICAS SINTROFICAS: G •Lactato +2 H2O  acetato + 2H2 + HCO3- + H+ -4 •Etanol + 2 HCO3-  acetato + 2 formato + H2O+ H+ -7 •Etanol + H2O  acetato + 2H2 + H+ +9.6 •Butirato + 2 H2O  acetato + 2H2 + H+ +48 •Benzoato + 7 H2O  acetato + 3H2 + HCO3- + 2 H+ +53 •Propionato + 3H2O  acetato + 3H2 + HCO3- +H+ + 76 REACCIONES METANOGENCAS G Acetato + H2O  metano + HCO3- - 31 H2 + HCO3-  metano + 3 H2O - 135 4 formiato + H+ + H2O  metano +3 HCO3- -130 BACTERIAS METANOGENICAS •Mas de 30 especies de bacterias metanogénicas aisladas. •Se controla el pH por remoción de ácido acético y por la producción de CO2/HCO3-.

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CONCEPTOS

LEY DE DARCY- PRINCIPIO DE LA CONTINUIDAD

ADVECCIÓN: el movimiento del contaminante está condicionado por el movimiento del agua, que responde a la ley de Darcy y al principio de continuidad. Suele ser el proceso más rápido para el transporte de los contaminantes. LNAPL Y DNAPL Una vez en el suelo, el contaminante entra en el medio subterráneo e interacciona, sufriendo procesos de volatilización, degradación, absorción, precipitación, advección y / o dispersión que regirán el transporte y la reacción. Las características fisicoquímicas de cada compuesto, así como la interacción con otros elementos de la mezcla o del entorno determinarán su destino. El contaminante quedará repartido entre las diferentes fases del medio: sólida (fracción mineral, fracción orgánica, fracción biológica), acuosa o gaseosa. Si la concentración de contaminante es muy elevada, el medio no puede asumir todo el contaminante y se forma una nueva fase-puede ser un precipitado (el propio contaminante en fase sólida) o una fase líquida no acuosa (contaminación muy característica de los hidrocarburos). Para las fases líquidas no acuosas distinguimos las que son menos densas que el agua y que solemos llamar LNAPL (del inglés Light Non Aquose Phase Liquid), y las más densas o DNAPL (del inglés Dense Non Aquose Phase Liquid) . El exceso de contaminante puede infiltrarse por el suelo, llegando a las aguas subterráneas y contaminándolas. Ese mismo impacto lo podemos observar si se infiltra la fase líquida contaminada y / o si el foco de contaminación actúa directamente sobre las aguas. COMETABOLISMO El cometabolismo es el proceso a través del cual algunos componentes orgánicos, que los microorganimos no pueden degradar si se hallan como única fuente de carbono, son transformados en presencia de otro sustrato (co – sustrato) natural adicional, por ejemplo azúcares. En hábitats naturales puede suceder la co – utilización simultánea por bacterias aerobias heterótrofas, de muchos sustratos diversos (Bordons y Constantin, 1999; La Grega y col., 2001). El solvente tricloroetano(TCE), compuesto carcinogénico y resistente a la biodegradación, puede ser degradado cometabólicamente por bacterias metanogénicas que crecen en metano (CH4) como única fuente de carbono (Alexander, 1999). El tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos requiere una concentración mínima de microorganismos hidrocarbonoclastas de 10*3 a 10*4 UFC/g suelo y de microorganismos heterótrofos totales de 10 *5 a 10*6 UFC/g de suelo. XENOBIOTICO Compuesto externo a un organismo vivo que interacciona con él, generalmente a través de alteraciones metabólicas. La palabra xenobiótico deriva del griego xeno (extraño) y el sufijo bio(vida). Se aplica a los compuestos cuya estructura química en la naturaleza es poco frecuente o inexistente debido a que son compuestos sintetizados por el hombre en el laboratorio. La mayoría han aparecido en el medio ambiente durante los últimos 100 años. Los procesos más importantes por los que se degradan los compuestos xenobióticos son la fotodegradación por radiaciones solares, los procesos de oxidación y reducción química y la biodegradación por los microorganismos. Pero debido a su estructura inusual, algunos xenobióticos persisten mucho tiempo en la biosfera sin alterarse y por eso se dice que son recalcitrantes a la biodegradación, llegando a ser contaminantes. La razón fundamental de que muchos compuestos sintéticos no sean fácilmente biodegradables radica en la gran estabilidad de su estructura química. Muchos compuestos sintéticos tienen estructuras químicas distintas a las de compuestos naturales, pero incluso los que tienen estructuras similares a las naturales suelen contener modificaciones que los hacen muy estables. Esto hace que las capacidades degradativas de los seres vivos actúen más lentamente. Estos compuestos sintéticos tienen un gran interés desde el punto de vista de la microbiología, porque gracias a su existencia se ha producido la desviación de rutas metabólicas capaces de atacarlos y degradarlos, y de servir como compuestos de carbono para el sustento de muchos microorganismos.

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PRINCIPALES AGENTES CONTAMINANTES Se pueden establecer los siguientes grupos: contaminantes químicos, contaminantes biológicos y contaminantes radioactivos. Los contaminantes químicos son muy variados y se pueden clasificar en iones normales, iones nitrogenados, materia orgánica, metales pesados y compuestos tóxicos. El grupo genérico de iones normales comprende los iones cloruro, sulfato, bicarbonato, sodio, calcio, magnesio y los parámetros derivados: residuo seco y dureza. El principal efecto de la dureza en las aguas de uso domestico es el incremento en el gasto de jabón, detergentes o productos de ablandamiento de las aguas para evitar incrustaciones, aparte de las dificultades en la cocción de verduras y otros alimentos. En cuento a los iones nitrogenados, sobre todo se trata de los nitratos derivados de la utilización de fertilizantes. Los principales inconvenientes que pueda causar la materia orgánica en aguas destinadas al consumo humano son los de color, olor y sabor, la posibilidad de existencia de microorganismos patogénicos que se nutren de ella y la presencia de ciertas sustancias orgánicas no biodegradables que permanecen en el agua y cuyos efectos sobre la salud humana aun no son suficientemente conocidos. Entre los compuestos tóxicos y trazadores, los plaguicidas organoclorados son los mas peligrosos por su elevada toxicidad, por ser acumulativos y difícilmente degradables. Los organofosforados y carbonatados presentan en general menos peligro aunque los posibles efectos de todos ellos son escasamente conocidos. El cianuro es altamente toxico a elevadas concentraciones. MECANISMOS DE INTRODUCCION Y PROPAGACION DE LA CONTAMINACION EN EL ACUIFERO. Los principales mecanismos de llegada de contaminantes son los de propagación a partir de la superficie, que incluyen, los casos de arrastre de contaminantes desde la superficie del terreno por las aguas de infiltración, y los de infiltración de aguas superficiales contaminadas desde ríos, acequias, etc; los de propagación desde la zona no saturada cuyos ejemplos mas típicos son los derivados de los sistemas de tratamiento de aguas residuales domesticas, ensalzamiento superficial de residuos líquidos de diversa procedencia; propagación originados en la zona saturada, cuyos casos mas típicos son los pozos de inyección y la progresión de intrusión salina por alteración del régimen de flujo. CAUSAS DE CONTAMINACION • Por actividades urbanas • Por actividades agrícolas • Por actividades industriales • Por aguas salinas • Por actividades mineras • Por vertidos de origen urbano • Otros MIGRACION DE CONTAMINANTES Es el conjunto de procesos de transporte, almacenamiento, intercambio y transformación (transferencia), que por causas físicas, químicas y biológicas afectan a los solutos en el suelo y las aguas subterráneas. El flujo esta afectado por los siguientes mecanismos  movimiento convectivo ( desplazamiento medio)  dispersión aparente( difusión molecular y dispersión mecánica)  reacciones geoquímicas (cambio iónico, adsorción…)  procesos bioquímicos, radiológicos (degradación biológica, decrecimiento radioactivo…) Los diferentes solutos de la fase fluida pueden interaccionar o no entre ellos o con la matriz sólida, modificando o no sus propiedades físicas y químicas. Los solutos que no sufren ningún tipo de iteración con la matriz sólida, como procesos de adsorción o de cambio iónico, se llaman normalmente solutos no reactivos o se llaman también conservativos. TRANSPORTE DE SOLUTOS EN EL ACUIFERO Los solutos tienden a separarse de la trayectoria ideal del agua y a moverse con diferente velocidad, esto se denomina dispersión mecánica o hidráulica. En la difusión no se produce movimiento de solutos a través del movimiento del agua. El movimiento es debido solo a la existencia de un gradiente de concentración, no hidráulicos efecto es la tendencia a la igualación de concentración en cualquier parte del sistema. Los procesos combinados de dispersión y difusión, además de la dilución de las sustancias disueltas, provocan la formación de un penacho de contaminación cuya forma, extensión y velocidad de propagación dependen tanto de las características del medio como de la sustancia que se propaga y de las características de foco emisor. Advección El transporte advectivo o flujo masico advectivo se refiere al movimiento pasivo de solutos en el agua. La ecuación unidimensional de este flujo es: Difusión El transporte difusivo es debido al movimiento de iones disueltos y moléculas debido a la existencia de gradientes de concentración y ala agitación térmica de las moléculas. Este proceso puede ser descrito mediante la ley de fick: Dispersión Los diferentes tipos, tamaños y orientación de los poros dan lugar a velocidades que difieren de unos puntos a otros. Además también hay variaciones de velocidad en un mismo poro, en donde la velocidad es más pequeña cerca de la pared del poro. Donde Fh es el transporte dispersivo y Dh es el coeficiente de dispersión mecánica, que esta linealmente relacionado con la velocidad de flujo, según la expresión: Donde v es la velocidad media del agua. Este coeficiente es normalmente llamado dispersividad. TRANSFERENCIA DE MASAS Durante el transporte de las sustancias disueltas, potencialmente contaminantes, a lo largo del flujo subterráneo, estas están sometidas a una serie de procesos que tienden a atenuar sus efectos. Los principales procesos que pueden tener lugar son: Procesos físicos Dispersión. Provoca la dilución de contaminantes, la capacidad de dispersión de un medio depende de su grado de heterogeneidad, velocidad del agua subterránea. Filtración. Elimina virtualmente todos los sólidos en suspensión. No es efectiva frente a la mayoría de las especies químicas inorgánicas. Circulación de gases. Favorece la descomposición de sustancias orgánicas. La eliminación de esta circulación puede provocar condiciones anaerobias. Procesos geoquímicos Formación de complejos y fuerza iónica. Los complejos y pares iónicos se forman en su mayoría por combinación de iones polivalentes. La fuerza iónica es una medida del total d iones disueltos. Neutralización –reaccione acido base. La mayoría de los constituyentes de las aguas subterráneas son mas soluble y, por tanto, mas móviles cuando el Ph es bajo. Oxidación –reducción. Muchos elementos pueden presentar varios estados de oxidación estando su movilidad estrechamente ligada a dicho estado. Precipitación –disolución. Teóricamente casi cualquier constituye que se encuentre en solución puede precipitar. El calcio, magnesio, bicarbonatos y sulfatos, especialmente, pueden estar sometidos a estos procesos. Adsorción –desorcion. El proceso de intercambio iónico puede provocar la retención de cationes y aniones en la superficie de las arcillas. La cantidad de cationes metálicos adsorbidos aumenta con el Ph. Los elementos adsorbidos pueden volver ala solución (desorcion) cuando un agua con menor concentración de estos elementos entra en contacto con el material adsorbente. Procesos bioquímicos Degradación biológica y asimilación. Muchas sustancias orgánicas pueden ser extraídas del agua por actividad biológica: sulfatos, nitratos, arsénico y mercurio pueden ser fijados biológicamente. El molibdeno es fuertemente asimilado y fijado por las plantas. Síntesis celular. El nitrógeno, carbono, azufre y fósforo, así como otra constituyente traza son necesarios para el crecimiento de los organismos y pueden, por consiguiente, ser retirados en su movimiento desde los emplazamientos de residuo. Procesos en la zona no saturada Las entradas de agua son debidas a las lluvias, al riego, recarga artificial y lixiviados de vertidos. Los procesos que en mayor medida afectan a esta zona son la evapotranspiración que conlleva a la concentración de las sales disueltas y la adsorción radicular selectiva. La volatilización puede afectar al aluminio y aciertas sustancias orgánicas (plaguicidas). Los procesos de adsorción, incluido el cambio iónico, afectan fundamentalmente a cationes. Los procesos de disolución- precipitación dependen básicamente de la solubilidad de los compuestos y de su equilibrio respecto ala saturación. Las reacciones de oxidación en ambiente aerobio, capaz de aportar oxigeno, son especialmente intensas en los compuestos del nitrógeno (nitrificación de amonio y nitrito), y en los sulfuros, que son transformados a sulfatos. La biodegradación que afecta a las sustancias orgánicas tiene lugar en los primeros centímetros del suelo donde tanto la presencia de oxigeno como la actividad biológica es muy elevada. Esta biodegradación provoca una rápida disminución de la carga contaminante orgánica existente en el agua, que se constata por descensos en los valores de los parámetros que la caracterizan, como son la DBO5, DQO y materia orgánica.

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CARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS DE LOS PLAGUICIDAS Y SU TRANSPORTE EN EL AMBIENTE. INTRODUCCION A pesar de lo complejo del problema, los científicos han logrado determinar ciertas características físico-químicas cuantificables para los plaguicidas, como es la solubilidad, presión de vapor, constante de la ley de Henry, el coeficiente de carbono orgánico (Koc) y el coeficiente de partición octanol-agua (Kow). Con esta información pueden predecir el lugar donde pudiera encontrarse un plaguicida en altas concentraciones. 1.- CARACTERISTICAS MEDIO AMBIENTALES Son los lugares en que puede estar presentes el plaguicida como: materiales o sustancias de desecho, agua subterránea o superficial, aire, suelo, subsuelo, sedimento y biota. 2.- MECANISMOS DE TRANSPORTE AMBIENTAL DE LOS PLAGUICIDAS Es la forma en que se mueven los plaguicidas en el medio ambiente, desde la fuente emisora del plaguicida hasta los puntos donde existe exposición para el ser humano o biota. El transporte ambiental involucra los movimientos de gases, líquidos y partículas sólidas dentro de un medio determinado. 2.1 Difusión Es el movimiento de moléculas debido a un gradiente de concentración. Este movimiento es al azar pero atrae como consecuencia el flujo de materiales desde las zonas mas concentradas a las menos concentradas. Lixiviación Es el parámetro más importante de evaluación del movimiento de una sustancia en el suelo. Esta ligado ala dinámica del agua, a la estructura del suelo ya los factores propios del plaguicida. Evaporación La tasa de perdida de un plaguicida por volatilización depende de su presión de vapor, de la temperatura, de su volatilidad intrínseca y de la velocidad de difusión hacia la superficie de evaporación. 3. INFLUENCIA DE LAS CARACTERISTICAS DEL SITIO EN EL TRANSPORTE DE PLAGUICIDAS. Las características físicas y las condiciones climáticas del sitio de estudio contribuyen al transporte de los contaminantes. Por consiguiente, es necesaria la información acerca de la topografía, tipos de suelo y ubicación, tipo de cubierta del suelo, precipitación anual, condiciones de temperatura, entre otros. 4.- FACTORES FISICO- QUIMICOS QUE INFLUYEN EN EL DESTINO DE LOS CONTAMINANTES Y EN EL TRANSPORTE AMBIENTAL 4.1. Volatilización La volatilidad representa la tendencia del plaguicida a pasar a la fase gaseosa. Todas las sustancias orgánicas son volátiles en algún grado dependiendo de su presión de vapor, desde el estado físico en que se encuentren y de la temperatura ambiente. La volatilidad se mide apartir de la constante de Henry. 4.2. Presión de vapor Es una medida de volatilidad de una sustancia química ( plaguicida) en estado puro y es un determinante importante de la velocidad de volatilización al aire desde suelos o cuerpos de agua superficiales contaminados. La presión de vapor se expresa usando una variedad de unidades, incluyendo los pascales (Pa), milímetros de mercurio (mm Hg equivalente a torr), libras por pulgada cuadrada (lb/pulg 2) y atmósferas (atm). Un plaguicida con presión de vapor mayor a 10.6 mm Hg puede fácilmente volatilizarse y tiende a alejarse del lugar donde se aplico. Los plaguicidas con presión de vapor menor a 1.0 * 10-8, tienen bajo potencial para volatilizarse. Los plaguicidas con una presión de vapor mayor a 1.0*10-3, tienen alto potencial para volatilizarse. 4.3. Constante de la ley de Henry Describe la tendencia de un plaguicida a volatilizarse del agua o suelo húmedo. El valor se calcula usando la presión de vapor, solubilidad en agua y peso molecular de un plaguicida. Coeficiente de partición aire- agua (Hc) Hc=p/c, donde: p= presión de vapor del plaguicida (Pa) c= solubilidad en agua (mol.m-3) Un valor alto en la ley de Henry, indica que un plaguicida tiene un potencial elevado para volatilizarse del suelo húmedo; un valor bajo predice un mayor potencial de lixiviación del plaguicida. 4.4 Persistencia Se define como la capacidad de cualquier plaguicida para retener sus características físicas, químicas y funcionales en el medio en el cual es transportado o distribuido, durante un periodo limitado después de su emisión. Si su vida media y su persistencia es mayor ala frecuencia con la que se aplican, los plaguicidas tienden a acumularse tanto en los suelos como en la biota. 4.4.1. Vida media La vida media esta definida como el tiempo (en días, semanas o años) requerido para que la mitad del plaguicida presente después de una aplicación se descomponga en productos de degradación. La descomposición depende de varios factores incluidos la temperatura, el ph del suelo, los microorganismos presentes en el suelo, clima, exposición del plaguicida a la luz, agua y oxigeno Tipos para clasificar ala vida media de un plaguicida: Vida media en el suelo. Es el tiempo requerido para que un plaguicida se degrade en el suelo. La vida media esta determinada por el tipo de organismos presentes en el suelo, el tipo de suelo (arena, arcilla, limo), ph y temperatura, entre otros. Vida media por fotólisis. Es el tiempo requerido para que la mitad de un plaguicida aplicado expuesto a la luz del sol se degrade. Vida media por hidrólisis. Es el tiempo requerido para que la mitad de un plaguicida aplicado se degrade por la acción del agua. 4.5. Solubilidad en Agua La solubilidad en agua de un plaguicida es una medida que determina la máxima concentración de un plaguicida a disolverse en un litro de agua y por lo general tiene un rango de 1 a 100,000 mg/L. Las unidades de concentración son: Mg por litro (mg/L), un microgramo por litro (mug/L). Los plaguicidas muy solubles en agua se absorben con baja afinidad a los suelos y por lo tanto, son fácilmente transportados del lugar de la aplicación por una fuerte lluvia, riego o escurrimiento, hasta los cuerpos de agua superficial y/o subterránea. 4.6 Coeficiente de adsorción de carbono orgánico (Koc). A este valor también se le conoce como coeficiente de adsorción suelo/agua o el coeficiente de adsorción. Es una medida de la tendencia de un compuesto orgánico a ser adsorbido (retenido), por los suelos o sedimentos Kco= KD x 100%oc, donde: %oc es el porcentaje de carbono orgánico en el suelo =% materia orgánica/1.72 El Kco es específico para cada plaguicida y es sumamente independiente de las propiedades del suelo. Los valores de Kco van de 1 a 10, 000,000 Un Kco elevado indica que el plaguicida orgánico se fija con firmeza en la materia orgánica del suelo, por lo que poca cantidad del compuesto se mueve a las aguas superficiales o a los acuíferos. 4.7 Coeficiente de partición octano1/agua (Kow) El coeficiente de partición octanol-agua, Kow, es una medida de cómo una sustancia química puede distribuirse entre dos solventes inmiscibles, agua (es un solvente polar) y octanol ( es un solvente relativamente no polar, que representa a las grasas). El Kow proporciona un valor de la polaridad de un plaguicida, que es frecuentemente utilizado en modelos para determinar como un plaguicida puede distribuirse en tejido de grasa animal. Kow =C octanol/C agua, donde: C= la concentración molar pKow = -log 10 Kow Los plaguicidas con una vida media y un Kow altos pueden acumularse en tejido graso y bioacumularse a lo largo de la cadena alimenticia. 5 .CLASIFICACION DE LA TOXICIDAD DE LOS PLAGUICIDAS. El método mas comúnmente empleado y avalado por la organización mundial de la salud (OMS) para medir la toxicidad es la dosis letal 50, DL50, que se define como la cantidad minima de una sustancia, generalmente expresada en mg/Kg., que es capaz de matar al 50% de una población de animales de prueba. CONCLUSIONES Las propiedades de algunas sustancias químicas, tales como los plaguicidas, implican cierto nivel de riesgo tanto al medio ambiente como ala salud humana. Debido a esto, es necesario contar con un mejor conocimiento de los plaguicidas, con la finalidad de prevenir y minimizar los riesgos asociados a un uso indiscriminado de estos.