4. Parámetros clásicos de la Regulación Ambiental

 

 

De lo anterior se deduce que los materiales de la biosfera circulan permanentemente, átomos cambiando de estados de oxidación, participando de distintas moléculas, etc. Estas interacciones son, obviamente, parte de la vida del planeta y su comprensión resulta crítica para el diagnóstico de su salud; simultáneamente, su comprensión permite a la humanidad utilizar estas propiedades para el diseño de obras benéficas, como descontaminar por ejemplo.

La sociedad, por otra parte, conforme comprende y observa las propiedades dinámicas de la biosfera, busca regular las interacciones para permitir el desarrollo de si misma (es decir, la humanidad actual y las futuras generaciones), buscando aquellos límites que puedan impedir grandes impactos ambientales al tiempo que se sostenga la actividad económica industrial presente y futura (nota: la economía actual cree que debe existir crecimiento económico para que exista bienestar).

En concordancia con las definiciones previas, la regulación debe proteger la salud de las personas, la propiedad y el sustento de las actividades económicas. A tal fin, las sociedades regulan un conjunto de parámetros que expresen la tolerancia de la sociedad a sus valores. Por parámetros se entiende aquellas especies moleculares, físicas, químicas o biológicas cuyos valores han recibido un límite sancionado socialmente. Dado que los límites que caracterizan un parámetro como contaminante son sociales (establecidos por ley, entendiendo la ley como un acuerdo social democrático), es natural que sus valores límites cambien en el tiempo, debido tanto a la acumulación de impactos ambientales como a la aparición de tecnologías novedosas.

Es también importante considerar las razones para legislar. Uno de los primeros elementos de la modernidad fue la equidad: la sociedad debe no sólo declarar la igualdad de todos los seres humanos sino que también velar por tal igualdad.

Probablemente un ejemplo pueda ilustrar las relaciones entre igualdad de derechos y la necesidad de regulación ambiental. Considérese que el desarrollo industrial suele requerir, por ejemplo, agua para sus procesos. También las ciudades requieren agua para su funcionamiento. Sin agua no habría, en realidad, ciudades. Las aguas circulan en el planeta en un ciclo que perdurará mientras exista el Sol y los desniveles asociados a montañas y océanos. Es, precisamente, el ciclo del agua el que produce las aguas sin sales que conocemos como aguas de buena calidad, como resultado de la evaporación de las aguas de los océanos (sólo se evapora el agua; no así las sales). Las aguas se acumulan como nieve o hielo en las altas montañas como resultado de las bajas temperaturas que allí imperan. Los hielos y nieves se funden, formando agua pura en fase líquida, a lo largo del año a resultas de la cambiante temperatura a lo largo del año. Esta agua bajan desde la montaña hasta los océanos y son capturadas por la humanidad para diversas actividades, tanto industriales como urbanas. El uso de las aguas en su camino río abajo tiene como resultado que se le agregan compuestos de diversa naturaleza, reduciendo su calidad puesto que ya no es agua "pura" (en realidad, puede que nunca sea pura, pero como término coloquial resulta adecuado). En este punto la sociedad debe preguntarse si es aceptable que los ciudadanos que se encuentran aguas abajo de otros, reciban aguas menos "puras" como resultado de las actividades de los que están más arriba. Naturalmente, este efecto viola el precepto constitucional tradicional de igualdad de derechos de todos los ciudadanos de una nación. Aún más, si las aguas de una nación alta, bajan hacia otro país, entonces se violan incluso nociones de buenas relaciones internacionales.

Dicho esto, la sociedad podría pensar que la calidad de aguas debe ser definida en forma paramétrica para poder regular los derechos de las personas. Nuevamente, existen tales normas (p.e. NCh409) y se podría reducir la discusión sobre "igualdad de derecho a aguas de calidad" a una discusión más cuantitativa, aún cuando no se resuelve el problema de la equidad.

El ejemplo anterior (calidad de aguas e igualdad de derechos) se puede repetir con prácticamente cualquier parámetro ambiental. Por ejemplo, todos los ciudadanos debieran tener el mismo derecho a aire de similar calidad para su respiración; entonces, habría que definir cuantitativamente la calidad del aire... etcétera, etcétera.

En cuanto a los parámetros ambientales, se podrían compilar como "clásicos" todos aquellos que se usaron desde el inicio de las preocupaciones ambientales, dejando como no clásicos aquellos que requieren de métodos analíticos modernos y de un costo relativamente más elevado. La tabla 5.1.1 presenta la clasificación de parámetros, subdivididos en aquellos de naturaleza física, química y biológica. Si bien la tabla contiene sólo los parámetros clásicos, también se debe legislar otros como, por ejemplo, el nivel de ruido que deben tolerar los ciudadanos.
 

Contaminante	Razón para legislar
Físico:
Sólidos Suspendidos	Impacto sobre la estética y desarrollo de lodos, a veces anaerobios y tóxicos
Químicos:
Orgánicos Bio-degradables	Su descarga puede llevar al consumo violento del oxígeno de las aguas y, por ende, a la producción de anaerobios.
Nutrientes	Lleva al desarrollo de formas acuáticas insanas. Reduce el valor agrícola de los suelos. Desbalance de especies
No Biodegradables	Resisten el tratamiento biológico en plantas de tratamiento y quedan por largo tiempo en la biosfera.
Metales pesados	Inhiben desarrollo celular; enferman a animales; interfieren muchos procesos y desbalance de especies.
Inorgánicos	Impiden el reuso de aguas (p.e. en riego).
Biológico:
Patógenos	Transmiten enfermedades (discutido antes).


 

1. Parámetro físico de calidad de aguas: los sólidos suspendidos

 

 

Los sólidos suspendidos, como parámetro, miden la presencia de materiales corpusculares de tamaño mayor que unos 10^-3 milímetros. De hecho. Si fuesen menores se clasificarían como materiales coloidales (10^-6 a 10^-3 mm) o, definitivamente, como especies disueltas (menores que 10^-6 mm). Además, los sólidos mayores que unos 10^-2 mm se definirían, en realidad, como sólidos sedimentables pues su tamaño es tal que caen por si mismos al dejarlos en agua quieta... los sólidos suspendidos, en cambio y tal como su nombre lo indica, permanecen en suspensión y sólo pueden ser retirados por una barrera física, como por ejemplo, un filtro.

Si bien la legislación especifica un límite máximo sólo para los sólidos suspendidos, al definir cómo medirlos, emerge una nomenclatura extensa que permite "clasificar" los sólidos contenidos en un cuerpo líquido.

La figura 4.1.1 resume la nomenclatura y el método experimental de medición. Se observa que la ley regula los "Sólidos Suspendidos" y que éstos deben medirse secando (a 105 ºC) un filtro pre pesado, para obtener el peso (por unidad de volumen) de sólidos retenidos en el filtro en cuestión. El filtro debe especificarse en las normas, con valores comunes entre 0,45 a 1,5 micrones. Sin embargo, existen otros posibles resultados; en particular, los sólidos suspendidos volátiles son una útil medición del contenido de orgánicos corpusculares, porque será sólo ese material el que puede volatilisarse al combustionar el material a 505ºC; si se considera que estos materiales provienen de una muestra en que crecen células, entonces éste parámetro resulta útil para medir biomasa.

En cuanto a la razón que se debe tener presente para legislar el límite aceptable de sólidos suspendidos en distintas aguas (canales, ríos, lagos, etc.), se considera que el aspecto "sucio" de aguas con más de 100 mg/L de S.S. reduce el valor escénico (y, por ende, económico) de las aguas; además, el regadío con aguas con altos S.S. producirá la deposición de esos sólidos en el suelo y, dado que no se especifica su naturaleza, puede dañar seriamente los suelos orgánicos. Pero, una razón evidente es la poca penetración de la luz en aguas turbias quietas, que implica que el desarrollo de algas será reducido y, por ende, se reducirá la fauna total de los cuerpos lacustres.
 
 

2. Parámetros químicos: Descarga de orgánicos

 

 

El agua en la naturaleza recibe, en su superficie, oxígeno de la atmósfera que permite el desarrollo y mantención de las formas de vida de aguas dulce que conocemos. Este aporte de oxígeno ocurre por transferencia a través del área de contacto entre el agua y la atmósfera, en un proceso conocido como transferencia de masa (de oxígeno) entre fases. En particular, el oxígeno se transfiere desde aquella fase en que haya "más" hacia aquella en que es deficitario, de acuerdo a reglas físico químicas bien establecidas.

En particular, la transferencia de oxígeno atmosférico hacia aguas, tiene un máximo valor de concentración en el agua, relacionado con la presión parcial del gas en la atmósfera y con la temperatura. Este máximo es conocido como la concentración de saturación de oxígeno en el agua y, a 9ºC llega a unas 11,5 ppm (ppm= parte por millón, equivalente a mg/L). Simplificando un poco las cosas, si se tuviese un cuerpo de agua a 9ºC, en que la concentración de oxígeno fuese, por ejemplo, 5 ppm, entonces existiría una transferencia de oxígeno desde la atmósfera, cuya velocidad estaría dada por una constante de proporcionalidad de primer orden (conocida como "k_La", pronunciado "ká ele á") y el déficit de concentración en la fase líquida 11,5 menos 5, es decir, 6,5 ppm. Entonces, el agua tendrá una tendencia natural a llegar a equilibrar la concentración de oxígeno en el agua con aquella en el gas (atmósfera). ¿Por qué podría, entonces, la concentración de oxígeno ser menor que la saturación?...

La descarga de orgánicos promueve el desarrollo de heterótrofos que los consumirán. Este consumo será a expensas de oxígeno si éste está disuelto en el líquido que contiene los orgánicos o, si no, se desarrollarán microorganismos anaerobios con el típico maloliente resultado.

Como muchas otras cosas en los seres vivos, los aerobios presentan una velocidad de consumo de oxígeno (su tasa de respiración) que en primera aproximación puede ser dada por una constante de primer orden (la "tasa de respiración") multiplicada por el número de seres que están respirando (se dice que el consumo de oxígeno está asociado al crecimiento de las bacterias en cuestión).

Cuando la tasa de respiración es muy alta, ésta podría exceder la tasa de solubilización de oxígeno en le cuerpo líquido... en tal caso, se producirán condiciones anóxicas. En particular, si la tasa de transferencia de oxígeno es menor que la tasa de respiración celular, se tendrán condiciones anóxicas.

Respecto de la parametrización de la descarga de orgánicos, entonces, se debiera legislar la cantidad máxima de orgánicos a descargar en función de la tasa de respiración que tal descarga induce. Tal parámetro es la ya citada DBO₅, que mide precisamente la tasa de respiración de oxígeno que imprime un líquido sobre el agua que lo recibe. (La DBO₅ se expresa como la concentración de oxígeno que se ha consumido en 5 días, es decir, es una tasa).

La DBO₅ es un análisis lento: toma 5 días. Desde un punto de vista operativo (es decir, al trabajar en un proceso industrial al que se regula la descarga de orgánicos) medir la DBO₅ no es demasiado útil puesto que el análisis diría que "hace 5 días el proceso estuvo mal", sin dejar ninguna posibilidad de reacción correctiva. La DBO5, en realidad, es un parámetro que se debe medir para satisfacer a la sociedad y se mide con una frecuencia más bien baja, con propósitos de verificación. En los procesos se trabaja con la demanda química de oxígeno (DQO) que se mide en 2 horas o con el carbono orgánico total (COT) que es aún más rápido. Los distintos métodos no se correlacionan entre sí en forma absoluta (¿por qué?) pero para un efluente industrial dado, de composición reproducible, es perfectamente calibrable y de allí el valor de estos métodos más rápidos.

Si se excede o no la tasa de transferencia de oxígeno de los cuerpos líquidos, se producen reacciones metabólicas distintas (anaerobios vs aerobios) y la tabla 5.1.2 captura algunas diferencias de las reacciones. La misma tabla busca caracterizar algunos de los olores pestilentes que se producen por reacciones anaerobias, basándose en experiencias olfatorias personales de los alumnos.
 

Tabla 5.1.2: Reacciones aerobias versus anaerobias para elementos comunes
Aerobios	Elemento	Anaerobios
CO3 ß CO2	C	CH4, CO2
NO3 ß NO2 ß NH3	N	NH3
SO4	S	H2S
H2O	H	Orgánicos o NH3
PO4	P
OLORES de productos de fermentación anaerobia
AMINAS	(CH3)3N	Pescado
AMONIO	NH3	Amoniacal
Acido Sulfhídrico	H2S	Huevo podrido
Mercaptanos	(CH2)3SH	Putrefacción
Sulfuros orgánicos	(CH3)2S	Verdura podrida

3. Parámetros químicos: Descarga de orgánicos no biodegradables (refractarios)

 

 

La humanidad ha tenido tristes experiencias con la descarga ambiental de moléculas sintetizadas por la sociedad industrial y que, posterior a haber sido de gran utilidad para el bienestar de la gente, produjeron grandes impactos ambientales. Entre los compuestos refractarios clásicos que han sido descargados o descartados ambientalmente figuran: Pesticidas Clorados; Detergentes con grupos Polisustituídos; Polietileno; Polivinilos; Hicrocarburos fluorados.

Todos estos compuestos dañan la biosfera porque: pueden permanecer mucho tiempo, acumulándose, sin permitir usos alternativos de los suelos o; interrumpen ciclos vitales en la biosfera (desbalance y/o extinción de especies).

Estas especies, por otra parte, no debieran poder descargarse a sistemas de alcantarillado público puesto que pasan por las plantas de tratamiento sin mayor reducción en su concentración y encuentran su ruta hacia los suelos, lagos y mares.
 
 

4. Parámetros químicos: Efecto de los metales pesados; caso del plomo

Los metales más peligrosos son el cromo (Cr); cadmio (Cd), mercurio (Hg), plomo (Pb) y el zinc (Zn). ¡Esta lista no quiere decir que, por ejemplo, el cobre (Cu) o el molibdeno (Mo) sea inocuos!

Es curioso, sin duda, que los seres humanos puedan ingerir metales pesados, por ejemplo plomo. En realidad, es posible encontrar rutas ingestivas bastante diversas.

Mientras la sociedad industrial utilizó plomo (Pb), existían diversas instalaciones de minería de plomo, obtenido desde la Galena (el mineral de plomo). La figura 4.4.1 sintetiza los ciclos del Pb, hasta su llegada al sistema digestivo o el respiratorio de las personas. El Pb se utilizaba en diversos procesos industriales que producían, ¡como no!, desechos que contenían plomo que podía ser solubilizado por lluvias y, por ende, llegaba a los cultivos. Las industrias asociadas al plomo se relacionaban con fabricación de cañerías, pinturas, rellenos, juguetes, etc. De allí se podía producir la ingesta directa (niños chupan juguetes y comen parades). También se utilizaba plomo para aumentar el octanaje (capacidad anti detonante) de combustibles, de modo que posterior a la combustión había emisión de plomo por los escapes; este plomo era arrastrado por lluvias y llegaba, más abajo, a terrenos de cultivo donde podía ser biosorbido en plantas. Naturalmente, el Pb también podía ser respirado desde el aire en torno de emisiones de escapes de automóviles o máquinas.

Aquella fracción del Pb que llegaba a los suelos podía quedar en la masa vegetal tanto de consumo humano directo como de animales que fuesen luego comidos por humanos; en cualquier caso, el Pb tenía muchas rutas de llegada, como se observa en la figura 4.4.1.

El plomo en el caudal sanguíneo produce serios trastornos neurológicos, según le ha tocado re-descubrir a Chile recientemente.

El ejemplo anterior se podría replicar, con pocas variaciones, para los otros metales pesados. Sin embargo, el efecto sobre la salud es distinto para cada metal destacándose, por ejemplo, que el hierro (Fe) no sólo no daña al ser humano sino que, por el contrario, nos resulta fundamental (por el mecanismo de transporte de oxígeno desde los pulmones hasta las células del cuerpo). Algunos metales son sumamente tóxicos, como el mercurio, al punto que su reglamentación ambiental ha avanzado hasta su casi total abandono por los procesos industriales.

Finalmente, se deja para el alumno concluir y sintetizar los elementos expuestos, referentes a la microbiología y su relación con la normativa ambiental.

Se ha presentado hasta aquí, un conjunto de elementos biológicos que permiten comprender algunos de los fundamentos de las normativas ambientales y se logró mostrar cómo la microbiología básica, que estudia los microorganismo aislados de a uno por uno, logra aportar a la síntesis necesaria para comprender y utilizar sistemas mucho más complejos, donde participan miríadas de distintos microorganismos. Sin embargo, el funcionamiento biológico del planeta es aún más complejo que las interrelaciones entre microorganismos... se ha reseñado, por ejemplo, que las interacciones entre metales, plantas, animales y seres humanos explican las rutas de envenenamiento por plomo.

Estas grandes interrelaciones son mejor capturadas por otras ciencias específicas, en particular, la ecología.