En los sistemas de distribución de agua potable (DWDS), los biofilms son comunidades microbianas complejas que se desarrollan en las superficies de las tuberías y otros componentes del sistema. Estas comunidades incluyen una amplia variedad de microorganismos, como bacterias, arqueas, hongos y, en menor medida, algas. La composición de estos biofilms varía según factores como el tipo de desinfectante utilizado, el material de las tuberías y las condiciones del flujo del agua. Por ejemplo, los biofilms en sistemas que utilizan cloro o cloramina como desinfectante muestran una presencia diversa de bacterias, algunas de las cuales juegan un papel fundamental en la reducción de la eficacia de los desinfectantes y en la corrosión de las tuberías.

Entre las bacterias más destacadas en estos sistemas se encuentran los miembros del filo Proteobacteria, específicamente las clases Betaproteobacteria y Gammaproteobacteria. Dentro de Betaproteobacteria, el género Dechloromonas se encuentra en mayor abundancia en las tuberías de hierro fundido, independientemente del tipo de desinfectante utilizado. Esto sugiere que estas bacterias pueden estar involucradas en la liberación de hierro inducida por la corrosión de las tuberías, proporcionando así un nutriente adicional para las bacterias que oxidan hierro presentes en los biofilms. Es importante destacar que en estos biofilms también se encuentran bacterias que oxidan hierro, como Gallionella y Sideroxydans, que dominan en los tubérculos de corrosión de las tuberías de hierro.

Por otro lado, las bacterias del orden Pseudomonadales dentro de la clase Gammaproteobacteria, en particular Pseudomonas, son comunes en las primeras etapas de formación de biofilm. Estas bacterias juegan un papel clave en la adhesión inicial y la proliferación de la comunidad microbiana. Además, dentro de esta clase se encuentran organismos potencialmente patógenos como Escherichia, Salmonella, Vibrio y Legionella, que son conocidos contaminantes del agua y que han sido detectados en muestras de sistemas de distribución de agua potable. La abundancia de Pseudomonas en etapas tempranas de formación de biofilm y su predominancia en velocidades intermedias de flujo refuerzan la importancia de estas bacterias en la dinámica de los biofilms y su potencial impacto en la salud pública.

El filo Nitrospirae también está presente en estos sistemas, especialmente en aquellos donde la cloramina es el desinfectante principal. El género Nitrospira se ha detectado en estudios previos, correlacionado con la abundancia de archaea y bacterias de tipo Alphaproteobacteria. La presencia de Nitrospira confirma la relación entre el uso de cloramina y la proliferación de microorganismos capaces de metabolizar compuestos de nitrógeno como el amoníaco. Esta correlación resalta cómo el tipo de desinfectante influye en la composición de la comunidad microbiana de los sistemas de distribución de agua potable.

Además de las bacterias, los hongos también forman parte de estos biofilms, aunque su papel no está tan claro. Se ha documentado la presencia de hongos filamentosos como Acremonium y Neocomospora en sistemas de distribución de agua potable. Estos hongos son capaces de utilizar cloruros y producir metabolitos que pueden interferir con la acción de los desinfectantes, particularmente en las primeras etapas de la formación del biofilm. Aunque su diversidad es menor en comparación con las bacterias, su presencia sugiere que los hongos podrían jugar un papel en la descomposición de los desinfectantes, lo que hace a las bacterias más vulnerables durante la formación del biofilm.

La interacción entre estos microorganismos, incluidos los hongos, es fundamental para la supervivencia colectiva en condiciones de ambiente hostil, como las que se encuentran en los sistemas de distribución de agua potable. Sin embargo, la investigación sobre el papel específico de los hongos en los biofilms sigue siendo limitada, y se requieren más estudios para entender completamente su impacto en la dinámica microbiana.

Es esencial tener en cuenta que los biofilms en los sistemas de distribución de agua potable no solo contribuyen a la corrosión de las tuberías, sino que también pueden ser una fuente de patógenos que afecten la calidad del agua. La complejidad de las comunidades microbianas en los biofilms, junto con su capacidad para resistir los efectos de los desinfectantes, subraya la necesidad de investigar más a fondo estas comunidades y su comportamiento bajo diferentes condiciones operativas.

¿Cómo puede el Sistema Reductor y Productor de Alcalinidad (RAPS) tratar la Drenaje Ácido de Minas (AMD)?

El tratamiento del drenaje ácido de minas (AMD) es un desafío medioambiental de gran escala, dado que se origina por la oxidación de minerales sulfurosos en presencia de agua, lo que genera una solución ácida de pH bajo, alta salinidad y concentraciones elevadas de metales y metaloides. Este tipo de contaminación puede acarrear graves daños ambientales a largo plazo, lo que hace imperativo el tratamiento efectivo de esta agua contaminada. Entre las opciones disponibles, los sistemas pasivos son preferidos debido a su rentabilidad. Dentro de esta categoría, el Sistema Reductor y Productor de Alcalinidad (RAPS) ha demostrado ser un enfoque prometedor y eficiente para neutralizar las aguas de mina ácidas mediante un proceso biogeoquímico y físico combinado.

El RAPS es una estrategia que se combina con los conceptos de humedales anaeróbicos y sistemas de drenaje de piedra caliza anóxica. Estos sistemas aprovechan las propiedades del agua subterránea para tratar el agua ácida a través de la reducción bacteriana de sulfatos y la disolución de piedra caliza. La reducción bacteriana de sulfatos juega un papel crucial al crear condiciones reductoras dentro del sistema, lo que favorece la precipitación de metales como sulfuros metálicos. La disolución de la piedra caliza, por otro lado, incrementa la alcalinidad del sistema, elevando su pH y neutralizando la acidez del drenaje.

Los principales beneficios del RAPS son su bajo costo, su capacidad para funcionar de manera autónoma una vez implementado y su efectividad en la interacción prolongada entre el agua y los materiales de tratamiento. Esto favorece un flujo vertical descendente que permite una mayor interacción entre el agua contaminada y los medios filtrantes. Además, el sistema cuenta con mayores presiones de cabeza y una mayor área transversal, lo que reduce el riesgo de obstrucción por compuestos como el aluminio. También, el entorno reductor facilita la conversión de iones férricos en iones ferroso, lo que contribuye a la precipitación de metales peligrosos.

A pesar de sus ventajas, el sistema presenta limitaciones. Uno de los principales inconvenientes es que el RAPS tiene una vida útil limitada, lo cual depende de varios factores, como las características del agua y la carga de acidez. Además, su aplicación está restringida a aguas ácidas con bajas tasas de flujo y cargas bajas de acidez. Sin embargo, la adaptabilidad del RAPS permite que el sistema se diseñe de acuerdo con las condiciones específicas del sitio, como la topografía, la química del drenaje ácido de minas y la tasa de flujo, lo que abre nuevas posibilidades de innovación.

En Sudáfrica, el uso del RAPS a gran escala aún es limitado, ya que la mayoría de los estudios se han realizado a escala de laboratorio o de banco. No obstante, los éxitos obtenidos en otras partes del mundo han hecho que este enfoque sea cada vez más atractivo para su implementación a gran escala en regiones con problemas de drenaje ácido de minas. Dado que este sistema es rentable y sostenible, su implementación podría representar una solución significativa a la crisis del drenaje ácido de minas en el país.

El modelado geoquímico es una herramienta valiosa para evaluar y predecir el comportamiento del sistema, ya que puede simular condiciones que son difíciles de reproducir mediante monitoreo de campo o experimentos de laboratorio. Esta herramienta permite a los investigadores y gestores ambientales comprender mejor los procesos geoquímicos involucrados y prever la evolución del sistema a lo largo del tiempo.

A lo largo de los últimos años, la minería del carbón ha demostrado ser particularmente sensible desde el punto de vista ambiental. La eliminación de materiales de sobrecarga y la creación de vertederos de desechos de carbón incrementan la generación de drenaje ácido de minas. A pesar de que este tipo de drenaje se neutraliza de manera natural mediante rocas tampón como arcillas y carbonatos, la minería intensiva y la alteración de los ecosistemas naturales aceleran la producción de AMD, haciendo que su tratamiento sea aún más urgente.

Uno de los ejemplos más notables de contaminación por drenaje ácido de minas ocurrió en la localidad de Carolina, en la provincia de Mpumalanga, Sudáfrica. En 2012, los residentes de la ciudad experimentaron un suministro de agua con un sabor y color inusuales debido a la contaminación con sulfuros y metales. La investigación posterior reveló que el agua del suministro principal, el embalse Boesmanspruit, se había contaminado con drenaje ácido de minas de las minas cercanas, lo que llevó a la interrupción del suministro durante siete meses. Este evento provocó disturbios civiles y un proceso judicial contra las autoridades locales, que luchaban por restaurar el suministro de agua.

Por lo tanto, el tratamiento del drenaje ácido de minas es no solo una cuestión técnica sino también una cuestión de justicia social y económica, pues afecta directamente a las comunidades cercanas a las zonas mineras. La implementación de tecnologías como el RAPS puede ser clave para reducir el impacto ambiental y garantizar la disponibilidad de agua limpia en áreas afectadas por la minería.

Además de la aplicación de estos sistemas, es esencial que los gestores y científicos tomen en cuenta factores adicionales como el monitoreo continuo de las condiciones de los cuerpos de agua, la evaluación de los impactos a largo plazo y la inversión en innovación tecnológica. Estos aspectos son fundamentales para garantizar la efectividad y la sostenibilidad de las soluciones implementadas, y son necesarios para adaptarse a los cambios de las condiciones geográficas y químicas en los sitios de minería.

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