Artículo de laboratorio

DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS, CONDUCTIVIDAD, pH Y TURBIEDAD EN UNA MUESTRA DE AGUA RESIDUAL.

1. INTRODUCCIÓN.

El análisis de ciertos parámetros químicos y físicos a las aguas (especialmente residuales) es de gran importancia ya que el consumo y utilización del agua en las actividades humanas es indispensable para el desarrollo de la vida. La contaminación del agua actúa no sólo contra la supervivencia de los seres que habita en ella, sino que además atenta contra aquellos que la toman de las fuentes contaminadas, sean seres humanos, animales o plantas. Existen básicamente dos formas de contaminación del agua, las de causa natural y las generadas por actividades realizadas diariamente por el hombre, algunas de estas actividades inevitables.

Los parámetros que se miden con el fin de caracterizar el agua e indicar la calidad de esta son varios y dependen generalmente de la fuente que lo emite (vertimientos), la fuente que lo recibe, o la utilidad que se le dé (consumo). Por ejemplo, para vertimientos domésticos generalmente se realizan pruebas y determinan DBO (demanda bioquímica de oxígeno), DQO (demanda química de oxígeno), SST (Sólidos suspendidos totales), contenidos de grasas y aceites, contenido de Nitrógeno y fósforo, y medida del pH.

En el presente informe se muestra el estudio y los resultados de un análisis de medición de pH, conductividad, turbiedad, ST (sólidos totales), SST (sólidos suspendidos totales), entre otros, a una muestra de agua residual.

Los sólidos totales (orgánicos más inorgánicos) de las aguas residuales son, por definición, los residuos que quedan una vez que la parte líquida se ha evaporado y el remanente se ha secado a peso constante a 103 ºC. Se hace la distinción entre sólidos disueltos y sólidos no disueltos (esto es, en suspensión) evaporando muestras de aguas residuales filtradas y sin filtrar. La diferencia de peso entre las dos muestras secas indica el contenido de sólidos en suspensión. A fin de clasificar aún mejor los residuos, se mantienen a 550ºC durante 15 min. Se considera que las cenizas residuales representan los sólidos inorgánicos y que la pérdida de materia volátil es una medida de contenido orgánico. A continuación se muestran las categorías de sólidos de las aguas residuales.

De las categorías que se muestran, los sólidos en suspensión (SS) y los sólidos volátiles en suspensión son los más útiles en análisis de aguas residuales. Los SS y la DBQ (demanda bioquímica de oxígeno, que se estudia frecuentemente, se emplean como medidas de la concentración de las aguas residuales y del rendimiento del proceso. Los SVS pueden ser un indicador del contenido orgánico de los residuos crudos y también proporcionan una medida de la población microbiana activa en los procesos biológicos.

Tabla 1 Diferentes sólidos determinados en la práctica.

Sólidos Totales(residuo a 103ºC)

Muestra

Inorgánicos Orgánicos

1

(residuo a 550ºC)

(pérdida a 550ºC)

Sin Filtrar(en suspensión + disueltos)

Sólidos Totales (ST)

Sólidos Totales Fijos

Sólidos Totales Volátiles

Filtrada (disueltos) Sólidos Totales Disueltos (SDT)

Sólidos Fijos Disueltos.

Sólidos Volátiles Disueltos.

Por diferencia Sólidos en Suspensión (SS)

Sólidos Volátiles en Suspensión (SVD)

Componentes Inorgánicos: Los componentes inorgánicos comunes en las aguas residuales incluyen los siguientes:

1. Cloruros y Sulfatos: presentes normalmente en el agua y en residuos generados por humanos.2. Nitrógeno y fósforo: en sus diversas formas (orgánicas e inorgánicas) en residuos de humanos, con fósforo

adicional de los detergentes.3. Carbonatos y bicarbonatos: normalmente presentes en el agua y en los residuos como sales de calcio y

magnesio.4. Sustancias Tóxicas: arsénico, cianuro y metales pesados como Cd, Cr, Cu, Hg, Pb y Zn, pueden estar

presentes en los residuos industriales.

Además de esos componentes químicos, la concentración de gases disueltos, en especial oxígeno, y la concentración de iones hidrógeno (expresada como pH) son otros parámetros de interés en las aguas residuales.

Materia Orgánica: Las proteínas y carbohidratos constituyen el 90% de la materia orgánica de las aguas negras domésticas. Las fuentes de estos contaminantes biodegradables incluyen los excrementos y orina humanos, los residuos de alimentos de los fregaderos, el polvo y la suciedad procedente del baño y del lavado de ropa, mas varios jabones, detergentes y otros productos de limpieza.

2. OBJETIVOS.

2.1. OBJETIVO GENERAL.

Caracterizar una muestra de agua en su contenido de sólidos, turbiedad, conductividad y pH.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar la cantidad de sólidos totales (ST), sólidos suspendidos totales (SST), sólidos disueltos totales (SDT), sólidos fijos y sólidos volátiles en una muestra de agua problema.

Determinar el contenido de sólidos sedimentables en una muestra problema por medio del método volumétrico

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Previa homogenización, tomar una muestra de 50 mL en una probeta

Dejar enfriar a temperatura ambiente dentro del desecador

Transferir la muestra a la cápsula de porcelanaLlevar a sequedad la muestra en la estufa a 103±1 °C

Determinar peso de la cápsula hasta registrar peso constante

Medir la turbulencia, conductividad y pH de una muestra problema de interés.

Analizar la relación entre los diferentes parámetros determinados en el laboratorio.

3. METODOLOGÍA.

Para el desarrollo de la práctica se desarrolló la metodología propuesta a continuación. Las capsulas previamente habían sido tratadas de acuerdo al numeral 3.1 y la muestra de agua N° 1-31259 se encontraba a temperatura ambiente y fue agitada vigorosamente con el fin de homogenizar antes de tomar muestras para el desarrollo de las pruebas descritas a continuación.

3.1.Preparación de capsulas.

3.2.Determinación de sólidos totales (ST).

3.3.Determinación de pH y conductividad.

3.4. Determinación de sólidos totales volátiles (SVT).

Introducir las cásulas de

porcelana y vidrio en la

mufla a 550 °C, durante 20

minutos

Transferir las capsulas a la

estufa a 103±1 °C durante 20

minutos

Dejar enfriar hasta

temperatura ambiente en el

desecador

Pesar los datos y registrar los

datos

Tomar 50 mL de muestra en un vaso de

precipitados

Introducir el electrodo en la muestra y

esperar estabilización del valor reportado

Tomar el valor de pH, temperatura (°C) y

conductividad (µS/cm)

3

Introducir la cápsula con el residuo obtenido en mufla a 550 °C durante 20 minutosTransferir la cápsula a la estufa a 103±1 °C durante 20 minutosDejar enfriar a temperatura ambiente en el desecador

Determinar peso de la cápsula hasta registrar peso constante

Tomar 20 mL de muestra homogenizada y filtrar sobre filtro de fibra de vidrio aplicando vacío

Determinar peso de la cápsula hasta registrar peso constante

Transferir el filtro a la cápsula de vidrioLlevar a sequedad en la estufa a 103±1 °C durante 1 hora

Dejar enfriar a temperatura ambiente dentro del desecador

3.5.Determinación de sólidos suspendidos totales (SST) y disueltos totales (SDT).

3.6. Determinación de sólidos suspendidos volátiles (SSV).

Determinar SDT como la diferencia entre ST y SST

4

Introducir filtro con residuo en la mufla a 550°C durante 20 minutos

Transferir la cápsula con filtro a estufa a 103±1 °C durante 20 minutos

Dejar enfriar a temperatura ambiente en el desecador

Determinar peso del filtro hasta registrar peso constante

Previa homogenización, tomar 1 L de solución en el cono InhoffDejar sedimentar la muestra por 55 minutosRegistrar el volumen de sólidos sedimentados en el cono

3.7.Determinación sólidos sedimentables.

4. RESULTADOS Y MUESTRA DE CÁLCULOS.

Tabla 2 Valores obtenidos en el laboratorioParámetro Valor Unidades

pH 6,60 @ 20,9 °CConductividad 1113 µS/cm @ 20,6

°CTurbiedad 459 NTU

Sólidos sedimentables 17 ml/LPeso capsula de porcelana inicial (PCI) 49,53

51gr

Peso papel filtro inicial (PFI) 0,1268

gr

Peso capsula de porcelana después de estar en la estufa (PCE)

46,0716

gr @ alícuota 50ml

Peso papel filtro después de estar en la estufa (PFE)

0,1278

gr @ alícuota 20ml

Peso capsula de porcelana después de estar en la mufla (PCM)

49,5672

gr @ alícuota 50ml

Peso papel filtro después de estar en la mufla (PFM)

0,1286

gr @ alícuota 20ml

Fuente: Los Autores5

La muestra que a la cual se le realizaron análisis fue la etiquetada como muestra 1-31259, la cual poseía un color amarillento y se evidenciaba la presencia de los diferentes tipos de sólidos, para esta muestra se hicieron los análisis de pH, conductividad, turbiedad, sólidos sedimentables, sólidos totales, sólidos suspendidos totales, sólidos totales volátiles, sólidos suspendidos volátiles.

En el laboratorio se determinaron los valores reportados en la Tabla 2.

Los cálculos que se realizaron para obtener los valores de los diferentes tipos de sólidos presentes en la muestra son:

Sólidos Totales (ST)

ST=PCE ( g )−PCI ( g )

Volumen muestra ( L )=

(49,6094−49,5351 ) gr

50 ml∗1L1000ml

= 0,0743gr0,05L

=1,486 grL

=1486 mgL

Sólidos Totales Volátiles (STV)

STV =PCM (g)−PCI (g)

Volumenmuestra (L)=

(49,5672−49,5351) gr

50 ml∗1 L1000ml

=0,0321gr0,05 L

=0,642 grL

=642mgL

Sólidos Suspendidos Totales (SST)

SST= PFE (g)−PFI (g)Volumen muestra (L)

=(0,1354−0,1268) gr

20 ml∗1 L1000ml

=0,0086gr0,02L

=0,430 grL

=430 mgL

Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV)

SSV=PFM (g)−PFI (g)

Volumen muestra(L)=

(0,1286−0,1268)gr

20 ml∗1 L1000ml

=0,0018gr0,02L

=0,090 grL

=90mgL

Sólidos Disueltos Totales (SDT)

SDT=ST−SST=(1486−430 ) mgL

=1056 mgL

Sólidos Disueltos Volátiles (SDV)

STV =STV−SSV =(642−90 ) mgL

=552mgL

Existe una relación entre la conductividad y la cantidad de sólidos totales disueltos, para lo cual tenemos la siguiente relación:

STD=C∗Conductividad

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Donde C es una constante que puede variar entre 0,55 y 0,99, generalmente 0,7 (Universidad Nacional, 2013); Otro valor que se encuentra para esta constante es 0,5 (Hanna Instruments, 2013), y existe un software que nos arroja el valor de SDT directamente (Lenntech, 2013), con lo anterior se tiene valor de STD de:

STD=0,7∗1113=779,1 ppmCITATION Uni13¿9226(Universidad Nacional ,2013)

STD=0,5∗1113=556,5 ppmCITATION Han13¿9226 (Hanna Instruments ,2013)

STD=712 ppmCITATION Len131 ¿9226(Lenntech ,2013)

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

El valor de pH que se tiene en la muestra se encuentra muy cercano a un valor neutro, lo cual nos puede indicar que podrían no existir vertimientos industriales aguas arriba, de igual manera, se debe corroborar con otros parámetros, se debe tener en cuenta una posterior determinación de alcalinidad y acidez, ya que se pueden relacionar debido a que se encuentra entre un pH de 4,5 y 8,5.

El valor que encontramos de Conductividad se encuentra relacionado a la cantidad de iones disueltos en el agua que son capaces de transportar corriente eléctrica, razón por la cual podemos determinar una amplia relación con la dureza del agua (presencia de iones Ca2+ y Mg2+), en la literatura se dice que para un agua con una conductividad mayor a 840 µS/cm se tiene un agua de característica muy dura es decir que si es transportada en tuberías podría generar incrustaciones y quizás taponamientos, por lo cual se debe tener en cuenta esto para su posterior tratamiento o transporte, de igual manera la conductividad está relacionada con la cantidad de sólidos disueltos en el agua obteniéndose un valor en promedio de 682,5ppm indicando que el agua puede tener una cantidad considerable de minerales disueltos en ella.

Para el valor de la turbiedad tenemos un valor de 459 NTU (Unidades nefelometrías de turbiedad), es decir que el agua presenta un cantidad considerable de sólidos en suspensión, principalmente coloides, y que generan un color amarillento en el agua, siendo indicador de contaminación hídrica, esto nos indica que requiere una filtración para poder retirar estos sólidos en suspensión y probable materia orgánica y microorganismos, siendo entonces un agua que proviene de un recurso hídrico impactado por vertimientos, indicándonos que no es un agua apta para consumo humano, ya que el valor dado por la organización mundial de la salud está determinado en 5 NTU, pero el valor más indicado para un consumo humano debe ser de menos de 2NTU de esta manera reducimos la posibilidad de encontrar cualquier microorganismo en el agua.

La cantidad de sólidos sedimentables presentes (17ml/L) indican que el agua posee una alta cantidad de materia en suspensión que se deposita por acción de la gravedad, relacionándose directamente con la turbiedad al ser un agua contaminada y que por su cantidad de materia orgánica presente no es apta para ningún uso, a menos de que sea sometida a un proceso previo en donde se podrá retirar esta cantidad de carga contaminante, esto debido a que como se observa en el decreto 3930 de 2010 el valor permitido para los vertimientos en este parámetro es de máximo 5ml/L.

Los sólidos totales que se determinaron son coherentes con las características que se han determinado previamente en el agua ya que se presenta un valor de 1486 mg/L lo que indicada una cantidad considerable, si lo

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comparamos con la norma de vertimientos que es de 200mg/L (Decreto 3930 de 2010), así mismo con el valor tan alto presentado de la turbiedad indicando material en suspensión, así mismo es un indicador de contaminación al presentarse solidos debidos a materia orgánica, coloidal y minerales, con lo cual se observa que el mas del 50% son sólidos disueltos, con un porcentaje más alto de compuestos minerales al quedar retenido en la capsula de porcelana después de la mufla, por otro lado la relación que se realizó con el conductimetro permitió tener un valor aproximado de los sólidos disueltos totales, y se observó menor que el determinado por medio de las mediciones de las capsulas de porcelana, esto debido a que es una relación y no un valor exacto, por lo cual se tiene más certeza con el valor calculado por medio de las mediciones experimentales y no de la correlación encontrada.

La cantidad encontrada de sólidos disueltos volátiles es un valor coherente con las características descritas previamente del agua, debido a que por la cantidad de sólidos disueltos que se tienen, y al ser estos la principal fuente (más de un 70%) de sólidos volátiles en el agua, debido a la cantidad de materia orgánica que pueda presentar la cual sufre un proceso de combustión a los 550°C a los cuales se encuentra la mufla, es de esperarse que este valor sea el 85,9% de los sólidos totales volátiles en la muestra.

6. CONCLUSIONES.

o La muestra de agua residual estudiada en el laboratorio registró un pH un poco ácido, equivalente a 6,6; lo cual nos puede indicar que podrían no existir vertimientos industriales aguas arriba.

o El valor obtenido de la conductividad de la muestra de agua a caracterizar fue de 1113 µS/cm, estando la muestra a una temperatura equivalente a 20,6ºC.

o Debido a un error humano en la toma de datos, no se obtuvo un valor lógico de sólidos totales encontrados en la muestra, pues los cálculos mostraron un valor negativo.

o El valor calculado acerca de la cantidad de sólidos disueltos volátiles fue de aproximadamente 552 mg/L; valor certero según las características y condiciones descritas con anterioridad de la muestra de agua analizada.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

Hanna Instruments. (2013). Hanna Instruments. Obtenido de http://www.hannainst.es/biblioteca/index.php?pg=0&CodApartado=54&CodTema=119

Lenntech. (2013). Lenntech. Obtenido de http://www.lenntech.es/calculadoras/conductividad/conductividad.htm

Universidad Nacional. (2013). Unal Virtual. Obtenido de http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090020/files/pdf/cap_1+.pdf

J. Glynn Henry,Gary W, Ingeniería Ambiental, pág. 423-424.

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