Parámetros Químicos del Agua de Bebida.

“El agua en todas sus formas, no tiene gran respeto a las leyes de la química. La mayoría de los materiales actúan, bien como ácidos, bien como bases, perteneciendo a una o a otra categoría. El agua no. Es una de las pocas sustancias que se pueden comportar como ácido o como base, por lo que en ciertas condiciones es capaza de reaccionar con ella misma. O con cualquier otra cosa. Las moléculas del agua están fuera de equilibrio y son difíciles de satisfacer. Se alargan para interferir con cualquier molécula que encuentran, empujando sus átomos rodeándolos y disolviéndolos. El agua es el disolvente definitivo, humedece todo, arranca elementos de las rocas, y los dispone para la vida. Ante ella nada es seguro. No hay contenedor lo suficientemente fuerte para albergarla.” (L. Watson, The Water Planet, 1988, p.37)

INTRODUCCIÓN.

Los parámetros químicos del agua están divididos en dos grupos básicos: Los orgánicos e inorgánicos. Ambos entran en el agua por causas naturales o por contaminación.

La capacidad para disolver del agua está directamente relacionada con sus parámetros químicos.

No contemplaremos individualmente cada compuesto químico orgánico ni inorgánico. En su lugar se considerará las categorías de esos parámetros, como los orgánicos con oxigeno disuelto, a los compuestos orgánicos sintéticos, los volátiles, los sólidos disueltos totales, los fluoranos, metales, nutrientes, como principales parámetros de interés.

Compuestos Orgánicos.

Los compuestos orgánicos naturales contienen carbono y consisten en materia orgánica biodegradable como los desechos de procesos biológicos, residuos humanos y heces de animales. Los microbios aerobios rompen las complejas moléculas orgánicas y las convierten en productos finales más simple y más estables.

La degradación microbiana rinde como productos finales dióxido de carbono, agua, fosfatos y nitratos. Las partículas orgánicas del agua pueden albergar bacterias dañinas y patógenas. La infección se produce por contacto directo con el agua o al utilizar agua bruta. El agua de bebida tratada, no presenta el mismo riesgo para la salud. En una planta de tratamiento de agua deben eliminarse todos los componentes orgánicos antes de la desinfección.

Los compuestos químicos orgánicos también contienen carbono. Hay sustancias naturales y otras que se fabrican a partir de materia animal o vegetal. Los plásticos son un buen ejemplo de compuestos químicos orgánicos que se fabrican a partir de petróleo, el cual originalmente proviene de materia animal y vegetal.

Algunos productos químicos orgánicos, como los citados anteriormente, se liberan con la descomposición vegetal que sucede de forma natural, y por si mismos no plantean problemas de salud en el agua de bebida. Sin embargo, se pueden presentar inconvenientes debido a más de 100000 productos químicos orgánicos sintéticos en uso comercial hoy en día. Se trata de pinturas, herbicidas, fertilizantes sintéticos, pesticidas, combustibles, plásticos, tintes, conservantes, saborizantes y fármacos, por nombrar unos pocos.

Materiales orgánicos son solubles en agua, tóxicos, y se encuentran en los abastecimientos públicos de agua. De acuerdo con Tchobanoglous y Schroder (1987). La presencia de la materia orgánica en el agua es el origen de numerosos problemas. La materia orgánica ocasiona:

1. Formación de color.2. Problemas de sabor y olor.3. Agotan el oxigeno de los ríos.4. Intervienen en los procesos de tratamiento del agua.5. Formación de compuestos halogenados para la desinfección.

Hay que recordar que las sustancias orgánicas en los sistemas de agua pueden ser consecuencia tanto de procesos natural como antrópicos. Generalmente la principal fuente de materia orgánica en las aguas naturales es la descomposición de hojas, hierbas y arboles. La cantidad de estos materiales presentes en el agua es normalmente baja. Las fuentes antropogénicas de materia orgánica provienen de pesticidas, y otros compuestos orgánicos sintéticos.

De nuevo muchos compuestos orgánicos solubles en agua y las aguas superficiales son más proclives a la contaminación de estos compuestos orgánicos que las aguas subterráneas. En el agua las sustancias orgánicas disueltas se dividen en dos categorías:

Biodegradables y No Biodegradables.

El material biodegradable (capaz de descomponerse por efectos biológicos) consiste en las sustancias orgánicas que los microorganismos presentes en la naturaleza pueden utilizar como nutrientes, dentro de un periodo de tiempo razonable. Los alcoholes, acido, almidones, grasas, proteínas, ésteres, aldehídos son los principales. Los contienen los residuos líquidos domésticos o pueden ser el resultado de la descomposición de tejidos animales o vegetales. Las sustancias orgánicas biodegradables causan problemas en las aguas superficiales por, los efectos derivados por la acción de microorganismos, ya que al metabolizar la materia orgánica consumen oxigeno.

Cuando este proceso tiene lugar en el agua, el oxigeno consumido es oxigeno disuelto (OD). Sino se reemplaza continuamente el oxigeno por medios artificiales el nivel de OD decrece a medida que progresa la descomposición de la materia orgánica. La necesidad de oxigeno se denomina demanda bioquímica de oxigeno (DBO): Es la cantidad de oxigeno demandada por las bacterias para romper la materia orgánica en condiciones aerobias durante un periodo de incubación de cinco días a 20 °C. Este bioensayo mide el oxigeno que consumen los organismos que utilizan la materia orgánica de la muestra, y el oxigeno disuelto en el liquido. Las sustancias se rompen en otras más simples, y los microbios usan la energía liberada para crecer y reproducirse. La demanda bioquímica de oxigeno no es una prueba incluida en el seguimiento del agua de bebida.

Cuanto mayor es la materia orgánica del agua, mayor es la demanda bioquímica de oxigeno.

Es de señalar que algunos organismos biodegradables causan problemas de sabor y olor.

Los compuestos orgánicos no biodegradables resisten a la degradacion biológica. Los constituyentes de las plantas leñosas son un buen ejemplo. A estos constituyentes se denominan refractarios (resistentes a la biodegradación) e incluyen taninos, ácidos lígnicos, fenoles y celulosa que se incluyen en los sistemas hídricos naturales. No son biodegradables algunos polisacáridos

con uniones excepcionalmente fuertes, y el benceno con su estructura en anillo (por ejemplo asociado con la destilación de petróleo).

Ciertas sustancias químicas no biodegradables pueden reaccionar con el oxigeno disuelto en el agua. Y la demanda química de oxigeno (DQO) es una medida más completa y exacta del consumo total de oxigeno disuelto en el agua. En Standard Methods 1999 se detalla el procedimiento para realizar estos ensayos.

Se define el DQO como el ensayo que proporciona el oxigeno equivalente a la cantidad de materia orgánica de una muestra, que es susceptible de oxidarse por un oxidante químico fuerte.

La demanda química de oxigeno no se utiliza normalmente en el seguimiento y control de los abastecimientos de agua, pero si para evaluar el agua en origen.

Compuestos Químicos Orgánicos Sintéticos.

Son sustancias que no existen en la naturaleza y han sido fabricadas por el hombre, es decir, que han sido sintetizados por químicos a partir de sustancias más simples.

Estos compuestos son la base de los plásticos, fibras y gomas sintéticas, solventes, pesticidas, conservadores de madera y cientos de otros productos.

Se comercializan más de 50000 diferentes e incluyen pesticidas, tetracloruro de carbono, cloruro, dioxina, xileno, fenoles, aldicarbono y otros.

Estas sustancias son tóxicas porque son tan parecidas a los compuestos orgánicos naturales que el cuerpo los asimila.

Cuando se ingiere una dosis bastante alta, el efecto seria de envenenamiento agudo y la muerte.

No obstante, con dosis reducida en periodos prolongados los efectos son mutágenos, carcinógenos o teratógenos.

Causan también disfunciones renales y hepáticas graves, esterilidad, problemas físicos y neurológicos.

No se encuentran en forma natural en el ambiente y a menudo son tóxicos para el hombre.

Desgraciadamente aunque son omnipresentes, no se han recogido datos suficientes de estas sustancias tóxicas.

Es bastante difícil determinar el grado de peligro de muchos de ellos.

Compuestos Químicos Orgánicos Volátiles.

Los compuestos orgánicos volátiles o COV’s, son sustancias orgánicas cuya base es el carbono y se evaporan a temperatura y presión ambiental generando vapores, que pueden ser precursores del ozono en la atmósfera.

Además de carbono es posible hallar en su composición hidrógeno, flúor, oxígeno, cloro, bromo, nitrógeno o azufre.

Poseen propiedades volátiles, liposolubles, tóxicas e inflamables.

Son productos químicos orgánicos particularmente peligrosos.

Algunos de estos pueden ser butano, propano, alcohol butílico, metiletilcetona, acetona, etilenglicol, tricloroetileno, clorobenceno, limoneno, etc.

Se absorben a través de la piel durante el contacto con el agua, como el baño o ducha.

A corto plazo pueden causar irritación de ojos y garganta, náuseas, dolor de cabeza, reacciones alérgicas, mareos y fatiga y a largo plazo pueden dañar el hígado, los riñones o el sistema nervioso central

La exposición al agua caliente los evapora con rapidez.

Sólidos Disueltos Totales (TDS).

Es el conjunto de todas las sustancias orgánicas e inorgánicas contenidas en un líquido bajo formas moleculares, ionizadas o micro-granulares.

Es un parámetro para la determinación de la calidad del agua, pues evalúa el peso total de los constituyentes minerales presentes en la agua por unidad de volumen.

Las sustancias disueltas pueden ser los carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos, fosfatos, nitratos, calcio, magnesio, sodio entre otros.

Los sólidos pueden existir en el agua tanto en solución como en suspensión y se distinguen haciendo pasar la muestra a través de un filtro de fibra de vidrio.

Por lo tanto los sólidos en suspensión se quedan retenidos en la parte superior del filtro mientras que los sólidos disueltos atraviesan el filtro con el agua.

Y cuando se coloca la porción filtrada en un pequeño disco y se calienta hasta la evaporación completa, los sólidos que permanecen como residuo en el disco, son los sólidos disueltos totales.

El agua incorpora estas sustancias a su paso por el suelo, la superficie y la atmósfera.

Los constituyentes orgánicos disueltos proceden de la descomposición de la vegetación, de los compuestos químicos orgánicos y de los gases orgánicos.

Es deseable la eliminación de los minerales, gases y otros constituyentes orgánicos porque pueden causar efectos fisiológicos y producir color, sabor y olores desagradables.

En los sistemas de distribución de agua una cantidad alta de sólidos disueltos significa una conductividad elevada, es decir, cuanto mayor sea la cantidad de sales disueltas en el agua, mayor será el valor de la conductividad eléctrica.

Sin embargo, un TDS alto también significa una mayor probabilidad de que se forme un revestimiento de protección, que es un factor positivo para el control de la corrosión.

FLUORUROS

La fluorización del agua potable consiste en la adición de manera limitada y controlada de iones de flúor en el sistema de agua potable público, con el objetivo de reducir el riesgo de caries dental. Este tratamiento no afecta al color, el gusto o el olor del agua. Un agua puede ser fluorada naturalmente o puede fluorarse mediante la adición de flúor.

La presencia de flúor en el agua fue la primera fuente de administración de flúor conocida, demostrándose a partir de entonces que existía una relación directa entre la disminución de los niveles de caries de la población y la presencia de flúor durante el desarrollo dental. La fluorización del agua no es una medida que asegure la salud pública. Muchas autoridades aseguran que una cantidad moderada de iones fluoruros en el agua de bebida contribuye a la salud dental.

El fluoruro se encuentra rara vez en cantidades apreciables en las aguas superficiales y aparecen en las subterráneas de pocas regiones geográficas. El fluoruro es toxico en los humanos en cantidades elevadas, y también es toxico en los animales. El flúor utilizado en pequeñas concentraciones de alrededor de 1 mg/L en el agua de bebida puede ser beneficioso ya que puede reducir hasta en un 65% las caries dentales en niños de entre 12 y 15 años.

ESTADO ACTUAL DE LA FLUORACION EN EL MUNDO

La puesta en marcha de una planta de fluoración de agua potable es una medida compleja que responde no tan sólo a criterios sanitarios, sino que depende también de factores políticos y sociales.

La mayor parte de las plantas de fluoración que existen en la actualidad, se pusieron en marcha antes de la década de los setenta, coincidiendo con la época de elevada prevalencia de caries en muchos países desarrollados, cuando las investigaciones realizadas enfatizaban la importancia del efecto sistémico del flúor en la prevalencia de la caries dental.

RECOMENDACIONES PARA UN USO RACIONAL DE LA FLUORACION DE LAS AGUAS

Una de las principales preocupaciones en las zonas donde se dispone de agua fluorada, es el creciente aumento de formas leves y moderadas de fluorosis dental que conlleva, debido

principalmente a la amplia difusión del uso de dentífricos fluorados y un uso inapropiado de los suplementos dietéticos de flúor.

Se han propuesto las siguientes recomendaciones con el fin de prevenir la fluorosis dental:

a. Ajustar la dosis de flúor en relación a la temperatura ambiental, y considerando la posible exposición a otras fuentes de flúor. Por ello, en los últimos años algunos autores van recomendado considerar como máximo, 0,6 ppm como concentración óptima de flúor en países con elevado consumo de agua.

b. Usar dentífricos fluorados de menos de 1100 ppm, en menores de 6 años de edad, siempre que sea posible (250-500 ppm).

c. Supervisar el cepillado dental de los menores de 6 años de edad, con el fin que no se produzca ingesta del dentífrico fluorado, y no se emplee más de 1 g. por cepillado.

Nutrientes

Los elementos que puede contener el agua, como carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, hierro, potasio, magnesio, cobalto y boro, todos ellos esenciales para el desarrollo y reproducción de plantas y animales, se llaman nutrientes. Pero los dos nutrientes más importantes son nitrógeno y fósforo.

El nitrógeno, gas extremadamente estable, es el componente principal de la atmósfera terrestre con el 78%. El ciclo del nitrógeno consta de cuatro procesos. Tres de los procesos como fijación, amonificación y nitrificación, convierten el nitrógeno gaseoso en forma utilizables químicamente. El cuarto proceso, la desnitrificación, convierte de nuevo el nitrógeno fijado en su forma gaseosa no utilizable.

El nitrógeno está presente en el ambiente en múltiples formas e interviene en muchas reacciones bioquímicas. Las fuentes principales de nitrógeno son las escorrentía de las zonas de ganado estabulado, la escorrentía de zonas fertilizadas con abonos para la agricultura, los vertidos municipales de aguas residuales y ciertas bacterias y algas de color azul verdoso que obtienen nitrógeno directamente de la atmósfera. Ciertas lluvias ácidas también contribuyen al nitrógeno de las aguas superficiales.

El nitrógeno se encuentra comúnmente en el agua de forma de nitrato, lo cual indica que el agua puede estar contaminada con aguas residuales. Los nitratos pueden llegar a las aguas subterráneas por los fertilizantes utilizados en la agricultura. Las concentraciones excesivas de nitrato en las aguas de bebida son una amenaza inmediata hacia niños, humanos y animales muy jóvenes y pueden causar la muerte. Las bacterias que se encuentran normalmente en el tracto intestinal de los niños pequeños pueden convertir el nitrito en nitrato, que es tóxico. El nitrito puede reemplazar al oxígeno del torrente sanguíneo y provocar su descenso, que causa una decoloración azulada en el niño.

Los lagos y embalses suelen tener menos de 2 mg/L de nitrato, medido como nitrógeno. Los niveles más altos de nitrato que se encuentran en las aguas subterráneas están por encima de 20

mg/L pero se encuentran valores muchos más altos en acuíferos superficiales contaminados por aguas residuales y uso excesivo de fertilizantes.

El fósforo es un nutriente esencial que contribuye a la proliferación de algas y a la eutrofización de lagos, aunque su presencia en el agua de bebida tiene un efecto pequeño sobre la salud. En los ambientes acuáticos el fósforo se encuentra en forma de fosfatos y es un nutriente limitante. Si se usa todo el fósforo, se detiene el desarrollo de las plantas, sin importar la cantidad de nitrógeno disponible. Muchas masas de agua dulce tienen entrada de fósforo y nitrógeno de fuentes exteriores. El incremento de concentración del fósforo disponible permite a las plantas asimilar más nitrógenos antes de que se gaste el fósforo. Si el fósforo es insuficiente, las concentraciones altas de nitrato llevan a la producción de fitoplancton (algas) y micrófitos (plantas acuáticas).

Las fuentes principales de fósforo incluyen a los fosfatos de los detergentes, los fertilizantes, el lavado de suelos con ganado estabulado y los vertidos de las aguas residuales municipales. Los Water Quality Standards de la USEPA, 1976, Criteria Summaries for Fhosphorous recomiendan 0,10 microgramos/L de fósforo para las aguas marinas y estuarios pero no hay cifra para las aguas dulces.

Metales Pesados.

Los metales pesados son elementos con peso atómico entre 63.5 y 200.5 y peso específico mayor de 4.

Los seres vivos necesitan cantidades trazas de algunos metales pesaos, que son cobalto, cobre, hierro, manganeso, molibdeno, vanadio, estroncio y cinc. Los niveles excesivos de metales pesados esenciales pueden ser dañinos para el organismo. Los metales pesados no esenciales de interés particular en los sistemas de agua superficial son cadmio, cromo, mercurio, plomo, arsénico y antimonio.

Los metales pesados en el agua se dividen en tóxicos y no tóxicos. Únicamente los metales que son dañinos en pequeñas cantidades se denominan tóxicos, los otros caen en el grupo de los no tóxicos. En las aguas naturales (excepto las subterráneas), la causa de que lleven metales es la disolución de los depósitos, y los vertidos de aguas residuales domésticas, agrícolas e industriales.

Todos los metales pesados están presentes en las aguas superficiales en fase coloidal o como partículas o disueltos, aunque las concentraciones de los disueltos son generalmente bajas. Las formas coloidales y las partículas de los metales pueden ser :

1.- Hidróxidos, óxidos, silicatos o sulfuros.

2.- Metales absorbidos en arcilla, sílice o materia orgánica.

Las formas solubles son generalmente iones o quelatos organometálicos desionizados o complejos. La solubilidad de los metales traza en aguas superficiales está controlada fundamentalmente por el Ph, el tipo y la concentración de líquidos en los cuales el metal se podría absorber, el estado de oxidación de los componentes minerales y el potencial redox ambiental del sistema.

El comportamiento de los metales en las aguas naturales es función de la composición del sedimento del sustrato, la composición del material en suspensión del sedimento, y de la química del agua.

El sedimento compuesto por arena fina y limo tendrá generalmente mayor nivel de adsorción de metales que el cuarzo, feldespato y los sedimentos ricos en carbonatos.

La química del agua del sistema controla la velocidad de adsorción y desorción de los metales hacia el sedimento y desde el sedimento. La desorción devuelve el meta a la columna de agua, se puede producir la recirculación y la bioasimilación. Los metales pueden salir del sedimento si se produce un incremento de la salinidad del agua, o decrece el potencial redox, o disminuye el ph.

Aunque los metales pesados como el hierro y el manganeso no son causa de intoxicaciones, le dan al agua un sabor notablemente amargo aun a concentraciones muy bajas. Estos metales son frecuentes en las aguas subterráneas, y ellos y otros pueden provocar manchas marrones o negras en la colada y en tuberías y sus partes integrantes.

CONTAMINACIÓN.

Los metales pesados son componentes naturales de la corteza de la tierra. No pueden ser degradados o ser destruidos. En un grado pequeño se incorporan a nuestros cuerpos vía el alimento, el agua potable y el aire. Como elementos de rastro, algunos metales pesados (e.g. cobre, selenio, cinc) son esenciales mantenerlos en el metabolismo del cuerpo humano. Sin embargo, en concentraciones más altas pueden conducir al envenenamiento. El envenenamiento por metal pesado podría resultar, por ejemplo, de la contaminación del agua potable (e.g. tuberias del plomo), las altas concentraciones en el aire cerca de fuentes de la emisión, o producto vía la cadena de alimento.

Los metales pesados son peligrosos porque tienden a bioacumularse. La bioacumulación significa un aumento en la concentración de un producto químico en un organismo biológico en un cierto plazo, comparada a la concentración del producto químico en el ambiente. Se analizan (metabolizado) o se excretan, los compuestos se acumulan en cosas vivas y en cualquier momento se toman y se almacenan más rápidamente que ellos.

Los metales pesados pueden entrar a un abastecimiento de agua por medio de residuos industriales y deposita corrientes,en los lagos, los ríos, etc.

Bibliografía:

Manual del Agua Potable

Compuestos Químicos Orgánicos Sintéticos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuestos_org%C3%A1nicos_vol%C3%A1tiles

http://www.cienciaybiologia.com/medio-ambiente/atmosfera/compuestos-organicos-volatiles.htm

http://www.lenntech.es/calculadoras/tds/tdsyconductividad-electrica.htm

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ.

CARRERA DE ING. QUÍMICA

TRABAJO DE AGUAS.

TEMA: Parámetros QUÍMICOS del agua de bebida.

Integrantes:Mayra Acosta.

Carmen Arcentales.Julio Arteaga.

Gustavo Bazurto.Paúl Orrego.

Catedrática: Ing. Alexandra Córdova.

Preguntas

Cuales son los grupos en los que se dividen los parámetros químicos del agua de bebida?

Son dos Orgánicos e Inorgánicos.

Como se clasifican los compuestos Orgánicos?

En Biodegradables y no Biodegradables.

Que es el DBO y el DQO, defínalos?

Son dos parámetros químicos que cuantifican el oxígeno disuelto en el agua y se los define de la siguiente manera:

Demanda bioquímica de oxigeno (DBO): Es la cantidad de oxigeno demandada por las bacterias para romper la materia orgánica en condiciones aerobias durante un periodo de incubación de cinco días a 20 °C.

Demanda química de oxigeno (DQO): es una medida más completa y exacta del consumo total de oxigeno disuelto en el agua.

¿Cuáles son los elementos en el agua que son nutrientes?

Los elementos que puede contener el agua, como carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, hierro, potasio, magnesio, cobalto y boro, todos ellos esenciales para el desarrollo y reproducción de plantas y animales, se llaman nutrientes.

¿Cuales son las fuentes principales de nitrógeno en el agua?

Son las escorrentía de las zonas de ganado estabulado, la escorrentía de zonas fertilizadas con abonos para la agricultura, los vertidos municipales de aguas residuales y ciertas bacterias y algas de color azul verdoso que obtienen nitrógeno directamente de la atmósfera.

¿Cuáles son las fuentes principales de fósforo en el agua?

Son los fosfatos de los detergentes, los fertilizantes, el lavado de suelos con ganado estabulado y los vertidos de las aguas residuales municipales

¿En què se dividen los metales pesados?

Se dividen en tóxicos y no tóxicos.

¿Cuàles son las formas solubles de los metales pesados?

Son iones o quelatos organometálicos desionizados o complejos.

¿De què està compuesto el sedimento?

Està compuesto por arena fina y limo.

¿Què son compuestos químicos sintéticos?

Son sustancias que no existen en la naturaleza y han sido fabricadas por el hombre, es decir, que han sido sintetizados por químicos a partir de sustancias más simples.

¿Què son los compuestos Químicos Orgánicos Volátiles.

Los compuestos orgánicos volátiles o COV’s, son sustancias orgánicas cuya base es el carbono y se evaporan a temperatura y presión ambiental generando vapores, que pueden ser precursores del ozono en la atmósfera.

¿Què son los sòlidos disueltos?

Es el conjunto de todas las sustancias orgánicas e inorgánicas contenidas en un líquido bajo formas moleculares, ionizadas o micro-granulares.