tema n4.nociones de calidad de agua

118

Captulo 4.

Nociones de Calidad de Agua y Caracterizacin de las Aguas Residuales. 1. Preliminares. Debido al ciclo hidrolgico, los cursos agua contienen y transportan una gran variedad de partculados, tales como materia inorgnica, materia orgnica y microorganismos provenientes de los suelos por los cuales el agua circula. Entre la materia inorgnica, principalmente minerales, que suelen encontrarse en los cursos de agua estn: el calcio, el magnesio, el potasio, el sodio, el fsforo y trazas de otros minerales. A ttulo de ejemplo, en las tablas N 15 y 16 se muestran los valores correspondientes a los cursos de agua existentes en la ciudad de Tampa, Florida, Estados Unidos de Norteamrica. Tabla N 15. Parmetros de las aguas subterrneas en Tampa.

Parmetro Rango

Cloruros (mg/L) 3-45

Sulfatos (mg/L) 5-110

pH 6,5-7,7

COT (mg/L) 1,3-6,9

Turbiedad (NTU) 0,3-9,7

Hierro (mg/L) 0,01-0,95

Alcalinidad (mg/L como CaCO3) 140-300 Fuente: Tampa Bay Water Company.

Tabla N 16. Parmetros de las aguas superficiales en Tampa.

Parmetro Rango

Cloruros (mg/L) 5-43

Sulfatos (mg/L) 30-200

pH 7,4-7,8

COT (mg/L)

Captulo 4. Nociones de Calidad de Agua y Caracterizacin de las Aguas Residuales.

119

La materia orgnica presente en el agua est, bsicamente, constituida por carbohidratos, grasas y protenas, provenientes de actividades como la agricultura, las actividades humanas y restos de vegetacin que han sido arrastrados por la escorrenta superficial. Se estima que menos del 2% del agua del mundo, es potable para beber, y esta cantidad debe de abastecer a ms de 6 billones de personas. Los microorganismos presentes en los cursos de agua como ros, lagos, lagunas y aguas subterrneas dependen de factores fsicos y qumicos para poder subsistir. Entre estos factores estn la temperatura y el pH, la cantidad de minerales disueltos y la cantidad de nutrientes disponibles. El pH de las aguas naturales vara entre 2 y 9, encontrndose que la mayora de los microorganismos se desarrollan mejor en pH cercano al neutro. El agua de lluvia tiene un pH distinto de 7, por el efecto del sistema carbontico. En funcin de la cantidad de sales presentes en el agua, existen dos tipos de aguas superficiales: el agua salada y el agua dulce. El agua salada contiene entre 3,3 y 3,8 gramos de sales disueltas por cada 100 gramos de agua, el 90% de estas sales son sales de cloro, sodio, magnesio, azufre, calcio y potasio, el pH del agua salada est en un rango de 8,3 a 8,5 unidades. Las algas y el Plankton son los principales microorganismos encontrados en ella y constituyen fuente de carbono para los animales del agua salada. La poblacin de otros microorganismos es limitada debido a las caractersticas fsicas del agua salada como la temperatura, la salinidad, el oxgeno disuelto y el pH. La presencia de microorganismos patgenos en los estuarios y reas costeras se debe a la descarga de heces fecales; tal es el caso del Vibrio cholerae, que es ingerido por peces y moluscos y puede producir epidemias en las poblaciones costeras. En el agua dulce, existe una gran variedad de microorganismos, pero en las aguas subterrneas este nmero disminuye debido a la ausencia de nutrientes y al efecto de filtrado de los suelos. Generalmente los ros se contaminan de microorganismos presentes en el suelo, tal es el caso de bacterias como Bacilos, Actinomicetes, Streptomicetes, de hongos como Polyphagus, Penicillium y Aspergillus y de algas como Microcystis y Nostoc. Estos microorganismos producen malos olores y sabores al agua. Los microorganismos presentes en los ros, lagos, corrientes superficiales y otros ambientes acuticos de agua dulce, representan una fuente importante de alimento para otros organismos acuticos. Por ejemplo, la Cianobacteria y las algas, constituyen la mayor parte del fitoplancton, que es el alimento de los peces.


120

En muchos pases, los ros o cursos de aguas superficiales, sirven como sitios de descarga de aguas residuales sin ningn tipo de tratamiento, por esta razn es frecuente encontrar microorganismos patgenos, como las bacterias Escherichia coli, Enterococcus faecalis, bacterias de la especie Clostridium y otros microorganismos. Los cursos de aguas naturales constituyen una fuente muy preciada para la vida, por lo que es necesario monitorearlos constantemente para determinar la presencia de contaminantes, principalmente fsicos y biolgicos, que alteran su pureza y ponen en riesgo a los consumidores del preciado liquido. Para el monitoreo de las partculas en suspensin presentes en el agua, se emplea el termino de turbidez, cuya unidad es NTU, unidades nefelmetricas de turbidez, mientras que para las partculas disueltas se emplean diversos trminos, tales como: slidos totales disueltos (TDS), carbono orgnico total (TOC), carbono orgnico disuelto (DOC), demanda bioqumica de oxgeno (DBO), dureza y pH. Entre las principales propiedades fsicas que afectan la calidad del agua y que deben ser monitoreadas constantemente, estn el pH y la temperatura. Generalmente, las aguas naturales son ricas en nutrientes, aunque el exceso de los mismos causan eutrofizacin en las aguas. La eutrofizacin (eu significa bien y trofo nutrir o alimentar), principalmente encontrada en cursos de agua estacionarios, es el proceso mediante el cual las cantidades de nutrientes tales como el nitrgeno y el fsforo, provenientes de las actividades de los seres humanos, causan un crecimiento acelerado de algas y plantas, que por un lado obstruyen la entrada de radiacin solar y por otro, al morir van al fondo y se convierten en materia orgnica que demanda grandes cantidades de oxgeno y por consiguiente disminuyen el oxgeno en el agua. Las caractersticas de un curso de agua no eutrofizado o oligotrfico son: visibilidad mayor de 10 metros, aguas claras, grandes cantidades de oxgeno

disuelto, inclusive en el fondo, valores de fsforo entre 3 y 18 g/L y apreciable presencia que peces. Mientras que, las caractersticas de un curso eutrofizado son: visibilidad menor a 3 metros, aguas turbias, oxgeno disuelto

slo en la superficie, valores de fsforo entre 15 y 400 g/L y escasa presencia de peces. En los ambientes acuticos el oxgeno es un factor limitante del crecimiento de microorganismos debido a su baja solubilidad, ya que se encuentra en


121

concentraciones no mayores de 9 mg/L en los ambientes ms favorables. En la tabla N 17 se presenta la solubilidad de ste y otros gases en el agua.

Tabla N 17. Solubilidad de algunos gases en el agua a 20 C y 1 atm. de presin.

Gas Solubilidad (mg/100 g de agua)

Oxgeno, O2 4,3

Anhdrido carbnico, CO2 169,0

Anhdrido sulfuroso, SO2 10.600,0

Amonaco, NH3 51.800,0 Fuente: Water Chemistry, Benjamn, M. M.

Los organismos presentes en el agua utilizan el oxgeno disuelto para descomponer la materia orgnica disminuyendo sus niveles. Estas disminuciones son ms frecuentes en cursos de agua estacionarios, ya que los restantes se oxigenan continuamente por los factores hidrulicos de su movimiento. 2. Contaminacin de los Cursos de Agua. La contaminacin por sustancias qumicas del agua es un problema bien difcil de remediar ya que, en la agricultura y en las actividades industriales, se generan grandes cantidades de compuestos qumicos no biodegradables o que son resistentes a ser degradados. Muchos de estos qumicos se concentran y persisten en el ambiente y son transportados de un organismo a otro a travs de la cadena alimenticia. Como ejemplo, se puede citar el caso del mercurio, un compuesto qumico utilizado en el procesamiento del papel, que se crea inerte y era retirado del agua mediante sedimentacin. Sin embargo, ciertas bacterias presentes en el agua convierten el mercurio en un compuesto soluble, denominado Metil de mercurio, el cual es consumido por peces y otros invertebrados presentes en las aguas. Debido al consumo de productos del mar, el mercurio puede acumularse en los seres humanos produciendo grandes daos en el sistema nervioso central. Los contaminantes qumicos son clasificados en dos categoras: orgnicos e inorgnicos. Los contaminantes orgnicos, provienen de los pesticidas, desechos del petrleo, detergentes y de los qumicos utilizados en los procesos industriales. Muchos de estos contaminantes son difciles de degradar por los microorganismos, por lo que constituyen un problema en el


122

tratamiento de las aguas residuales. Para mitigar este problema, en pases desarrollados se ha endurecido la legislacin que prohbe las descargas de sustancias no biodegradables en los cursos de agua. Los contaminantes inorgnicos son bsicamente metales, como hierro, plomo, manganeso, cadmio, mercurio, cobre y zinc, producto de las actividades mineras e industriales. Alguno de ellos pueden producir corrosin en las tuberas debido a la accin metablica de microorganismos, particularmente las bacterias sulfato-reductoras que oxidan el hierro y convierten los sulfatos en sulfuro de hidrgeno (H2S) y las oxidantes del azufre que producen cido sulfrico (H2SO4) mediante la oxidacin del sulfuro de hidrgeno. Los contaminantes biolgicos presentes en las aguas son bsicamente los microorganismos patgenos, tales como bacterias y virus, provenientes del metabolismo de los seres vivos, animales y hombres, que llegan a los cursos del agua a travs de las heces fecales. Muchos de los microbios presentes en las heces de origen animal llegan al curso de agua a travs de la escorrenta superficial. Los cursos de agua naturales contienen cantidades limitadas de minerales o nutrientes para el desarrollo de algas, exceptuando el nitrgeno y fsforo, los cuales provienen de las aguas residuales domsticas, industriales y comerciales sin tratamiento. El nitrgeno proveniente de las protenas y fertilizantes agrcolas y el fsforo en forma de fosfatos, proveniente de los detergentes, producen eutrofizacin de las aguas, lo que trae como consecuencia el aumento desmedido de algas que generan condiciones anxicas produciendo la muerte de otras especies, como los peces. Un curso de agua se considera contaminado si existe en l la presencia de una sustancia o condicin que, dependiendo de su concentracin y/o naturaleza, hace que el agua no pueda ser utilizada para un uso en particular. Por ejemplo, la presencia en el agua de microorganismos patgenos y de sustancias txicas la hacen no apta para el consumo humano, pero podra ser utilizada para enfriamiento en procesos industriales o en plantas generadoras de energa. 2.1. Principales Contaminantes. Los principales contaminantes del agua son el producto de las actividades humanas, como los procesos fisiolgicos (heces fecales), la crianza de animales y los procesos industriales de alimentos. As como sustancias inorgnicas, combustibles fsiles, calor y sedimentos provenientes de la erosin de los suelos.


123

La mayor parte de la materia orgnica es descompuesta por microorganismos, consumiendo oxgeno, el cual disminuye rpidamente, aumentando el nmero de microorganismos anaerobios y disminuyendo el nmero de aerobios que descomponen, causando el aumento del tiempo de descomposicin de los desechos orgnicos. Tambin, las heces fecales de las descargas de aguas residuales sin tratamiento acarrean microorganismos patgenos tales como bacterias, virus y protozoarios. La presencia de estos microorganismos habitantes del intestino de organismos de sangre caliente, imposibilita el uso del agua para fines potables. El trmino de agua potable, se utiliza para aquellas aguas que cumplen con ciertos parmetros fsicos, qumicos y biolgicos, que la hacen apta para el consumo humano. Los desechos industriales contienen metales, minerales, compuestos, tanto inorgnicos como orgnicos y algunos compuestos qumicos sintticos no biodegradables. Estos compuestos alteran el pH y la presin osmtica del cuerpo de agua y muchos de ellos son txicos para los animales y los seres humanos. Los compuestos qumicos sintticos no biodegradables persisten en el ambiente, ya que los microorganismos no poseen las enzimas necesarias para descomponerlos. Algunos de estos compuestos son hidrofbicos o de poca afinidad con el agua, razn por la cual tienden a acumularse ms bien en los tejidos grasos de los seres vivos, aumentado la bioacumulacin o cantidad de txicos en los organismos vivos y transportndose de un organismo a otro a travs de la cadena alimenticia. En la tabla N 18, se muestran las diferentes clases de compuestos qumicos y el efecto que producen en el medio ambiente. Tabla N 18. Compuestos txicos y usos efectos en al ambiente.

Origen/uso Clase Compuesto Efecto/problema

Productos qumicos Indust\riales

Solventes

Tetraclorometano

Contaminacin de cursos de aguas naturales, acumulacin en la cadena alimenticia, productos cancerigenos

Intermediarios

Metil-t-butil-eter

Petroqumicos BTEX(benceno, tolueno, xelerio)

Aditivos Ptalatos

Lubricantes PCB(policlorinato de bifenilo)

Retardadores de llama

Polibrominato de difenileter


124

Continuacin

Origen/uso Clase Compuesto Efecto/problema

Productos de uso personal

Detergentes Nonilfenol etoxilato

Acumulacin cadena alimenticia, resistencia de microorganismos, feminizacin de peces. Farmacuticos Antibiticos

Hormonas Etinil estradiol

Biocidas Pesticidas DDT, Atrazine Efectos txicos, bioacumulacin, productos persistentes en el ambiente, aumento y disminucin de ciertas especies.

Biocidas no utilizados en la agricultura

Tributil-tin Triclosan

Qumicos naturales de origen geolgico

Metales pesados

Plomo, Cadmio, Mercurio

Problemas a la salud, contaminacin de aguas naturales Inorgnicos Arsnico, selenio,

uranio, flor

Olor y sabor Geosmina, metilisoborneol

Cyanotoxinas Microcistinas

Desinfeccin/ oxidacin

Producto secundario

Trihalometanos, cidos haloaceticos, bromatos

Productos cancerigenos

Fuente: The Challenge of Micropollutants in Aquatic Systems. Revista Science

Schwarzenbach, R. P., et al.

Cabe sealar que muchos de los txicos mostrados en la tabla N 4.3, se acumulan en los tejidos grasos de los seres vivos e incrementan su concentracin a medida que se desplazan dentro de la cadena alimenticia, tal como se muestra en la tabla N 19. Tabla N 19. Concentracin de PCB (Policlorinato de bifenilo) en los organismos habitantes de los grandes lagos, Estados Unidos

Organismo Concentracin (mg/Kg)

Zooplancton 0,123

eperlano, pez de pequeo tamao 1,04

Trucha 4,83

Huevos de gaviotas 124,0 Fuente: Principles of Environmental Engineering and Science, Davis, L.D. et at..

Tambin existen, en los cursos de agua, partculas del suelo tales como arenas, arcillas y minerales, que llegan a los cauces debido a actividades como la agricultura, la minera y la construccin, as como por los procesos erosivos presentes en el medio ambiente.


125

Los nutrientes, bsicamente en forma de nitratos y sulfatos, provienen de detergentes, fertilizantes y otras actividades agropecuarias y producen la eutrofizacin de las aguas. El calor debido a la descarga de aguas con altas temperaturas, utilizadas en procesos de enfriamiento, es un parmetro fsico que contamina los cursos de agua, ya que disminuye apreciablemente la solubilidad del oxgeno en el agua produciendo grandes cambios en el balance ecolgico de los ambientes acuticos. Finalmente, en la tabla N 20 se presenta un resumen de los principales contaminantes y sus efectos sobre los cursos de agua naturales. 3. Calidad Fsica del Agua. La calidad fsica comprende aquellas caractersticas del agua causadas por sustancias que no pueden ser medidas por medio de pruebas qumicas o biolgicas. Entre ellas estn: el color, el olor, el sabor, la temperatura, la turbiedad, los slidos y la conductividad elctrica.

Tabla N 20. Contaminantes y sus efectos en las aguas Contaminantes Efecto en el ambiente acutico

Materia orgnica biodegradable

Incrementa los requerimientos de oxgeno en el proceso de oxidacin, produciendo un ambiente anaerobio, disminuyendo

los microorganismos aerobios y aumentado el nmero de microorganismos anaerobios, migracin de peces

Organismos patgenos Causan enfermedades en los seres humanos

Materia inorgnica y minerales

Varan los niveles de salinidad y acidez del agua

Compuestos qumicos

sintticos o no biodegradable

Producen bioacumulacin en la cadena alimenticia, pudiendo

generar cncer, trastornos neurolgicos y otras enfermedades

Nutrientes (N, P) Causan un crecimiento incontrolado de plantas acuticas, as

como tambin aportan sabor y olor al agua

Sedimentos

provenientes de la

erosin

Se depositan en el fondo, disminuyendo los niveles de agua,

reducen la penetracin de la luz solar a las plantas del fondo,

reduciendo las concentraciones de oxgeno, por no realizarse la fotosntesis

Materiales radioactivos Causan cncer, mutaciones genticas y otras enfermedades, al

pasar de un eslabn a otro en la cadena alimenticia

Calor Reduce la solubilidad del oxgeno disuelto en el agua, altera las

caractersticas de los ecosistemas, disminuyendo el nmero de colonias presentes en los mismos

Fuente: Water Resources Engineering, Linsley, R. K. et al..


126

3.1. Color. El color del agua tiene su origen en causas internas y externas. Las primeras son la presencia de sustancias coloidales y disueltas, como cidos orgnicos, por ejemplo el cido hmico y humatos provenientes de la descomposicin de la materia orgnica, as como tambin la elevada concentracin de iones metlicos, como el hierro y el manganeso coloidal. La presencia de materiales suspendidos como arcillas y arenas entre otros, tambin puede ser una causa interna. La principal causa externa del color del agua es la variacin de la absorcin de la radiacin solar segn la mayor o menor longitud de onda. Se reconocen dos tipos de color, el color real o verdadero, el cual es producido nicamente por las sustancias en solucin, es decir, es el color que presenta el agua una vez que su turbiedad ha sido removida por centrifugacin para evitar interferencias y el color aparente, que es el que presenta el agua bruta o el agua cuando posee partculas en suspensin. En general, cuando se habla de color en el agua se hace referencia al color verdadero del agua y se acostumbra medirlo conjuntamente con el pH, ya que la intensidad del color depende del pH: a mayor pH, mayor intensidad de color. El color del agua se determina por comparacin visual de la muestra con patrones especiales preparados con solucin madre de color que contiene cloroplatinato de potasio (K2PtCl6) y cloruro cobaltoso (CoCl2.6H2O). Con estos patrones se obtiene una escala de color que contiene 500 mg/L de platino provenientes del cloroplatinato y 250 mg/L de cobalto provenientes del cloruro cobaltoso, lo que permite obtener una serie de estndares de color con tonalidad adecuada para la comparacin visual. La solucin estndar tiene un color de 500 unidades y, a partir de las diluciones, se pueden preparar una serie de patrones de trabajo. Estos estndares se colocan, generalmente, en unos tubos para la comparacin de color, llamados tubos de Nessler. Una escala puede oscilar entre 0 y 70 unidades de color, y se puede utilizar por varios meses, siempre y cuando est protegida contra el polvo y la evaporacin. Los patrones se deben ajustar a los estndares de la APHA, segn las normas sanitarias vigentes. El agua para el consumo humano no debe de exceder de 15 unidades de color. Generalmente, las muestras que contienen unidades de color inferiores a 70 se determinan mediante comparacin directa con los tubos de Nessler, pero, en aquellas muestras con valores superiores a 70 unidades, se deben diluir


127

para poder realizar la comparacin y ajustar el valor final multiplicando el valor obtenido por el factor de dilucin. La unidad de color es equivalente a una concentracin de 1 miligramo de platino por litro como cloroplatinato de potasio o 0,5 miligramos de cobalto como cloruro cobaltoso por litro de solucin, a esto se le denomina escala platino-cobalto. En otras palabras, la unidad de color corresponde al color producido por un miligramo por litro de platino (como cloroplatinato de potasio). Este parmetro fsico del agua permite evaluar fuentes de color y eficiencia de los procesos de tratamiento, debido a que cualquier color en el agua es objetable por el consumidor. El color se elimina por procesos de coagulacin con iones metlicos trivalentes como el aluminio o el hierro, sedimentacin y filtracin.

Entre las tonalidades ms comunes presentes en las aguas naturales se tienen, entre otras: verde, debido generalmente a la presencia de fitoplancton; pardo o rojizo, por contacto con manto granticos o silicios; azul, originado por la absorcin de radiaciones; amarillo-marrn, debido a la presencia de materia orgnica.

3.2. Olor y Sabor. Estos dos parmetros son gemelos, es decir ocurren en forma simultnea y en la prctica son difciles de diferenciar. Sus causas son de origen diverso, entre las que se pueden mencionar la presencia de compuestos qumicos producto de la descomposicin de materia orgnica en solucin, como el sulfuro de hidrogeno (H2S), la presencia de sales como el cloruro de sodio (NaCl), sulfato de sodio (Na2SO4) y de magnesio (MgSO4). Estos ltimos, debido a las intrusiones de agua salada, microorganismos como las algas y los hongos, productos del cloro y desove de peces. La determinacin del olor y el sabor se hace solo en forma cualitativa y el mtodo ms usado es la determinacin de la relacin de dilucin hasta que estos parmetros sean apenas perceptibles, ya que la intensidad del olor se considera como recproca de la relacin de dilucin con agua libre de olor. El

valor de dicha dilucin se conoce como el nmero detectable de olor y sabor. Para su determinacin, se diluye el agua a examinar con agua destilada, que haya sido filtrada sobre carbn activo, hasta que no presente ms olor. Slo existen cuatro sabores bsicos: salado, dulce, amargo y cido. En general, la eliminacin del olor y sabor en las aguas, se realiza por medio de la utilizacin del carbn activo o por medio de la aireacin. En el caso de


128

poseer un fuerte olor a sulfuro de hidrgeno, se recomienda agregar una cierta cantidad de sulfato de cobre (CuSO4), ya que el mismo produce una desgasificacin con la separacin de sustancias voltiles. Si las causas son de origen orgnico se pueden emplear para su eliminacin el filtrado con carbn activo y/o la aireacin, y si son de origen inorgnico se pueden eliminar por procesos de aireacin, filtracin, cloracin, ozonizacin, esterilizacin con cloraminas, tratamiento con perxido de nitrgeno o tratamiento con permanganato potsico, entre otros. Al igual que el color, estas propiedades hacen que el agua sea objetada por los consumidores, y su determinacin es importante ya que puede contribuir a la definicin de posibles fuentes de contaminacin de las aguas. En general, la presencia de estos parmetros en el agua constituye un indicativo de contaminacin del curso de agua. 3.3. Temperatura. Constante fsica que representa la medida de calor almacenado en el agua. Es de vital importancia, ya que el desarrollo de diversos fenmenos que se realizan en el agua dependen de ella, como por ejemplo, la solubilidad de gases, tales como el oxgeno y el anhdrido carbnico (CO2), y la solubilidad de las sales como es el caso del carbonato de calcio (CaCO3). Una temperatura elevada implica la aceleracin de los procesos de putrefaccin y, por ende, un aumento de la demanda de oxgeno, es decir: a mayor temperatura, menor solubilidad del gas. En el caso de las sales, su solubilidad aumenta cuando aumenta la temperatura. Para la determinacin de la temperatura en aguas superficiales circulantes se utiliza un termmetro de mercurio de buena calidad, Con graduacin exacta, que debe mantenerse sumergido en el agua unos diez minutos antes de hacer la lectura. En el caso de aguas subterrneas, embalses y lagos se utiliza un termmetro de mxima y mnima. Generalmente, la temperatura de los cursos de agua es un poco inferior a la temperatura ambiente y el rango de temperatura ptima deseable para su ingestin es de 10 a 14 grados Celsius. 3.4. Turbiedad. Es un fenmeno ptico causado por la dispersin o interferencia de la luz, visible debido a la presencia de partculas insolubles en suspensin, tales como, arcillas, limos, sales de hierro, microorganismos y materia orgnica. La


129

presencia de estas partculas insolubles depender de las caractersticas de los suelos a travs de los cuales haya circulado el agua. Cuando el agua entra en contacto con la tierra, disuelve arcillas, sales y otras materias inorgnicas y orgnicas. Habitualmente, en aguas estacionarias, las materias suspendidas estn representadas por soluciones coloidales. Su determinacin debe de realizarse despus de haber dejado sedimentar la materia en suspensin durante un perodo de tiempo prudencial. La unidad de la turbiedad es el grado de slice (SiO2), y ha sido definida igual a 100 para un agua que contenga 100 mg/L de slice pura y en un estado tal que un hilo de platino de 1 mm de dimetro cese de ser visto cuando se sita a 100 mm debajo de la superficie del agua, estando colocado el ojo del observador a 1,2 metros del hilo. Existen en la actualidad equipos sofisticados para la determinacin de la turbiedad y el mtodo ms utilizado para su determinacin es el mtodo nefelomtrico, el cual mide la turbiedad mediante un nefelmetro y permite expresar los resultados en unidades de turbiedad nefelomtrica (UTN). El mtodo consiste en comparar la intensidad de la luz dispersada por la muestra con la intensidad de la luz dispersada por una solucin patrn de referencia bajo las mismas condiciones de medida. Entre la turbiedad y la intensidad de la luz dispersada existe una relacin directa, es decir, a mayor intensidad de la luz dispersada mayor turbidez.

En la nefelometra, el rayo de luz pasa a travs de la muestra en ngulo recto con la celda fotoelctrica del instrumento. La luz reflejada por las partculas dispersas (efecto Tyndall) es medida directamente por la celda detectora del nefelmetro. Este instrumento compara la intensidad de luz dispersada por la muestra y la intensidad de luz dispersada por una muestra patrn de formalina con diferentes diluciones, bajo las mismas condiciones de medida, si la dispersin es mayor, mayor ser la turbiedad del agua. Como muestra patrn de referencia se usan, debido a su fcil preparacin, suspensiones de un polmero de formazina, en vez de soluciones estndares de slice, en las que 1 mg/L de slice corresponda a una unidad de turbidez. Por tanto, cuando se usa el estndar de formazina, 40 UTN (unidades nefelomtricas de turbidez) equivalen a 40 unidades de turbiedad con el mtodo de Jackson, que mide la interferencia al paso de la luz en lnea recta y el nefelmetro mide la dispersin de la luz por las partculas, por lo tanto, para evitar confusiones la turbidez medida en las dos formas antes expuestas, sus resultados deben expresarse en UTN.


130

La eliminacin de la turbiedad del agua se hace por medio de uno o varios procesos de tratamiento adecuado, como son la decantacin con o sin adicin de coagulantes, la sedimentacin y la filtracin a travs de medios porosos. La turbiedad es un parmetro que permite determinar el tipo y la eficiencia de los procesos convencionales de tratamiento. Este parmetro siempre es controlado en las plantas de purificacin de agua para determinar la efectividad de la misma. La turbiedad es un parmetro controlado en todos los abastecimientos pblicos debido, fundamentalmente, a razones tales como la esttica, la filtrabilidad y la desinfeccin. Esto se traduce en que, si el agua es turbia, el consumidor puede objetar su uso y consumo. As mismo, a medida que aumenta la turbiedad del agua se hace ms difcil el proceso de filtracin y en algunos casos puede ocurrir que ciertos microorganismos se encuentren encapsulados en partculas y sean inmunes a la accin de los desinfectantes.

La turbidez es un parmetro de vital importancia en las plantas de potabilizacin, pues suministra informacin acerca de la cantidad de qumicos que se requieren en las operaciones de tratamiento y si se requiere de un tratamiento especial de coagulacin y filtracin. Segn las normas sanitarias vigentes en nuestro pas, el agua que se suministra para consumo humano debe poseer una turbidez no mayor de 25 unidades de turbidez. Sin embargo, en los Estados Unidos de Norteamrica la agencia de proteccin ambiental ha establecido como nivel mximo de turbidez de 0,5 a 1 unidades de turbidez. 3.5. Slidos. En este parmetro se incluyen todos los materiales, tanto orgnicos como inorgnicos, que estn presentes en el agua. Estos materiales se pueden clasificar segn su tamao en: iones o molculas en solucin verdadera, si su tamao es menor a 10-6 mm, coloidales si su tamao oscila entre 10-6 y 10-3 mm y, partculas en suspensin si son mayores de 10-3 mm. Las partculas en suspensin, a su vez se dividen en no sedimentables, si su tamao se encuentra entre 10-3 y 10-2 mm, y sedimentables para tamaos mayores a 10-2 mm. La determinacin de los slidos se lleva a cabo a travs del anlisis gravimtrico (medida de sus masas) de muestras que han sido sometidas a diversas tcnicas de separacin, entre las que tenemos: la filtracin, la evaporacin y la combustin.


131

As, si la muestra sin filtrar, colocada sobre una cpsula de porcelana previamente pesada, se somete a un proceso de evaporacin sobre un bao de Mara, se obtienen los slidos totales que corresponden al residuo obtenido de este proceso. Si el residuo obtenido anteriormente se calcina en una mufla (horno para

altas temperaturas) a una temperatura de 550C durante 15 a 20 minutos, se obtienen los slidos totales fijos o inorgnicos. Seguidamente, por diferencia de masa entre los slidos totales y los fijos se pueden obtener los slidos totales voltiles u orgnicos. Los slidos suspendidos o no filtrables se determinan cuando se somete la muestra a un proceso de filtracin a travs filtros de membrana o Millipore que remueven las partculas por exclusin de poros de un dimetro establecido. Este filtro, luego es sometido a un proceso de secado en el

horno a una temperatura de 103-105C para as, finalmente, conocer la

fraccin de slidos suspendidos. Posteriormente, si se calcina en la mufla a 550C durante 15 a 20 minutos, se obtienen los slidos suspendidos fijos o

inorgnicos y por diferencia entre las masas se obtienen los slidos suspendidos voltiles. Si se conocen los slidos totales y los slidos suspendidos, por diferencia de masa se puede determinar la fraccin filtrable o los slidos disueltos, que tambin pueden conseguirse en forma directa si se filtra la muestra a travs de un filtro Millipore, el filtrado es recogido en una cpsula de porcelana de peso conocido y se le somete a evaporacin en Bao Maria para, a continuacin, secarlo a 103-105C durante una hora. El residuo obtenido ser

la fraccin soluble o slidos totales disueltos. De igual manera, por diferencia de masa entre los slidos totales voltiles y los slidos suspendidos voltiles, se obtiene la fraccin orgnica filtrable o slidos voltiles disueltos, que tambin se puede determinar si se calcina a 550C el filtrado obtenido del procedimiento para conocer los slidos

disueltos. La determinacin de slidos totales en aguas potables es de gran inters por la existencia de pequeas cantidades de slidos suspendidos. Para aguas residuales la determinacin de slidos totales es, generalmente, de poco valor ya que es difcil interpretar su significado en forma real y exacta.


132

La determinacin de los slidos suspendidos totales y voltiles, es importante para evaluar la concentracin o fuerza de las aguas residuales y para determinar la eficiencia de las unidades de tratamiento. La importancia en la determinacin de los slidos en aguas para el consumo, radica en el hecho que a medida que aumentan los slidos disueltos aumenta la dureza del agua, originando problemas de incrustaciones en tuberas, por lo que se recomienda que las aguas destinadas para este uso tengan como lmite mximo 500 mg/L de slidos totales. Por otra parte, se sabe que las aguas con un alto contenido de slidos poseen un efecto laxante que pueden afectar de manera directa a sus consumidores. 3.6. Conductividad. La conductividad de una solucin es una medida de la capacidad de esa solucin para conducir una corriente elctrica. Debido a que la corriente es conducida por los iones en solucin, la conductividad aumenta al aumentar la concentracin de iones. Este parmetro es fundamental para evaluar la aptitud de aguas para riego. En la prctica, la conductancia elctrica (conductancia de 1,0 cm3 de solucin), se mide colocando dos electrodos de platino en una muestra de agua, que registran la resistencia ofrecida por la solucin. Se expresa en unidades de micro siemens por centmetro (S/cm) y puede ser calculada por

la siguiente relacin:

ii fxCCE donde

CE: es la conductancia elctrica. Ci: concentracin de especies inicas en solucin expresada en meq/L o mg/L. fi: es un factor de conductividad para especies inicas. Su importancia radica en que se puede obtener el contenido de slidos disueltos de un abastecimiento midiendo la conductancia elctrica. 4. Calidad Qumica del Agua. La calidad qumica representa el conjunto de parmetros presentes en el agua que pueden ser determinados mediante pruebas qumicas. Como ya se ha mencionado, el agua, el aire y el suelo se encuentran en constante movimiento e intercambian diferentes compuestos qumicos. Es decir, en las aguas naturales generalmente estn presentes ciertos compuestos mientras


133

que otros slo se presentan en ocasiones especiales, como por ejemplo cuando el agua fluye a travs de ciertas formaciones geolgicas. Los componentes qumicos que generalmente estn presentes en el agua son los iones positivos como calcio, magnesio, sodio y potasio, y los aniones tales como sulfatos, cloruros, bicarbonatos y nitratos. Tambin estn presentes sustancias no ionizadas como la slice, y gases como el oxgeno, el anhdrido carbnico y el nitrgeno provenientes de la atmsfera y el amoniaco, el metano y el sulfuro de hidrgeno originados por la descomposicin biolgica de la materia orgnica. En ciertos casos tambin pueden estar presentes, pero en concentraciones menores, otros componentes inorgnicos como el hierro, el manganeso, los nitritos, los nitratos, y los fluoruros, entre otros, al igual que ciertos compuestos orgnicos como el cido hmico, detergentes, fertilizantes, biocidas, entre otros. En el apndice IV, se presenta las tablas IV.1 y IV.3, que muestran los estndares de contaminantes permitidos en Venezuela y en los EEUU, para el agua utilizada para el consumo humano. 4.1. Sistema Carbontico. Este sistema est constituido por el anhdrido carbnico, los carbonatos y los bicarbonatos. El anhdrido carbnico es un gas que se encuentra principalmente en la atmsfera y es transportado al agua a travs de la precipitacin. Otras fuentes de anhdrido carbnico son los manantiales de aguas carbnicas, las actividades volcnicas, la respiracin de los seres vivos y los procesos de combustin de los combustibles fsiles como el petrleo y diversas actividades humanas. El anhdrido carbnico es un gas poco soluble en agua, parte de esta porcin soluble permanece en forma de gas y otra porcin reacciona para formar cido carbnico, el cual se disocia formando los iones carbonato y bicarbonato. Los bicarbonatos se encuentran principalmente en todos los cursos de agua debido a que son ms solubles que los carbonatos. 4.1.1. Anlisis Qumico del Sistema Carbontico en el Agua. Entre los anlisis que estudian la interrelacin del sistema carbontico, se encuentran el pH, la alcalinidad y la acidez. pH:


134

Uno de los equilibrios ms importantes en la naturaleza, es la auto ionizacin del agua. El agua, qumicamente pura, est constituida por una mezcla de especies: agua (H2O), protones hidratados o hidrogeniones (H3O

+ o H+) y aniones hidroxilo u oxidrilo (OH-). La expresin de su equilibrio es: H2O (l) + H2O (l) H3O

+ (ac) + OH

-

(ac)

Aplicando la ley de equilibrio para este sistema se cumple que:

OH

OHH

K

2

eq

Keq H2O = H+ OH-

La concentracin molar por litro, del agua pura, es alrededor de 55,3 M y en

el agua pura a 25C el 1,8 x 10-7% de sus molculas se encuentran disociadas en H+ y OH-. Por tanto, si la concentracin molar del agua es de 55,3 M, la concentracin molar de protones ser 55,3 x 1,8 x 10-7% = 0.995 x 10-7 M y lo mismo ocurre con los iones hidroxilos. Las concentraciones molares de H+ y OH-, son extraordinariamente pequeas, del orden aproximado de 1 x 10-7 M, para cada uno de estos iones

a la temperatura de 25C. Sustituyendo el valor de la concentracin molar del agua en la ecuacin de equilibrio se tiene:

K x [55,3] = [1x10-7] [1x10-7]

Entonces, el producto de una constante por otra constante es igual a otra constante que se denomina producto inico del agua, y se representa por Kw y equivale a 1 x 10-14 M2, a 25 C. La conclusin de ste planteamiento es

que se puede calcular las concentraciones H+ y OH- en agua pura a partir de los valores de Kw. Cuando H+ es igual a OH-, se tiene:

Kw = [H+] x [OH-] = [H+] 2 = [OH-] 2

y , por lo tanto,


135

[OH-]= [H+] = w

K

Cabe destacar que, la actividad del agua (aH2O) pura puede considerarse la unidad, su disociacin es despreciable y la actividad tanto de los iones de hidrgeno (aH+) y de los iones oxidrilos (aOH-) se pueden confundir con su concentracin. Por tanto se obtiene:

Kw = [H+] x [OH-]= 1 x 10-14 M2 a 25 C

Esta ecuacin, no slo se aplica al agua pura, sino tambin, a soluciones acuosas, en las cuales [H+] y [OH-] pueden ser muy diferentes. As, enunciamos que, en soluciones acuosas el producto de la concentracin molar del in hidrgeno y del in hidroxilo es una constante, a la temperatura ordinaria del laboratorio de 25 C, es 1 x 10-14 M2. Si se conoce [H+] u [OH-]

se puede calcular la concentracin desconocida utilizando dicha ecuacin como sigue:

H

M10x1

H

KOH

OH

M10x1

OH

KH

2

2

14w

14w

Como es lgico, en el agua pura las concentraciones molares de iones hidrogeniones y hidroxilos son iguales, [H+]= [OH-]= 1 x 10-7 M. Estos valores son los que corresponden a una solucin neutra. Si al agua pura se le aade cido, la concentracin molar de protones aumenta con respecto a la de OH-, de forma que para una solucin cida la concentracin de H+ > 1 x 10-7 M y OH- < 1 x 10-7 M. De forma anloga, la adicin de una base determina que la concentracin de H+ < 1 x 10-7 M y OH- > 1 x 10-7 M, condiciones que se producen en el caso de una solucin bsica. Debido al orden de magnitud tan nfimo de las concentraciones molares de H+ y OH-, que hace engorroso el trabajo rutinario, un bioqumico dans de nombre Sreh Peter Srensen, estableci la denominada escala de pH (abreviatura de potencial de hidrgeno), ya que el pH vara proporcionalmente al potencial de un electrodo de hidrgeno introducido en la solucin. El pH se define como el logaritmo decimal de la actividad (a) de protones, de iones hidrgeno, hidrogeniones o iones hidronio, con el signo cambiado.


136

O3

H

O3

H

a

1logalogpH

Pero, para concentraciones inferiores a 1 x 10-2 M de iones de hidrgeno, la actividad puede sustituirse por la concentracin, caso ste, tpico de las concentraciones usadas en el laboratorio, por tanto, se puede calcular el pH mediante la siguiente expresin:

H

1logHlogpH

De la cual se puede obtener,

pH10x1H donde H+ es el equivalente del protn hidratado, H3O

+. Anlogamente, se pueden definir, pOH, pKa, pKb, pKw, pkind, etc. De acuerdo al concepto matemtico de pH, se puede elaborar una escala de pH que va desde un valor mnimo de cero a un valor mximo de catorce. La acidez, o alcalinidad, de una solucin est determinada por las proporciones de iones H+ y OH- presentes en ella. El pH de una solucin 1 Molar de H+ es cero, y el de una solucin 1 Molar de OH- es catorce.

El pH, es una forma de expresar la actividad o concentracin del in hidrgeno (H+), sin que esto quiera decir que mida la alcalinidad o acidez de una solucin. Su determinacin tiene importancia, especficamente en las plantas de purificacin de aguas naturales, pues este parmetro garantiza la eficiencia de procesos tales como la coagulacin, floculacin y desinfeccin. En funcin del pH, las soluciones pueden clasificarse en: Neutra (pH=7), cida (pH7). El pH de las aguas naturales se encuentra entre 4,3 y 9,0. Es decir, no hay un pH normal. Lo que existe es una normal variabilidad del mismo, que depender, fundamentalmente, de los suelos a travs de los cuales haya circulado el agua. Muy pocas aguas naturales tienen un pH inferior a 5,0, puesto que rara vez se encuentran cidos minerales fuertes en los acuferos o en las fuentes de agua superficiales. Un pH de 4,3 orienta hacia la presencia de anhdrido carbnico (CO2) proveniente, entre otras causas, de la descomposicin de la materia orgnica,


137

el cual se disuelve en agua para formar cido carbnico. Esta reaccin qumica es:

(ac) 322(g)2 COHOHCO

En forma anloga, un pH de cerca de 10,5 implica la presencia del in carbonato, anlogamente, un pH cercano a 8,5, indica la presencia en el agua del in bicarbonato, que, generalmente, se encuentra acompaado por cationes como el calcio y el magnesio, estas reacciones qumicas se presentan seguidamente:

23332 )Ca(HCOCaCOCOH Bicarbonato de calcio

23332 )Mg(HCOMgCOCOH Bicarbonato de magnesio

Al igual que, si se obtienen pH inferiores a 4,5 implica la presencia de cidos fuertes, si se tienen pH mayores de 10,5, habr presencia de lcalis o bases fuertes. Cabe sealar que, en algunos casos, se debe tener en cuenta que si el agua contiene predominio de carbonatos solubles, que no experimentan la accin del cido carbnico (H2CO3), el pH ser de 10,5 aproximadamente. Aunque son posibles valores de pH por debajo de cero (negativos) y por encima de catorce, la escala de cero a catorce cubre las fluctuaciones prcticas de acidez y alcalinidad de las soluciones comunes. Las mediciones exactas del pH se realizan mediante la utilizacin de un potencimetro o medidor de pH, que mide la diferencia de potencial entre un electrodo indicador y un electrodo de referencia, produciendo una lectura en unidades de pH. Los electrodos comnmente usados para medir el pH son el electrodo de vidrio, Ev, electrodo indicador, que desarrolla un potencial a travs de su membrana semipermeable de vidrio como una funcin de la actividad de protones, y el potencial del electrodo de Calomel (electrodo de referencia), que tiene un potencial fijo independiente de la actividad de los protones. El electrodo de vidrio consiste en una delgada membrana de vidrio especial que contiene un alambre de Ag-AgCl y una solucin patrn de referencia (HCl 0,1 M u otra concentracin). El electrodo de referencia est formado por cloruro de mercurio slido (Hg2Cl2, calomelano) sobre mercurio metlico.


138

La fuerza electromotriz de la pila formada por estos electrodos, E, viene dada por la ecuacin:

Hlog0,06E donde E = Ev Eref, es decir, la diferencia de potencial entre los dos electrodos. Por consiguiente, se tiene:

0,06

EEpH refv

Alcalinidad: La alcalinidad en las aguas naturales est representada por el contenido de hidrxidos, carbonatos y bicarbonatos. Generalmente se debe a la presencia de sales de cidos dbiles tales como los bicarbonatos, resultado de la accin del cido carbnico (H2CO3) sobre componentes del suelo. La alcalinidad se puede definir como la capacidad que exhibe un agua natural para neutralizar cidos, o la capacidad para reaccionar con iones hidrgeno (H+), hidrogeniones o protones. Tambin, se puede definir como la cuantificacin total de sustancias alcalinas (OH-). En otras palabras, la alcalinidad de la mayor parte de los recursos acuferos naturales es causada por las sales de bicarbonato disueltas. En las reacciones qumicas que se presentan a continuacin, se muestra como el agua, que contiene anhdrido carbnico (CO2) de la atmsfera y de la respiracin de los organismos vivos del suelo, disuelve al magnesio y al calcio de un mineral comn, la dolomita (CaCO3.MgCO3), para producir la alcalinidad y la dureza del agua.

)2(HCOCa)Ca(HCOCaCOCOH 32

23332

por descomposicin se obtiene,

3

22

3

22

2

3ac)(3

CaCOCaCO

OHCOCO2HCO

o )2(HCOMg)Mg(HCOMgCOCOH 32

23332


139

por descomposicin,

3

22

3

22

2

3ac)(3

MgCOMgCO

OHCOCO2HCO

El cido carbnico, es un cido dbil, inestable, que se origina de la reaccin qumica del anhdrido carbnico y el agua (CO2 (g) + H2O (l) H2CO3). El

anhdrido carbnico es, en gran parte, el resultado de la oxidacin bacteriana aerbica y anaerbica de la materia orgnica. Este cido proporciona al agua propiedades solventes para actuar sobre la calcita o carbonato de calcio (CaCO3) y/o la magnesita o carbonato de magnesio (MgCO3), transformndolos en bicarbonatos, y por consiguiente, modificando el pH del agua a 8,5. Por esta razn, el pH de las aguas naturales superficiales oscila alrededor de este valor. En los casos en los que las aguas contengan cantidades elevadas de carbonatos e hidrxidos como, por ejemplo, aguas superficiales ricas en algas o bien aguas industriales tratadas qumicamente para alimentar calderas, se obtienen valores elevados de pH y por ende, valores elevados de alcalinidad. La alcalinidad del agua se determina experimentalmente por titulacin con una solucin de cido fuerte estndar de normalidad conocida. Generalmente, se utiliza el cido sulfrico (H2SO4) 0,02 N, y se expresa como mg/L de carbonato de calcio (CaCO3). Entre los indicadores utilizados en su determinacin estn la fenolftalena y el anaranjado de metilo. Existen diversas formas de alcalinidad presentes en las aguas naturales: la alcalinidad custica, cantidad necesaria para disminuir el pH a 10,8; la alcalinidad del carbonato, cantidad necesaria para disminuir el pH a 8,3 y la alcalinidad total, cantidad de cido fuerte (moles/L) requerida para disminuir el pH de una muestra al pH del anhdrido carbnico (CO2), es decir, al pH de 4,3. La importancia de la determinacin de la alcalinidad total, radica en el hecho de que la medicin de este parmetro es fundamental para controlar los procesos de coagulacin, floculacin y ablandamiento presentes en una planta de potabilizacin de aguas naturales. Por ejemplo, se puede citar que si la alcalinidad total de un curso natural es mayor de 50 mg/L como CaCO3, no es necesario adicionar hidrxido de calcio, Ca(OH)2, en el proceso de coagulacin. Esto quiere decir que, para poder obtener resultados positivos en el proceso de coagulacin, el agua debe poseer alcalinidad suficiente para reaccionar con los coagulantes adicionados.


140

Por otro lado, se tiene que la velocidad de la mezcla rpida en el proceso de coagulacin-floculacin depende de la alcalinidad, es decir, a medida que la alcalinidad del agua cruda es mayor, el proceso de floculacin queda afectado por la velocidad con que se dispersan los coagulantes. Con poca alcalinidad la mezcla puede ser ms lenta. Finalmente, se plantea una expresin matemtica para el clculo de la alcalinidad total expresada en mg/L como CaCO3:

muestrademL

1000x50xtitulante del NormalidadxSOHdemLtotaldAlcalinida 42

Acidez: La acidez puede definirse como la capacidad que tiene el agua natural para neutralizar bases, o como la capacidad para reaccionar con iones hidroxilos (OH-). Otra definicin vlida es la cuantificacin total de sustancias cidas. Su determinacin tiene importancia por su efecto corrosivo sobre las superficies, principalmente la de las tuberas del sistema de conduccin del acueducto. La acidez de las aguas naturales se debe principalmente a la presencia de

anhdrido carbnico disuelto (CO2(g) + H2O (l) H2CO3) , proveniente, como ya se ha sealado en la alcalinidad, de la oxidacin bacteriana aerbica y anaerbica de la materia orgnica y predomina en aquellas aguas que han atravesado capas terrestres que no contienen suficiente carbonato de calcio (CaCO3) y de magnesio (MgCO3) para neutralizarlo. Tambin, el anhdrido carbnico puede tener su origen en la atmsfera. La cantidad de cido carbnico (H2CO3), formado a partir del anhdrido carbnico (CO2), presente en el agua viene dado por la siguiente expresin:

x p CO2 = H2CO3

donde, es el coeficiente de solubilidad, cuyo valor es de 0,03 para el anhdrido carbnico y p es la presin atmosfrica. La acidez del agua se determina por titulacin con una solucin de base fuerte de normalidad conocida. Generalmente, se utiliza el hidrxido de sodio, NaOH, 0,02 N. Al igual que la alcalinidad, la acidez se expresa como mg/L de carbonato de calcio (CaCO3). En este proceso qumico se utilizan como indicadores el anaranjado de metilo y la fenoltalena.


141

Como el pH de las aguas naturales oscila entre 4,3 y 9,0, generalmente se usa fenoltalena como indicador. Para el caso de aguas con pH iniciales inferiores a 4,3, es necesario adicionar, en primera instancia, el anaranjado de metilo, para determinar la acidez mineral al alcanzar el pH de 4,3; despus, agregar la fenolftalena para determinar la acidez total al alcanzar el pH de 10,5 cuando se le est adicionando a la solucin cantidades del titulante, es decir, cantidades de hidrxido de sodio (NaOH). La acidez mineral es aquella producida por cidos fuertes disueltos en el agua, entre los que se pueden mencionar el cido sulfrico (H2SO4), el cido ntrico (HNO3), el cido clorhdrico (HCl), etc. Esto implica que, de los diferentes tipos de acidez, la ms importante es la acidez total, que se define como la cantidad de base fuerte en moles/L requeridos para aumentar el pH de una muestra al pH del carbonato, es decir, a pH de 10,5. Experimentalmente, la frmula para calcular la acidez, si el titulante es el hidrxido de sodio (NaOH), en mg/L o ppm de CO2, es:

muestrademL

1000x44xtitulante del NormalidadxNaOHdemLtotalAcidez

4.2. Oxigeno Disuelto. Es el elemento qumico ms abundante en la naturaleza y su determinacin permite poner en evidencia las condiciones aerbicas o anaerbicas de un medio en particular. Es decir, se presenta como un parmetro que permite determinar el grado de contaminacin de los cursos de agua, ya que la materia orgnica presente en el agua es oxidada por los microorganismos, utilizando el oxgeno disuelto y el consumo del oxgeno disuelto degrada la calidad del agua. La solubilidad terica del oxgeno atmosfrico en el agua dulce, aplicando la

ley de Henry, vara desde 14 a 16 mg/L a 0 C hasta 7,04 mg/L a 35 C, es decir a medida que aumenta la temperatura, disminuye la concentracin de oxgeno disuelto. El oxgeno disuelto tambin disminuye su valor a medida que los microorganismos presentes en el agua, consumen oxgeno para descomponer la materia orgnica, es decir, este parmetro es un fiel indicativo de la contaminacin y permite determinar la capacidad de autopurificacin de un curso de agua.


142

Uno de los procedimientos ms comunes, para determinar la cantidad de oxgeno disuelto en las agua, es el mtodo de Winkler. En este procedimiento, realizado a pH elevado, el oxgeno presente en el agua es reducido por el in manganeso, Mn2+, como se muestra a continuacin en la figura N 25, explicando el mtodo en base a las reacciones qumicas que tienen lugar en el proceso.

OHMnOO2

1MnOH2

marrnoprecipitad

OHSONaMnOO2

1MnSONaOH2

1

2222

242224

marrn-amarillo Solucin

OH2 IMnH4I2MnO

OH2SOKIMnSOSOH2KI2MnO

222

2

(s)2

24224422

Figura N 25. Reacciones qumicas del mtodo de Winkler.

El planteamiento de Winkler, mostrado en la figura N 25, se basa en el hecho que el dixido de manganeso (MnO2), agente oxidante, en medio cido libera a partir del in yoduro (I-) un mol de yodo (I2), el cual es equivalente a la cantidad de oxgeno disuelto, originalmente presente en la muestra. La cantidad de yodo (I2) liberado se valora en solucin dbilmente cida con un reductor patrn, el tiosulfato de sodio pentahidratado (Na2S2O4.5H2O), cuyas reacciones qumicas se muestran a continuacin:

64322

o

6423222

OS-I2OS2I

OSNaNaI2OSNa2I

3

222 O2

1HI2OHI4

El proceso qumico que ocurre en el mtodo de Winkler, se resume de la siguiente manera: el oxgeno disuelto presente en la muestra oxida el in


143

manganeso proveniente de la sal (MnSO4), para originar dixido de manganeso (MnO2) en medio bsico. El dixido de manganeso (MnO2) en medio cido oxida el in yoduro (I

-) a yodo molecular (I2), que es valorado con tiosulfato de sodio pentahidratado (Na2S2O3.5H2O). El indicador utilizado en este proceso es el engrudo de almidn, que se aade a la solucin cuando sta toma una coloracin amarillo plido, casi al finalizar la titulacin. En ese momento, la muestra se torna azul intenso con el yodo en presencia de yoduro, y es, probablemente, un complejo de adsorcin de yodo, -amilosa (producto de la descomposicin del almidn) y yoduro. La

titulacin se contina hasta que desaparezca por completo la coloracin azulada debida a la adicin del almidn. Otros autores sealan que, las reacciones qumicas presentes en el mtodo de Winkler para la determinacin del oxgeno disuelto, son:

(1) 2 NaOH + MnSO4 Mn(OH)2 + Na2SO4 Hidrxido manganoso

(2) Mn(OH)2 + O2 Mn(OH)3 + H2O Hidrxido mangnico

(3) 2 Mn3+ + 2 I- + 4 H+ 2 Mn2+ + I2 + 4 H2O

(4) I2 + 2 Na2S2O3 2 INa + Na2S4O6 Aunque ambas formulaciones difieren en ciertos aspectos, se consideran vlidas porque cumplen con el mismo principio bsico de medicin de oxgeno en funcin del yodo liberado. Por otra parte, muchos autores sealan que una de las causas que puede interferir en el proceso, es que el in yoduro (I-) est en presencia de nitritos, los que interfieren con la reaccin, alterando los resultados. Para solventar este problema, se debe agregar la azida sdica (NaN3), cuyas reacciones qumicas de eliminacin de los nitritos estn dadas por:

OHONNHNOHN

NaHNHNaN

22223

33


144

El oxgeno disuelto, tambin puede medirse utilizando el mtodo del electrodo de membrana. ste consiste en una sonda, constituida por un par de electrodos en contacto con un electrolito de soporte que estn separados de la solucin por una membrana permeable al oxgeno disuelto. El oxgeno, que pasa a travs de la membrana, reacciona con el electrodo indicador, produciendo una corriente que es proporcional a la actividad del oxgeno disuelto, y a su vez, proporcional a la tasa de difusin hacia el electrodo indicador. Cabe destacar, que los medidores de oxgeno disuelto disponibles en el mercado, estn generalmente diseados para que la salida compense automticamente la temperatura. En cursos de agua utilizados para la piscicultura, es fundamental la medicin de este parmetro, pues dependiendo de la especie a cultivar, el requerimiento de oxgeno puede ser mayor o menor. En general, cursos de agua con OD< 3 mg/L, produce la muerte de los peces. 4.3. Principales Cationes en Solucin. 4.3.1. Calcio y Magnesio. El calcio es un elemento que siempre est asociado con iones, carbonatos y sulfatos, presentes en las piedras calizas o en formaciones geolgicas con alta presencia de rocas calcreas. Puesto que un porcentaje bien elevado de la superficie terrestre posee estas caractersticas geolgicas, el calcio es un mineral que siempre est presente en los cursos de agua naturales. Este elemento es el componente principal de la dureza del agua, su estudio o determinacin qumica se realiza mediante el empleo del oxalato de amonio y su exceso es eliminado en las plantas de purificacin mediante procesos de ablandamiento que sern discutidos en temas siguientes.

El magnesio es un elemento que no se encuentra en estado libre en la naturaleza, siempre se encuentra combinado con sulfatos, cloruros y carbonatos. Este elemento contribuye a la dureza del agua, ya que aporta un tercio de la dureza total. Los excesos de magnesio son eliminados mediante ablandamiento con cal.

Dureza La dureza total, es la prueba qumica que se utiliza para el estudio de los cationes metlicos divalentes en el agua y se define como la concentracin de carbonato de calcio que es qumicamente equivalente a las concentraciones de calcio y magnesio. Antiguamente, se defina en funcin del contenido de estos iones metlicos divalentes presenten en las aguas, que tienen la


145

propiedad de reaccionar con el jabn soluble para formar precipitados insolubles, que originan costras en calentadores, calderas, etc. Los principales cationes metlicos divalentes causantes de dureza son: el calcio (Ca2+), el magnesio (Mg2+), el estroncio (Sr2+) y el hierro (Fe2+). De los cuales, los ms importantes son el calcio y el magnesio. Estos cationes endurecedores, habitualmente, estn asociados con aniones tales como: los bicarbonatos (HCO3

-), los sulfatos (SO4=), los cloruros (Cl-) y

los nitratos (NO3-). Cabe sealar, que el agua dura, en la que el anin

principal es el in bicarbonato, se llama agua dura temporal, mientras que el agua dura en la que los iones negativos principales son cualquiera de los otros, se llama agua dura permanente. Entonces, cuando el agua dura temporal se calienta cerca de su temperatura de ebullicin, como es el caso de las calderas, tuberas de sistemas de vapor y esterilizadores, el bicarbonato se transforma en carbonato, formando precipitados insolubles con los cationes endurecedores que se depositan como material incrustado, lo que puede obstruir los equipos. Las reacciones qumicas que explican el origen de la dureza son:

OHCOCOHCO22(g)2

2

3(ac)3 Descomposicin del in bicarbonato

(s)3

22

(ac)3CaCOCaCO Formacin del precipitado incrustante

Segn la gua para la calidad del agua potable de la Organizacin Mundial de la Salud (OMS), no se propone, para la dureza, un valor gua fundamentado en criterios sanitarios, pero especifica que la dureza puede influir en la aceptacin del consumidor, debido a su sabor y a la aparicin de incrustaciones. Algunos autores proponen las siguientes clasificaciones que se muestran en las tablas N 21 y 22.

Tabla N 21. Clasificacin de las aguas segn el grado de dureza.

Fuente: Qumica para ingeniera ambiental, Sawyer, C. N., et al.

Clasificacin Concentracin, mg/L como CaCO3

Blandas 0 75

Moderadamente dura 75 150

Dura 150 300

Muy dura >300


146

Tabla N 22. Otra clasificacin de las aguas segn el grado de dureza. Clasificacin Concentracin,

meq/L Concentracin,

mg/L como CaCO3

Blandas < 1 6 > 300

Fuente: Tratamiento de aguas residuales en pequeas poblaciones, Tchobanoglous, G.

La aceptacin de la dureza por los consumidores puede variar de lugar en lugar, y depende de las condiciones del sitio. La OMS (Organizacin Mundial de la Salud) propone como umbral de sabor del in calcio en el orden de 100 a 300 mg/L, segn el anin asociado, y define como lmite de tolerancia de la dureza, para evitar incrustaciones, el orden de 200 mg/L, pero, tambin indica que aguas con valores de dureza inferiores a 100 mg/L, pueden tener capacidad amortiguante reducida y resultar, por tanto, corrosivas para las tuberas. El proceso mediante el cual se eliminan los cationes endurecedores y, por ende, se reduce la dureza, es el ablandamiento qumico. La dureza tiene su origen en suelos con intensas zonas de accin bacteriana, los que originan anhdrido carbnico (CO2) en gran cantidad, al igual que en subsuelos con menor intensidad bacteriana, que tambin originan CO2 y, por consiguiente, cido carbnico. El cido carbnico, como se explic anteriormente, ejerce su accin sobre compuestos bsicos como el carbonato de calcio o calcita y el carbonato de magnesio o magnesita, para originar bicarbonatos. Dos tipos de dureza son de inters para el ingeniero sanitario: la dureza carbontica, cuando los cationes estn asociados con bicarbonato y carbonatos, y la dureza no carbontica, cuando los cationes estn asociados con otros aniones, particularmente el in cloruro y el in sulfato. Ejemplo N 1: Para la muestra de agua cuyo ensayo de anlisis qumico se presenta a continuacin, determinar la dureza total, la dureza carbontica, y la dureza no carbonatica.

Constituyente Muestra Concentracin, mg/L

Calcio, Ca2+ 15

Magnesio, Mg2+ 10

Sodio, Na+ 20

Estroncio, Sr2+ 2

Bicarbonato, HCO3- -

Cloruro, Cl- 40

Sulfato, SO4= 16

Nitrato, NO3- 1


147

Solucin: - Dureza total (DT):

Dureza total (DT)= cationes metlicos divalentes = Ca2+ + Mg2+ +

Sr2+

Masa equivalente del calcio = 40/2 = 20 g/eq.

Masa equivalente del magnesio = 24,3/2 = 12,2 g/eq.

Masa equivalente del estroncio = 87,6/2 = 43,8 g/eq.

Masa molecular CaCO3 = 40 + 12 + 3 x 16 = 100 g/mol.

Masa equivalente CaCO3 = 100/2 = 50 g/eq.

Dureza total (DT) = 15/20 + 10/12,2 + 2/43,8 = 1,6 eq/m3 x 50 g/eq

Dureza total (DT)= 80 g/m3 como CaCO3.

- Dureza Carbontica (DC):

Dureza carbontica (DC) = HCO3-

Dureza carbontica (DC) = No existe.

- Dureza no carbontica (DNC):

Dureza no carbontica(DNC) = Dureza total(DT) Dureza carbontica(DC)

Dureza no carbontica (DNC) = 80 0 = 80 g/m3 como CaCO3.

Nota: la dureza no carbontica, tambin se puede estimar sumando las concentraciones de los iones sulfato, cloruro y nitrato.

Dureza no carbontica (DNC) = ( SO4= + Cl- + NO3

-)

Dureza no carbontica (DNC) = 16/48 + 40/35,5 + 1/62 = 1,5 eq/m3.

Dureza no carbontica(DNC)= 1,5 eq/m3 x 50 g/eq = 75 g/m3 como CaCO3.

Experimentalmente, la dureza se determina usando el mtodo del Versenato o EDTA (cido etilenodiaminotetractico), que consiste en agregar a la muestra de agua una cierta cantidad de solucin amortiguadora y, utilizando como indicador el Eriocromo T, titular la muestra con EDTA (cido etilenodiaminotetractico) de normalidad conocida, hasta que el indicador vire de color rojo escarlata a azul. Este mismo procedimiento se realiza sobre un testigo compuesto por agua destilada, entonces, la dureza total, expresada en ppm o mg/L como carbonato de calcio (CaCO3), se puede calcular empleando la siguiente expresin matemtica:


148

muestrademL

1000xBADureza

3CaCOmg/L

donde, A representa los mililitros del titulante (EDTA) consumidos en la muestra, y B los mililitros de titulante consumidos en el testigo. 4.3.2. Sodio. El sodio es un elemento muy activo que no se encuentra en estado libre en la naturaleza, es decir, siempre est asociado a ciertos aniones, como los cloruros, los sulfatos y los bicarbonatos, presentes en formaciones geolgicas ricas en silicatos, tpicas en zonas ridas y en zonas costeras. La mayor parte de las sales de sodio son muy solubles en agua y, por esta razn, el sodio es un elemento que debe estar siempre presente en todos los estudios de calidad de agua. El agua de mar contiene sodio disuelto, en concentraciones mayores de 1000 mg/L, mientras que en el agua dulce la concentracin vara entre 10 a 100 mg/L. El sodio es un elemento indispensable para los seres vivos, pero su concentracin debe regularse, principalmente en aguas para riego, ya que en su forma de bicarbonato o de carbonato de sodio aumenta la alcalinidad de los suelos, reduciendo la concentracin de calcio y disminuyendo la fertilidad de los mismos. Su estudio se realiza empleando equipos modernos y costosos como el espectrofotmetro de absorcin atmica o mediante el empleo de membranas selectivas de sodio con celdas electroqumicas internas. Sin embargo, se puede determinar experimentalmente mediante el empleo del acetato de uranio y zinc, el cual forma un precipitado que puede ser definido gravimtricamente. El sodio se elimina por intercambio cationico, procesos de osmosis reversa o el uso de membranas y por evaporacin. 4.3.3. Potasio. El potasio es un elemento muy activo que siempre est asociado con el sodio y que se encuentra en la naturaleza en su forma inica o molecular. Generalmente se presenta en cantidades menores que el sodio, en aguas superficiales su concentracin alcanza valores de hasta 15 mg/L, mientras que en las aguas subterrneas su concentracin puede ser de 10 mg/L, aproximadamente.


149

Su estudio se realiza de igual forma que el del sodio, es decir, empleando equipos modernos y costosos como el espectrofotmetro de absorcin atmica o mediante el empleo de membranas selectivas de potasio con celdas electroqumicas internas. Sin embargo, se puede determinar experimentalmente mediante el mtodo colorimtrico del cobalto-nitrito de sodio, en el cual, en medio cido, se precipita el potasio con dicha solucin y se titula el exceso de bicromato. Su concentracin no tiene importancia en las fuentes de agua para el uso pblico, y puede ser eliminado por los mismos procedimientos empleados para eliminar el sodio de las aguas.

4.4. Compuestos Nitrogenados. Como se explic en temas anteriores, el nitrgeno es un elemento que est presente en la naturaleza en diversas formas: como nitrgeno amoniacal (amoniaco o in amonio), en forma de nitritos, nitratos y como nitrgeno orgnico. Sin embargo, para que un curso de agua se considere apto para cumplir funciones en la colectividad, debe tener entre 0,1 y 3 mg/L de nitrgeno total, ya que valores superiores indican la presencia de contaminacin fecal reciente. El estudio de estos compuestos nitrogenados en las aguas naturales es importante ya que, actualmente, se ha determinado que concentraciones elevadas, tanto de nitratos como de nitritos, presentes por lo general en las aguas subterrneas, pueden convertirse en compuestos cancergenos como las nitrosaminas. Nitrgeno amoniacal: En este rengln se incluye al nitrgeno presente como amoniaco o como in amonio, dependiendo de la siguiente reaccin de equilibrio:

NH4+ NH3 + H

+

El amoniaco (NH3) es un gas incoloro, muy soluble en el agua que produce hidrxido de amonio (NH4OH) el cual se disocia en el in amonio (NH4

+). Este gas proviene, tanto de la reduccin final de sustancias orgnicas e inorgnicas nitrogenadas, como de la reduccin de los nitritos. En los cursos de agua naturales puede estar presente en muy pequeas concentraciones originadas en forma natural. Las aguas subterrneas provenientes de zonas magmticas contienen altas concentraciones del in amonio. En algunos casos, su presencia en el agua se debe a que el


150

amonaco puede ser utilizado para generar cloraminas, forma de cloro residual para la desinfeccin del agua. Es importante sealar, que la presencia de este compuesto en el agua implica la existencia de contaminacin fecal reciente y peligrosa. El in amonio favorece a la multiplicacin de microbios, ya que es un elemento muy nutritivo para ellos. La presencia del in amonio NH4

+ o del amonaco libre NH3, depende del pH de la solucin: a mayor pH la forma de nitrgeno amoniacal predominante es el amoniaco no ionizado o gas. Por esta razn, en las plantas de purificacin de aguas naturales se emplea el ablandamiento con cal, para convertir el in amonio en amonaco y despus eliminarlo a travs de procesos de aireacin. Las concentraciones de amonaco son controladas, ya que un exceso en la concentracin proporciona al agua olor y sabor repugnantes, adems de ser un componente txico para los peces. Su presencia se establece, en forma individual, empleando el reactivo de Nessler o en forma conjunta, determinando todas las formas de nitrgeno presentes en el agua, mediante el mtodo de Kjeldahl. El reactivo de Nessler es una solucin de yoduro mercrico de potasio (K2HgI4) que, a un pH elevado reacciona con el amonaco presente en el agua para formar una solucin de color amarillo, que indica la proporcin presente en el agua. Para prevenir interferencias en el color final, es recomendable clarificar el agua con sulfato de zinc o hidrxido de calcio, as como tambin se recomienda eliminar el calcio, el magnesio, el hierro y los sulfuros que puedan estar presentes en el agua, antes de realizar la prueba. Nitritos: Esta forma de compuestos nitrogenados rara vez est presente en los cursos de agua, ya que se convierte en forma abrupta en el in nitrato, debido al proceso biolgico de la nitrificacin. La presencia de nitritos en el agua hace que la misma sea no apta para el consumo humano, pues implica la existencia de contaminacin y de microorganismos patgenos. Por otra parte, si existe un incremento de las concentraciones de nitritos en el agua, de ms de 0,1 mg/L, la causa puede ser generada por las descargas de gasolina. Para su determinacin se emplea el mtodo colorimtrico o mtodo de Griess-Ilosvay, el cual emplea dos reactivos, el cido sulfanilico y a-


151

naftilamina, que en medio cido reaccionan con los nitritos de la muestra produciendo en sta una coloracin prpura. Nitratos: La presencia de nitratos en el agua se debe a varias causas bien definidas, entre las que se pueden mencionar: la oxidacin bacteriana de la materia orgnica, la combinacin con el agua de lluvia, del pentoxido de nitrgeno (N2O5) generado del nitrgeno atmosfrico durante las tormentas elctricas y por la oxidacin de los nitritos. Los nitratos son un componente esencial para las plantas, las cuales producen a partir de ellos protenas, que son utilizadas por los animales y seres humanos para la subsistencia. Desde el punto de vista de la potabilidad, no es un componente nocivo, ms bien le proporciona un sabor agradable al agua, pero en grandes concentraciones no es recomendable ingerirla, ya que en el medio gstrico puede incrementar el desarrollo de una abundante flora bacteriana reductora, capaz de reducir los nitratos a nitritos, produciendo cianosis. La presencia de este in en el agua, puede implicar la reduccin de los compuestos nitrogenados, es decir se puede considerar como un indicativo del proceso de autopurificacin. En programas de control de contaminacin de cursos de agua, es necesario su monitoreo ya que el nitrato produce crecimiento acelerado de las algas. Los nitratos se eliminan por medio el intercambio aninico y se determinan por medio de la cromatografa, o utilizando el mtodo del cido fenoldisulfnico, en el que reacciona con el cido para producir una coloracin amarillenta en la muestra. Nitrgeno orgnico: Se considera nitrgeno orgnico, a todos aquellos compuestos orgnicos que contienen nitrgeno en su composicin, como los aminocidos, las aminas y las protenas. Por lo tanto, si su concentracin es elevada en el agua, implica contaminacin con heces fecales recientes. El nitrgeno orgnico consume oxgeno durante el proceso de oxidacin realizado por las bacterias nitrificantes, aumentando la demanda bioqumica de oxigeno. Esto permite establecer que los cursos de agua superficiales poco contaminados poseen trazas nfimas de nitrgeno orgnico. Su presencia se establece empleando el mtodo de Kjeldahl, el cual es un proceso de digestin que se realiza a altas temperaturas para convertir, en


152

forma rpida, el nitrgeno orgnico en bisulfato de amonio, utilizando como catalizador el sulfato de mercurio y como oxidante el cido sulfrico. El producto final es destilado y el amonaco es capturado en una solucin de cido brico, formando borato de amonio, el cual es titulado con una solucin de cido sulfrico, empleando como indicadores el rojo de metilo y el azul de metileno, para ver el punto final de la titulacin. Es importante sealar que, en el mtodo del nitrgeno Kjeldahl, se determinan tanto el nitrgeno amoniacal como el nitrgeno orgnico. 4.5. Fsforo. Su presencia en los cursos de agua naturales implica contaminacin con aguas residuales, ya que los detergentes empleados en el lavado cotidiano contienen altas concentraciones de este mineral en forma de fosfatos. El fsforo, al igual que el nitrgeno, son los nutrientes por excelencia de las algas, razn por la cual deben controlarse y monitorearse sus descargas a los cursos de agua ya que pueden generar problemas de crecimiento masivo y acelerado de algas, trayendo como consecuencia el cambio abrupto de las condiciones qumicas, fsicas y biolgicas del agua. Existen varios mtodos para su determinacin, entre los cuales est el mtodo Dnige, el cual emplea el cloruro estaoso como agente oxidante en medio acido y mediante adiciones subsiguientes de molibdato de amonio, se reduce los ortofosfatos a molibdeno de amonio, cuyo color azul es funcin de la cantidad de fsforo presente en la muestra. Otro de los mtodos empleados es el mtodo del cido ascrbico, en el cual el molibdato de amonio y el trtato de antimonio, en medio cido, producen un compuesto algo complejo denominado fosfomolibdato de antimonio, que al igual que el otro mtodo antes descrito, es de color azul y representa en forma proporcional a la cantidad de fsforo presente. 4.6. Compuestos Azufrados. Estos componentes fueron explicados en el ciclo del azufre por lo que slo se describen a continuacin en forma resumida aquellos que pueden encontrarse en los cursos de agua naturales. Sulfatos: Los sulfatos contribuyen a la salinidad de las aguas y su origen se debe fundamentalmente a la disolucin de yesos, que contienen sulfato de calcio (CaSO4), as como tambin a la oxidacin de los sulfuros. Los sulfatos siempre estn presentes en el agua natural debido a la escorrenta superficial, bien sea en pequeas o en grandes cantidades. Los


153

sulfatos de calcio y de magnesio o sal de Epsom (MgSO4), contribuyen a la dureza no carbontica del agua, formando incrustaciones en los equipos de calentamiento. Otro inconveniente es que, en exceso, producen un efecto laxante en las personas. Por estas razones, se limita su concentracin en el agua potable, a un valor no superior a 250 mg/L. Este compuesto se elimina en las plantas de purificacin mediante la adicin de cal, y su determinacin se realiza mediante el empleo del cloruro de bario (Cl2Ba), el cual, en medio acido, forma un precipitado o solucin coloidal de sulfato de bario (BaSO4), cuya absorcin se mide con un espectrofotmetro. Sulfuros: Se incluyen en este grupo, todos los compuestos de azufre que tengan un numero de oxidacin igual a menos dos, como el sulfuro de hidrogeno (H2S) y el ion hidrosulfuro (HS

-). La especie que se presenta en el agua es funcin del pH, es decir en pH superiores a 8 unidades la especie predominante es el in hidrosulfuro (inodoro) y en pH inferiores a 7, la especie predominante es el sulfuro de hidrogeno (gas maloliente). El sulfuro de hidrgeno es un compuesto que produce un olor a huevos podridos, y es un gas venenoso soluble en agua. No debe estar presente en las aguas naturales ya que su origen se debe a la reduccin de los sulfatos y de la descomposicin anaerobia de compuestos orgnicos que contienen azufre como las protenas, e implica la presencia de materia orgnica. No debe estar presente en el agua para consumo humano. La determinacin experimental de estos compuestos, se realiza utilizando el mtodo yodomtrico, en el cual, en medio cido y empleando yodo, los sulfuros se oxidan a azufre, y el yodo remanente es titulado con tiosulfato de sodio, de concentracin conocida, empleando el almidn como indicador. 4.7. Slice. Todas las rocas contienen silicio en forma de xido de silicio (SiO2) y por esta razn, este es el elemento que se encuentra en mayor proporcin en la naturaleza, despus del oxigeno. La slice se encuentra en todas las aguas naturales en forma disuelta o en suspensin, debido a los procesos qumicos que intervienen en la meteorizacin de los silicatos. En los cursos de agua superficiales, su concentracin vara entre 1 y 30 mg/L, y en el caso de las aguas termales su concentracin puede alcanzar valores cercanos a los 1000 mg/L.


154

Su estudio y determinacin es importante debido al hecho que su presencia en altas concentraciones puede producir incrustaciones de silicato de magnesio y de calcio en las tuberas de los sistemas de calentamiento. Tambin ayudan al desarrollo de colonias de algas diatomceas, produciendo la eutrofizacin de las aguas. Para su estudio, se utiliza el mtodo colorimtrico que emplea el molibdato de amonio en medio cido para producir heteropolicidos, cuyo color es proporcional a la concentracin de la slice. La eliminacin de este compuesto en las plantas de potabilizacin se realiza por medio del ablandamiento con cal, procesos de coagulacin e intercambio inico. 4.8. Cloruros. Estas especies de cloro siempre estn presentes en los cursos de agua, ya que su origen est relacionado principalmente con intercambios de agua con mares, en donde su valor puede alcanzar los 19.000 mg/L. Tambin su origen est asociado con la disolucin de rocas y el lavado de terrenos, por el gran poder disolvente del agua y con actividades humanas, con el consumo de la sal comn y con las actividades industriales. En las aguas superficiales se presentan en menor proporcin que los bicarbonatos y los sulfatos. Es un componente fundamental en el desarrollo de la vida vegetal y animal, no nocivo para la salud en concentraciones razonables, pero le proporciona al agua un sabor desagradable si su concentracin es superior a 250 mg/L. El intercambio aninico es el nico proceso qumico para su eliminacin en las plantas de potabilizacin del agua. Su presencia se determina mediante el mtodo de Mohr, en el que se emplea el nitrato de plata (AgNO3) como titulante para medir la cantidad de cloruro de plata (AgCl) precipitado en la reaccin qumica, utilizando como indicador el cromato de potasio (K2CrO4). 4.9. Fluoruros. Son iones que no existen libremente en la naturaleza, es decir siempre se presenta en combinados con cationes. Debido a su baja solubilidad en agua, se encuentra en muy pequeas concentraciones en los cursos de agua naturales. Este in no txico, es generalmente adicionado al agua para ayudar al fortaleciendo de los dientes en la prevencin de las caries. Su dosis ptima se determin en base a la experimentacin humana, obtenindose como concentracin mxima permisible entre 0,7 y 1,5 mg/L. En concentraciones


155

mayores de la mxima permisible, produce el manchado o coloracin amarillenta de los dientes. Esto hace necesario su determinacin, para definir la concentracin de fluoruros en la fuente de agua y ver si es necesario adicionar o eliminar dosis para alcanzar el valor ptimo. Su eliminacin del agua se realiza mediante procesos de intercambio inico y su determinacin se hace mediante mtodos colorimtricos o empleando electrodos particulares de medida. En el caso de aguas turbias o fuertemente coloreadas, debe diluirse la muestra antes de aplicar los mtodos colorimtricos, entre los cuales se pueden mencionar, el mtodo de Spadns, en el cual a medida que la concentracin del fluor es mayor, menor es la intensidad de color producido y el mtodo de Scout-Sanchis, en cual mediante el empleo de ciertos compuestos qumicos, la mayor concentracin de fluor produce soluciones con tonos menos rojizos y ms amarillentos. 4.10. Hierro y Manganeso. El hierro y el manganeso son elementos pocos solubles en aguas que contienen limitadas cantidades de bixido de carbono. Por esta razn se presentan con mayor frecuencia en aguas superficiales estancadas, como lagos y embalses estratificados y en las aguas subterrneas donde se desarrollan condiciones anaerobias, es decir, bajas concentraciones de oxgeno disuelto y altas concentraciones de bixido de carbono. El hierro es un mineral que se encuentra como componente de las rocas piritas en forma de xido frrico insoluble y en forma de sulfuro de hierro (FeS2), mientras que el manganeso se encuentra en la naturaleza como bixido de manganeso. Estos compuestos alteran la transparencia del agua produciendo precipitados coloidales que incrementan la turbiedad. La concentracin del hierro debe ser menor de 1 mg/L en las aguas superficiales en movimiento y puede presentarse en concentraciones superiores a 10 mg/L en las aguas subterrneas. En el caso del manganeso, su concentracin es mucho menor que la del hierro, en las aguas superficiales, 0,2 mg/L, mientras que en las aguas subterrneas puede estar presente en concentraciones cercanas al 1 mg/L. Los valores mximos de hierro y manganeso, en agua subterrneas empleadas para el consumo humano, son de 0,3 y 0,1 mg/L, respectivamente. La presencia de estos elementos en el agua, aunque no sean nocivos, dificultan su uso, ya que incrementan la dureza del agua, producen incrustaciones, corrosiones y coloraciones en tuberas de hierro fundido y de hierro galvanizado, aumentan la demanda de cloro y fomentan el desarrollo


156

de microorganismos fijadores del hierro y del manganeso en los sistemas de distribucin. Para la determinacin del hierro se utilizan varios mtodos, el mtodo con fenantrolina, en el cual se produce un in de color rojizo cuya intensidad se mide por fotometra o comparacin visual, y el mtodo de la tripiridina, empleado bsicamente en aguas con alto contenido de metales pesados, en el cual se produce un compuesto final de color rojo prpura que permite su determinacin en forma visual o mediante un fotmetro. El mtodo ms usado para determinar el manganeso, consiste en el empleo del persulfato de amonio, el cual oxida el manganeso produciendo iones fcilmente visibles por los colores, cuyas intensidades son proporcionales a las concentraciones del mineral existente, determinndose igual que el hierro por comparacin visual o por fotometra. 5. Calidad Biolgica del Agua. En los cursos de agua naturales con escasa contaminacin, se encuentran, generalmente, pocos individuos de cada especie y una gran variedad de especies. Si la contaminacin se incrementa, se cambian las condiciones originales del hbitat produciendo un aumento de los individuos de cada especie. Las caractersticas biolgicas del agua constituyen una gua del grado de contaminacin de las mismas, y representan una herramienta fundamental para el control, manejo y distribucin del preciado lquido. Por esto, se hace necesario conocer los principales indicadores biolgicos o microorganismos presentes en el agua. El nmero y diversidad de estos microorganismos en el agua estn relacionados con la cantidad de nutrientes (orgnicos e inorgnicos), temperatura, concentracin de oxgeno, intensidad de la luz, pH, etc. Entre los microorganismos ms comunes existentes en las aguas naturales y residuales, estn las bacterias, virus, protozoarios, Helmintos, hongos, algas, rotferos y crustceos. Como se puede observar, la clasificacin de los microorganismos en el agua es muy extensa, lo que se traduce en que s se desea estudiarlos a todos, se tendran que realizar un sin nmero de pruebas en las que se gastara mucho dinero y tiempo. A lo largo del tiempo, las pruebas para determinar la calidad biolgica del agua se han orientado hacia la bsqueda de parmetros que determinen si el agua es o no segura, es decir, garantizar que no produzca enfermedades a los seres vivos. Estas pruebas, sin embargo, tienen el


157

inconveniente del tiempo que tardan en arrojar resultados. Por esta razn, el estudio biolgico del agua apunta hacia un grupo de microorganismos indicadores que sean causantes de enfermedades y hacia un grupo de microorganismos responsables de generar olores y sabores al agua. Se conocen con el nombre de patgenos, aquellos microorganismos que causan enfermedades en el ser humano, entre los que se tienen, principalmente, las bacterias, los virus y los protozoarios. Bsicamente, la contaminacin del agua con heces de animales y de humanos, es la causa fundamental de la aparicin de estas enfermedades en las poblaciones, cuyos sntomas son diarreas, vmitos y fiebres, ya que afectan al tracto intestinal. Estos microorganismos, que causan enfermedades infecciosas, son normalmente esparcidos por las descargas de materias fecales y urinarias de personas enfermas y portadoras. Las heces fecales contienen aproximadamente de 1010 a 4010 bacterias coliformes por persona al da. 5.1. El Grupo Coliforme. Las pruebas, en los actuales momentos, tratan de identificar aquellos microorganismos que son de origen fecal, es decir que estn presentes en los cursos de agua debido a la contaminacin con aguas residuales. En este grupo, se encuentra el grupo coliforme de bacterias. Debido a que no todas las bacterias pertenecientes al grupo coliforme son de origen fecal, el estudio se focaliza en la determinacin de las bacterias coliformes fecales, principalmente la detecc

tema n4.nociones de calidad de agua

Documents