TRABAJO DE CALIDAD DE AGUAS

PRESENTADO POR

RAMATIS HEGEL HURTADO GARCIA

COD. 2008276067

PROFESOR

JAIME ROJAS

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA – “USCO”

NEIVA

2013

INTRODUCCION

La evaluación de la calidad del agua se realiza mediante una serie de análisis de laboratorio dirigidos a conocer cualitativa y cuantitativamente, las características fiscas, químicas y biológicas más importantes que pueden afectar, su uso real y potencial, como el tipo y grado de tratamiento requerido para un adecuado acondicionamiento.

A fin de garantizar la confiabilidad de los resultados, que arrojen tales análisis de laboratorio, las técnicas y procedimientos deben haber sido cuidadosamente desarrollados, evaluados y con los niveles de sensibilidad requeridos, además se deben establecer un conjunto de normas y procedimientos para la correcta captación, traslado y preservación de muestras de agua, así como también debe tenerse cuidado en las unidades y terminología usada.

Es de suma importancia destacar que los resultados de los exámenes de laboratorio no tienen valides si la muestra es captada sin cumplir la normativa sobre criterios y técnicas de muestreo, puesto que es condición indispensable que la muestra sea lo más representativa posible del agua en estudio.

Los exámenes de laboratorio pueden ser físicos, químicos y biológicos; a continuación se describen los métodos más usuales para efectuar tales estudios de calidad del agua.

CRITERIOS Y TECNICAS DE MUESTREO DE AGUAS

Los procedimientos para la captación de muestras varían según los análisis que se van a efectuar y de las condiciones del cuerpo de agua; independientemente de los fines para los cuales han sido tomadas esas muestras, ellas deben ser representativas del cuerpo de agua en estudio.

Una muestra es representativa en la medida en que sus características correspondan a la existencia de una gran masa total. Sin embargo para lograr tal condición, deben tomarse en cuenta varios factores: homogeneidad del cuerpo de agua a muestrear, número de sitios muestreados, frecuencia de muestreo, tamaño de las muestras individuales y las técnicas de captación.

Por ejemplo: si van a efectuar análisis físico – químico para definir de un modo muy general la calidad de agua en un embalse, el sitio más recomendable para la captación de la muestra seria en el centro de la masa de agua; si el objetivo es para fines de uso el sitio de captación debería ser en un lugar cercano a la toma, cuando se trata de análisis bacteriológicos con fines de control de calidad de agua servida a las poblaciones, el muestreo debe realizarse en la red de distribución.

FRECUENCIA DE MUESTREO

TECNICA DE CAPTACION Y TRANSPORTE

Análisis físico – químico: en la captación de muestras para análisis físico –químico, se requiere de un volumen mínimo de 2 litros para la cual se recomienda el uso de una botella químicamente limpia y hecha de un vidrio de buena calidad (neutro) o PVC, incolora y con un tapa con excelente condición de cierre. Antes de captar la muestra se debe enjuagar el envase dos o tres veces en la misma agua que se va a analizar, a fin de “curarla” para eliminar cualquier sustancia que no corresponda con la verdadera composición del agua.

Las muestras deben ser transportadas al laboratorio en el menor tiempo posible. El tiempo permisible entre la captación de la muestra y el análisis físico-químico no debe pasar de 24 horas a fin de evitar alteraciones en los parámetros tales como: alcalinidad, nitratos, nitritos, sulfatos, pH, solidos, color, flúor, hierro etc.

Análisis bacteriológico: en la captación de agua para análisis bacteriológico deben ser usadas botellas especialmente para este fin y previamente esterilizadas. Se recomienda los envases de vidrio neutro con tapa de vidrio esmerilado o baquila capacidad de 120ml. La tapa y el cuello de la botella deben estar protegidos con papel de aluminio para evitar su contaminación. Los envases no deben destaparse si no hasta el momento mismo del muestreo y debe evitarse que el agua toque algún objeto mientras pase el punto de captación a la botella.

Transporte: las muestras para su transporte debe ser refrigeradas, colocadas en recipientes llenas de hielo y con una bolsa plástica adjunta, debido a que durante el periodo de almacenamiento y envío las muestras están a cambios atribuibles a sus características y al recipiente que las contiene.

Cambios:

Los cambios químicos que pueden ocurrir en una muestra de agua, son debido a reacciones químicas y físicas como la oxidación, reducción, precipitación, absorción e intercambio de iones.

Los cambios biológicos pueden transformar la valencia de un elemento en otra valencia distinta, la destrucción de células por lisis puede resultar en la descarga de materia celular en una solución, la influencia biológica puede alterar el ciclo de algunos elementos en la composición de la muestra.

METODOS DE ANALISIS PARA LOS PARAMETROS FISICO – QUIMICO DE LA CALIDAD DEL AGUA

DETERMINACIONES FISICAS

Son las propiedades que se pueden ver, sentir u oler. Por ejemplo: la turbiedad, el color, la temperatura, el olor y el sabor. El agua para consumo humano debe ser transparente, incolora y sin sedimentos. Tampoco debe tener sabor ni olor y debe ser fresca al paladar.

Los análisis físicos miden y registran aquellas características del agua que pueden ser observadas por los sentidos y en algunos casos crean problemas de rechazo por parte de la población, haciéndola inadecuada para uso doméstico o industrial. Sin embargo estas características tienen menor importancia desde el punto de vista sanitario, ellas son: color, olor, sabor, turbiedad, temperatura, residuos, conductividad específica.

Color: es la tonalidad que adquiere el agua debido a la presencia de sustancias orgánicas naturales, producidas por la descomposición de material vegetal, o de sustancias minerales como el hierro y el manganeso. Las unidades para expresar el color son las UPC, que significan Unidades de Platino Cobalto.

El método más utilizado en la determinación del color de una muestra de agua, consiste en la comparación visual de la misma con una serie de patrones de soluciones coloreadas de cloroplatino de potasio, cloruro de cobalto y ácido clorhídrico. Este método se basa en que la combinación de tales sustancias da colores muy parecidos al color de aguas naturales; es muy útil para medir el color del agua proveniente de materias orgánicas tales como residuos vegetales, hojas, corteza, raíces, humus y turba. No es recomendable para medir el color en aguas industriales con alta concentración de colorantes, en este caso se deben usar los métodos espectrofotométricos.

En el caso del color real o verdadero, a la muestra original deben eliminarse la turbiedad antes de la determinación del color respectivo, para lo cual se procede a filtrar o centrifugar.

Turbiedad: Es la propiedad que tiene el agua de impedir el paso de la luz. Se debe a la presencia de partículas sólidas orgánicas e inorgánicas, tan pequeñas que no tienen el peso suficiente para sedimentar por acción de la gravedad, tales como arcillas, limos y colonias de bacterias. Estas partículas se denominan coloides y deben ser removidas del agua mediante la sedimentación, filtración y la desinfección, dado que pueden cubrir a las bacterias y otros microorganismos,

impidiendo su destrucción. La turbiedad se determina en un turbidímetro y se expresa en UNT o Unidades Nefelométricas de Turbiedad.

La turbiedad de una suspensión mide la capacidad de un líquido de diseminar un haz luminoso producido por la presencia de material insoluble, tales como partículas de arcilla y otras sustancias inorgánicas finamente divididas.

En la determinación de la turbiedad se utiliza el método Nephelométrico que mide la fracción de la luz que es dispersada 90 grados con respecto a la luz incidente.

Conductancia específica: La conductancia o conductividad es la medida de la capacidad de un líquido para transmitir la corriente eléctrica; es un parámetro relacionado con la cantidad de iones presentes en el líquido y con la temperatura a la cual se efectúa la determinación.

La conductancia se mide a través de un instrumento denominado conductímetro. Los resultados de la muestra del líquido se expresan en milisiemens por metro ( ms.m-1).

Solidos: muchas sustancias sólidas pueden ser incorporadas al agua, disolviéndose o permaneciendo en suspensión y alterando sus características. Los sólidos suspendidos pueden ser sedimentables como las arenas o no sedimentables como las arcillas y los limos.

La determinación de los sólidos es importante para evaluar la calidad del agua y para controlar los procesos de tratamiento en aguas potables y residuales.

Los sólidos se clasifican en filtrables y no filtrables, a su vez cada uno de ellos se divide en volátiles y no volátiles. La proporción volátil representa el material orgánico y la no volátil el material inorgánico presente.

Temperatura: Normalmente las mediciones de temperatura pueden efectuarse con cualquier buen termómetro centígrado de mercurio. Debe ser siempre registrada en el campo y hasta obtener una lectura constante.

Olor y sabor: Generalmente estas propiedades no se determinan a nivel de laboratorio. No obstante existen pruebas que permiten estimar tales características del agua en forma más precisa y objetiva.

En el caso de olor se requiere la preparación de agua inodora diluida mediante la filtración por un lecho de carbón activado. Luego se determina el “Numero de Olor Incipiente” (N.O.I.), es decir la proporción en la cual la muestra a analizar debe ser diluida con agua inodora para que el olor de la misma pueda apenas detectarse:

N.O.I. = ml muestra+ ml agua inodora/ ml de muestra

Para una mayor precisión se usa un grupo de 5 o más observadores que darán su opinión sobre la clasificación del agua por su olor.

La determinación del “sabor incipiente” se realiza solo de muestras aceptables para agua potable, y el procedimiento es parecido a la prueba de olor, es decir, se requiere la preparación de agua insípida (filtración con lecho de carbón activado), dilución de la muestra con agua insípida y el uso de un grupo de catadores.

La prueba debe efectuarse a 40 °C, ya que esta es la temperatura más cercana a la del cuerpo.

DETERMINACIONES QUIMICAS

Estas características se deben a las diversas sustancias químicas disueltas en el agua. Es importante conocerlas características químicas del agua, para escoger el tratamiento más adecuado y las sustancias requeridas para tratarla y hacerla apta para el consumo humano.

La alcalinidad, la dureza y el pH son propiedades químicas del agua muy importantes para decidir el tratamiento más adecuado. También deben controlarse para evitar corrosión e incrustaciones en las redes y accesorios.

Algunas sustancias químicas presentes en el agua, bien sea en forma natural como el arsénico, el flúor y el manganeso, o agregadas por actividades del hombre, como los nitratos, los metales pesados y los pesticidas, pueden ser nocivas para la salud humana y deben ser removidas antes de utilizar el agua para consumo humano.

Los análisis químicos tienen como objetivo fundamental, determinar la concentración de las sustancias de naturaleza mineral y orgánica que puedan afectar la calidad del agua, proporcionando información sobre posible contaminación o mostrando las variaciones producidas por el tratamiento a que pueden ser sometidos las mismas.

Los resultados de los análisis químicos normalmente se indican en ppm, miligramos de sustancia o elemento por litro de muestra. El pH se expresa en cifras absolutas de 0 a 14, con un decimal.

Nitratos: Se puede determinar por el método de Brucina (sulfato de brucina y ácido sulfanílico), el cual se basa en que al reaccionar el nitrato y la brucina se produce un color amarillo que puede ser usado para la estimación colorimétrica del nitrato.

La interferencia producida por el cloro residual se puede eliminar mediante la adición de arsenito de sodio; en el caso de nitritos su interferencia se anula con el ácido sulfanilico.

El método espectrofotométrico ultravioleta también se utiliza para la determinación de nitratos, por su rapidez y porque no requiere reactivos, sin embargo requiere la preparación de curvas de corrección individuales para eliminar las interferencias por nitritos, cromo hexavalente y sulfactantes, la interferencia de la materia orgánica puede minimizarse por dilución.

Alcalinidad: Se determina la capacidad de un agua para neutralizar el ácido titulándose con un ácido fuerte a los puntos de equivalencia del ácido carbónico y bicarbonato.

La alcalinidad de un líquido se clasifica como alcalinidad total o consumo de ácido para alcanzar el PH = 4,5 y la alcalinidad fenoltaleinica o consumo de ácido para alcanzar el PH= 8,3

La determinación colorimétrica del punto final se efectúa normalmente mediante un indicador de fenolftaleína.

Fluoruros: El principio de la determinación se basa en el efecto “blanqueador” del ion fluoruro en un color previamente formado por la acción entre el ion circonio y el colorante alizarina. La acción decolorante es directamente proporcional a la concentración del ion fluoruro.

Sulfatos: Se determinan por métodos gravimétricos y el turbidimetro. Para concentraciones superiores a 10 mg/l se considera que el método gravimétrico de calcinación (800C) es el más exacto. El método turbidimetro es recomendable para niveles por debajo de 10 mg/l.

El método gravimétrico se basa en que el ion sulfato tiende a precipitar en un medio de ácido clorhídrico, como sulfato de bario por la adición de cloruro de bario. La precipitación se verifica en un punto cercano a la ebullición, y después de un periodo de digestión el precipitado se filtra, se lava con agua hasta que quede libre de cloruros, se calcina o seca y se pesa como sulfato de bario.

El método turbidimetro se basa en que el ion sulfato se precipita con cloruro de bario, en un medio de ácido clorhídrico, en condiciones que permitan la formación de cristales de sulfato de bario de tamaño uniforme. Se mide la absorbancia de la suspensión de sulfato de bario por medio de un nefelómetro o turbidimetro y luego se determina la concentración del ion sulfato por comparación con la curva de calibración preparada a partir de la solución patrón.

Dureza: La dureza del agua es debida a iones metálicos bivalentes que son capaces de reaccionar con el jabón para formar precipitados y con ciertos aniones presentes en el agua para formar incrustaciones. Los principales iones bivalentes son el calcio y magnesio.

El otro método para la determinación de la dureza es por medio de titulación, el cual se basa en que el indicador Eriocromo Negro T a pH 10 +- 0,1 al ser agregado a una solución acuosa que contenga iones de calcio y magnesio, se forma un complejo de color rojo vino. Si entonces se agrega ácido etilendiaminotetracetico y sus sales de sodio (EDTA) como titulador, se forman complejos de calcio y magnesio y el color de la solución vitara del rojo vino al azul que es el punto final de la titulación.

pH: Es el logaritmo de la reciproca de la concentración del ion hidrogeno, o más precisamente de la actividad del ion hidrogeno, en moles por litro.

La escala práctica del pH comprende del 0, muy acido a 14, muy alcalino, con el valor medio de 7 que corresponde a la neutralidad.

La medición del pH se realiza con el pehachimetro. Preferiblemente en el campo.

Oxígeno disuelto: Los dos métodos más usados para medir el oxígeno disuelto son:

El método WINKLER o yodométrico y sus modificaciones y el método de electrodo de membrana.

Las muestras de agua deben ser analizadas lo más pronto posible, porque el contenido de oxigeno varia con el tiempo y además debe evitarse en lo posible la entrada o salida de gases del envase que lo contiene.

El método de Winkler determina en forma indirecta el oxígeno disuelto en un líquido mediante reacciones de óxido-reducción. Consiste en agregar el ion manganoso a la muestra y en caso de presencia de oxigeno libre, este lo oxida bajo condiciones alcalinas a un estado de valencia mayor y en este estado el manganeso es capaz de oxidar el ion yoduro que se agrega, a iodo libre a condiciones acidas. Así la cantidad de iodo libre que se forma es equivalente al oxígeno disuelto originalmente presente, para lo cual se mide por titulación con solución tiosulfato de sodio usando almidón como indicador del punto final al virar de azul a incoloro.

El método de electrodo de membrana consiste en dos electrodos, uno de plomo (ánodo) y el otro de plata (cátodo), ambos aislados por una membrana permeable solamente al oxigeno molecular. Los dos electrodos se encuentran en una

solución hidrolítica de carbonato acido de potasio para favorecer la conductividad eléctrica; entre ambos se encuentra un micro amperímetro que mide la corriente eléctrica que se produce en la acción de óxido reducción, cuando el oxígeno al atravesar la membrana y llegar al ánodo, oxida el plomo. La corriente eléctrica registrada es proporcional a la oxidación del plomo y por lo tanto a la cantidad de oxigeno disuelto.

Cloro: En los sistemas de tratamiento de agua potable es importante determinar el cloro libre residual, ya que por su fuerza de desinfección puede asegurar la eliminación de organismos coliformes cuando se encuentra en concentraciones entre 0,2 a 0,3 mg/l.

Su determinación puede efectuarse por varios métodos, pero el más recomendable por su exactitud y precisión es el de DPD (reactivo de color, N-N-dietil-P-fenilenediamina), el cual puede realizarse colorimétricamente o titulométricamente. El primero tiene mejor aplicación en el campo con un comparador, mientras que el segundo es preferible para análisis de laboratorio. Ambos métodos puede distinguir entre método combinado o libre.

Entre otros análisis encontramos el DBO5: Se usa ampliamente para determinar el grado de contaminación de las aguas domésticas e industriales en términos del oxígeno que estas requieren, para oxidar toda la materia orgánica biodegradable.

DETERMINACIONES MICROBIOLOGICAS

Las pruebas que se hacen son: coliformes totales, coliformes fecales, salmonella, otros.

DETERMINACION DE ANALISIS VOLUMETRICOS POR CANALETA

AFORO

CAUDAL

• Volumen de agua que pasa a través de una sección en la unidad de tiempo.

• Su variación se relacionan con la época de lluvia o de sequía.

• En la industria se asocia con los procesos de producción y generación de cantidades variables de agua residual.

VOLUMETRICO:

Variables: tiempo (t), volumen (V).

CANALETA PARSHALL

Llamado así por el nombre del ingeniero de regadío estadounidense que lo concibió, se describe técnicamente como un canal venturi o de onda estacionaria o de un aforador de profundidad crítica. Sus principales ventajas son que sólo existe una pequeña pérdida de carga a través del aforador, que deja pasar fácilmente sedimentos o desechos, que no necesita condiciones especiales de acceso o una poza de amortiguación y que tampoco necesita correcciones para una sumersión de hasta el 70%. En consecuencia, es adecuado para la medición del caudal en los canales de riego o en las corrientes naturales con una pendiente suave.

Q ( l / s )= Vt

El aforador está constituido por una sección de convergencia con un piso nivelado, una garganta con un piso en pendiente hacia aguas abajo y una sección de divergencia con un piso en pendiente hacia aguas arriba. Gracias a ello el caudal avanza a una velocidad crítica a través de la garganta y con una onda estacionaria en la sección de divergencia.

Con un flujo libre el nivel del agua en la salida no es lo bastante elevado como para afectar el caudal a través de la garganta y, en consecuencia, el caudal es proporcional al nivel medido en el punto especificado en la sección de convergencia. La relación del nivel del agua aguas abajo (Hb) con el nivel aguas arriba Ha se conoce como el grado de sumersión; una ventaja del canal de aforo Parshall es que no requiere corrección alguna hasta un 70% de sumersión. Si es probable que se produzca un grado de sumersión mayor, Ha y Hb deben registrarse.

ANALISIS INDICE DE CALIDAD

Selección de variables físicas y químicas.

Asignación de valores de calidad de 0 - 100 a diferentes concentraciones de las variables. ii

asignación de coeficientes de ponderación para cada variable según su importancia ambiental. Wi

ICG = S Qi * Pi

Para calcular Qi, existen gráficos con sus formulas calculadas. Pi es constante para cada parámetro.

CALIDAD SUGERIDA SEGÚN VALORES WQI

CONDICION RANGO COLOR

MUY MALA 0 - 25 ROJO

MALA 26 - 50 NARANJA

REGULAR 51 - 70 AMARILLO

BUENA 71 - 90 VERDE

EXCELENTE 91 - 100 AZUL

ANALISIS DE LOS INDICES DE CONTAMINACION

• índice de Contaminación por Mineralización –ICOMI

• índice de contaminación por materia orgánica – ICOMO

• índice de contaminación por sólidos suspendidos – ICOSUS

Log10

ICOND.

= - 3.26 + 1.34 Log10

Conductividad

Log10

IDureza.

= - 9.09 + 4.40 Log10

Dureza

Log10

IAlcalinidad.

= - 0.25 + 0.005 Log10

Alcalinidad

IDBO.

= - 0.05 + 0.70 Log10

DBO

IColif. T.

= - 1.44 + 0.56 Log10

Colif. T.

I% Sat. OD.

= 1 – 0.01 % Sat.

OD

ICOMI = 13(I Cond . + I Dureza + I Alcalinidad)

ICOMO = 13( I DBO . + I ColiformesTotales + I Sat . OD )

ICOSUS =−0 . 02 + 0 . 003 ∗ SS

• índice de contaminación trófico – ICOTRO

CONDICIÓN PTOTAL (mg/l)

OLIGOTROFÍA < 0.01

MESOTROFÍA 0.01 – 0.02

EUTROFÍA 0.02 – 1.00

HIPEREUTROFÍA > 1.0

CALIDAD DE LOS ICO

CONSIDERACION RANGO

MUY BAJO 0 - 0.2

BAJO 0.2 - 0.4

MEDIO 0.4 - 0.6

ALTO 0.6 - 0.8

MUY ALTO 0.8 - 1

CARGA CONTAMINANTE

CC= Q *C * 0,0864 +t/24 Cc: Carga Contaminante Kg / día

Q: Caudal l/s

C: Conc. Sustancia Contaminante en mg/l

t = Tiempo de Vertimiento (h/día)

MUESTRA DE RESULTADOS

DETERMINACION PARAMETROS FISICO-QUIMICOS

CANALETA

PARAMETROS UNIDADES RESULTADOTemperatura °C 25,3Ph Unidades 6,9Conductividad µs/cm 310Oxigeno Disuelto mg/l 1,6Turbiedad NTU 2,9Alcalinidad mg/l 130Dureza mg/l 150Fosfatos mg/l 0,42Nitratos mg/l NDDBO5 mg/l 3,5Coliformes Totales NMP 700Coliformes Fecales NMP 400Solidos Suspendidos mg/l 8Solidos Totales mg/l 124

DETERMINACION INDICES DE CALIDAD Y CONTAMINACION

parametro Wi Qi Wi*QIDBO 0,11 67,78 7,4558Coli Fecales 0,16 30,57 4,89Nitratos 0 0 0P H 0,11 86,09 9,4699Turbiedad 0,08 90,88 7,2704Ox. Disuelto 0,17 83,45 14,1865Fosfato 0,1 68,43 6,843Solidos Totales 0,07 81,83 5,7281ΔT 0,1 84,05 8,405

ICA 64,25Calidad regular

DETERMINACION INDICES DE CONTAMINACION

ICOMI 0,8 alto - muy altoICOMO 0,236 bajoICOSUS 0 muy bajoICOTRO Eutrofico

CARGA CONTAMINANTE

C.C. (DBO5) 0,34 Kg/diaCC (SS) 0,79 Kg/dia

CC (DUREZA)14, 9 Kg/dia

CONCLUSIONES

Aprendimos a determinar los diferentes parámetros, y el conocer las diferentes normas que se manejan para caracterizar la calidad por medio de los ICA, ICO, CC, las características del agua y así poder darles sus posibles usos.

Analizando los resultados de la muestra de agua (Quebrada bosque USCO) y con el fin de determinar ciertos parámetros, comparándolos con los valores permisibles y estándares contenidos en la normas, podemos concluir que el agua está apta para ser tratada y potabilizada, al igual que para su uso en riego y cultivo de peces.

BIBLIOGRAFIA

Fundamentos de calidad de aguas, ing, Jaime Rojas

Control de calidad de aguas, ing, Antonio Guevara