Curso: Gestin y monitoreo de la calidad del aguaUnidad : Caracterizacin del aguaTema : Caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas del aguaDocente:Ing. Fernando Joaqun Rodrguez

ObjetivoConocer las principales caractersticas del agua.

TemarioEL aguaCaractersticas generales del agua de marCaractersticas fsico-qumicas de las aguas naturalesAlteracin de la composicin qumicaParmetros de controlParmetros fsicosParmetros qumicosParmetros BiolgicosSeleccin de parmetros de control

El aguaEl agua es un lquido anmalo porque..

es una mezcla de 18 compuestos posibles derivados de los tres istopos que presenta cada uno de los tomos que componen su molcula, H2O.su calor especfico es elevado.tiene mayor densidad en estado lquido que en estado slido.desde el punto de vista qumico debera ser un gas a temperatura ambiente.Adems, tieneelevada conductividad trmicafuerte poder ionizanteelevada constante dielctrica (aislante)gran poder disolventela propiedad de producir la disociacin electroltica y la hidrlisis.

Es la nica sustancia que se encuentra sobre la Tierra en los tres estados.Es el componente mayoritario de los seres vivos en los que juega un papel fundamental.

Caractersticas generales del agua del marEl agua de mar constituye aproximadamente el 97 % de los recursos de agua pero su uso est muy restringido para la actividad humana dada su elevada concentracin en sales: 3.5%. Los porcentajes de los compuestos ms abundantes son:2.7% de cloruro sdico0.3% de cloruro magnsico0.2% de sulfato magnsico0.1% de sulfato clcico0.2% de otras sales.ausencia de sales de potasio*

Caractersticas fsico-qumicas de las aguas naturalesLas aguas naturales, al estar en contacto con diferentes agentes (aire, suelo, vegetacin, subsuelo, etc.), incorporan parte de los mismos por disolucin o arrastre.Esto hace que las aguas dulces presenten un elevado nmero de sustancias en su composicin qumica natural.Entre los compuestos ms comunes que se pueden encontrar en las aguas dulces estn:

como constituyentes mayoritarios: los carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros y nitratos.como constituyentes minoritarios: los fosfatos y silicatos, metales como elementos traza y gases disueltos como oxgeno, nitrgeno y dixido de carbono. *

Alteracin de la composicin qumicaLa composicin qumica natural de las aguas puede verse alterada por actividades humanas: agrcolas, ganaderas e industriales, etc., incorporando sustancias de diferente naturaleza a travs de vertidos de aguas residuales o debido al paso de las aguas por terrenos tratados con productos agroqumicos o contaminados. Estas incorporaciones ocasionan la degradacin de la calidad del agua provocando diferentes efectos negativos como:la modificacin de los ecosistemas acuticosla destruccin de los recursos hidrulicosriesgos para la saludincremento del coste del tratamiento del agua para su usodao en instalaciones (incrustaciones, corrosiones, etc.)destruccin de zonas de recreo.

Las aguas contaminadas presentan diversos compuestos en funcin de su procedencia: pesticidas, tensoactivos, fenoles, aceites y grasas, metales pesados, etc.La composicin especfica de un agua determinada influye en propiedades fsicas tales como densidad, tensin de vapor, viscosidad, conductividad, etc. *

Parmetros de controlLas aguas naturales presentan unas caractersticas que han sido compatibles con la vida vegetal y animal a lo largo de los siglos. La progresiva contaminacin ha cambiado sustancialmente sus propiedades.

Las filtraciones, los vertidos y la contaminacin atmosfrica han dado lugar a que, a veces, el agua natural no sea agua potable. Esto ha originado la necesidad de utilizar parmetros de control.

Estos parmetros dependen de la procedencia del agua y de su uso (consumo humano, uso industrial, vertidos, etc.) y se pueden agrupar de la siguiente manera: fsicos, qumicos y biolgicos.*

FsicosColorOlor TurbidezSlidos en suspensin Temperatura DensidadSlidos Conductividad Radioactividad *

QumicosSlidos disueltos y suspendidos:pH Materia Orgnica (Carbono orgnico total ,COT) DBO DQO NutrientesNitrgeno y compuestos derivados (amonaco, nitratos, nitritos, etc.)Fsforo y compuestos derivados (fosfatos) Aceites y grasas Hidrocarburos Detergentes Cloro y cloruros Fluoruros Sulfatos y sulfuros Fenoles Cianuros Haloformos Metales Pesticidas *

QumicosGases disueltos:Oxgeno Nitrgeno Dixido de carbono Metano cido sulfhdrico *

BiolgicosColiformes totales y fecales Estreptococos fecales Salmonellas Enterovirus Otros*

Parmetros fsicos (I)ColorEs el resultado de la presencia de materiales de origen vegetal tales como cidos hmicos, turba, plancton, y de ciertos metales como hierro, manganeso, cobre y cromo, disueltos o en suspensin.Constituye un aspecto importante en trminos de consideraciones estticas.Los efectos del color en la vida acutica se centran en la disminucin de la transparencia, que provoca un efecto barrera a la luz solar, traducido en la reduccin de los procesos fotosintticos.

OlorEs debido a cloro, fenoles, cido sulfhdrico, etc. La percepcin del olor no constituye una medida, sino una apreciacin y tiene, por tanto, un carcter subjetivo.El olor raramente es indicativo de la presencia de sustancias peligrosas en el agua, pero s puede indicar la existencia de una elevada actividad biolgica. Por ello, en el caso de aguas potable, no debera apreciarse olor alguno, no slo en el momento de tomar la muestra sino a posteriori (10 das en recipiente cerrado y a 20C). *

Parmetros fsicos (II)Turbidez Es una medida de la dispersin de la luz por el agua por la presencia de materiales suspendidos coloidales y/o particulados.La materia suspendida puede indicar un cambio en la calidad del agua y/o la presencia de sustancias inorgnicas finamente divididas o de materiales orgnicos. La turbidez es un factor ambiental importante ya que la actividad fotosinttica depende en gran medida de la penetracin de la luz.La turbidez interfiere con los usos recreativos y el aspecto esttico del agua. La turbidez constituye un obstculo para la eficacia de los tratamientos de desinfeccin.La transparencia del agua es muy importante en las de aguas potables y en el caso de industrias que producen materiales destinados al consumo humano.

Slidos en suspensinComprenden a todas aquellas sustancias que estn suspendidas en el seno del agua y no decantan de forma natural.*

Parmetros fsicos (III)TemperaturaLa temperatura de las aguas residuales es importante a causa de sus efectos sobre la solubilidad del oxgeno y, en consecuencia, sobre la velocidad en el metabolismo, difusin y reacciones qumicas y bioqumicas. El empleo de agua para refrigeracin (por ejemplo en las centrales nucleares) conlleva un efecto de calentamiento sobre el medio receptor que se denomina contaminacin trmica. Temperaturas elevadas implican la aceleracin de la putrefaccin, con lo que aumenta la DBO y disminuye el oxgeno disuelto.

DensidadLas medidas de densidad son necesarias en aguas de alta salinidad para convertir medidas de volumen en peso. Es prctica comn medir volumtricamente la cantidad de muestra usada para un anlisis y expresar los resultados como peso/volumen (por ejemplo, mg/L). Aunque ppm y mg/L slo son medidas idnticas cuando la densidad de la muestra es 1, para muchas muestras se acepta el pequeo error que se introduce al considerar que 1 ppm es 1 mg/L.*

Parmetros fsicos (IV)SlidosSe denominan as a todos aquellos elementos o compuestos presentes en el agua que no son agua ni gases. Atendiendo a esta definicin se pueden clasificar en disueltos y en suspensin. En cada uno de ellos, a su vez, se pueden diferenciar los slidos voltiles y los no voltiles. La medida de slidos totales disueltos (TDS) es un ndice de la cantidad de sustancias disueltas en el agua que proporciona una indicacin de la calidad qumica. Analticamente se define como residuo filtrable total (en mg/L). El trmino slidos en suspensin describe a la materia orgnica e inorgnica particulada existente en el agua. Su presencia participa en el desarrollo de la turbidez y el color del agua, mientras que la de slidos disueltos determina la salinidad del medio, y en consecuencia la conductividad del mismo.

ConductividadEs la medida de la capacidad del agua para transportar la corriente elctrica y permite conocer la concentracin de especies inicas presentes en ella.La contribucin de cada especie inica a la conductividad es diferente por lo que su medida da un valor que no est relacionado con el nmero total de iones en solucin. Depende tambin de la temperatura.Est relacionada con el residuo fijo por la expresinconductividad (S/cm) x f = slidos disueltos (mg/L)El valor de f vara entre 0.55 y 0.9.*

Parmetros fsicos (V)RadiactividadLa contaminacin radiactiva se origina por los radioelementos naturales (uranio, torio y actinio) y sus productos de descomposicin, procedentes tanto de fuentes naturales, como por las actividades humanas: pruebas de armamento nuclear, operaciones relacionadas con la obtencin de energa atmica, extraccin de minerales, generacin de energa, usos industriales o en medicina, etc.

La mayora de los compuestos radioactivos tienen muy baja solubilidad en agua y son adsorbidos en las superficies de las partculas, por lo que los niveles de radiactividad en aguas naturales son normalmente bajos.

Las aguas superficiales presentan unas concentraciones ms bajas que las aguas subterrneas. *

Parmetros qumicos (I)pHSe define como pH = log 1/[H+] = log [H+]

Su medida tiene amplia aplicacin en el campo de las aguas naturales y residuales. Es una propiedad que afecta a muchas reacciones qumicas y biolgicas. El valor del pH compatible con la vida pisccola est comprendido entre 5 y 9. Para la mayora de las especies acuticas, la zona de pH favorable se sita entre 6.0 y 7.2. Fuera de este rango no es posible la vida como consecuencia de la desnaturalizacin de las protenas.La alcalinidad es la suma total de los componentes en el agua que tienden a elevar el pH (bases fuertes y sales de bases fuertes y cidos dbiles).La acidez es la suma de componentes que implican un descenso de pH (dixido de carbono, cidos minerales, cidos poco disociados, sales de cidos fuertes y bases dbiles). Ambas, controlan la capacidad de tamponamiento del agua (para neutralizar variaciones de pH provocadas por la adicin de cidos o bases). El principal sistema regulador del pH en aguas naturales es el sistema carbonato (dixido de carbono, ion bicarbonato y cido carbnico). *

Parmetros qumicos (II)Materia orgnicaLa materia orgnica existente en el agua, tanto la disuelta como la particulada, se valora mediante el parmetro carbono orgnico total (TOC, total organic carbon).Los compuestos orgnicos existentes en el medio acutico se pueden clasificar atendiendo a su biodegradabilidad (posibilidad de ser utilizados por microorganismos como fuente de alimentacin) y para su medida se utilizan los parmetros DQO y DBO.Demanda qumica de oxgeno DQOEs la cantidad de oxgeno consumido por los cuerpos reductores presentes en el agua sin la intervencin de los organismos vivos. Efecta la determinacin del contenido total de materia orgnica oxidable, sea biodegradable o no. Demanda bioqumica de oxgeno DBOPermite determinar la materia orgnica biodegradable. Es la cantidad de oxgeno necesaria para descomponer la materia orgnica por la accin bioqumica aerobia. Esta transformacin biolgica precisa un tiempo superior a los 20 das, por lo que se ha aceptado, como norma, realizar una incubacin durante 5 das, a 20C, en la oscuridad y fuera del contacto del aire, a un pH de 7-7.5 y en presencia de nutrientes y oligoelementos que permitan el crecimiento de los microorganismos. A este parmetro se le denomina DBO5.*

Parmetros qumicos (III)NutrientesLos nutrientes promueven respuestas biolgicas como el florecimiento del plancton y un excesivo desarrollo de ciertas algas que pueden impedir el empleo del agua con algunos fines.Los ms importantes son los compuestos de nitrgeno y fsforo, contaminantes comunes en residuos industriales y municipales y en las aguas de lavado de campos.Nitrgeno y derivadosLas formas inorgnicas del nitrgeno incluyen nitratos (NO3) y nitritos (NO2), amonaco (NH3) y nitrgeno molecular (N2). El amonaco es un gas incoloro a presin y temperatura ambiente altamente soluble en agua. Cuando se disuelve en agua se forman iones amonio (NH4+), establecindose un equilibrio qumico entre ambas formas. La presencia de nitratos proviene de la disolucin de rocas y minerales, de la descomposicin de materias vegetales y animales y de efluentes industriales. Tambin hay contaminacin proveniente de su uso como abonos y fertilizante.En aguas residuales, su presencia es mnima debido al estado reductor de este medio. En depuradoras de aguas residuales la produccin de NO3 debe tenerse en cuenta pues se convierte en factor limitante del crecimiento en sistemas hdricos en presencia de fsforo: eutrofizacin.El nitrgeno Kjeldahl (NTK) mide la cantidad de nitrgeno amoniacal y de nitrgeno orgnico. Indica el contenido protenico del agua. Fsforo y derivadosEl fsforo elemental no se encuentra habitualmente en el medio natural, pero los ortofosfatos, pirofosfatos, metafosfatos, polifosfatos y fosfatos orgnicamente unidos s se detectan en aguas naturales y residuales.Se le considera un macronutriente esencial, siendo acumulado por una gran variedad de organismos vivos. *

Parmetros qumicos (IV)Aceites y grasasEn este grupo se incluyen los aceites y las grasas que se encuentren en estado libre, ya sean de origen animal, vegetal o mineral (fundamentalmente, los derivados del petrleo). La mayora de estos productos son insolubles en el agua, pero pueden existir en forma emulsionada o saponificada.

HidrocarburosBajo esta denominacin se encuentran agrupados una serie de compuestos cuya caracterstica comn es presentar en su estructura tomos de carbono y de hidrgeno. Se pueden diferenciar dos grupos: los hidrocarburos derivados del petrleo y los hidrocarburos aromticos policclicos (PAHs). Estos ltimos son cancergenos.

DetergentesSon las sustancias que poseen unas importantes propiedades limpiadoras.Son productos complejos constituidos por uno o varios agentes surfactantes y compuestos minerales asociados a materias orgnicas mejorantes, a enzimas y a secuestrantes.Los ms caractersticos son los surfactantes, productos qumicos orgnicos que reducen la tensin superficial del agua. *

Parmetros qumicos (V)Cloro y clorurosEl cloro elemental es un gas amarillo-verdoso altamente soluble en agua que dismuta hidrolizndose a cido hipocloroso (HOCl) y cido clorhdrico (HCl). A su vez, el cido clorhdrico se disocia a iones hidrgeno y cloruro, mientras que el cido hipocloroso, que es un cido dbil, se disocia parcialmente en iones hidrgeno e iones hipoclorito (OCl). Las proporciones relativas de Cl2, HOCl y OCl en equilibrio (cloro libre disponible) se encuentran controladas por el pH, la temperatura y la fuerza inica. El cloro en agua reacciona fcilmente con las sustancias nitrogenadas para producir compuestos clorados (cloro disponible combinado). El cloro que permanece en agua despus de un tratamiento se denomina cloro residual. El conjunto de cloro libre y cloro combinado se nombra como cloro residual total (TRC, total residual chlorine). La medida de TRC se considera suficiente para definir las toxicidad sobre los organismos acuticos de agua dulce. El in cloruro se encuentra ampliamente distribuido en forma de cloruro sdico, potsico o clcico. El gran inconveniente es el sabor desagradable que comunica al agua. Es tambin susceptible de ocasionar corrosin en las canalizaciones y en los depsitos.

FluorurosLa mayora de los fluoruros asociados con cationes monovalentes son solubles en agua y los formados con cationes divalentes son insolubles normalmente. *

Parmetros qumicos (VI)SulfatosEl in sulfato (SO42), muy soluble en agua, es la forma oxidada estable del azufre. Los sulfatos de plomo, bario y estroncio son insolubles.El sulfato disuelto puede:a) ser reducido a sulfito y volatilizado a la atmsfera como H2Sb) precipitado como sales insolublesc) incorporado a organismos vivos. Los sulfatos, en condiciones anaerbicas, son fuente de oxgeno para las bacterias, convirtindose en H2S. Se pueden producir por oxidacin bacteriana de los compuestos azufrados reducidos. CianurosComo cianuros se incluyen una serie de diversos compuestos orgnicos caracterizados por el grupo CN. Los grmenes aerobios responsables de la depuracin y los peces son sensibles a un contenido de 0.1 mg/L de HCN. *

Parmetros qumicos (VII)FenolesLos compuestos fenlicos afectan a las especies pisccolas de diversas formas: por toxicidad directa tanto a los peces como a los organismos que les sirven como alimento y por disminucin de la cantidad de oxgeno disponible por la elevada demanda de oxgeno de estos compuestos.

HaloformosSon derivados orgnicos de los halgenos (F, C1, Br, I). Los ms abundantes en el agua son los trihalometanos, el tetracloruro de carbono y el dicloroetano. *

Parmetros qumicos (VIII)MetalesCompuestos constituidos por los diferentes elementos metlicos.Sus caractersticas dependen, entre otros factores, del metal que est incorporado.Desde la perspectiva de los potenciales efectos perjudiciales que puedan generar los metales ms importantes son mercurio y cadmio. El mercurio puede formar numerosas especies, unas bastante solubles y otras muy insolubles. La concentracin de mercurio en medios acuosos es relativamente pequea pero de una elevada toxicidad potencial como consecuencia de los procesos de bioacumulacin. El cadmio se encuentra en las aguas como ion divalente, formando compuestos orgnicos e inorgnicos, principalmente cloruros y carbonatos.Los carbonatos, sulfuros, e hidrxidos presentan una baja solubilidad en agua.La solubilidad del ion cadmio disminuye con el incremento de pH (se favorece la formacin del hidrxido).El cadmio presenta una toxicidad elevada con efecto acumulativo. *

Parmetros qumicos (IX)PesticidasSegn sus usos, se clasifican en insecticidas, fungicidas, herbicidas, acaricidas, nematocidas, rodenticidas, etc. Tambin pueden clasificarse atendiendo a sus caractersticas qumicas: se usan sustancias minerales como azufre, sulfato de cobre, arseniato de plomo y, sobre todo, compuestos orgnicos clorados como son los insecticidas (DDT, lindano, aldrn, dieldrn, etc.) y los herbicidas derivados de fenoxicidos.Hay tambin steres fosforados (insecticidas: paratin, malatin, etc) y compuestos orgnicos u organometlicos, cuyas molculas llevan incorporadas grupos funcionales muy variados: derivados de la urea, de las triacinas, carbamatos y ditiocarbamatos, etc. En el medio acutico, la toxicidad de los pesticidas vara en funcin de su naturaleza y segn las especies y su estado de desarrollo (huevo, alevn, adulto).Para los peces, los insecticidas clorados son 100 veces ms txicos que los derivados organofosforados. Los herbicidas son mucho menos txicos que los insecticidas (2000 a 3000 veces menos).Los pesticidas fosforados son mucho ms txicos para el hombre y los mamferos que los pesticidas clorados. *

Parmetros qumicos (X)Oxgeno disueltoEs necesario para la vida de los peces y otros organismos acuticos. El oxgeno es moderadamente soluble en agua. Su solubilidad depende de la temperatura, salinidad, turbulencia del agua y presin atmosfricaLa solubilidad disminuye cuando aumenta la temperatura y la salinidad y cuando disminuye la presin atmosfrica. La solubilidad del oxgeno atmosfrico en aguas dulces, a saturacin y al nivel del mar, oscila aproximadamente entre 15 mg/L a 0C y 8 mg/L a 25C. *

Seleccin de parmetros de control (I)La seleccin de parmetros a controlar en las aguas viene determinada en funcin de la procedencia de stas, su tratamiento y el destino final de las mismas. Para aguas potables, deben determinarse caracteres organolpticos, fsico-qumicos y microbiolgicos.En los caracteres fsico-qumicos se fijan niveles de referencia para compuestos no deseables y txicos. La legislacin peruana establece un tipo de anlisis mnimo, uno normal y uno completo, a realizar con una frecuencia que depende del nmero de habitantes de la poblacin abastecida. Para aguas que garanticen la vida pisccola, los parmetros que se determinan son: temperatura, pH, materia en suspensin, DBO5, fsforo total, nitritos, fenoles, hidrocarburos, amonaco, in amonio total, cloro residual, zinc y cobre. *

Seleccin de parmetros de control (II)En aguas destinadas a cra de moluscos se determinan temperatura, pH, coloracin, materias en suspensin, salinidad, oxgeno disuelto, hidrocarburos, sustancias organohalogenadas, metales (plata, arsnico, cadmio, cromo, cobre, mercurio, nquel, plomo, zinc), coliformes fecales y sustancias que influyen en el sabor de los moluscos.

Para aguas dulces superficiales aptas para el bao se determinan pH, color, aceites minerales, sustancias tensoactivas, fenoles, transparencia, oxgeno disuelto, residuos de alquitrn y flotantes as como parmetros microbiolgicos (coliformes totales y fecales, estreptococos fecales, salmonellas y enterovirus).

En aguas residuales estn fijados niveles mximos para diversas sustancias y en particular para mercurio, cadmio, hexaclorociclohexano HCH, tetracloruro de carbono, diclorodifeniltricloroetano DDT y pentaclorofenol.

Igualmente existe una lista de sustancias a controlar en los vertidos al mar desde tierra. Uno de los parmetros de medida in situ ms importantes, sobre todo cuando se trata de aguas residuales, es el caudal, ya que de l van a depender el diseo y clculo del plan de tratamiento de las mismas. Se entiende por caudal el volumen de agua por unidad de tiempo, siendo muy importante conocer, as mismo, su variacin a lo largo del da y estacionalmente, sus mximos y mnimos y los valores punta que puedan producirse. *

GraciasFernando Camilo Joaqun Rodrguez