INGENIERÍA AMBIENTAL 5

7/23/2019 INGENIERA AMBIENTAL 5

1/38

Dr. RAYMUNDO ERAZO ERAZOemail: [email protected]

CARACTERIZACION DE LA CALIDAD DEL AGUA


2/38

CARACTERIZACION DE LA CALIDAD DEL AGUA

EL AGUA EN LA NATURALEZA

EL CICLO HIDROLGICO

El constante movimiento del agua en la naturaleza se debe a laenerga solar. Esta energa permite que el agua se evapore, sea

transportada por el viento y, cuando las condiciones sonapropiadas, condensan y precipitan.

Al llegar al suelo, el agua precipitada se mueve por accin de lagravedad hacia los puntos ms bajos del terreno, hasta llegar alos ros y ocanos. Parte del agua que se precipit sobre lossuelos permeables se infiltran llegando a los nivelessubterrneos.


3/38

El agua dulce representa solo el 3% del total existente en la

naturaleza. Los restantes 97% se encuentran en los ocanos ymares salados. Aproximadamente 2,3% del 3% de agua dulceexistentes, corresponde a los casquetes polares y nevados, oen niveles subterrneos muy profundos.

La evaporacin y la precipitacin reciclan un volumenconsiderable de agua anualmente, pero solo una parte de ese

total cae sobre los continentes. En verdad apenas 0.5% del volumen total de agua del planeta

se encuentra disponible para su uso inmediato por el hombre.La degradacin de ese recurso por problemas de polucinviene dificultando su aprovechamiento e intensificando suescasez.


4/38

Tabla: Impurezas ms frecuentes encontradas en las aguas naturales(Tchobanoglous & Sehroeder, 1987)

OrigenOrigen ImpurezasImpurezasDisueltasDisueltas

ColoidalesColoidales En suspensinEn suspensin GasesGases

Contacto del aguaContacto del aguaCon Minerales,Con Minerales,

Suelos, rocasSuelos, rocas

Calcio, Bicarbonatos, Fierro,Calcio, Bicarbonatos, Fierro,Carbonatos, Magnesio, Cloratos,Carbonatos, Magnesio, Cloratos,

Manganeso, Nitratos, Potasio,Manganeso, Nitratos, Potasio,Fosfatos, Sodio, Silicatos, Zinc,Fosfatos, Sodio, Silicatos, Zinc,

SulfatosSulfatos

Arcilla , SiliceArcilla , SiliceOxido de fierroOxido de fierro

Oxido de aluminioOxido de aluminioDiox. de MagnesioDiox. de Magnesio

Arcilla, Limo,Arcilla, Limo,ArenaArena

Gas CarbnicoGas Carbnico

Atmsfera, lluviaAtmsfera, lluvia Hidrgeno (H+), Bicarbonatos,Hidrgeno (H+), Bicarbonatos,

Cloruros, SulfatosCloruros, Sulfatos

Polvo, PolenPolvo, Polen Gas Carbnico,Gas Carbnico,

Nitrgeno, Oxgeno,Nitrgeno, Oxgeno,Dioxido de AzufreDioxido de Azufre

Descomposicin deDescomposicin demateria orgnica enmateria orgnica enel medio ambienteel medio ambiente

Amoniaco, cloruros, HidrgenoAmoniaco, cloruros, Hidrgeno(H+), Nitratos, Sodio, Nitratos,(H+), Nitratos, Sodio, Nitratos,Sulfitos, Radicales orgnicosSulfitos, Radicales orgnicos

Color de origenColor de origenVegetal, ResiduosVegetal, Residuos

Suelo orgnico,Suelo orgnico,ResiduosResiduos

orgnicosorgnicos

Amnico, GasAmnico, GasCarbnico,Carbnico,

Gas Sulfuhidrico,Gas Sulfuhidrico,Hidrgeno, MetanoHidrgeno, MetanoNitrgeno, OxgenoNitrgeno, Oxgeno

Organismos VivosOrganismos Vivos BacteriasBacteriasAlgasAlgas

VirusVirus

Algas,Algas,Zooplancton,Zooplancton,

PecesPeces

Amnico, GasAmnico, GasCarbnico, MetanoCarbnico, Metano

FuentesFuentesAntropognicasAntropognicas

Iones inorgnicos, MetalesIones inorgnicos, Metalespesados, Molculas orgnicas,pesados, Molculas orgnicas,

ColorColor

Organoclorados,Organoclorados,Colorantes,Colorantes,Bacterias,Bacterias,

VirusVirus

Slidos,Slidos,Inorgnicos,Inorgnicos,CompuestosCompuestos

Orgnicos, AceitesOrgnicos, Aceitesy grasasy grasas

Cloro,Cloro, DioxidoDioxido dedeazufreazufre


5/38

COMPOSICIN DEL AGUA DE LLUVIA

El agua en estado lquido en la atmsfera tiende a disolver hasta el nivelde saturacin todos los gases de la atmsfera, siendo la concentracinen la solucin proporcional a la solubilidad y a la presin parcial de cadauno de ellos a una temperatura dada. Adems de eso, materialfraccionado como fragmentos minerales levantado del suelo por elviento, cenizas de origen volcnico o sales provenientes de la agitacindel ocano tambin estn presentes en la atmsfera y pueden actuarcomo ncleos de condensacin para el vapor de agua a ser disueltos porlas precipitaciones.

La composicin de la lluvia vara con la ubicacin geogrfica del puntode muestreo, con las condiciones meteorolgicas (intensidad, duracin ytipo de lluvia; rgimen de vientos, estaciones del ao, etc.), con lapresencia o no de vegetacin y tambin con la presencia de cargacontaminadora. Cerca al ocano, el agua de lluvia presenta elementoscomo sodio, potasio, magnesio, cloro y calcio en concentracionesproporcionales a las encontradas en el agua de mar. Alejada de la costa,

los elementos presentes son de origen terrestre partculas de suelo quepueden contener slice, aluminio y fierro por ejemplo, y elementos cuyaemisin es de origen biolgico como nitrgeno, fsforo y azufre. Enreas como centros urbanos y polos industriales se encuentranalteraciones en las concentraciones naturales del agua de lluvia debido acontaminantes naturales del aire como dixido de azufre (SO2), xidosde nitrgeno (NOx) de plomo, zinc y otros.


6/38

Elemento ConcentracinMedia (a)

Muestra 1 (b) Muestra 2 (c)

NaK

MgCaCl

12.41.01.21.1

13.7

75.02.78.64.1

89.2

13.22.11.81.4

14.0

Tabla : Composicin de agua de lluvia en la cuenca Amaznica(Stallard y Edmond, 1981)

4NO3NH4pH

.2.1--

5.0

.4.95.34.7

.5.50.85.0

Observacin: Los valores de las concentraciones estn enmoles/l

(a) Media de las 33 muestras colectadas

(b) Muestra colectada prximo a la zona de influencia marina.

(c ) Muestra colectada prximo a la zona donde la composicin delagua de lluvia sufre influencia de origen terrestre


7/38

La reaccin de algunos gases en la atmsfera como dixido de carbono(CO2), dixido de azufre y xidos de nitrgeno (NOx) con el agua formacidos que llevan a la disminucin del pH del agua de lluvia. Si tuviramos

agua destilada saturada como CO2, el pH de esa solucin ser de 5.6. Sedice por lo tanto que el pH de la lluvia tiende a ser siempre cido y, se haverificado asimismo que en regiones inalteradas los valores de pH sonalrededor de 5.0. En regiones contaminadas, se puede llegar a valorescomo 3.5 cuando se tiene el fenmeno de lluvia cida.

El resultado del anlisis qumico del agua de lluvia depende de cmo lamuestra fue recolectada. En la muestra bruta, el frasco recolectado es

mantenido abierto aun ue no ha a reci itacin or lo tantorepresentar una suma de las deposiciones durante la lluvia y periodossecos. Cuando se desean muestras solo de la composicin del agua delluvia se debe usar otro tipo de muestreador que permanece cerradocuando no hay precipitacin.

La composicin del agua de lluvia tiene gran influencia sobre las calidadesde las aguas superficiales. La lluvia puede contribuir con una serie de

elementos trados de otras regiones como nitratos trados de regionescubiertas por vegetacin, sales marinas, o llevar los contaminantes cidospara regiones alejadas de polos industriales, como, por ejemplo, laacidificacin de lagos en Canad como resultado de la polucin del airegenerada en la regin Noreste de los Estados Unidos.


8/38

COMPOSICIN DE AGUAS SUPERFICIALES

El agua de lluvia al escurrir sobre el suelo, inicia un proceso dedisolucin y arrastre que transportar material del suelo hasta los rosy ocanos. Impurezas comnmente encontradas en las aguassuperficiales incluyen iones como calcio, magnesio, sodio, potasio,bicarbonatos, cloratos, sulfatos, nitratos y trazas de plomo, cobre,arsnico, manganeso, y compuestos orgnicos, provenientes de ladescomposicin de materia orgnica de origen animal y vegetal, ypueden incluir residuos de reas agrcolas y desperdicios de efluentesde origen domsticos e industrial como cidos hmicos, detergentes,pesticidas y solventes.

La calidad de las aguas superficiales depende del clima y de la litologade la regin, de la vegetacin circundante, del ecosistema acutico y dela influencia del hombre.

El clima influye en la distribucin de la lluvia y otros fenmenos queinciden en el proceso de descomposicin de las rocas y erosin delsuelo y, dependiendo del tipo de roca, aparecern aquellos elementosque forman parte de su composicin. El clima tambin influye en el tipode vegetacin existente en la regin y, por lo tanto en la calidad naturaldel agua, Climas hmedos tiene vegetacin abundante, en generalbajas concentraciones de slidos en el agua y altos contenidos decompuestos orgnicos.


9/38

Los seres vivos presentes en el agua, tambin alteran su composicin.Las algas hacen fotosntesis consumiendo CO2 del agua y liberando O2.

Un ciclo diario bien definido indica la fluctuacin del pH del agua, lomismo sucede con las concentraciones de carbonato y bicarbonato delCalcio, por ejemplo debido al proceso de produccin y consumo deCO2. Las plantas acuticas utilizan nutrientes disueltos en el agua. Todala cadena alimenticia es sustentada con base en el contenido denutrientes presentes y consecuentemente tales concentracionesregulan la productividad del ecosistema.

La accin antropognica sobre el medio acutico es tal vez laresponsable por las mayores alteraciones en la composicin del agua.Los ros se estn convirtiendo en depsitos de desperdicios pormuchos aos, alterando profundamente el estado natural del medioacutico. Los sistemas de desages urbanos lanzan efluentesorgnicos, las industrias una serie de compuestos sintticos y metalespesados, la agricultura es responsable por la presencia de pesticidas yexceso de fertilizantes en el agua. Las alteraciones de la calidad delagua representan una de las mayores evidencias del impacto de las

actividades humanas sobre la biosfera.


10/38

COMPOSICIN DEL AGUA SUBTERRNEA

La composicin qumica del agua subterrnea es altamente dependiente de

la litologa del acufero, toda vez que el tiempo de exposicin del agua a laroca es mayor que para aguas superficiales. El movimiento del agua en elsuelo es bastante lento y reacciones de solucin, precipitacin, adsorcin eintercambio inico ocurren en las pelculas que el agua forma con lassuperficies minerales.

Durante la percolacin, el agua atraviesa la zona no saturada y, durante esemovimiento puede presentar tenores de soluto superiores a los delacufero, y la variacin de la calidad del agua con la profundidad es funcinde la litologa de las diversas capas que el agua atraviesa. El movimiento delagua y sus so utos a trav s e a zona no satura a a s o estu a oexhaustivamente debido a que es el medio de penetracin decontaminantes en las reservas de agua subterrnea.

La contaminacin de acuferos es un fenmeno mucho ms preocupanteque las aguas superficiales, dado que estas rpidamente se renuevan y serecuperan una vez que termina el lanzamiento de efluentes. En el caso deniveles subterrneos, puede ser tan lento la recuperacin de la calidad quemuchas veces se da el acufero como perdido. Esta contaminacin se puede

dar a partir de infiltracin de fosas spticas, disposicin final de residuosslidos como los rellenos sanitarios, derrame en tanques dealmacenamiento de productos txicos como derivados de petrleo y otros.La agricultura tambin tiene gran responsabilidad, contribuyendo con lacontaminacin por agrotxicos, nitratos, impurezas contenidas en losfertilizantes o tambin la salinizacin del acufero por la lixiviacin de lossuelos salinos irrigados.


11/38

CARACTERSTICAS FSICAS DEL AGUA

La percepcin del hombre en las alteraciones de la calidad del agua a travs de sus

sentidos se da por las caractersticas fsicas del agua, pues se espera que esta seatransparente, sin color y sin olor. En verdad, en la naturaleza el agua usualmenteposee color dada por material orgnico en descomposicin, olor y hasta el gusto.

Color

El color del agua es resultado principalmente de los procesos dedescomposicin que ocurren en el medio ambiente y debido a la presencia

,y desperdicios industriales.

guas superficiales pueden parecer tener color debido al material ensuspensin. Esta coloracin es aparente, porque a veces es en parteresultado de la reflexin y dispersin de la luz en las partculas ensuspensin. El color verdadero o real es causado por materiales disueltos ycoloides. La diferenciacin entre el color verdadero y el color aparente, que

es adicionado por la turbidez, est dado por el tamao de las partculas,esto es, podemos indicar que partculas con dimetro superior a 1.2 mcausan turbidez inferior y partculas coloidales y sustancias disueltas,causan color.


12/38

Rango del Microscopio Electrnico

Rango del Microscopio Normal

irus Bacterias

Algas

Sedimentable

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100

Slidos disueltos Slidos en SuspensinSlidos Coloidales

Figura 3.5.1: Tamao de Partculas en el Agua


13/38

El color verdadero, de aguas naturales, es medido en unidades de colordadas por la escala de platino- cobalto o escala de Hazen (StandardMethods, 1985). La escala de colores vara desde un amarillo plido hastael marrn oscuro, y es hecha por comparacin visual de la muestra con

una solucin patrn de cloruro de cobalto y cloroplatinato de potasio.Esta solucin patrn posee color equivalente a 500 unidades.Actualmente se utilizan discos de vidrios coloridos en la escala de Hazenpara la comparacin visual.

El color puede ser determinado por espectrofotometra, en funcin de lalongitud de onda dominante en la transmisin de la luz, cubriendo todoel espectro luminoso y no solo tonos amarillos y marrones.

Las aguas naturales poseen color que varia entre 0 y 200 unidades, porencima de eso corresponden a aguas con altos contenidos de materiaorgnica disuelta (Hem, 1985). Coloracin por debajo de 10 unidades escasi no perceptible. En pases como el Brasil se acepta para agua bruta,esto es, antes de ser tratada y distribuida en sistemas urbanos, valores dehasta 75 unidades de color.

El color es un importante factor esttico a ser considerado. Para seraceptado, el agua tratada para fines de consumo humano no debe tenercolor superior a 5 unidades el que es conseguido a travs de procesosconvencionales de tratamiento.


14/38

TURBIDEZ

La penetracin de luz en el agua es alterada por partculas en suspensinque provocan la difusin y absorcin de la luz. La turbidez es una alteracinde la penetracin de la luz provocada, por ejemplo, por el plancton,bacterias, arcillas y limos en suspensin. La limpidez del agua esimportante cuando el agua se destina a consumo humano o en ciertosprocesos industriales.

El turbidmetro de vela de Jackson es el mtodo patrn para la medida deturbidez y consiste, esencialmente de una vela patrn y un tubo de vidriocalibrado. Es un mtodo visual que se basa en la determinacin de la alturade una columna de suspensin que hace con que la imagen de llama de velapa r n se orne n s n a con ra a um nac n genera e on o, cuan oes observada verticalmente a travs de la muestra. La turbidez de la muestrase mide en unidades Jackson de turbidez (UJT): 1 UJT es producida por 1 mgde Si O2 en suspensin en 1000 ml de agua destilada.

El turbidmetro de Jackson no lee valores muy bajos de turbidez (debajo de25 UJT) porque partculas muy pequeas no dispersan la luz de la franjaamarillorojo del espectro, que corresponde a la llama de la vela. Por lo quees necesario emplear otros mtodos ms sensibles como los

nefelomtricos, que consisten en un nefelmetro con una fuente de luz deTungsteno iluminando la muestra y detectores fotoelctricos capaces dedetectar la luz que es dispersada en un ngulo de 90 con la luz incidente.La turbidez medida est dada en unidades nefelomtricas de turbidez(UNT) comparable a la UJT.


15/38

Sin embargo, no existe ningn Turbidmetro capaz de reproducirfielmente los valores del Turbidmetro de Jackson para todas las franjasde turbidez, debido a las diferencias en los sistemas pticos.

Se recomienda que aguas naturales que poseen turbidez de hasta 100UNT puedan ser utilizadas para abastecimiento urbano. Valores deturbidez hasta ese lmite pueden ser removidas por tratamientoconvencional de agua. El agua tratada debe tener turbidez inferior a 5UNT debido a que muchas veces el material en suspensin impide quemicroorganismos patgenos entren en contacto con la sustanciadesinfectante.

La disminucin de la transparencia induce a una disminucin de lapenetracin de luz en el agua. guas muy transparentes permiten que se

vean imgenes hasta profundidades bastante significativas y cuantomayor la transparencia, mayor la productividad del ecosistema. El discoSecchi es utilizado para medir la transparencia de un cuerpo de agua yconsiste de un disco de 20 cm de dimetro, dividido en cuatro partes conlos colores negro y blanco. Se introduce el disco en el agua hasta que no

sea posible divisarlo: esta es la profundidad Secchi, importanteparmetro en el estudio de lagos para indicar la profundidad en la cualya se extingui el 95% de la luz que penetra en el agua. Se admite que lazona euftica esto es la zona de luz donde la fotosntesis es posible,corresponde a 3 veces la profundidad Secchi aproximadamente.


16/38

OLOR

El agua pura no produce sensacin de olor o sabor en lossentidos humanos. El olor es reconocido como unacaracterstica esttica perjudicial al consumo del agua paraabastecimiento urbano o para recreacin. Los productos queproducen olor o sabor al agua son usualmente originadas porla descomposicin de la materia orgnica o actividad biolgicade microorganismos, o tambin de fuentes industriales de

po uc n.

Detectar el olor y cuantificarlo es bastante difcil puesdepende, exclusivamente de la sensibilidad del olfatohumano. Esa sensibilidad varia mucho de individuo paraindividuo y tiende a disminuir con una constante exposicin.

La legislacin exige apenas que las aguas de abastecimientoeste virtualmente libres de sustancias que causen olor y sabor.


17/38

SLIDOS

De acuerdo a su tamao los slidos, pueden clasificarse de forma prctica

en slidos en suspensin y disueltos. Los slidos en suspensin sedividen en sedimentables y no sedimentables. Los slidos sedimentalesson aquellos que se depositan al dejar la muestra de agua en reposodurante una hora. Los slidos disueltos, incluyen adems, los coloidales.La separacin entre slidos en suspensin y slidos disueltos se haceutilizando e una membrana filtrante con poros iguales a 1.2

m. Cualquierpartcula que pase es considerada disuelta y aquella que queda retenida esconsiderada en suspensin.

En cuanto a la caracterizacin qumica, los slidos pueden serclasificados en voltiles y fijos. Slidos voltiles son aquellos que se

vo at zan a temperaturas n er ores a 5 . La concentracin de slidos disueltos totales en nuestras de aguas

superficiales dan idea de las tasas de desgaste de las rocas porintemperismo. Por lo tanto se puede caracterizar la litologa de la regin atravs de los iones frecuentemente presentes en el agua. La salinidadtambin est incluida como slidos disueltos totales.

El exceso de slidos disueltos en el agua puede causar alteraciones desabor y problemas de corrosin. Para consumo, se permite un valormximo de 500 mg/l de slidos disueltos totales. Eso es vlido tambin

para irrigacin, dado que el exceso de slidos disueltos puede llevar agraves problemas de salinidad del suelo. Los slidos en suspensin, aumentan la turbidez perjudicando aspectos

estticos del agua y la productividad del ecosistema por la disminucin ypenetracin de la luz.


18/38

TEMPERATURA, CALOR ESPECFICO Y DENSIDAD

La temperatura influencia procesos biolgicos, reaccionesqumicas y bioqumicas que ocurren en el agua y tambin otrosprocesos como la solubilidad de los gases disueltos. Lasolubilidad de los gases disminuye y de las sales mineralesaumenta con el aumento de la temperatura del agua y la mayorparte de los organismos posee rangos de temperatura ptimaspara su reproduccin.

El ecosistema acutico est adaptado solo a pequeas

var ac ones e empera ura e agua porque, a o e a o ca orespecfico del agua, los cuerpos de agua son excelentesreguladores trmicos. Calor especfico puede ser definido comola cantidad de calor necesaria, medida en caloras, para que un 1gramo de agua aumente en 1 C su temperatura.

La variacin de la densidad del agua con la temperatura presentauna anomala que trae diversas ventajas al ecosistema: la

densidad del agua alcanza su valor mximo o los 4 C, an enestado lquido, haciendo con que, cuando pasa para el estadoslido, a pesar de estar ms fra, flucta. En lagos esa estructurade variacin de densidad en la temperatura ser responsable porpatrones de circulacin bastantes caractersticos.


19/38

CONDUCTIVIDAD La conductividad elctrica del agua est determinada por la presencia de

sustancias disueltas que se disocian en aniones y cationes; es la capacidaddel agua de transmitir la corriente elctrica en micromhos/cm a unatemperatura dada o su equivalente en el sistema internacional deunidades, el microsiemens/cm.

Para una concentracin inica dada, la conductividad aumenta con latemperatura. Estas variaciones difieren para cada in y concentracin, ygeneralmente un aumento de 1C en la temperatura de la solucin,corresponde a un aumento de 2% en la conductividad (Hem, 1985).

El agua pura en estado lquido posee conductividad elctrica bien baja,apenas centsimos de micromhos/cm a 25 C. A medida que aumenta laconcentracin inica, la conductividad de la solucin aumenta; existiendo

inica de la solucin para un determinado tipo de soluto. Esta correlacin no se da en aguas naturales porque contiene amplia

variedad de sustancias disociadas y no disociadas. La relacinconductividad y slidos disueltos totales solo ser bien definida en aguasnaturales de determinadas regiones donde exista una predominancia biendefinida de un determinado in, como en el caso de ros que atraviesanalgunas regiones de suelo salino.

Los valores de conductividad para las aguas de lluvias son muy variables,

habiendo sido observado valores entre 12 y 30 microhoms/cm, porejemplo. La conductividad de las aguas superficiales y subterrneastambin es bastante variable, pudiendo variar desde 50 micromhos/cm,en lugares donde la precipitacin es pobre en solutos y la litologa local esformada por rocas resistentes, hasta los valores de 50,000 microhoms/cm,que es la conductividad del agua de mar.


20/38

La relacin lineal entre conductividad y slidos disueltos totalespuede ser aproximada por (Tchbanoglous y Schroeder, 1987).

EC = (Cifi)

Donde: EC es la conductividad elctrica en microsiemens/cm, Cies laconcentracin del in i en la solucin en mg/l y fi es el factor deconductividad para la especie i

Tabla: Valores del factor de conductividad (Stardard Methods, 1985)

Iones Factor de Conductividad

m /lCationes

Calcio (Ca+2)Magnesio (Mg+2)

Potasio (K+)Sodio (Na+)

2.603.821.842.13

Aniones

Bicarbonato (HCO3-

)Carbonato (CO3-2)

Cloruros (Cl-)Nitratos (NO3

-

Sulfato (SO4-2)

0.7152.822.141.151.54


21/38

.CARACTERIZACIN QUMICA DEL AGUA

Los parmetros qumicos son los ndices ms importantes quecaracterizan la calidad del agua y permite:

Clasificar el agua por su contenido mineral, a travs decomposicin de sus iones.

Caracterizar el grado de contaminacin y origen o naturaleza delos principales contaminantes o sus efectos;

Tipificar casos de cargas o picos de concentracin de sustanciastxicas e indicar las principales fuentes;

va uar e equ r o oqu m co necesar o para e man en m en ode la vida acutica y emular las necesidades de nutrientes talescomo compuestos de nitrgeno, fsforo, Slice, fierro y decofactores enzimticos.

De manera general, la calidad qumica del agua puede ser evaluada por sucontenido orgnico, por su fuerza inica, por su agresividad provocadapor gases disueltos, por la existencia de nutrientes relacionados con la

productividad primaria, por la presencia de micronutrientes y trazas demetales, por la presencia o ausencia de compuestos orgnicos sintticos,solventes, aromticos polinucleados, modificadores de tensinsuperficial, etc., y por su contenido radioactivo (Lerman, 1988).


22/38

Tabla : Elementos esenciales para la vida acutica

Elemento Funcin Biolgica de Ocurrencia

HidrgenoCarbonoOxgenoNitrgenoFsforoSliceCalcioMagnesioSodio

Constituyente de casi toda materia orgnicaElemento bsico de compuestos orgnicosPresente en muchos compuestos orgnicos, necesario a larespiracin.Componente de aminocidos y derivadosUsado en la formacin de compuestos ricos en energa; huesos ydientesMaterial estructural de diatomceasHuesos, enzimas, soluciones electrolticas biolgicas

otas oBoroFlor

YodoAzufreClorurosSelenioMolibdenoCobaltoFierroManganesoCromo, CobreZinc, Vanadio

enz mas, c oro asAccin nerviosa, soluciones electrolticas biolgicasAccin nerviosa, soluciones electrolticas biolgicasNecesario para algas y plantasFortalecimiento de los dientesHormonas de las tiroidesAminocido, protenasAccin nerviosa, electrolitos biolgicosAccin del hgado, plantasEnzimasEnzimasEnzimas, actividades respiratorias, procesos biolgicos REDOXEnzimasEnzimasEnzimas


23/38

EVALUACIN DEL CONTENIDO ORGNICO

La materia orgnica, existente en el agua puede ser de origennatural o antropognica.

Ciertas sustancias orgnicas naturales, poco biodegradables,confieren color al agua, actuando como filtros a determinadaslongitudes de onda, pudiendo limitar la diversidad de especies dealgas, de bacterias fotosintetizadoras y de consumidoresprimarios.

El contenido de materia orgnica en el agua, sea natural ointroducido por el hombre, puede ser estimado a travs de lossiguientes parmetros:

Demanda Bioqumica de oxigeno (DBO)

Demanda Qumica de Oxigeno (DQO) Carbono Orgnico Total (COT) Slidos suspendidos Voltiles (SSV)


24/38


25/38

DEMANDA QUMICA DE OXGENO (DQO)

La DQO es otro examen indirecto de medida, por el cual se evala la

cantidad de OD (mg O2/l) consumidos en medio cido para degradarla materia orgnica, biodegradable o no.

La prueba o anlisis tiene duracin de 2 a 3 horas, contra 5 das de laDBO5. Existen algunas interferencias como nitratos, piridinas ycompuestos reducidos de fierro que pueden enmascarar la prueba deaguas naturales. Esta prueba ha sido empleado principalmente paraoperacin de sistemas de tratamiento de efluentes y para la

.

CARBONO ORGNICO TOTAL (COT)

Estima la cantidad de carbono orgnico (mg/l) existente en unamuestra lquida, sin distinguir si es materia biodegradable o no. Eltiempo de duracin de la prueba es de cerca de 2 minutos, cuyomtodo consiste en quemar la materia orgnica a 900 C con oxgeno

puro y detectar el CO2generado por espectrofotometra de infrarrojo.Otro mtodo consiste en oxidar la materia orgnica en fro ydetectarla por ultravioleta. Esta prueba ha sido ms utilizado paramonitorear aguas superficiales y subterrneas por el potencialformador de metanos halogenados.


26/38

SLIDOS SUSPENDIDOS VOLTILES (SSV)

Son utilizados en la caracterizacin de muestras lquidas y slidas para verificarla posibilidad de degradacin anaerobia de los slidos en suspensin. Ha sidoempleado para efluentes, lados de estacin de tratamiento de aguas servidas yms recientemente, para estimar el contenido orgnico de sedimentos de fondoen cuerpos de agua (Ned y Brown, 1982).

RELACIN ENTRE DBO/DQO/COT/SSV

Aguas naturales con DBO mayor que 10 mg/l son propicias a la vida acutica enambientes lnticos. Por otro lado, DQO5 hasta 30mg/l favorecen la biotaacutica en ambientes lticos.

Aguas cristalinas tienen valores de COT entre 1 y 3 mg/l, muestras filtradas deefluentes de lagunas de estabilizacin, tratando aguas servidas domsticos,tiene valores medios de 5 mg/l; aguas de lluvia contienen, en zonas rurales, de 4a 7 mg/l, resultando en cargas anuales de 60 a 100 kg COT/ha/ao para unaprecipitacin media de 1,600 mm.

La relacin DQO/DBO para aguas residuales tiene que ser menor que 5 a 7, paraconsiderarlo biodegradable. En aguas naturales esta relacin puede variar entre7 y 20, dependiendo del contenido de aceites y grasas, detergentes, residuosfenlicos, cidos hmicos naturales, etc. Relaciones de COT/DBO variando

entre 3 a 10 muestran que la materia orgnica existente en un determinadocuerpo de agua es muy poco biodegradable (Hynes, 1970) Si la relacin SSV/DBO fuese entre 10 a 30, puede indicar que los slidos

orgnicos, para ser degradados, necesitan de grandes tiempos de detencin,caractersticas de la digestin anaerbica, existentes, por ejemplo, en el fondode cuerpos de agua.


27/38

OXGENO DISUELTO

Todos los organismos vivos dependen de una forma u otra del oxgeno paramantener los procesos metablicos de produccin de energa y dereproduccin. El oxgeno es un gas muy poco soluble en agua, variando lasolubilidad entre 14.6 mg/l a 0 C hasta 7.6 mg/l a 30 C, dependiendo de lapresin (altitud) y sales disueltas. En aguas contaminadas, la cantidad deoxgeno disuelto en agua es an menor que en condiciones naturales. La raznde saturacin de O2 en agua contaminada y agua limpia es de 0.80.

Por razones prcticas, se asume que 8 mg/l sea el contenido mximo dedisolucin de oxgeno en la peor situacin ambiental.

A pesar de ser considerado el gas ms noble para la vida humana el oxgeno es

un factor si nificante en la corrosin de ferro acero rinci almente ensistema de distribucin de agua, calderas y en turbinas de hidroelctricas. En el tratamiento de aguas residuales, el oxgeno disuelto es un factor que

determina si los cambios biolgicos sern realizadas va aerobia o anaerobia(Clark et al, 1975).

Tambin en cuerpos de agua, las medidas de OD son vitales para elmantenimiento de condiciones oxidantes (aerobias) para degradar la materiaorgnica y para mantener, por ejemplo, el fsforo en el sedimento de lagos. Enla ausencia de OD en el fondo de lagos, los nitratos sern una fuente de ODpara bacterias facultativas, manteniendo as condiciones oxidantes junto a lossedimentos.

El mantenimiento de niveles adecuados de OD es esencial para la pescadeportiva y acuicultura, pues la inmensa mayora de los consumidores en unacadena ecolgica son estrictamente aerobios.


28/38

EVALUACIN DEL CONTENIDO INICO

Los principales iones que han sido caracterizados en aguas yefluentes son calcio, magnesio, sodio, potasio, silicatos, sulfatos,cloruros carbonatos y bicarbonatos. Otros iones como floruros,boratos e iones orgnicos son frecuentemente menoscaracterizados. Nitritos, nitratos y fosfatos son evaluados comonutrientes. Los iones se pueden combinar entre s, con metales,dependiendo de la constante ionizacin, precipitacin, etc., y delpH.

El H es un indicador de la umica de las a uas. Los criterios deproteccin de la vida acutica fijan el pH entre 6 y 9. Muchospeces y otros animales acuticos pueden sobrevivir a valoresiguales o menores que 5.0, pero a este pH los metales sesolubilizan muy fcilmente, aumentando las posibilidades detoxicidad. Por encima de pH 6.0 hay una mejora en la pesca y en laagricultura. guas de piscina necesitan un pH en torno de 7.3 paraproteccin de los ojos de los usuarios.

La capacidad de neutralizar cidos es llamada de alcalinidad y deneutralizar bases es llamada de acidez. Para efecto decomparacin, las lluvias pueden tener la alcalinidad variandoentre 20 y 25 mg CaCO3/l y la acidez variando entre 10 y 20 mgCaCO3/l.


29/38

La alcalinidad y la acidez estn en funcin del menor o mayorcontenido de CO2 en agua y de la presencia del soluciones queimpiden los cambios bruscos de pH en fluidos.

Los iones disueltos (sales disueltas) pueden ser estimados por elcontenido de slidos disueltos totales (SDT), el cual tambin secorrelaciona con la conductividad (

mho/cm o

S/cm).

Por ejemplo, el ro mazonas tiene en las nacientes, un contenido deSDT de 126 mg/l, debido a la lixiviacin de rocas y en ladesembocadura este valor baja para 36 mg/l por la dilucin.

conductividad, por ser esta fcilmente medible. Sin embargo, cadamuestra de agua tendr su equilibrio qumico y su conductividad, nopudindose transferir relaciones de una cuenca para otra.

La relacin entre los SDT y la conductividad ha sido normalmentelineal, aun el contenido de cidos orgnicos en la muestra fuese alto.Un anlisis de la relacin entre DQO y SDT, de muestras de aguasresiduales provenientes de una fbrica de papel muestra tal situacin,

al nivel de significacin de 10% DQO (mg/ll) = 3.29 + 0.275 SDT (mg/l)


30/38

EVALUACIN DE LA GRESIVIDAD NATURAL

Algunos gases, el oxgeno, o gas carbnico y el gas sulfdrico,disueltos en agua, pueden producir compuestos que atacan lasestructuras hidrulicas. dems de eso, bajo atmsfera reductora,en el fondo de lagos, represas y ros contaminados, hay formacinde gases cidos (CO2, H2S, ...) y de cidos orgnicos voltiles,generados bajo condiciones anaerobias, que pueden potenciar laagresividad de agua natural.

Para estimarse la agresividad potencial de aguas, se puede utilizar

.Larson (IL) es utilizado para verificar la corrosin potencial deaguas, en el rango de pH variando entre 7 y 8, bajo condicionesaerobias. guas con IL en torno de 0.1, no tiene tendenciascorrosivas.

El ndice de Langelier, conocido tambin como ndice desaturacin (IS), es utilizado para evaluar la tendencia deprecipitacin o disolucin de carbonato de calcio en aguas bajo

tratamiento. Aguas agresivas disolvern el carbonato de calcio enel rango de pH situada entre 6.5 y 9.5. Si IS es mayor que cero,habr precipitacin de carbonato de calcio y el agua serincrustante. Si IS es menor que cero habr disolucin delcarbonato indicando agua agresiva.


31/38

EVALUACIN DE LA PRODUCTIVIDAD POR NUTRIENTES

Cuando se evala la productividad acutica y, eventualmente, laschances de eutrofizacin de un cuerpo de agua, se debe recordar que

los iones nitrato y fosfato son normalmente los nutrienteslimitantes, pero adems hay otros factores que interfieren (James,1985).

Se citan, como factores que interfieren en la productividad, laturbidez, los slidos en suspensin, el color, la profundidadtrofognica y el coeficiente de extincin de luz. ltas concentracionesde slidos en suspensin hacen dao a los peces, afectan organismo

en n cos, re ucen e paso e uz so ar y esequ ran as ca enastrficas. El cambio del fondo rocoso para fondo limoso o lodosoextermina sistemas productivos bentnicos, cubre el lugar de posturade huevos y sofoca los huevos por el bloqueo del paso de oxgenodisuelto. De acuerdo a experiencias, 3 cm de lado son suficientes paracausar los daos mencionados.

La presencia de fierro, aluminio, calcio y eventualmente manganeso y

otros coagulantes naturales, ayudan a precipitar parte del fosfato ensolucin, principalmente el fosfato disuelto. Mucho fosfato seencuentra adherido a las arcillas. Bajo condiciones de reduccin, enregiones anaerobias, el fosfato precipitado puede ser disuelto almedio acutico, aumentando la concentracin disuelta y lasposibilidades de eutrofizacin.


32/38

Un nivel de fosfato de 0.02 mg/l previene la floracin de algas, peroconcentraciones menores que 0.003 mg/l indican nichos ecolgicosdeficientes en fsforo (Philips, 1980).

La razn entre nitrgeno inorgnico y fosfato, en aguas naturales, puede

variar entre 15 y 40 (mg/l). Por debajo de 15, hay un exceso de fsforo en elmedio lquido; por encima de 40 puede haber Demanda Bioqumica deOxgeno nitrogenada.

Un parmetro que estima la productividad de algas es la clorofila A. Paraconcentraciones de fosfato mayores que 5 mg/l, la relacin clorofila A/fosfato total, mayor que 10, indica fuerte contaminacin por nutrientes.

. . .

Productividad Nitrato(mg/l)

Fosfato(mg/l)

Muy bajaModeradamente bajaModeradamente alta

AltaMuy alta

0.20.2 0.4

0.3 0.65

0.5 1.51.5

0.0050.005 0.0100.010 0.030

0.030 0.1000.100


33/38

EVALUACIN DE LOS NIVELES DE METALES PESADOS Una serie de daos a la salud humana y al medio ambiente estn

asociados a la mayor o menor concentracin de metales pesados.

En la siguiente tabla se muestran los principales, algunas fuentesy posibles efectos en la salud.

El cadmio en concentraciones bajas como 0.36g/l causa disturbiosde reproduccin de peces.

Tabla . .6: Metales esados fuentes osibles efectos en la salud

Elementos Fuente Efectos

SelenioMercurioBerilioCadmioCobrePlomo

CromoZincAluminioManganeso

Carbn, Petrleo, AzufreCarbn, Bateras Elctricas, otras industriasCarbn, Industria Nuclear, Combustible deMisiles, MineralesCarbn, Minerales de Zinc, Lonas de freno, humode cigarro

Caos de agua, control de algas, IndustriaDescarga de caosAcabado de metales, curtiembresAcabado de metales, Minerales, carbnAbundante en la costra terrestreMinera y metales

Cncer en ratones y caries enanimalesDaos nerviosos, MuerteEnvenenamiento agudo y crnico,cncerEnfermedades cardiovasculares,

Hipertensin.Daos del hgado, Txico a lasplantasDaos al cerebro, ConvulsionesPosible carcinognicoEfectos en el pulmnTxico a las plantasRelativamente no txico


34/38

EVALUACIN DE COMPUESTOS ORGNICOS SINTTICOS

Dentro de los principales se destacan por su utilizacin y por daos ala salud humana y al medio ambiente, a pesar de la baja concentracin,los productos qumicos usados en la agricultura, solventes orgnicos,aromticos y alifticos, aromticos polinucleados y modificadores dela tensin superficial. (UNESCO, 1978).

Muchos de esos compuestos son resistentes a la biodegradacin en

medio l uido otros son altamente bioacumulables en las cadenastrficas superiores, y algunas centenas de ellos provocan mutaciones,carcinogenicidad y terotogenicidad son generados por la industriapetroqumica, carbn, plstico, en la fabricacin de tintas, etc. Losproductos agrcolas, los pesticidas, se dividen en insecticidas,fungicidas, bactericidas, herbicidas, nematicidas y redenticidas.

Los herbicidas ms famosos llevan 20 y hasta 300 das parabiodegradarse en el agua. Un contaminante en la fabricacin de estosherbicidas es la dioxina o agente naranja, causador de cncer enpersona qu aplican el producto.


35/38

Insecticidas famosos son los organoclorados DDT, DDE, grupoaldrin, etc., extremadamente persistentes en el ambiente.Tambin fosforados y carbonatos forman parte de la lista deinsecticidas, actuando sobre el sistema nervioso, matando porasfixia.

En el tratamiento de aguas con alto contenido orgnico, puedenser generados metanos trihalogenados del tipo cloroformo, yotros, tales como: bencenos clorados y fenoles clorados. El

pen ac oro eno , un preservan e e ma era, es a amen ecarcingnico.

Los aromticos polinucleados derivados de la quema ogasificacin del carbn ms importantes son el naftaleno,antraceno, fenantreno, benzo pireno, cidos aromticos,piridinas, anilinas, etc., compuestos muy poco biodegradablesasociados al cncer. El bensopireno es un procarcinognico. Setransforma en carcinognico por la accin de las enzimas delhgado humano.


36/38

EVALUACIN DE LA RADIOACTIVIDAD La radioactividad puede ser absorbida a travs del consumo directo del agua o a

travs de productos agrcolas y de la biota acutica, los cuales tambin puedenbioacumular materiales radioactivos. Las aguas, superficiales y subterrneas

pueden adquirir radioactividad, pasando a travs de fuentes naturales de mineralesradioactivos. Actividades humanas como prueba de bombas atmicas y dehidrgeno, efluentes de operaciones industriales nucleares, por ejemplo,enriquecimiento de uranio, laboratorios, plantas nucleares, etc., contribuyen conradioactividad para aguas superficiales y subterrneas vecinas (UNESCO, 1978).

Los productos que ms preocupan en trminos biolgicos son C14, Sr90, I131, Cs137, eistopos de larga vida tales como: Ka, Th, U, Pu. La radioactividad es una propiedadinherente a los istopos en cuestin, por lo tanto, los niveles de concentracin slopueden ser reducidos por:

Disolucin con agua o istopos estables. Remocin fsica o qumica de elementos radioactivos para almacenamiento. Decaimiento natural de la radioactividad. El tiempo de decaimiento depender

de la concentracin inicial y de la vida media del istopo envuelto.

Radioistopos emiten partculas y/o radiacin electromagntica de los siguientestipos, todos encontrados en aguas contaminadas.

Partculas Alfa: ncleos de helio de alta velocidad. No penetrantes, pero altamentedainas en el lugar alcanzando por la radiacin, no debiendo ser ingeridos.Rayos X y Gamma: formas de radiacin electromagntica de ondas cortas. Penetranprofundamente en los materiales pero son menos dainas que partculas Alfa yBeta. Partculas Beta: electrones negativos de alta velocidad. Penetracin y daosmoderados. Neutrones: partculas sin carga, altamente penetrantes y dainas.Difcilmente encontradas en aguas naturales.


37/38

La unidad de medida de radioactividad es el Curie (Ci), definido 3.70 x 1010desintegraciones por segundo. El trmino actividad especfica es usado paraexpresar la cantidad de radioactividad por masa de un material especfico (Curiespor gramo de un slido u curies por ml de un lquido). Para fines de calidad deagua, las cantidades de radioactividad son expresadas como mili, micro o picocuries.

El Roentgen r es la unidad de dosis de radiacin por exposicin. Especifica lacantidad de radiacin en trminos de sus efectos de ionizacin en el aire. Paraefectos biolgicos y qumicos, es preferible tener una unidad de la dosis deradiacin que sea independiente de la naturaleza del material absorbente. Poresto, el rad fue inventado, igual a la deposicin de 100 ergs/g de materialirradiado, independiente de la naturaleza de radiacin. Por ejemplo, la exposicina una dosis de 1 roentgen de rayos gamma produce una dosis absorbida deaproximadamente 1 rad en tejido macizo, pero apenas 0.85 rad en el aire.

La unidad biolgica de dosis, el rem, combina el rad con un factor de eficienciabiolgica relativa (EBR), el cual especfica la eficiencia biolgica de una radiacin

, . ,partculas alfa, de la naturaleza puede ser, 10 veces ms daina que la misma dosisde radiacin Beta o Gamma.

La dosis mxima permisible recomendada para trabajadores de la industria nucleares de 5 rem/ao, al paso que para las otras personas es de 0.5 rem/ao.

Los efectos en el hombre pueden ser clasificados de genticos somticos. Efectossomticos son aquellos que causan daos al individuo, tales como anemia, fatiga,prdida del cabello, cataratas, heridas, cncer, etc. Efectos genticos influyencambios hereditarios por mutaciones en la reproduccin de clulas.

Por las altas energas envueltas y localizadas, la interaccin de la radiacin con el

agua existente en material biolgicos resulta en la formacin de una serie deespecies ionizadas de radicales libres, altamente reactivos. Estos reaccionaran conprotenas desactivarn enzimas, inhibirn la divisin celular, perturbarn laformacin de membranas celulares y podrn ocasionar otros daos a la clula.


38/38

ASPECTOS BIOLGICOS

El agua adems de elemento indispensable para todas las formas de vida

terrestre, constituye, por si solo un ambiente caracterstico, habitado pordiversas formas de vida, representando ecosistemas en equilibrio, sujeto alas mismas leyes que los ecosistemas terrestres. La mayor abundancia de

vida en el medio acutico depende de la existencia de condiciones fsicas yqumicas que provocan actividad de organismos auttrofos, esto esproductores de alimentos orgnicos, de los cuales depende toda la serie deorganismos consumidores. Las condiciones esenciales al desarrollo de

vida auttrofa son: la presencia de luz, como fuente bsica de energa parala fotosntesis, la presencia de gas carbnico, como fuente de carbono paraelaboracin de compuestos orgnicos en esa misma reaccin; la presenciade cerca de 20 elementos qumicos indispensables para la formacin de lasestructuras celulares de los organismos acuticos. Dado el alto poder desolubilizacin del agua y la larga distribucin de esos elementos en lanaturaleza, las aguas naturales, en general, contienen carbono y los demselementos indispensables en cantidades suficientes para garantizar unaalta productividad de seres vivos, con excepcin de los elementosNitrgeno y Fsforo. Adems de eso, muchas aguas no poseen

transparencia suficiente para permitir la penetracin de cantidad de luzsuficiente a la fotosntesis. Como factor adicional es necesario lapresencia de cierta cantidad de calor suficiente para mantener latemperatura a niveles relativamente elevados: aguas con temperaturasmenores a 10 C son generalmente poco productivas.

INGENIERÍA AMBIENTAL 5

Documents

Transcript of INGENIERÍA AMBIENTAL 5