Aguita.docx

UNIVERSIDAD PRIVADA SAN CARLOS FACULTAD DE INGENIERIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

CURSO: INGENIERIA Y CONTROL DE LA CONTAMINACION DEL AGUA

TEMA:

PARAMETROS GENERALES INDICADORES DE CONTAMIACION DEL AGUA

PRESENTADO POR: LUIS ATENCIO CUEVA (Temperatura) WILLIAM GERONIMO MAMANI (Radioactividad y caracteristcas microbiológicas) FABRICIO LEIVA ZAVALA (Características organolépticas: olor,sabor y color) CRISTIAN LEMA CONTRERAS (pH: alcalinidad y acidez) WALDEMIR LLANQUE MAMANI (Conductividad, salinidad y dureza) CESARVELAZCO CANO (Turbiedad y solidos en suspensión)

DOCENTE: BIOLOGO/MSc. EN ING. AMBIENTAL RENZO TURPO AROQUIPA

PUNO – PERU 1

1

INTRODUCCION........................................................................................................................... 3

2

MARCO TEORICO ........................................................................................................................ 4 2.1

CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS ...................................................................... 4

2.1.1

OLOR Y SABOR ......................................................................................................................... 4

2.1.2

COLOR ......................................................................................................................................... 8

2.2

TURBIEDAD ...................................................................................................................... 11

2.2.1

ESTÉTICA ................................................................................................................................. 12

2.2.2

SELECCIÓN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO ....................................................... 12

2.2.3

FILTRACIÓN Y CLORACIÓN DEL AGUA ........................................................................... 12

2.3

SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN ............................................................................................. 13

2.4

TEMPERATURA ................................................................................................................ 15

2.4.1

SOLUBILIDAD DE GASES ...................................................................................................... 16

2.4.2

DESPLAZAMIENTO DE EQUILIBRIO .................................................................................. 16

2.4.3

TENSIÓN SUPERFICIAL ......................................................................................................... 17

2.4.4

DESARROLLO DE ORGANISMOS ........................................................................................ 17

2.5

CONDUCTIVIDAD ............................................................................................................ 17

2.6

SALINIDAD ........................................................................................................................ 18

2.7

DUREZA ............................................................................................................................. 19

2.7.1

DUREZA TOTAL ...................................................................................................................... 19

2.7.2

DUREZA TEMPORAL .............................................................................................................. 19

2.7.3

DUREZA PERMANENTE ........................................................................................................ 20

2.8

pH......................................................................................................................................... 20

2.9

ALCALINIDAD .................................................................................................................. 21

2.10

ACIDEZ ............................................................................................................................... 23

2.11

RADIACTIVIDAD.............................................................................................................. 25

2.12

CARACTERÍSTICAS MICROBIOLÓGICAS ................................................................... 25

2.12.1

MICROBIOLOGÍA .................................................................................................................... 25

2.12.2

MICROORGANISMOS EN LOS ECOSISTEMAS ACUÁTICOS (AGUAS NATURALES) 25

2.12.3

MICROBIOLOGÍA DE AGUAS RESIDUALES Y ORGANISMOS INDICADORES ........... 27

2.12.3.1

3

ORGANISMOS INDICADORES ..................................................................................................... 27

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 29

2

1

INTRODUCCION

En el presente estudio monográfico pretendemos dar a conocer las características y propiedades de los contaminantes de agua, cada una de las aguas residuales tienen diferentes propiedades y características de acuerdo a la forma en que se encuentra el contaminante. La presente investigación se refiere a las características y las propiedades de los contaminantes de aguas, que se puede definir como uno los más altos de niveles de contaminación nacional, regional y locales por su gran impacto toxico a largo, media y corto plazo puede dañar significativamente a los humanos, animales y a las plantas. La característica principal de los contaminantes de agua es que puede presentar un peligro a la salud del hombre y al ecosistema, evolucionando el hombre puede crear diferentes cosas útiles y muy beneficiosos para la vida cotidiana, esto indica al hombre desarrollo por ello no puede optar por dejar de industrializar por lo siguiente dejar de contaminar las aguas. Para analizar esta problemática es necesario de mencionar sus causas. Una de ellas es la evolución del hombre. Por ello se industrializa toda materia prima sin control.

3

2 2.1

MARCO TEORICO CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS

2.1.1 OLOR Y SABOR El olor y sabor están, en general, íntimamente relacionados. Existen solamente cuatro sabores fundamentales: ácido, salado, amargo y dulce. Junto a ellos se suele hablar de sabores metálico, a tierra, a moho, a farmacia, etc., en estrecha relación con los olores. Los olores pueden ser mucho más específicos; en la Tabla 1 están recogidos los olores más frecuentes: Las fuentes de olor y sabor pueden ser naturales o artificiales. En general, los compuestos inorgánicos no producen olor, excepto el cloro, sulfuro de hidrógeno, amoniaco y derivados. En cambio, sí suministran determinados sabores, sobre todo ácidos, salados y en su caso metálicos. Los compuestos orgánicos suelen producir tanto sabores corno olores. Entre los que comunican malos olores y sabores, destacaríamos: fenoles, clorofenoles, rnercaptanos, alquitranes, aldehídos, detergentes, ácidos grasos, indoles, También determinados organismos vivos producen olores y sabores: algas, bacterias, hongos, así corno la descomposición de vegetales y animales. Especialmente tienen malos olores y sabores las aguas residuales domésticas e industriales. La medida de olores es estimativa, debe hacerla un grupo de 5 personas (mínimo dos). Se hace una escala de intensidades de olor, por ejemplo se hacen diferentes diluciones de la muestra a medir y se determina el olor en frío (a 25ºC) y en caliente (a 60ºC). Se clasifican los frascos con olor y los inodoros, para deducir las diluciones intermedias que se necesitan. Los resultados se indican en números que expresen el valor límite de apreciación de olor. Este valor corresponde a la cifra de mayor dilución que da un olor perceptible. La medida de sabores se basa en la finura del sentido del gusto del grupo operador. El agua a examinar se diluye con agua sin gusto. La degustación se efectúa empezando por las diluciones más grandes hasta la aparición del gusto; debe efectuarse la degustación a 30ºC, por un equipo de al menos 3

4

operadores. El agua de dilución se prepara con agua potable filtrada con carbón activo. (Orozco, 2003) Tabla 1: Olores de las aguas y sustancias responsables de los mismos.

Fuente: Orozco, 2003 Fisiológicamente, los sentidos del gusto y el olfato están íntimamente relacionados ya que las papilas linguales y las olfativas detectan estímulos simultáneos y complementarios. En la situación habitual, las sustancias con capacidad de producir olor/sabor en un agua pueden interactuar en tres formas: 

Aditividad: suma simple de olores/sabores.



Sinergismo: incremento del olor/sabor con respecto a la suma simple de los individuales.



Antagonismo: reducción del olor/sabor resultante con relación a lo esperado por adición

simple. Las fuentes de sabores y olores en un agua responden a dos orígenes: naturales y artificiales. Respecto a las primeras incluyen gases, sales, compuestos inorgánicos, compuestos orgánicos y compuestos procedentes de la actividad vital de los organismos acuáticos. Los compuestos productores de olor/sabor de origen artificial pueden ser también orgánicos e inorgánicos y

5

están probablemente más definidos, al poder identificarse la fuente concreta productora del problema. Pasemos revista brevemente a ambos. (Galvín, R. M. 2008) 

COMPUESTOS INORGÁNICOS

El H2S con su típico olor a huevos podridos en concentración alta y a moho o pantano en concentraciones bajas

es suficientemente conocido.

Se suele detectar en aguas poco

oxigenadas y en aguas profundas de lagos durante la estratificación térmica (verano/otoño). Así mismo, la mayoría de las sales y minerales producen olor Salado o metálico en un agua, siendo el umbral de percepción tremendamente subjetivo. Metales que habitualmente producen sabores en un agua son Fe, Mn y Zn; mientras entre los aniones, deben citarse CI-, S04=, HCO3y NO3-. Es típico también el sabor que produce en el agua el cloro o hipoclorito usado en su tratamiento, especialmente si el agua a tratar lleva compuestos fenólicos (sabor a clorofenoles, o "medicamentoso"). (Galvín, R. M. 2008) 

COMPUESTOS ORGÁNICOS

De entre los de origen natural cítense a los siguientes:  Geosmina, aceite neutro de fórmula C12H22O con un olor terroso o leñoso, producido por especies de Actinomicetos.  Mucidona, metabolito de fórmula C12H18O2 con persistente olor a moho.  Otros odorantes típicos pueden ser metil-isoborneol, metilmercaptanos, sulfuro de dimetilo, etc. Además, benceno y sustancias afines tienen tanto origen natural como industrial y no se perciben en un agua salvo que estén en concentraciones altas. Finalmente, menciónese a los detergentes debido a los perfumantes que contienen. (Galvín, R. M. 2008) Los organismos potencialmente productores de olor/sabor en las aguas, son prácticamente todos los que pueden vivir en ellas, es decir, algas, hongos, bacterias, cianofíceas, organismos zooplanctónicos y en general, los encargados de llevar a cabo la putrefacción de materias 6

orgánicas y su descomposición. La cloración de aguas para bebida que porten cantidades apreciables de materias orgánicas producen aguas con problemas de olor y sabor, poco apreciadas por el consumidor que automáticamente identifica estos problemas con exceso de cloro en el agua, lo que no es la verdadera causa. Finalmente, la incidencia y problemática asociada a los olores y sabores en el agua potable viene marcada por dos aspectos: pH y temperatura. Y ello es debido a que, en general, las sustancias con incidencia organoléptica suelen estar afectadas por un equilibrio ácido-base, en que sólo una de las formas es la que produce el problema. Además, cualquier sustancia que provoque olor/sabor acentúa esta circunstancia cuando su presión de vapor y su volatilidad son mayores, es decir, cuando la temperatura del agua es más alta. (Galvín, R. M. 2008) La técnica de análisis más usual es el método de las diluciones (método oficial) que es un método de límites. Se trata de determinar el grado de dilución necesario para lograr la desaparición de un determinado tipo de olor o sabor presente en un agua. Se requieren varias personas (panel de catadores) para conseguir unos resultados aceptables. Lógicamente, el agua utilizada en las diluciones habrá estar exenta de cualquier tipo de olor o sabor, requiriéndose, pues, agua destilada sometida a algún tratamiento específico para eliminar este problema (como filtración a través de carbón activo). (Galvín, R. M. 2008) Estos caracteres deben ser tomados en cuenta en el momento de la toma: ciertos olores pueden desaparecer, por ejemplo, en el transporte. (Galvín, R. M. 2008) En términos prácticos, la falta de olor puede ser un indicio indirecto de la ausencia de contaminantes, tales como los compuestos fenólicos. Por otra parte, la presencia de olor a sulfuro de hidrógeno puede indicar una acción séptica de compuestos orgánicos en el agua. (Mejía Reinoso, T. J. 2010) En la tabla 2 presenta un resumen de algunos olores característicos del agua, de acuerdo con su origen. 7

Tabla 2: Olores característicos del agua y su origen. Naturaleza

Origen

Olor balsámico

Flores

Dulzor

Coelosphaerium

Olor químico

Aguas residuales industriales

Olor a cloro

Cloro libre

Olor a hidrocarburo

Refinería de petróleo

Olor medicamentoso

Fenol, yodoformo

Olor a azufre

Ácido

Olor a pescado

Pescado, mariscos

Olor séptico

Alcantarilla

Olor a tierra

Arcillas húmedas

Olor fecaloide

Retrete, alcantarilla

Olor a moho

Cueva húmeda

Olor a legumbres

Hierbas,

sulfhídrico,

hojas

H2S

en

descomposición Fuente: Orozco, 2003 Las sustancias generadoras de olor y sabor en aguas crudas pueden ser compuestos orgánicos derivados de la actividad de microorganismos y algas o provenir de descargas de desechos industriales. (Mejía Reinoso, T. J. 2010) 2.1.2 COLOR Hay que distinguir lo que se llama color aparente, que es el que presenta el agua bruta, del denominado color verdadero, que es el que se presenta cuando se ha eliminado la materia en suspensión. (Orozco, B.C. 2003)

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El origen del color puede ser de tipo interno (debido a los materiales disueltos, dispersos o suspendidos) o de tipo externo (absorción de las radiaciones de mayor longitud de onda). (Orozco, B.C. 2003) La coloración de un agua natural «no contaminada» es causada principalmente por: 

Sustancias húmicas, ácidos tánicos, hojas, turba............... Color café amarillento o pardo



Fitoplacton, clorofíceas.................................................... Color verde



Sales de hierro (zonas graníticas o silíceas)..................... Color rojizo o pardo



Macizos no Calcáreos...................................................... Color amarillento



Macizos calcáreos............................................................ Color verdoso

Los colores de las aguas residuales pueden ser debidos a multitud de compuestos orgánicos e inorgánicos, que pueden estar en elevadas concentraciones: sales de cromo, colorantes industriales, aceites,... Las aguas residuales urbanas recientes tienen color gris, que va pasando a oscuro e incluso negro. (Orozco, B.C. 2003) Se mide el color en unidades de Pt-Co, por comparación con una solución patrón de ambos metales. (Orozco, B.C. 2003) El color de un agua se debe, fundamentalmente, a diferentes sustancias coloreadas existentes en suspensión o disueltas en ella. En aguas naturales el color proviene de las numerosas materias orgánicas procedentes de la descomposición de vegetales, así como de diversos productos y metabolitos orgánicos que habitualmente se encuentran en ellas (colocaciones amarillentas). Además, la presencia de sales solubles de Fe y Mn (aguas subterráneas y superficiales poco oxigenadas) también produce un cierto color en el agua. (Galvín, R. M. 2008). En aguas naturales de lagos y embalses suele existir una relación directa entre color y pH, de forma que cuando aumenta el segundo lo hace el primero. En aguas de lagos y embalses, el color del agua profunda durante la época de estratificación térmica es marcadamente más alto al del agua superficial. Por otro lado, las colocaciones rojizas observadas a veces en aguas de 9

bebida proceden del hierro y las negras del manganeso divalentes que se oxidan por la adición de cloro u otros agentes oxidantes, generándose la correspondiente precipitación de oxihidróxidos coloreados poco solubles. Otras veces, el color procede de la oxidación de las propias conducciones de agua potable, que si son de cobre provoca colocaciones verdeazuladas. En este sentido, la importancia del color en el agua de consumo es fundamentalmente, de carácter organoléptico: cuando se toma agua coloreada, ineludiblemente se la asocia a agua "peligrosa" para la salud. La mayor parte de los individuos perciben niveles de coloración de unos 15 mg/l Pt-Co. Respecto a aguas residuales industriales, suelen presentar colocaciones en función de la actividad industrial que desarrollen: fábricas de pasta de papel evacuan aguas parduzcas debido a la lignina; las aguas de mataderos son rojizas por la sangre; las lecheras y derivados lácteos producen aguas blancuzcas, etc... (Galvín, R. M. 2008). Su medida se basa en el hecho de que el color producido por las sustancias de carácter natural de un agua es muy similar al desarrollado por disoluciones de mezclas de K2CI6Pt y CoCl2: la longitud de onda de máxima absorción corresponde entonces a 430-440 nm. Este método del cloroplatinato potásico (oficial) no sería aplicable a aguas residuales industriales fuertemente coloreadas por sustancias inorgánicas. (Galvín, R. M. 2008). Esta característica del agua puede estar ligada a la turbiedad o presentarse independientemente de ella. Aún no es posible establecer las estructuras químicas fundamentales de las especies responsables del color. Esta característica del agua se atribuye comúnmente a la presencia de taninos, lignina, ácidos húmicos, ácidos grasos, ácidos fúlvicos, etcétera. Se considera que el color natural del agua, excluyendo el que resulta de descargas industriales, puede originarse por las siguientes causas: 

La extracción acuosa de sustancias de origen vegetal.



La descomposición de la materia.



La materia orgánica del suelo. 10



La presencia de hierro, manganeso y otros compuestos metálicos.



Una combinación de los procesos descritos.

En la formación del color en el agua intervienen, entre otros factores, el pH, la temperatura, el tiempo de contacto, la materia disponible la solubilidad de los compuestos coloreados. (Mejía Reinoso, T. J. 2010) Se denomina color aparente a aquel que presenta el agua cruda o natural y color verdadero al que queda luego de que el agua ha sido filtrada. (Mejía Reinoso, T. J. 2010) Existen muchos métodos de remoción del color. Los principales son la coagulación por compuestos químicos como el alumbre y el sulfato férrico a pH bajos y las unidades de contacto o filtración ascendente. (Mejía Reinoso, T. J. 2010) Debido a que el color del agua se origina, en muchos casos, por la presencia de compuestos de naturaleza orgánica, se recomienda que la desinfección se realice luego de que este haya sido removido, para evitar que la aplicación de cloro como desinfectante pueda dar origen a la formación de trihalometanos, compuestos que tienen efecto cancerígeno en animales. (Mejía Reinoso, T. J. 2010) 2.2

TURBIEDAD

Se conoce como turbiedad a la capacidad que tiene el material suspendido en el agua para obstaculizar el paso de la luz. La turbiedad es producida por una gran variedad de causas. Entre ellas las más importantes pueden ser: 

La erosión natural de las cuencas la cual aporta sedimentos a los cauces de los ríos.



La contaminación causada por la industria o por desechos domésticos. (Ramírez, 2011)

Como se puede apreciar, la turbiedad tiene desde un origen inorgánico (arcilla, arenas, etc.) como es el caso de la turbiedad aportada por la erosión hasta tener un alto grado orgánico (microorganismos, limus, etc.) como en el caso de la turbiedad aportada por actividades antrópicas. (Ramírez, 2011) 11

La turbiedad es importante en el tratamiento del agua potable por las siguientes razones: 2.2.1 ESTÉTICA La presencia de turbiedad en el agua causa rechazo en el consumidor. Además, existen ciertos procesos industriales (fabricación de textiles, alimentos) que requieren agua exenta de turbiedad. (Ramírez, 2011) 2.2.2 SELECCIÓN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO La turbiedad es un parámetro fundamental en la determinación de los procesos más adecuados para tratar el agua de abastecimiento. Proceso como coagulación, sedimentación y filtración se diseñan y operan teniendo en cuenta el valor de la turbiedad. (Ramírez, 2011) 2.2.3 FILTRACIÓN Y CLORACIÓN DEL AGUA La turbiedad puede incidir en la eficiencia de determinados procesos de tratamiento del agua, por ejemplo, la filtración y la desinfección. La filtración del agua se vuelve más difícil y costosa cuando la turbiedad es alta; la turbiedad obstruye los filtros, genera problemas de operación en el tratamiento del agua y ocasiona un aumento en la frecuencia de lavado de las unidades. Cuando la turbiedad es alta se necesitan dosis mayores de cloro para desinfectar el agua. Esto debido a que los miroorga9 nismos se ocultan entre las partículas de turbiedad por lo que se requieren mayores cantidades de cloro para eliminarlos. (Ramírez, 2011) La turbiedad se expresa en unidades de turbiedad. Una unidad de turbiedad es una cantidad patrón empírica producida al agregar 1 mg de SiO₂ al litro de agua destilada. El turbidimetro de Jackson es el instrumento de laboratorio con el cual se mide la turbiedad. Cuando la turbiedad se mide con este instrumento, los resultados se dan en JTU. (Ramírez, 2011) Debido a que el turbidimetro de Jackson es un instrumento rudimentario y ante el auge de la instrumentación electrónica, en la actualidad, la turbiedad se mide con turbidimetros basados en principios nefelometricos. La sustancia patrón de medida ya no es sílice sino una mezcla de 12

sulfato de hidrazina y hexametiltetramina. Cuando la turbiedad se mide con estos instrumentos, los resultados se dan en UNT. (Ramírez, 2011) La unidad utilizada normalmente para expresar la turbiedad es la UNT. Otras unidades que aún se usan se pueden transformar usando el siguiente cuadro: Unidad

JTU

UNT

SiO₂ mg/L

JTU

1,0

19

2,5

UNT

0,053

1

0,3

SiO₂ mg/L

0,4

7,5

1

Tabla 3: Valores de conversión Fuente: http://arturobola.tripod.com/turbi.htm#Principios 2.3

SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN

Para dar un diagnostico acerca de la calidad del agua, es necesario determinar la cantidad de material solido que contiene la muestra. La figura presenta los diferentes tipos de solidos que existen en la ingeniería de calidad de agua y entre paréntesis, como ejemplo, está el porcentaje en que comúnmente se encuentran en las aguas residuales. (Ramírez, 2011)

13

Imagen 1: Diferentes formas de sólidos presentes en el agua. Fuente: Ramírez, 2011 El primer tipo de solidos de importancia para determinar la calidad del agua son los sólidos totales (ST). Los ST se definen como todo el material que queda después de evaporar el agua a 105 °C, es decir, ST es todo aquello presente en la muestra, excepto agua. (Ramírez, 2011) Los sólidos sedimentables se definen como el material que se sedimenta en el fondo de un recipiente de forma cónica (cono de Imhoff) en el transcurso de un periodo de 60 minutos. Los sólidos sedimentables se expresan en ml/L. (Ramírez, 2011) Los sólidos totales se dividen en solidos suspendidos y solidos disueltos. La cantidad y naturaleza de los sólidos presentes en el agua varía ampliamente. En el agua la mayoría de los sólidos se hayan disueltos (SD) y consisten principalmente en sales y gases. (Ramírez, 2011) Los sólidos disueltos se calculan pasando la muestra por un papel de filtro y luego determinando los sólidos totales del filtrado. Si se somete la muestra filtrada a evaporación en una mufla a 14

aproximadamente 600 °C y se pesa el residuo se obtienen los sólidos disueltos fijos (SDF). Por diferencia se determinan los sólidos disueltos volátiles (SDV). (Ramírez, 2011) Los sólidos suspendidos (SS) se determinan restando los sólidos disueltos de los sólidos totales. Los SS son, tal vez, el tipo de solidos más importantes de determinar en los estudios de calidad del agua en nuestro medio, principalmente porque utilizan para el cobro de las tasas retributivas y el diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales. (Ramírez, 2011) Los sólidos suspendidos fijos (SSF) y los sólidos volátiles (SSV) se determinan de forma análoga a los SDF Y SDV. (Ramírez, 2011) 2.4

TEMPERATURA

La temperatura es un parámetro físico que permite medir las sensaciones de calor y frío. Desde el punto de vista microscópico, la temperatura se considera representación de la energía cinética interna media de las moléculas que integran el cuerpo estudiado, en este caso el agua. Esta energía cinética se manifiesta en forma de agitación térmica, que resulta de la colisión entre las moléculas que forman el agua. (Rodríguez, 2009) Los animales las plantas acuáticas son sensibles a los cambios de temperatura del agua y requieren que esta se mantenga dentro de un intervalo determinado para poder sobrevivir y reproducirse. Si la temperatura del agua permanece fuera de este intervalo durante mucho tiempo, los organismos quedarán expuestos a condiciones inadecuadas. (Rodríguez, 2009) La temperatura afecta a la cantidad de oxígeno que puede transportar el agua. El agua a menor temperatura transporta más oxígeno y todos los animales acuáticos necesitan este para sobrevivir. También influye en la fotosíntesis de plantas y algas, y la sensibilidad de los organismos frente a los residuos tóxicos. (Ramírez, 2011) Lo podemos encontrar:

15

2.4.1 SOLUBILIDAD DE GASES De manera general, la solubilidad de los gases aumenta al disminuir la temperatura y aumentar la presión. La relación cuantitativa de la solubilidad de los gases y la presión está dado por la Ley de Henry, que establece que la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución. (Tebbutt, 2002) 2.4.2 DESPLAZAMIENTO DE EQUILIBRIO El equilibrio químico es el estado al que evoluciona de forma espontánea un sistema químico, en el que tiene lugar una reacción química reversible. Cuando se alcanza esta situación, desde el punto de vista macroscópico, se observa que las concentraciones de las sustancias, tanto reactivos como productos de la reacción, permanecen constantes a lo largo del tiempo. (Ramírez, 2011) Desde el punto de vista microscópico los procesos siguen teniendo lugar indefinidamente: continuamente los reactivos se transforman en productos y estos a su vez reaccionan para producir los reactivos de partida, pero al hacerlo a igual velocidad, las concentraciones de ambos no varían. Así pues se trata de una situación dinámica. (Ramírez, 2011) El equilibrio químico es un fenómeno cuya naturaleza dinámica permite su modificación con sólo variar algunos factores de los que depende, como temperatura, presión, volumen o concentraciones de las sustancias que intervienen en la reacción, lo cual resulta de vital importancia para aumentar el rendimiento de los procesos industriales, por ejemplo. (Ramírez, 2011) Las modificaciones en el estado de equilibrio provocan desplazamientos que se pueden predecir en este nivel cualitativamente a partir del principio del químico francés Henri Louis Le Atelier (1850-1936), según el cual, al perturbar un sistema en equilibrio éste evoluciona espontáneamente hacia un nuevo estado de equilibrio oponiéndose a la perturbación producida. (Ramírez, 2011) 16

2.4.3 TENSIÓN SUPERFICIAL La tensión superficial es un término que suele aplicarse a los líquidos porque es una forma de medir la cohesión que existe entre las moléculas de ese líquido. Todas las moléculas que componen una sustancia líquida interaccionan de alguna forma entre ellas y se atraen, se dice que un líquido tiene más o menos cohesión según si sus moléculas se atraen más o menos entre ellas, respectivamente. (Tebbutt, 2002) Pero la tensión superficial se aplica sólo sobre las superficies de un líquido. Cuando nos encontramos sobre la superficie del líquido las moléculas que están justo debajo de la superficie sienten esa atracción sólo por las moléculas que tienen a los lados y hacia abajo, pero en la parte superior no tienen más moléculas, sólo la superficie. Como resultado, estas moléculas sienten una fuerza que las estira hacia abajo, hacia el interior del líquido. (Tebbutt, 2002) 2.4.4 DESARROLLO DE ORGANISMOS Todos los organismos tienen una temperatura óptima en la que pueden llevar a cabo todas sus actividades. La temperatura de torpeza es aquella en la que la actividad del organismo en cuestión se resiente. (Rodríguez, 2009) La temperatura efectiva es aquella en la que todavía es capaz de desarrollar su actividad para completar el ciclo de vida. Y la temperatura letal es aquella que provoca la muerte del organismo. Por la amplitud de esta curva de tolerancia a los cambios en la temperatura interna, los seres vivos se clasifican en euritermos (más amplitud) y estenotermos (menor rango de tolerancia). (Rodríguez, 2009) 2.5

CONDUCTIVIDAD

La conductividad es una medida de la resistencia que opone el agua al paso de la corriente eléctrica entre dos electrodos impolarizables sumergidos en la misma. La conductividad del agua da una buena apreciación de la concentración de los iones en disolución y una conductividad elevada se traduce en una salinidad elevada o en valores 17

anómalos de pH. La unidad empleada es el Siemen (S), inverso del ohmio: aguas muy mineralizadas en mS y aguas poco mineralizadas en μS. Se mide en celdas de un cm de espesor, expresándose por lo tanto en mS/cm o μS/cm. (Delgado, 2004) La conductividad está íntimamente relacionada con el parámetro Residuo Seco a lOSºC que hemos definido antes, y con la composición de los iones más abundantes en las aguas. De tal forma que se han establecido ecuaciones, como la que se indica, que relacionan ambas medidas: Residuo seco (gil)= 0,86•103 x Conductividad específica (ohm•1.cm•1) (Delgado, 2004) La temperatura es una variable que modifica sensiblemente los valores de la conductividad, por lo que los resultados se dan, por ejemplo, en μS.cm•1, indicando la temperatura a la que se ha hecho la medida (20 ó 25ºC, habitualmente). (Delgado, 2004) Puesto que la conductividad se puede relacionar con la abundancia de materia disuelta, vamos a estudiar características que miden también concentraciones de determinadas sustancias en el agua. (Delgado, 2004) 2.6

SALINIDAD

Representa el contenido iónico total del agua. Es un parámetro utilizado habitualmente en las aguas salobres, se identifica con el parámetro total de sólidos disuelto o residuo seco a lOSºC ya visto, aunque se suele expresar en g/kg. En aguas marinas tiene un valor medio del orden de 35 g/kg. Como en las aguas salobres las proporciones relativas de las especies iónicas se mantienen casi constantes, se suelen relacionar los valores de salinidad con el contenido de algunos de los iones más característicos de las mismas. (Delgado, 2004) El aumento de la salinidad en aguas no marinas puede deberse a las siguientes causas: 

Efluentes industriales.



Escorrentía de las aguas de regadío.



Aguas salobres de minas. 18



Depósito de aerosoles salinos oceánicos.



Utilización de sal en carreteras en países con fuertes nevadas. (Delgado, 2004)

Los niveles elevados de salinidad causan problemas en el regadío y en la vida acuática, además de convertir las aguas en no aptas para beber. Los problemas ocasionados en la vida acuática están relacionados con los procesos osmóticos y la tendencia del agua a salir de las células y pasar al medio circundante, cuando éstas se encuentran en el seno de una disolución con una presión osmótica superior a la suya. (Delgado, 2004) 2.7

DUREZA

Es también un parámetro relacionado con los anteriores, que mide la presencia, principalmente, de los cationes alcalinotérreos mayoritarios, Ca y Mg, y de otros metales menos abundantes en general, como Fe y Mn. En la actualidad, en algunas legislaciones, se tiende a prescindir del término «dureza», indicándose la cantidad de calcio y magnesio presentes en un agua en mg/l de cada elemento. Sin embargo, se siguen utilizando los siguientes términos: (Delgado, 2004) 2.7.1 DUREZA TOTAL Es la suma total de las concentraciones de sales de calcio y magnesio, se mide por volumetría de complejación con EDTA (ácido etilendiaminotetracético), se expresa numéricamente en forma de carbonato de calcio u óxido de calcio, principalmente en mg CaCOi l. Se siguen utilizando, especialmente en el mundo industrial, los grados hidrotimétricos (1 º francés = 1 O mg de carbonato de calcio/l). (Delgado, 2004) 2.7.2 DUREZA TEMPORAL Es la que corresponde a la proporcionada por los hidrogenocarbonatos de calcio y magnesio, desaparece por ebullición, pues precipitan los carbonatos. (Delgado, 2004)

19

2.7.3 DUREZA PERMANENTE Es la que existe después de la ebullición del agua, corresponde a la diferencia entre las dos anteriores. (Delgado, 2004) 2.8

pH

El pH es una medida del contenido de ión hidrógeno en medio acuoso. Las aguas que poseen un valor de pH superior a siete son alcalinas, y si es inferior son ácidas. El agua de los ríos que no está afectada por la contaminación presenta un pH entre 6,5 y 8,5, dentro del cual los organismos acuáticos capturan y liberan dióxido de carbono durante la fotosíntesis y respiración, respectivamente (Hem, 1985). El pH es un importante parámetro operativo de la calidad del agua. Las aguas demasiado acidas disuelven los metales empleados en las conducciones (plomo, cobre, zinc), los cuales, al ser ingeridos, afectan negativamente la salud. El pH aceptable para agua potable varía entre 6.5 a 8.5 como valor guía (Jiménez, 2001). Según (Galvín 2003), para las aguas de consumo humano, los valores extremos pueden causar irritación en las mucosas, irritación en órganos internos y hasta procesos de ulceración. La medida del pH tiene amplia aplicación en el campo de las aguas naturales y residuales. Es una propiedad básica e importante que afecta a muchas reacciones químicas y biológicas. Valores extremos de pH pueden originar la muerte de peces, drásticas alteraciones en la flora y fauna, reacciones secundarias dañinas (por ejemplo, cambios en la solubilidad de los nutrientes, formación de precipitados, etc.), (Gómez, 2014). El pH es un factor muy importante en los sistemas químicos y biológicos de las aguas naturales. El valor del pH compatible con la vida piscícola está comprendido entre 5 y 9. Sin embargo, para la mayoría de las especies acuáticas, la zona de pH favorable se sitúa entre 6.0 y 7.2. Fuera de este rango no es posible la vida como consecuencia de la desnaturalización de las proteínas, (Gómez, 2014). 20

La alcalinidad es la suma total de los componentes en el agua que tienden a elevar el pH del agua por encima de un cierto valor (bases fuertes y sales de bases fuertes y ácidos débiles), y, lógicamente, la acidez corresponde a la suma de componentes que implican un descenso de pH (dióxido de carbono, ácidos minerales, ácidos poco disociados, sales de ácidos fuertes y bases débiles). Ambos, alcalinidad y acidez, controlan la capacidad de taponamiento del agua, es decir, su capacidad para neutralizar variaciones de pH provocadas por la adición de ácidos o bases, (Gómez, 2014). El principal sistema regulador del pH en aguas naturales es el sistema carbonato (dióxido de carbono, ión bicarbonato y ácido carbónico), (Gómez, 2014).

Imagen 2: Escala de pH. Fuente: https://sites.google.com/site/cristianfernandocortes/graficos-ph 2.9

ALCALINIDAD

La alcalinidad del agua se debe a la presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos tales como calcio, magnesio, sodio, potasio o amonio. Los más importantes son los bicarbonatos cálcicos y magnésicos (Henry, 1999) 21

Es una medida de la capacidad del agua para absorber protones. Se mide mediante una volumetría de neutralización ácido-base y se expresa en mg CaCO/l (ppm CaC03). Todos los sistemas que se indican a continuación pueden considerarse como pares conjugados de ácidos y bases de Bronsted Lowry, pero también como sistemas amortiguadores que regulan el pH del agua por ganancia o pérdida de protones, según sea el caso (Delgado,2004). La alcalinidad tiene un gran interés para el conocimiento de la agresividad o de la tendencia a la incrustación de un agua. La agresividad se refiere al deterioro en frío, ocasionado por ciertas aguas naturales, de materiales de diverso tipo, metales, calizas, cemento y productos derivados (hormigones,...). Depende fundamentalmente de los tres factores siguientes, interrelacionados entre sí: dióxido de carbono libre, alcalinidad y pH, aunque intervienen otros, tales como temperatura, concentración de ácidos húmicos, oxígeno disuelto, sulfuro de hidrógeno, sales disueltas, microorganismos, etc. (Delgado,2004).

Imagen 3: Aguas alcalinas. Fuente: https://i.ytimg.com/vi/zTnl397OJ5o/maxresdefault.jpg

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2.10 ACIDEZ Es debida a la presencia de dióxido de carbono libre, ácidos minerales y orgánicos y sales con cationes que sufran hidrólisis ácida. Corresponde a una disminución en el valor del pH de un agua, provocada por la entrada de ácidos más o menos fuertes que pueden anular la capacidad reguladora de los pares amortiguadores presentes en la misma, como el par carbonato/hidrogeno carbonato(Delgado,2004). Se determina, al igual que la alcalinidad, mediante una volumetría de neutralización con una base fuerte, aunque se expresa en las mismas unidades, es decir, mg CaCO/l (ppm CaC03). Las principales fuentes naturales que ocasionan un aumento de acidez de las aguas son el dióxido de carbono atmosférico disuelto, los ácidos orgánicos provenientes de descomposición de materia vegetal o animal y el contenido en ácidos húmicos y fúlvicos (caso del Río Negro en la Amazonia) (Delgado,2004). Entre las fuentes antropogénicas tiene importancia el agua procedente del drenaje de minas, que pueden aportar ácido sulfúrico y catión hierro (II), el cual aún puede sufrir un proceso de oxidación a hierro (III), reacción en la que se liberan protones y se origina, por tanto , un aumento todavía mayor de la acidez (Delgado,2004). Los vertidos industriales pueden también aportar una cantidad considerable de ácidos, fundamentalmente las aguas provenientes de baños ácidos, tratamientos superficiales, etc. Otra fuente de acidez que no podemos olvidar es la lluvia ácida (Delgado, 2004).

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Imagen 4: Aguas acidas. Fuente: https://noalamina.org/latinoamerica/peru/item/16842-oefa-ordena-a-minera-aruntaniparalizar-botadero-de-aguas-acidas Entre los efectos perjudiciales que puede provocar un incremento de la acidez, podríamos señalar: 

Destrucción de la vida acuática. A niveles de pH4 se destruyen todos los

vertebrados, muchos invertebrados y microorganismos, así como la mayoría de las plantas superiores (Delgado,2004). El aumento de dióxido de carbono en el medio acuático retarda la tasa de difusión del dióxido de carbono de la sangre al agua, por lo que se acumula en el animal y puede transportar menos oxígeno disminuyendo el pH de la sangre y llegando a ocasionarle la muerte (Delgado, 2004). 

Corrosión. Las aguas con pH6 pueden

causar graves corrosiones en cañerías,

buques, embarcaderos y otras estructuras (Delgado, 2004).

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

Daños a las cosechas. Si el agua

problemas al suelo. Un agua ácida (pH4.5)

rebasa

los límites de pH entre 4,5 y 9 causa

aumenta la solubilidad de sales de

hierro,

aluminio, magnesio y otros metales que pueden resultar tóxicos para las plantas. Un pH muy básico puede inmovilizar algunos oligoelementos esenciales (Delgado, 2004). 2.11 RADIACTIVIDAD Todas las aguas naturales presentan una determinada radiactividad, como consecuencia de la presencia de isótopos radiactivos naturales de algunos elementos, en especial del 4°K y 87Rb. Actualmente, y como consecuencia de las actividades nucleares de origen industrial (civil o militar) y farmacológico, hay un incremento de la radiactividad de las aguas que puede llegar a ser muy perjudicial. Entre los isótopos más frecuentes debe señalarse la existencia de 226Ra, 23ºTh, 9ºSr, 137Cs | (Orozco, et al., 2011). 2.12 CARACTERÍSTICAS MICROBIOLÓGICAS 2.12.1 MICROBIOLOGÍA La Microbiología es la ciencia que estudia a los microorganismos, la mayoría unicelulares microscópicos y otros macroscópicos filamentosos o cenocíticos, capaces de realizar innumerables procesos biológicos, que han surgido muy temprano en la evolución, pero que se han adaptado a las condiciones ambientales actuales. El grupo está integrado por las bacterias, algas, hongos, protozoos (Frioni, 2006). 2.12.2 MICROORGANISMOS

EN

LOS

ECOSISTEMAS

ACUÁTICOS

(AGUAS

NATURALES) El agua constituye uno de los ecosistemas más diversos que permite la interacción de los organismos vivos son su medio no vivo conde continuamente hay flujo de energía. Sin lugar a duda, el medio acuático posee las condiciones que permiten que el crecimiento de organismos de cualquier tipo, ya sean bacterias, protozoos, algas, hongos, virus, platas y animales. (Gonzales, 2012). 25

Las características físicas y químicas del agua definen el tipo de microrganismos que habitan, de acuerdo con los requerimientos nutricionales de estos, tienen mucha capacidad de adaptación por su diversidad y rápido crecimiento (Gonzales, 2012). Tabla 4: Recursos y condiciones en el crecimiento microbiano Recursos

Condiciones

Carbono (orgánico, CO2)

Temperatura: frío – templado – caliente

Nitrógeno (orgánico, inorgánico)

pH: 0 – 7 – 14

Macronutrientes (S, P, K, Mg)

O2: óxico – microóxico – anóxico Luz: brillante – atenuada – oscuridad

O2

Condiciones osmóticas: agua dulce – agua marina – hipersalinidad

Fuente: Adaptación de microbiología del agua: conceptos y aplicaciones (2012) Por lo anterior es fundamental conocer la distribución general de los microorganismos en los cuerpos de agua. Tomando como ejemplo los lagos, se dividirán en cuatro zonas: Zona litoral, poco profunda y cercana a la orilla, donde penetra la luz solar, tiene exuberante vegetación, que permite el desarrollo de diversos nichos ecológicos. Zona limnética, alejada de la orilla, se caracteriza por la presencia de fitoplancton, compuestos especialmente por algas y cianobacterias. La zona de compensación, la cual es la zona de transición entre la limnética y la profunda. Su espesor puede variar de acuerdo con la profundidad de penetración de la luz, donde predomina la oxidación de materia orgánica y termina la fotosíntesis, dando inicio a la respiración, entre los organismos que se encuentran allí están las bacterias purpuras y verdes del azufre. Finalmente, la zona bentónica, donde no hay luz compuesta por fangos orgánicos habitan principalmente bacterias metanógenas y reductoras de sulfatos (Gonzales, 2012).

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Imagen 5: Distribución de bacterias en un lago Fuente: Adaptación de Microbiología del agua: conceptos y aplicaciones (2012) 2.12.3 MICROBIOLOGÍA DE AGUAS RESIDUALES Y ORGANISMOS INDICADORES La contaminación de tipo bacteriológico es debida fundamentalmente a los desechos humanos y animales, ya que los agentes patógenos -bacterias y virus- se encuentran en las heces, orina y sangre, y son origen de muchas enfermedades y epidemias (fiebres tifoideas, disentería, cólera, polio, hepatitis infecciosa, ...). Desde el punto de vista histórico, la prevención de las enfermedades originadas por las aguas constituyó la razón fundamental del control de la contaminación (Orozco, et al., 2011). 2.12.3.1 ORGANISMOS INDICADORES Se utilizan unos organismos indicadores -junto a algunos análisis específicos como base para determinar este tipo de contaminación. Los más conocidos son las bacterias coliformes, que viven en el intestino grueso, no son patógenos y su presencia permite diagnosticar el tiempo transcurrido desde una contaminación fecal. Suelen determinarse los coliformes totales y los fecales (Orozco, et al., 2011). 27

Tabla 5: Principales grupos de organismos indicadores. Bacterias Escherichia coli

Protozoos Giardia

Virus y poliovirus

Helmintos Áscaris lumbricoides

Cryptosporidium Klebsiella

Entamoeba

Pneumnomiae

histolytica

Citrobacter

Toxoplasma gondil

Fagos

Adenovirus

Enterobacter Enterococcus Fuente: Elaboración propia. (Glynn & Heinke, 1999) afirma que, el agua que se utiliza para beber y bañarse también puede ser un medio transmisor de patógenos entéricos que causan enfermedades, un estudio detallado de las enfermedades causadas pueden ser muy costosas y poco prácticas. En su lugar, el agua se valora empleando un sustituto que actúa como un indicador de contaminación fecal. Puesto que los organismos no patógenos también habitan en gran número en el intestino y están siempre presentes en las heces, junto con los agentes patógenos que pudieran haber, pueden servir como indicador de contaminación.

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