UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSESCUELA DE POSTGRADO

MAESTRIA: GEOTECNIA Y RECURSOSMINEROS

CURSO : MECANICA DE FLUIDOS E HIDROGEOLOGIA

TEMA : CALIDAD DEL AGUA SUBTERRANEA

DOCENTE : DR. ING. EDWIN GALARZA ZAPATACICLO : I – Módulo I - 2015

CALIDAD DE AGUA SEGÚN SU USO

• El agua pura en la naturaleza no existe por lo que su definición teórica como combinación química de oxígeno e hidrógeno no puede extenderse al estado en que se encuentra.

• El agua es el solvente más abundante, y es capaz de incorporar gran cantidad de sustancias al estar en contacto con los terrenos por los que circula.

• DEFINICION.-• Queda definida por su composición, y el

conocimiento de los efectos que puede causar cada uno de los elementos que lo contiene.

• Es el conjunto de todos ellos , permite establecer posibilidades de su utilización, clasificando así de acuerdo con los límites estudiados, su destino para bebida, usos agrícolas, industriales etc.

CONCEPTO DE POTABILIDAD - NORMAS

• Existen muchos factores que pueden afectar su potabilidad como es el caso de los antrópicos.

• POTABLE.-• Es aquella agua que puede ser consumida

por el hombre sin peligro alguno para la salud.

• Ello supone tener en cuenta las distintas características del agua, ya sean físicas, químicas, bacteriológicas etc., definiendo criterios de calidad para cada uno de ellas.

• La aparición y evolución de reglamentos limitan el uso del agua para la bebida.

• La tendencia mundial es normalizar los reglamentos existentes. (ley de los recursos hídricos Nº 29338 y el D.S. Nº 01- 2010- M.A

NORMAS DE POTABILIDAD DE LA O.M.S

• La O.M.S en sus “International Standars for Drinking Water” 1936., adopta el criterio de dividir en 04 grupos las características a tener en cuenta y que afectan a la potabilidad del agua siendo:

1.- Químicas y Físicas.-1ª Sustancias químicas que afectan a la

potabilidad del agua.1b Sustancias químicas que pueden afectar a la

salud.1c Sustancias tóxicas.1d Indicadores químicos de polución.2.-Bacteriológicas.3.- Biológicas.4.- Radioactivas.

CARACTERISTICAS QUIMICAS Y FISICAS

SUSTANCIA CONCENTRACION MAXIMA ACEPTABLE (mg/l)

CONCENTRACION MAXIMA PERMITIDA (mg/l)

Sólidos totales 500 1500

Color(ppm de la escala de platino - cobalto

5 50

Turbidez en SiO2 5 25

Gusto No detectable -

Olor No detectable -

Hierro(Fe) 0.3 1

Manganeso(Mn) 0.1 0.5

Cobre(Cu) 1 1,5

Zinc(Zn) 5 15

1ª Sustancias Químicas que Afectan a la Potabilidad del Agua.

CARACTERISTICAS QUIMICAS Y FISICAS1ª Sustancias Químicas que Afectan a la Potabilidad del Agua.

SUSTANCIA CONCENTRACION MAXIMA ACEPTABLE

(mg/l)

CONCENTRACION MAXIMA PERMITIDA

(mg/l)

Calcio(Ca) 75 200Magnesio(Mg) 50 150Sulfatos(SO4) 200 400Cloruros(Cl) 200 600pH(unidades de pH) 7-8.5 6.5-9.2Sulfato magnésico- sódico 500 1000Sustancias Fenólicas (como fenol) 0.001 0.002

Contaminantes orgánicos (carbono extractado con cloroformo)

0.2 0.5

Tensoactivos (detergentes) ABS (alkinbencil- sulfonato)

0.5 1

CARACTERISTICAS QUIMICAS Y FISICAS1b Sustancias Químicas que Pueden Afectar a la Salud.

Floruros.-Se admiten concentraciones en el agua de bebida entre 0.5 y 1 mg/l con un límitemáximo permitido de 1.5 mg/l.La ausencia de Flour, tiene un efecto pernicioso en la conservación de los dientes.En algunas ciudades se incorpora al agua de abastecimiento esta sustancia.

Nitratos.-El límite máximo permitido es 45 mg/l en NO3.Mayores cantidades producen en los niños la enfermedad azul . Concentración de (Metahemoglobinemia) en la sangre.

METAHEMOGLOBINEMIA

• presencia de metahemoglobinemia en la sangre que es causada por la presencia de nitratos......La enfermedad ocurre cuando los nitratos se convierten a nitritos por las bacterias en el sistema digestivo de los niños....

• Los nitritos reaccionan con la hemoglobina para formar metahemoglobina.

• La hemoglobina es una sustancia química que lleva el oxígeno del pulmón a diferentes partes del cuerpo.

Tabla 1. CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA. LAS CONCENTRACIONES DE STD, IONES Y ELEMENTOS SE EXPRESAN EN MG.L-1;

N.D.: NO DETERMINADO

CARACTERISTICAS QUIMICAS Y FISICAS

SUSTANCIAS CONCENTRACION MAXIMA PERMITIDA (mg/l)

Pb 0.05

As 0.05

Se 0.01

Cr hexavalente 0.05

Cianuro 0.20

Cd 0.01

Ba 1.00

Ag 0.05

1c.- Sustancias Tóxicas.

CARACTERISTICAS QUIMICAS Y FISICAS

INDICADOR LIMITE MINIMO PARA CONSIDERAR QUE HAY

CONTAMINACION (mg/l)

DQ0 10

DBO 6

Nitrógeno total (Excluido nitrato)

1

NH3 0.5

C (Extracto de cloroformo) 0.5

Grasas 1.0

1d.- Indicadores Químicos de Polución.

CARACTERISTICAS BACTERIOLOGICAS

- Basado en determinación de microorganismos que pueden afectar a la salud del hombre.-Se usa las normas de la O.M.S para determinar los grupos de coliformes y el MPN, para valorar su intensidad etc.

FORMAS DE FIJAR EL MPN DE COLIFORMES

a).- Para agua Tratada.-

No deberán encontrarse coliformes en el 90% delas muestras examinadas en un año, o el MPNdebe ser <1.

Simultáneamente, ninguna muestra tendrá un MPN superior a 10.

Con la técnica del microfiltrado la media del número de organismos del grupo coliforme deberá ser <1 por 100ml y no > de 4 por 100 ml.,en dos muestras consecutivas, o en más del 10% de las examinadas.

Son dos:

FORMAS DE FIJAR EL MPN DE COLIFORMES

b).- Para Aguas no Tratadas.-

El MPN será < de 10 en el 90% de las muestras examinadas en 01 año.

Ninguno de ellos superará el índice de 20.Las bacterias coliformes fecales serán < de 40% del número de microorganismos coliformes mostrados por MPN.

No se permite un MPN > de 15 en muestras consecutivas.

Si apareciese un MPN de 20 ó > se estudiará laposibilidad de tratamiento correcto.

CARACTERISTICAS BIOLOGICAS

Se detecta por el examen biológico microscópico.Es una determinación cualitativa de los tipos de organismos y su número.Se expresan en mg/l.Se detectan partículas sólidas orgánicas e Inorgánicas incluyendo diversos al plancton.

CARACTERISTICAS RADIOACTIVAS

Hay valores límites y cuando hay excesos deben realizarse análisis radio químicos.Las máximas cantidades permisibles para la población en general.La máxima peligrosidad corresponde a emisiones (α ) quienes deben estar ausentes.Las más frecuentes son :U natural 0.2 µµc/cc, Pu – 239: 5 µµc/cc.Para cualquier mezcla de emisiones (α) excepto Pu – 239 y Ac – 227: 0.01 µµc/cc.

ENFERMEDADES RADIOACTIVAS

• MALFORMACIONES DEL URANIO • CÁNCER, MALFORMACIONES GENÉTICAS, DISMINUCIÓN DE LAS DEFENSAS, MALFORMACIONES Y ANENCEFALIAS.

CLASIFICACIONES QUIMICAS DE LAS AGUAS

Las diferentes clases de agua subterránea se clasifican a fin de determinar su composición Química sobre algunos aspectos.Las clasificaciones más conocidas son:1.- Clasificaciones Simples.2.- Clasificaciones Geoquímicas

CLASIFICACIONES QUIMICAS DE LAS AGUAS

1.- Agua dulce (Fresh Water): 0………….. 200 ppm a veces 30002.- Agua Salobre (Brackish water): Hasta 500 ppm a veces 10,0003.- Agua salada (Salt Water): Hasta 40,000 ppm a veces 100,0004.- Salmuera (Brine): Hasta saturación.

A.- POR EL RESIDUO SECO.-

B.- POR LA DUREZA.-

1.- Blanda (Soft): 0………….. 500 ppm en CO3Ca a veces hasta 602.- Algo Dura: Hasta 100 ppm en CO3Ca a veces hasta 1203.- Dura (Hard): Hasta 200 ppm en CO3Ca a veces hasta 250 4.- Muy Dura: Hasta saturación

CLASIFICACIONES QUIMICAS DE LAS AGUAS

- Esta clasificación es muy variada según su uso.- Es Selenitosa si tiene más de 500 o 600 ppm en SO4

=

- Es Ferruginosa si tiene hierro en cantidad tal que produce un precipitado de óxido de hierro al estar en contacto con el aire.Es Carbónica cuando desprende burbujas de CO2 a temperatura y presión del ambiente.Es Lítica cuando contiene cantidades medibles de ese elemento.Es Sulfídrica si huele a H2SO4

C.- PROPIEDADES DESTACADAS.-

D.- CLASIFICACION SAR.-Esta clasificación tiene en cuenta la conductividad del agua (C) y el valor SAR.

r NaSAR = -------------------------

√ r( Ca + Mg) /2Es de interés agrícola.

DIAGRAMA DE CONDUCTIVIDAD

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS

C-1 Conductividad a 25 ˚C entre 0 y 250 µs/cm Baja 0 y 215 µs/cm a 18˚C

C -2 Conductividad a 25 ˚C entre 250 y 750 µs/cm Media 215 y 650 µs/cm a 18˚C

C-3 Conductividad a 25 ˚C entre 750 y 2250 µs/cm Alta 650 y 2000 µs/cm a 18˚C

C-4 Conductividad a 25 ˚C > que 2250 µs/cm Muy Alta > que 2000 µs/cm a 18˚C

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS • S -1 Agua baja en sodio. Puede usarse en la mayoría de los suelos con

escasas posibilidades de alcanzar elevadas concentraciones de sodio intercambiable. Los cultivos sensibles, como los frutales de pipa, pueden acumular cantidades perjudiciales de sodio.

• S – 2 Agua media en sodio. Puede representar un peligro en condiciones de lavado deficientes, en terrenos de textura fina con elevada capacidad de cambios catiónicos si no contienen yeso.

• S - 3 Agua alta en sodio. En la mayor parte de los suelos puede alcanzarse un límite de toxicidad de sodio intercambiable, por lo que es preciso un buen drenaje, lavados intensos y adiciones de materia orgánica. En los suelos yesíferos el riesgo es menor.

• S - 4 Agua muy alta en sodio. Inadecuado para riego, excepto con salinidades bajas o medias, siempre que se pueda posibilitar su empleo con la disolución del calcio del suelo, el uso del yeso o de otros elementos.

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS

a).- POR LOS IONES DOMINANTES.-

Se nombra por el anión o catión que supera al 50% de sus sumas respectivas.Si ninguno supera al 50% se nombra los dos más abundantes.Si conviene puede añadirse el nombre de algún ión de menor interés y que esté en concentración alta.Los grupos que se hacen son:

ANIONES CATIONES1.- rCl > rSO4 > rCO3H a).- rNa > rMg > rCa2.- rCl > rCO3H > rSO4 b).- rNa > rCa > rMg3.- rSO4 > rCl > rCO3H c).- rMg > rNa > rCa4.- rSO4 > rCO3H > rCl d).- rMg > rCa > rNa5.- rCO3H > rCl > rSO4 e).- rCa > rNa > rMg6.- rCO3H > rSO4 > rCl f).- rCa > rMg > rNa

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS

b).- CLASIFICACIÓN DE CLASE PALMER.-

Se basa en la comparación de aniones y cationes en un cierto orden, como si se tratase de formar sales hipotéticas por orden de > o < solubilidad.Esta clasificación distingue 2 propiedades fundamentales:1).- La Salinidad 2).- La AlcalinidadCorresponde a las sales de aniones Es debido a las sales hidrolizables principalmente los hidrolizables, principalmente cloruros, bicarbonatos.sulfatos y nitratos.En la clasificación de Palmer se trabaja en % de meq/l de aniones y cationes, siendo:a = propiedad primaria = 1 = % rNa + rK)b = propiedad secundaria = 2 = % (rCa + rMg)c = propiedad terciaria = 3 = % (rH + rAl)d = Salinidad = S = % (rCl + rSO4 + rNO3 )e = Alcalinidad = A = % ( rCO3H + rCO3 )Debiendo cumplirse: a + b + c = d + e

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS

Las aguas pueden tener salinidad primaria S1 , salinidad secundaria S2 , salinidad terciaria S3 , alcalinidad primaria A1 y alcalinidad secundaria A2.

Las aguas pueden tener la salinidad y alcalinidad siguiente:CLASE S1 S2 S3 A1 A2

I d < a d 0 0 a - d bII d = a a =d 0 0 0 bIII a + b > d + a a d – a 0 0 a + b-dIV d = a + b a b 0 0 0V d > a + b a b d – a – b 0 0Desventajas.-El agua no puede tener más de tres de las cinco propiedades.Es una clasificación un tanto arbitraria y muy deficiente.Engloba varios iones en una misma propiedad.El manejo de % crea otra deficiencia al no poderse apreciar el total de meq/l presentes.

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS

C.- CLASIFICACIÓN DE SOULINE.-Fue propuesta en el año de 1948 y por Schoeller en el año 1962.El agua se clasifica de acuerdo con su tipo, grupo y clase.

TIPO DENOMINACION r(Na – Cl)/ rSO4 r(Cl – Na)/ rMg1 Sulfato Sódico < 1 negativo2 Bicarbonato Sódico > 1 negativo3 Clorurado Magnésico negativo < 14.- Clorurado Cálcico negativo >1

GRUPO CARACTERISTICAS CLASE CARACTERISTICAS PALMERA rCO3H dominante a A2 dominanteB rSO4 dominante b S2 dominante C rCl dominante c S1 dominante

d S3 dominante e A1 dominante f A3 dominante

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS

D.- CLASIFICACION DE SHOELLER.-Propuesto en el año 1965 y se distingue:a).- Tipo en el que participan los aniones fundamentales de Cl , SO4 y CO3H aportando cada uno un signo.b).- Grupo dado por la relación entre iones y formado por 03 símbolos.c).- Clase dada por la clasificación expuesta en el apartado a.

GRUPO DE CLORUROS

DENOMINACION VALOR rCl OBSERVACIONES

1 Hiperclorurado 700 Hasta saturación

2 Clorotalásico 700 a 420 Agua de mar 560

3 Clorurado fuerte 420 a 140

4 Clorurado medio 140 a 40

5 Oligoclorurado 40 a 15

6 Clorurado normal < 10

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS

GRUPO DE SULFATOS

DENOMINACION VALOR , r SO4 OBSERVACIONES

1 Hipersulfatado 58 Agua del mar 58

2 Sulfatado 58 a 24

3 Oligosulfatado 24 a 6

4 Sulfatado Normal <6

CLASIFICACIONES GEOQUIMICAS

GRUPO DE BICARBONATOS

DENOMINACION VALOR , rCO3H OBSERVACIONES

1 Hipercarbonatado > 7

2 Bicarbonatado normal

7 a 2

3 Hipercarbonatado < 2

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CALIDAD DEL AGUA PARA USOS AGRICOLAS Y GANADEROS

El análisis de una muestra es insuficiente para dictaminar su uso para riego.Deben considerarse otros elementos como son la permeabilidad, calidad del suelo, tipo de cultivo, sistemas de riego etc.Asimismo los efectos al aplicar un agua de calidad determinada para el riego del suelo como:a).- La concentración del agua en el suelo.b).- La composición iónica del agua en el suelo.c).- el antagonismo frente a los iones del agua

en el suelo.d).- La toxicidad específica.

CLASIFICACION PARA USOS AGRICOLAS

A.- CLASIFICACION DE LA U.S SALINITY LABORATORY STAFF INDICE SAR.-

1.- La concentración total de sales solubles expresada mediante la conductividad eléctrica en microomhs/cm a 25 ºC.

2.- La concentración relativa del Na con respecto al Ca y Mg denominada Índice SAR.

r NaSAR = ------------------------- ; r = meq/l

√ r( Ca + Mg) /23.- El boro expresado su concentración en

p.pm.

http://3.bp.blogspot.com/_EBzcPQzbYJ4/TGCIZ-WVC-I/AAAAAAAAAGc/mJesTZUrD6Q/s1600/Ruta+Pachacamac-Lomas+de+L%C3%BAcumo-Mal+Paso-Cieneguilla+2010+(1).jpg

CLASIFICACION PARA USOS AGRICOLAS

4.- La concentración del CO3H en relación de Ca y Mg se representa por lo que se denominaCO3 Na. La clasificación primaria sería:

Buenas < 1.25 meq/lDudosas 1.25 - 2.5 meq/lMalas > 2.50 meq/l

CLASE RESPECTO AL BORO

CULTIVOS SENSIBLES

CULTIVOS SEMITOLERANTES

CULTIVOS TOLERANTES

1 0.33 0.67 1.00

2 0.33 0.67 0.67 1.33 1.00 2.00

3 0.67 1.00 1.33 2.00 2.00 3.00

4 1.00 1.25 2.00 2.50 3.00 3.75

5 1.25 2.50 3.75

CLASIFICACION PARA USOS AGRICOLAS

B.- COEFICIENTE SALINO: INDICE DE SCOTT (K).-Propuesto en Standart Methods of Chemical Analysis 1,927.Se define como la altura de H2O que por evaporación daría suficiente cantidad de sales para

hacer un espesor de suelo de 4 pies, perjudicial para las plantas más sensibles.Sólo tiene en cuenta la cantidad y calidad de las sales, así como la permeabilidad del suelo.Expresando el Na y SO4 se determina el coeficiente K.

Condiciones Coeficiente K1.- Na - 0.65 Cl < 2040 / Cl2.- 0.48 SO4 > Na – 0.65 Cl > 0 6620/Na + 2.6 Cl

3.- Na – 0.65 Cl – 0.48 SO4 > 0 662/Na – 0.32 Cl – 0.43 SO4

CLASIFICACION PARA USOS AGRICOLAS(Según Stabler)

COEFICIENTE SALINO K CLASIFICACION OBSERVACIONESK > 18 Buena Se puede utilizar muchos años sin

tomar precauciones para

la acumulación de sales, tomar

18 > K 6 Tolerable precauciones para impedir

acumulación de sales, excepto en

los suelos con drenaje libre.

6 > K > 1.2 Mediocre Debe solucionarse el suelo. A veces

Es preciso un drenaje artificial.

1.2 > K Mala Prácticamente no es utilizable para

Riego.

CLASIFICACION PARA USOS GANADEROS

No existen clasificaciones concretas, sino se refieren a consumos unitarios y características de potabilidad semejantes a las del hombre.Los animales herbívoros (ovejas, vacas, caballos etc.) tienen > necesidad de sal común que las aves y cerdos.Los animales carnívoros obtienen sal suficientemente en la carne y sangre que consumen.Los animales de granja son los expuestos a padecer del Ca y P cuyos compuestos constituyen más del 90% de su esqueleto.La relación entre Ca y P debe ser así.El módulo de consumo de agua para animales será:Vacuno lechero: 120 l/día/animalVacuno Carne: 40 l/día/animalOvino: 10 l/día/animalEquino: 40 l/día/animalPorcino: 10 l/día/animalAves: 20 l/día/100 aves

CLASIFICACION PARA USOS GANADEROS

CALIDAD DEL AGUA PARA USOS INDUSTRIALES

Esta supone necesidades muy diferentes de calidad para cada uno de ellos, pudiendo establecerse:1.- Usos Generales.- Calderas, refrigeración etc.2.- Usos para Procesos.- Tintes, papel, metalurgia etc.

Usos Generales.-Afecta a la mayoría de industrias, siendo la agresividad y el poder incrustante del agua la característica general más destacada.La agresividad del agua se debe a su conductividad, contenido de Oxígeno y aniones capaces de formar con el metal óxidos no protectores.Si el agua es químicamente pura y desgasificada, cesa la agresividad del agua y es adecuada paracalderas.Algunas diatomeas, algas, bacterias del hierro y el manganeso, bacterias reductoras de los sulfatos etc.; producen fenómenos de corrosión.El poder incrustante del agua se debe a la presencia de algunos iones, como son el Ca, Mg y Fe.El agua para refrigeración debe ser fría y no corrosivo, con turbidez < que 50 ppm de SiO2 y dureza < de 100 ppm en CO3Ca.

CALIDAD DEL AGUA PARA USOS INDUSTRIALES

CALIDAD DEL AGUA PARA USOS INDUSTRIALES

- La calidad del producto acabado, condicionan las características del agua a utilizar.

- Para la obtención de productos alimenticios deberá ser potable.

- Para la fabricación de papel, tintes etc., no debe presentar coloración.

MUCHAS GRACIAS...