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CARACTERIZACIÓN DE EFLUENTES LIQUIDOS (I): TOMA DE MUESTRAS, PARAMETROS FÍSICOS Y ORGANOLEPTICOS.
José Angel Peruyera Fernández.
1. Toma de muestras.
La toma de muestras consiste en la recogida de una parte alícuota que
representa a la masa total del líquido a caracterizar, además, incluye el
transporte y conservación de la muestra hasta que se realice en el laboratorio
la determinación de los parámetros que sirvan para caracterizar el efluente
líquido.
Es en la toma de muestra donde se producen los mayores y más difíciles de
cuantificar errores y por lo tanto tiene una importancia fundamental en la
caracterización de los efluentes la correcta realización del muestreo.
El objetivo fundamental del muestreo es que la muestra que se obtenga sea
representativa del efluente a caracterizar. Para ello es necesario conocer el
estado y distribución de los parámetros que queramos determinar en el líquido
a analizar.
En muchas ocasiones los parámetros a determinar tienen una distribución
heterogenea en el seno del efluente a caracterizar por lo que complica
enormemente la realización del muestreo, esta incidencia se trata de solventar
realizando varios muestreos. Generalmente se hace necesario establecer un
programa de muestreo para obtener muestras representativas del estado real
del efluente.
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Caracterización de efluentes líquidos(I): toma de muestras, parámetros físicos y organolépticos.
Este tipo de variaciones que pueden sufrir las masas líquidas a muestrear tanto
en su ubicación (situación dentro de la masa total), como del tiempo, hacen que
existan distintas técnicas de muestreo:
• Muestreo simple.
Es una muestra puntual en el espacio y en el tiempo.
Proporciona, salvo casos muy concretos, información de escaso
valor.
• Muestreo compuesto.
Es una mezcla y homogeneización de varias muestras simples
obtenidas en un mismo punto a lo largo de un cierto periodo de
tiempo.
• Muestreo integrado.
Esta técnica permite muestras obtenidas por muestras simples
recogidas al mismo tiempo pero en puntos diferentes.
2.1. Planificación de la toma de muestras.
Se deberá de establecer un procedimiento normalizado de muestreo en
función de los objetivos y el alcance del trabajo que se pretenda realizar.
Elección del punto de muestreo.
Tipo de muestreo.
Frecuencia y periodos de muestreo.
Parámetros a determinar y métodos de análisis.
Material de toma de muestras.
Condiciones de conservación transporte de las muestras.
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Caracterización de efluentes líquidos(I): toma de muestras, parámetros físicos y organolépticos.
Una vez determinado el tipo de muestra, frecuencia y volumen de la
muestra se debe de establecer un protocolo de preparación, transporte y
conservación de las muestras de forma que se garantice su integridad
hasta el momento de la determinación de los parámetros necesarios para
caracterizar el efluente. El tipo de parámetros a determinar también
condicionarán la técnica de muestreo.
En función del tipo de muestreo, se tienen diferentes equipos para la
realización del mismo:
Tomamuestras simple: se refiere incluso a la simple botella para
recogida de la muestra o a una bomba que extraiga la muestra a
un recipiente.
Tomamuestras especiales: equipos que permiten tomar muestras
válidas a diferentes profundidades sin desnaturalizarlas.
Equipos automáticos: bombas de captación y depósitos de
almacenamiento de muestras; posibilidad de programar
frecuencias y volúmenes de muestreo.
Por distintas razones se pueden alteral las muestras durante su transporte
o almacenamiento:
Material del recipiente.
Degradaciones biológicas.
Reacciones por P o Tª.
Están establecidos diferentes normas y procedimientos para los protocolos
a seguir con la conservación de las muestras en función de los parámetros
a determinar.
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Caracterización de efluentes líquidos(I): toma de muestras, parámetros físicos y organolépticos.
Las muestras se identificarán claramente y con precisión aportando toda la
información necesaria para el conocimiento de las circunstancias de la
muestra, lugar de muestreo, fecha y hora, número de recipientes, agentes
de conservación de la muestra, etc.; además se elaborará una hoja de
muestreo con todos los datos que se puedan incluir para facilitar la
caracterización de la muestra.
2. Parámetros organolépticos y físicos.
La caracterización de una muestra líquida incluye la determinación de una serie
de parámetros que son esenciales para conocer sus características. Estos
parámetros pueden ser físicos o químicos.
Dentro de los físicos tendremos:
Características organolépticas: color, olor, sabor.
Temperatura.
Turbidez.
Contenido en Sólidos.
Conductividad.
2.1. Características organolépticas.
Color.
El color puede deberse a diferentes sustancias orgánicas o a la presencia
de metales. El color puede ser aparente (en el líquido bruto) o verdadero
(después de separar la materia en suspensión).
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Caracterización de efluentes líquidos(I): toma de muestras, parámetros físicos y organolépticos.
Se determina comparando el color de la muestra con soluciones
coloreadas de platino-cobalto de concentración conocida.
Se establece como unidad de color la de una disolución de 1 mg/l de
platino en forma de cloroplatinato de cobalto. Para valoraciones por
encima de 10 mg/l la comparación puede ser visual, en caso contrario se
utilizan colorímetros.
Olor.
Muchos compuestos químicos confieren olor a los efluentes líquidos. Para
determinarlo se diluye en agua limpia y exenta de olores. Debido a que los
individuos no tienen un umbral olfativo común se debe de seleccionar un
número mínimo de personas para hacer los ensayost, la recomendación es
de no menos de cinco personas. Se realiza en frascos de vidrio para evitar
interferencias.
El umbral de percepción del olfato, T.O.N. (Threshold Odor Number), es la
mayor dilución de la muestra con agua exenta de olor en la que aun pueda
percibirse olor.
MAMNOT +
=...
Donde M son los ml de la muestra original y A los ml de agua de dilución
utilzados.
Sabor.
Está relacionado con una combinación de sensaciones gustativas,
olfativas y tergimales que resultan de la estimulación química de las
terminaciones nerviosas localizadas en la lengua y cavidades bucales.
Son cuatro los sabores básicos:
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Caracterización de efluentes líquidos(I): toma de muestras, parámetros físicos y organolépticos.
Acido.
Salado.
Dulce.
Amargo.
Los demás sabores son mezcla de estos y de los olores.
El método de determinacion es de acuerdo con el umbral de percepción
de sabores F.T.N. (Flavor Threshold Number) se define como la mayor
dilución de la muestra en la que pueda percibirse el sabor.
MAMNTF +
=...
Donde M son los ml de la muestra y A los ml del agua de dilución.
Temperatura.
Es un parámetro importante en las muestras ya que influye en la
solubilidad de los gases y de las sales, asi como en las reacciones
biológicas que puedan tener lugar.
Se utiliza para saber el grado de saturación de oxigeno, el cálculo de la
alcalinidad, etc.
La temperatura tiene gran importancia en la microbiología de los
efluentes, llegando a tener un grado de control importante sobre la
actividad de los distintos microoganismos presentes en el efluente, que en
función de la temperatura pueden aumentar su actividad o incluso
inhibirse.
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Caracterización de efluentes líquidos(I): toma de muestras, parámetros físicos y organolépticos.
La medida de la temperatura puede realizarse “in situ” o en el laboratorio.
El equipo a utilizar va a depender sobre todo de la situación del efluente y
del grado de precisión, existiendo equipos tradicionales y otros más
sofisticados incluso con registro de variación de temperatura en función
del tiempo o de la profundidad.
Contenido en sólidos.
Para la determinación de los sólidos de la muestra existen varios términos
que hacen referencia a las diferentes posibilidades para caracterizar los
sólidos de una disolución líquida.
• Sólidos totales: es el residuo sólido obtenido por evaporación
de un determinado volumen de agua a analizar. En este
parámetro van incluidos los sólidos en suspensión, que es la
porción de sólidos retenida por un filtro de 0.45 µm. de tamaño
de poro y los sólidos disueltos que es la porción que pasa a
través del filtro.
• Sólidos fijos: se refiere al residuo obtenido después de una
calcinación a 550 ºC. La pérdida de peso después de la
calcinación es debido a los sólidos volátiles.
• Sólidos sedimentables: son los sólidos que en un tiempo de
hora y media decantan con facilidad y por si solos.
Conductividad eléctrica.
Debido a la presencia de iones (electrolitos) disueltos en los efluentes
estos tienen la capacidad de conducir la corriente.
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Caracterización de efluentes líquidos(I): toma de muestras, parámetros físicos y organolépticos.
La conductividad de un electrolito se puede definir como la conductancia
que presenta el volumen del mismo comprendido entre la unidad de
superficie de dos electrodos separados por la unidad de longitud.
Dependerá de la concentración de los iones existentes y de la velocidad
de desplazamiento de los mismos.
La medida de la conductividad nos dará una idea de la concentración total
de iones existente en la disolución líquida objeto del análisis, si bien, esta
relación no es directa ya que influyen factores como pH, Tª, etc.
Para su determinación se utiiza un conductivímetro que realiza la media
por comparación con la de una disolución de cloruro potásico a 25 ºC
expresándose en siemens*cm-1.
Bibliografía:
• Sanz Medel, Alfredo. Master en Ingeniería y Gestión
Medioambiental. “Caracterización analítica de la
contaminación acuosa.” Universidad de Oviedo . 1996.
• Sanz Medel, Alfredo. Contaminación e ingenieria
ambiental. Contaminación de las Aguas. “Caracterización
de la contaminación de las aguas (I). Principios generales.”
1997
• Ovelleiro, José L. Contaminación e ingenieria ambiental.
Contaminación de las Aguas. “Caracterización de la
contaminación de las aguas (II): Procedimientos de
muestreo.” 1997
• Catalán Lafuente, José. Contaminación e ingenieria
ambiental. Contaminación de las Aguas. “Contaminación
física de las aguas.” 1997.
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Caracterización de efluentes líquidos(I): toma de muestras, parámetros físicos y organolépticos.
• Marañón Maisón, Elena. Master en Ingeniería y Gestión
Medioambiental. “Determinación de parámetros
fisicoquimicos.”. Universidad de Oviedo . 1996.
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CARACTERIZACIÓN DE EFLUENTES LIQUIDOS (II): PARÁMETROS QUÍMICOS Y MICROBIOLÓGICOS.
José Angel Peruyera Fernández.
1. Parámetros químicos.
Existen una gran variedad de parámetros químicos para caracterización de
efluentes líquidos; en función del origen de los efluentes que queramos
caracterizar, se seleccionarán unos u otros y esta selección condicionará todo
el programa de muestreo.
Una posible clasificación estos parámetros según queramos determinar materia
orgánica o materia inorgánica; a continuación se indican algunos parámetros
habituales, pero exclusivos en la caracterización de efluentes.
1.1. Materia inorgánica.
Acidez (pH).
El valor del pH es de extrema importancia ya que influye decisivamente
en las reacciones que puedan producirse en el seno del efluente. Los
valores que adopte este parámetro van a dar idea del poder corrosivo
del efluente.
El pH se determina mediante medida del potencial eléctrico que se crea
en la membrana de un electrodo en función de la actividad de los iones
hidrógeno a ambos lados de la membrana.
Se utilizan frascos de polietileno, es conveniente no agitar la muestra al
recogerla y se procura realizar la medida en el menor tiempo posible
para evitar posibles alteraciones con el paso del tiempo.
Se realizan las medidas con un pH-metro que deberá de estar
correctamente calibrado en el rango de valores de pH a medir.
Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
Se mide en una escala de 0 a 14 que adopta los siguientes valores:
• pH<7 ácido.
• pH=7 neutro.
• pH>7 alcalino.
Sulfatos.
Entre las distintas técnicas para determinar este parámetro se puede
optar por gravimetría (sulfato de bario), volumetría o por turbidimetría.
Para el método volumétrico se valora con una disolución de nitrato de
plomo dando un precipitado de sulfato de plomo, como indicador se
utiliza, ditizona.
En el método turbidimétrico se mide la absorbancia de una suspensión
de sulfato de bario formado en presencia de polivinilpirrolidona.
Cloruros.
Es interesante conocer su valor absoluto y su variación con el tiempo.
Se determina por el método de Mohr ; es un método volumétrico en
que se realiza una valoración con nitrato de plata, usando como
indicador del punto final de la valoración una solución de cromato
potásico.
Nitratos.
Existen diversas técnicas para su determinación, unas más rápidas y
otras más precisas. Si el nivel de precisión requerido lo permite se
utilizarán las más rápidas.
• Medida de la absorbancia del nitrato en ultravioleta.
• El nitrato reacciona en medio sulfúrico con brucina dando
una coloración amarilla de la cual se mide la absorción.
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Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
En todo caso excesivas coloraciones dificultan el ensayo así como la
presencia de gran cantidad de materia orgánica o diversos metales
como Fe(III), V(V), Mo (VI), Pb(II), etc.
Nitritos.
Se utilizan métodos espectrofotométricos. Se fundamentan en la
reacción de Griess, los nitritos reaccionan en medio ácido con aniones
primarios aromáticos como la sulfonilamina para formar una sal de
diazonio, esta sal reacciona con un compuesto aromático como la N-(1-
naftil)-etilendiamina para dar un diazocompuesto cuya medida es la
base de método espectrofotométrico.
Los oxidantes interfieren en la reacción del método.
Nitrógeno amoniacal.
El método depende de las interferencias y del grado de contaminación
que presente el efluente. Los métodos más usados son el método del
azul de indofenol y el método de Nessler.
El método azul de indofenol se basa en la formación de este colorante
cuando el catión amonio reacciona con el hipoclorito sódico y el fenol
en medio alcalino y en presencia de nitroprusiato sódico que cataliza la
reacción. Se mide la absorbancia de la muestra a 625 nm. Existen
diferentes interferencias (sulfuros, salinidad, color excesivo, etc. ).
El método más práctico es el electrodo selectivo, ya que como se
comentó los métodos colorimétricos suelen presentar importantes
interferencias.
Cianuros.
Se trata de sustancias muy tóxicas y su determinación se suele realizar
solo cuando hay sospechas de su presencia. La técnica reglamentaria
para la determinación de cianuros libres es la espectrofotometría
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Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
ultravioleta y se basa en la formación de un complejo violeta rojizo
entre el cianuro y el ácido 1, 3 dimetil barbitúrico.
Cuando la contaminación es baja, alternativamente se suele utilizar un
método potenciométrico con lectura directa lo cual permite la
caracterización rápida a niveles de 0.05 μg/litro.
Metales tóxicos.
Existe una variedad muy grande de metales o seudometales que se
podrían determinar; se seleccionarán aquellos de los que haya
sospechas de presencia en función del origen del efluente a
caracterizar.
Entre los metales más tóxicos se encuentran: cadmio, arsénico,
mercurio, plomo y cromo.
Las técnicas a utilizar son variadas en función del metal y del límite de
detección de cada metal.
La técnica más usada es absorción atómica para concentraciones de
ppm y el horno de grafito para ppb.
Una técnica más cara pero más potente es la espectroscopia de
emisión atómica con Plasma Acoplado por Inducción (ICP), esta
técnica, una vez optimizada es más rápida y tiene mejores límites de
detección y menos interferencias de matriz; es una técnica con costes
muy altos y para algunos casos como Hg y Cd es más sensible la
absorción atómica con horno de grafito.
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Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
1.2. Materia orgánica.
Para la caracterización de la materia orgánica en los efluentes de vertido
existen dintintos parámetros, algunos solo dan información sobre la materia
orgánica en general que hay en el efluente (DQO, DBO5, COT, etc.), otros en
cambio dan información sobre cierto tipo de sustancias específicas (aceites y
grasas, fenoles, detergentes, PAH´s, compuestos organoclorados, etc.).
DQO: demanda química de oxígeno, es la cantidad de oxígeno medida
como dicromato potásico en mg/l necesaria para oxidar la materia orgánica
en las condiciones en que se desarrolla el ensayo.
DBO5: es la demanda bioquímica de oxígeno, consiste en la cantidad de
oxígeno disuelto consumido, en mg O2/l, por los microorganismos en la
oxidación de la materia orgánica bajo ciertas condiciones (Tª de 20 ºC y
durante cinco días).
COT: es el carbono orgánico total. Se basa la medida del CO2 que se
desprende al oxidar la muestra a alta temperatura. Se valora la presencia
de carbono.
Aceites y grasas: Bajo esta denominación están incluidas muchas
sustancias como hidrocarburos, grasas, etc, son sustancias que presentan
una extraordianaria estabilidad en el efluente en el que se encuentran.
Es preciso realizar mediante disolventes adecuados una extracción previa
de estas sustancias para posteriormente proceder a su cuantificación que
se suele realizar por gravimetría o por espectrometría infrarroja. Cuando se
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Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
trata de grasas o hidrocarburos pesados se recurre a una extracción
soxhlet. Los resultados se expresan en mg/l.
Fenoles: Son compuestos con un grado importante de toxicidad en los
efluentes. Existe una gran variedad de derivados fenólicos susceptibles de
encontrarse en los efluentes líquidos.
Se utilizan diferentes métodos de determinación de fenoles según el orden
de concentración y el tipo de fenoles. Hay métodos volumétricos y
colorimétricos.
Detergentes: Son sustancias que dificultan el tratamiento de efluentes y
favorecen la generación de espumas. Están compuestos
fundamentalmente por tensoactivos o otros adtivos como coadyuvantes.
Un método para determinarlos es el de las sustancias activas al azul de
metileno (SAAM); no permite distinguir los distintos tipos de tensoactivos
aniónicos. Hay bastantes interferencias como fenoles, fosfatos, cloruros y
nitratos.
Hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH´s): Es un peligroso
contaminante en los efluentes líquidos. Tienen dos o más anillos
bencénicos fusionados en posición “orto”, la EPA reconoce 16 PAH´s como
contaminantes. Son muy poco solubles en agua y suelen estar adsorbidos
en partículas en suspensión.
Habitualmente para su determinación se utiliza como técnica HPLC
(cromatografía líquida de alta eficacia), utilizando una columna polimérica
C18 y realizada en fase inversa. Su concentración suele estar del orden de
ng/l por lo que se necesita utilizar un detector cromatográfico de muy alta
sensibilidad.
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Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
Compuestos organoclorados: Se trata de los contaminantes más
peligrosos por su elevada toxicidad. Dentro de este grupo se encuentran
los policlorobifenilos (PCB´s), los policlorotrifenilos (PCT´s) y los pesticidas
clorados, debido a su peligrosidad se ha desarrollado una legislación
específica para su control.
En su determinación hay que proceder previamente a un enriquecimiento
por extracción con disolventes orgánicos. Posteriormente se recurre a
cromatografía de gases en columna capilar con deterctor de captura
electrónica.
2 Parámetros microbiológicos.
Se entiende por microorganismos a cualquier ser vivo por cuyo tamaño se haga
imposible su observación a simple vista, necesitándose para ello de un
microscopio.
Es un grupo de organismos muy heterogéneo de cuyo estudio se ocupa la
microbiología.
Principalmente se componen de :
Bacterias: su tamaño varía de o.5 a 5 μm a 5 μm, son
unicelulares con estructura primitiva.
Hongos: son organismos eucarióticos, heterótrofos, no
fotosintéticos, generalmente filamentosos que se reproducen por
esporas.
Algas: son protistas semejantes a vegetales, uni o pluricelulares,
eucariotas y fotosintéticos.
Protozoos: son protistas unicelulares de vida libre o parasitaria ;
pueden ser móviles por flagelos, cilios, pseudópodos, etc.
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Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
2.1. Caracterización microbiológica.
Como en todos los ensayos de caracterización se han de tener en
cuenta los siguientes episodios:
2.1.2. Toma de muestra.
Es un proceso fundamental al igual que en cualquier otro tipo de
caracterización de los efluentes líquidos.
Deberá de prestarse especial atención a realizarla en condiciones
asépticas, se debe de realizar un muestreo representativo, lo cual es
sumamente complicado, además se deberá de recoger un volumen
de muestra adecuado.
Como en cualquier otro muestreo es la principal fuente de error en la
caracterización ya que es fácil contaminar la muestra por no estar
suficientemente esterilizados los elementos que intervienen en el
muestreo o por no ser representativo.
El análisis deberá de realizarse lo antes posible para evitar la
evolución microbiológica de la muestra.
2.1.2. Determinaciones en el laboratorio.
Se realizarán cultivos para favorecer el crecimiento de los
microorganismos que contenga la muestra.
La técnica de cultivo sufrirá variaciones en función del
mircroorganismo hacia cuya búsqueda está orientada.
Se distinguen varios grupos:
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Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
• Bacterias y hongos: es lo más frecuente, se parte de muestras
líquidas homogeneizadas.
El método consta de diversas fases: diluciones, recuentos,
enriquecimientos, aislamientos e identificaciones.
La disolución se realiza en caldos de cultivo estériles, se siembrean
series de placas con medios de cultivo específicos para poder
contar las series, además se debe de favorecer su crecimiento con
medios específicos para poder aislar los diferentes tipos y poder
identificarlos, todo este proceso entraña gran dificultad.
• Protozos y algas. Se identifican morfológicamente al microscopio y
se cuantifican por filtración o cámara reticulada.
• Virus: no es habitual, primeramente se deben de eliminar bacterias
y hongos; se concentran por adsorción a membranas
microporosas. Para poder identificarlos se hace actuar al virus
sobre un tejido de células y dependiendo del tipo de celulas
afectadas se procede a su identificación Generalmente es
imprescindible como ayuda la técnica de la microscopía
electrónica.
Actualmente existen normas de caracterización microbiológica de aguas en
diferentes normativas técnico-sanitarias.
Muchas veces para facilitar las determinaciones no se realizan análisis
específicos de patógenos sino de bacterias indicadoras por ejemplo para
contaminación fecal del agua como:
• Coliformes.
• Estreptococos fecales.
• Clostridios sulfito-reductores.
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Caracterización de efluentes líquidos (II): parámetros químicos y microbiológicos.
BIBLIOGRAFÍA:
• Sánchez Uría, J. Enrique, Contaminación e ingeniería
Ambiental, Vol. III, “Caracterización de la contaminación de las
aguas: análisis Químico”.
• Hardisson Romeu, Carlos, Contaminación e ingeniería
Ambiental, Vol. III, “Contaminación biológica de las aguas”.
• Marañón Maison, Elena, Master Universitario en Ingeniera y
Gestión Medioambiental. Universidad de Oviedo, 1996.
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