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PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA

Parametros Calidad Agua

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calidad de agua

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Page 1: Parametros Calidad Agua

PARÁMETROS DE CALIDAD

DEL AGUA

Page 2: Parametros Calidad Agua

Propiedades• Desde el punto de vista científico el agua es el único en su género que con

un peso molecular más bajo de todos los elementos se presentan en forma líquida bajo condiciones normales.

• El agua es un líquido en el intervalo de temperatura más adecuada para los procesos vitales, a causa del elevado punto de ebullición del agua líquida, 100ºC (212ºF) y de su bajo punto de congelación 0ºC (32ºF).

• El agua líquida cambia de temperatura de forma muy lenta debido a su alto calor específico (Ce = 83.80 kJ/Kg a 20ºC, Ce másico = 4.19 kJ/Kg ºK) - La aptitud de almacenar gran cantidad de calor sin un cambio de temperatura, lo que lo convierte en un sumifero de calor, y en grandes masas regula la temperatura.

• El agua líquida posee un elevado calor de vaporización ( Hv =539 Cal/g a 100ºC ) - la cantidad de calor que se necesita para evaporar 1 gramo de agua líquida.

• El agua líquida es un solvente universal sin igual, capaz de disolver grandes cantidades de una gran variedad de compuestos.

• El agua líquida es la única sustancia común que se expande, en vez de contraerse cuando se congela. Aumenta de volumen (+9%) y flota

• Tiene una eleva tensión superficial (72.8 x10-3 N/m), que permite que las grandes masas de agua (mares y océanos) puedan servir de vías de transporte de grandes embarcaciones

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Conceptos Previos:

• Atomo• Peso Atómico • Molécula• Peso Molecular • Ión• Catión• Anión• Valencia• Peso Equivalente• Concentración• Valoración• Indicador

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Características

• Siendo el agua un solvente universal, casi no existen substancias que en mayor o menor grado no se disuelvan en ella; es pues fácil imaginar la enorme cantidad y variedad de substancias que pueden encontrarse disueltas en el agua, además de las que puedan hallarse en suspensión o en emulsión

• El agua químicamente pura (H2O) es prácticamente imposible de encontrar en la naturaleza y muy difícil de obtenerla en laboratorio. Se puede considerar, para fines prácticos, que la fórmula del agua tal cual se encuentra en ríos, lagos, manantiales, pozos, mares, etc. es la siguiente: H2O + X, donde X representa las características o impurezas del agua, pudiendo ser éstas físicas, químicas y/o biológicas.

• La variabilidad de la calidad del agua depende de la fuente de donde proviene.• Las aguas superficiales (ríos, riachuelos, lagos, embalses, etc.), son las fuentes

de agua que en general están sujetas a mayor variación; sin embargo las aguas de pozos, manantiales y galerías filtrantes tampoco están exentas de cambios

• Debe tenerse presente que la calidad de impurezas que contenga un agua, en ciertos casos, por pequeña que sea, ya es suficiente para hacerla inapropiada para consumo humano, y al no disponerse de otra fuente será necesario recurrir a un tratamiento

• Las substancias tóxicas sólo se toleran en cantidades ínfimas (0.05 mg/l o menos), lo que demuestra la exactitud que debe tener un análisis de agua.

• A continuación, se analizan las características más relevantes:

Page 5: Parametros Calidad Agua

Olor y Sabor• El olor supone una respuesta por parte de los quimiorreceptores

olfativos y gustativos al contactar con una sustancia estimulante.• Son muchas las sustancias, tanto orgánicas como inorgánicas que

contribuyen a dotar de olor y sabor al agua, siendo las más importantes: los organismos microscópicos vivos, vegetación en estado de descomposición, incluyendo semilla, bacteria, hongos, actinomicetos y algas. También puede deberse a materia orgánica en descomposición en aguas residuales domésticos e industriales

• Algunas sustancias que dan olor al agua lo hacen en concentraciones muy bajas, que resulta muy difícil su detección por métodos analíticas, por muy sofisticados que sean, siendo necesario recurrir al sentido del olfato a pesar de su imprecisión

• Tanto el olor como el sabor son difíciles de detectar y se encuentro íntimamente ligados, porque los que generan están combinados

• Los problemas de olor se agrava en los embalses y en cualquier sistema en que se almacene agua cargada de materia orgánica que irá al fondo y se descompondrá en condiciones anaeróbica

• La medida recomendada para este caso es que el agua NO Huela y tenga un sabor agradable.

• El umbral de olor en la UE se determina por diluciones y estiman que el umbral es 1 entre 2 a 12°C para agua potable, lo cual es subjetivo

Page 6: Parametros Calidad Agua

Color• El color es producido por los minerales disueltos o en suspensión, colorantes,o

ácidos húmicos de las plantas, etc.• Color Aparente, es el término aplicado a los compuestos coloreados en

solución junto con materia coloreada en suspensión (partículas de color dan color)

• Color Verdadero en cambio son las originadas por sustancias coloidales o disueltas que permanecen después de filtrados de 0.45mm

• La coloración de un agua natural “no contaminada” es causado principalmente por:

– Sustancias húmicas, ácidos tánicos, hojas, turba ......... Color café amarillento o pardo– Fitoplancton, clorofíceas..................................................... Color verde– Sales de Fe (zonas graníticas o silíceas) ........................ Color rojizo o pardo– Macizos no Calcáreos .......................................................... Color amarillento– Macizos calcáreos ................................................................ Color verdoso

• El color se expresa en unidades de color (UC), se obtiene por 1 mg/l de Pt (en forma de Cloro platino de potasio CL6PtK2)

• Para determinar el color del agua se usan patrones o instrumentos con discos de colores permanentes.

• Los límites de color verdadero aceptable para agua potable urbano según la OMS de 1984 es de 15 UC

• Y en la UE es de 20 mg/l de Pt, con un valor guía de 1mg/l

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Turbiedad• Es la característica que hace aparecer el agua como sucia o barrosa• Es causado por la presencia de partículas no solubles en suspensión la cual dispersa

y absorbe la luz• El tamaño de las partículas suspendidas depende de la velocidad de arrastre o de la

turbulencia del agua• Estas partículas pueden ser inorgánicas u orgánicas (limo, arcilla, compuestos de Zn,

Fe, Mn, etc; materiales como aserrín, fibras orgánicas, microorganismos, etc.)• Importancia Sanitaria• Las partículas que turbian el agua constituyen una defensa de los microorganismos• Medición de la turbiedad• La medición se realiza con un espectrofotómetro utilizando una long. de onda de

720nm y se representa en UNT720, siendo 1 UNT el valor guía• En la UE. Suelen usar como referencia la presencia de mg/l SiO2, tienen como límite

superior para agua potable 10 mg/l SiO2, con un valor guía de 1 mg/l, y es un método de comparación visual

• En algunos casos se determina introduciendo una regla (m) con un disco Secchi en el extremo, la cual se introduce hasta donde alcance ver la vista y se registra la profund

• Importancia en el Tratamiento• Las partículas de diámetro entre 0.2 a 0.5 micras sedimentan por gravedad cuando

se da tiempo suficiente• Las partículas de diferentes diámetros son más fáciles de sedimentar• las aguas con coloides orgánicos, desechos domésticos o indus. son más de coagular

Page 8: Parametros Calidad Agua

• SOLIDOS

• El contenido de los sólidos en el agua es uno de los parámetros más significativos. La cantidad y el tipo de los sólidos depende del agua específica.

• Se clasifican en:

FijosS. Sedimentables

VolátilesS. Suspensión

FijosNo Sedimentables

Volátiles

S. TOTALESFijos

S. ColoidesVolátiles

S. FiltrablesFijos

S. DisueltosVolátiles

Page 9: Parametros Calidad Agua

Clasificación por tamaño de partículas en el agua y agua residual

10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100

Tamaño de la partícula (mm)

Sólidos disueltos Sólidos coloidales Sólidos en suspensiónO no filtrables

No sedimentables Sedimentables

Page 10: Parametros Calidad Agua

• Sólidos Totales (ST) = Sólidos Disueltos + Sólidos en suspensión

• Sólidos Disueltos (SD).- El agua previamente filtrada se evapora en una estufa graduada a 103°C - 105°C ,durante 4 hrs, en una cápsula tarada previamente, luego se enfría hasta temperatura ambiente y se pesa.

• Sólidos en Suspensión (SS).- Los sólidos en suspensión se determinan de 2 formas– Por diferencia entre los totales y los disueltos– Por filtración de la muestra

• Mediante el Filtrado se procede tarando primero el filtro sobre el soporte filtrante. Verter parte de la muestra poniendo en marcha el sistema de succión, incorporar poco a poco el volumen restante.

• Si sobre la superficie del filtro se observa la presencia de un depósito de grasa o aceite, tratar el residuo con alcohol etílico y lavarlo luego con éter etílico.

• Retirar el microfiltro y colocado en una cápsula secarlo a 103°C durante 60 min. en el interior de una estufa, luego enfriar en el desecador hasta T° amb. y pesar hasta peso cte.

Page 11: Parametros Calidad Agua

• Sólidos Volátiles y Fijos.- Estos se determinan por calcinación de la muestra a 550°C con la cual se volatiliza la materia orgánica, quedando la fracción fija o inerte en el recipiente.

• Se coloca en un horno mufla la cápsula con los sólidos correspondientes y calcinar durante 45 - 60 min. a 550°C, luego desconectar la mufla y dejar enfriar algo en el mismo horno luego retirar la cápsula y enfriar en desecador hasta T° amb. Luego pesar

• Sólidos Sedimentables.- Esta se determinar con el cono imhoff.

• Se llena el cono con 1000 ml de muestra y dejar por 60 min. procurando no mover

• Al final de éste tiempo, y con sumo cuidado, sifonear unos 250 ml de líq. del centro del cono, evitando remover los sólidos decantados o flotantes.

• En la muestra extraída se determinan los sólidos en suspensión secos a 103°C, que representan los sólidos No sedimentables

Page 12: Parametros Calidad Agua

• Efectos sobre el medio amb.

• S. En Suspensión:– Produce color aparente de

las aguas– Disminuyen el paso de la

energía solar, por tanto disminuye la fotosíntesis

– Depósito sobre las plantas y branquias de los peces

– Depósito de sedimentos en el fondo de los mares, generando una anoxia

• S. Disueltos:– Aumento de la salinidad– Variación en la solubilidad

del oxígeno en el medio– Pueden aumentar la

toxicidad de ciertos compuestos

• (S - C) x1000

• S.T. (mg/l) = -------------------

• ml de muestra• C = Peso de la cápsula (mg)

• S = S. T + Cápsula (mg)

• (S - C) x1000

• S.D.T( mg/l) = -------------------

• ml de muestra• S = S.D. T + Cápsula

• (S - F) x1000

• mg/l S.S.T = -------------------

• ml de muestra• F = Peso del filtro (mg)

• S = S.D. T + Cápsula

• (Ss - Sc) x1000

• mg/l S.S.T = -------------------

• ml de muestra• Ss = S.T o disueltos secos+ Cápsula o sól

suspendidos secos

• Sc = S.T o disueltos calcinados + Cápsula

• mg/l de S.Sedimentables = Ss - Sns

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Temperatura• La temperatura es el parámetro más crítico, porque su alteración

puede causar muchos efectos.• Por ejemplo la concentración de OD, disminuiría si se eleva la T• A > T mayor actividad de organismos aeróbicas por tanto > demanda

de O2, y su escasez generar una muerte de estos y su descomposición generar los malos olores y sabor

• A < T > viscosidad del agua, disminuyendo la sedimentabilidad de los flocs y la velocidad de reacción química en los procesos de tratamiento

• A > T < tensión superficial• Estos problemas generan >res gastos de insumos químicos como

coagulantes, neutralizantes, desinfectantes, etc. Por otro lado las altas T pueden generar problemas de corrosión de las tuberías

• Los cambios de T pueden deberse a cambios climáticos de forma natural

• Y artificial, fundamentalmente se debe, al uso del agua como medio de refrigeración en procesos industriales (alrededor de un 70% de agua empleada en este uso) o a desechos industriales

• Se mide con termómetro• Valor límite superior en la UE es de 25°C y en el Perú ..........

Page 14: Parametros Calidad Agua

Conductividad• Es una medida de la capacidad de una solución acuosa para

transportarla corriente eléctrica y se le representa con la letra K y se expresa en S/cm (microsiemens/cm)

• Este transporte se hace mediante el movimiento de los iones (a > iones > capacidad de transporte o Conductividad.)

• El agua químicamente pura no conduce la corriente eléctrica, debido a que los únicos iones presentes son el H+ y OH-, por ello la K del agua muy pura es aproximadamente 0.05S/cm

• En la > parte de las aguas, la K es debido a la disociación de compuestos inorgánicos ya que los orgánicos se disocian poco

• Por lo tanto, la K del agua es indicativa de la concentración de las sales inorgánicas disueltas, donde una K alta se traduce en una salinidad elevada o en valores anómalos de pH.

• La K se mide colocando un medidor de la K (constituido por 2 electrodos de Pt) en una muestra de agua y registrando la resistencia eléctrica.

• La K específica es la K de 1 cm3 de agua a través de una distancia de 1 cm de a 20°C

Page 15: Parametros Calidad Agua

K para diferentes tipos de agua

• Agua Intervalo de K (S/cm)

• Químicamente pura 0.05• Destilada 0.1 - 4• Agua de lluvia 20 - 100• Agua blanda 40 - 150• Agua dura 200 - 500• Gama de ríos 100 - 1000• Agua subterráneo 200 - 1500• Agua de estuario 200 - 2000• Agua de mar 40000

Aunque la K parece que no tiene significado con respecto a la salud, la directiva del agua potable en la UE establece un límite superior de 1500 S/cm y en el Perú..1000 S/cm

Page 16: Parametros Calidad Agua

• Si se conoce las concentraciones de los iones, entonces la conductividad puede determinarse de:

• K = Ci x fi

– K = conductividad eléctrica en S/cm – Ci = concentración de la especie iónica i en la solución en mg/l o meq/l– fi = factor de conductividad para la especie iónica (ver tabla)

• En el análisis de la calidad del agua, la K se ha usado para determinar otros parámetros:

– Salinidad: en mg NaCl/l = K x fs– donde fs = factor de conversión– 0.52 - 0.55

– Sólidos Totales: en mg ST/l = K x fst – donde fst 0.55 - 0.9, determinado

experimentalmente p’ el agua concreta

– Sólidos Totales Disueltos: en mg STD/l = K x fstd– donde fstd 0.55 - 0.7, determinado

experiment p´el agua concreta

Page 17: Parametros Calidad Agua

Factor de conduc. fi

uS/cm uS/cm

Catión por meq/l por mg/l Anión por meq/l por mg/l

Factor de conduc. fi

• Ca2+ 52 2.6 HCO3- 43.6 0.72

• Mg2 46.6 3.82 CO32- 84.6 2.82

• K+ 72 1.84 Cl- 75.9 2.14

• Na+ 48.9 2.13 NO3- 71.0 1.15

• SO42- 73.9 1.54

Factor de Conductividad para distintos iones

Page 18: Parametros Calidad Agua

CARACTERISTICAS QUIMICAS

• Entre los procesos que influyen en la calidad del agua destacan.– Reacciones de ácido - base– Proceso de intercambio entre la atmósfera y el agua– Reacciones de oxidación - reducción – Precipitación y disolución de sustancias– Procesos de Adsorción - desorción – Acciones/ reacciones complejas

• Las características químicas se pueden clasificar en Inorgánicas y Orgánicas

• Las características del agua son importantes para estimar su calidad para determinar su uso doméstico o industrial

• La presencia de un elemento u otro definirá la idoneidad del agua como no corrosiva a los metales o al hormigón

• La estimación de la calidad del agua puede ser:– Específica, por ejemplo el análisis para los iones principales (Ca+

+ y Mg++) o metales pesados(Pb, Cu,, Zn, Sn), etc.– General, por ejemplo ensayo de (pH, alcalinidad, dureza, etc, )

Page 19: Parametros Calidad Agua

Iones principales

• El ión cloruro es predominante en el agua de lluvia, ya que se originan en gran parte en el agua marina

• El ión bicarbonato y las especies iónicas divalentes (Ca, Mg), predominan en aguas superficiales o subterráneas

• En el agua marina predominan lo cloruros

Concentraciones en mg/l

Lluvia

Agua de Río

Promedio Mundial

Agua de Mar

Agua Subterráne

a

Cationes Ca2+ 0.09 1.50 400 34Mg2+ 0.27 4.10 1.350 66Na+ 1.98 6.30 10.500 67K+ 0.30 2.30 380 2

Aniones HCO-3 0.12 58.4 142 244SO42- 0.58 11.2 2.700 57Cl- 3.79 7.80 19.000 39NO3- -- 1.00 13.9

Ión Constituyente

Grupo Iónico

Page 20: Parametros Calidad Agua

Iones Secundarios

• CATIONES

• Aluminio Al3+

• Amonio NH4 +

• Arsénico, As+

• Bario, Ba2+

• Borato, BO43+

• Cobre, Cu2+

• Hierro, Fe2+ , Fe3+

• Manganeso, Mn2+

• ANIONES

• Bisulfato, HSO4-

• Bisulfito, HSO3-

• Carbonato, CO32-

• Floruro, F-

• Hidróxido, OH-

• Fosfato, H2PO4-, HPO4

2-, PO43-

• Sulfito, S2-

• Sulfato, SO42--

Se clasifican como secundarias porque sus concentraciones están en el orden de ppb o ppt, mientras que las principales están mas típicamente en concentraciones de ppm

Page 21: Parametros Calidad Agua

Propiedades GeneralespH:

• El pH del agua es una forma de expresar la concentración del ion hidrógeno y es adimensional• El agua se compone de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O), pero tiene la

capacidad de ionizarse, o sea, de separarse en iones hidrógeno (H+) y (OH-).

• El agua se disocia (ioniza) muy poco; y se representa mediante:

H2O = H+ + OH-

[H+] [OH-] K = ¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨

• [H2O]• Donde K es constante de equilibrio y [ ] es la concentración en mol/l• Luego se introduce: Kw = constante del producto iónico o de disociación = 10 -14 mol/l a 23°C

Kw = [H+] [OH-] (1)

• A 23 °C, para el agua pura, la concentración de H+ es igual a la concentración de OH- ([H+] = [OH-] = 10-7/ mol). se tiene entonces :

[H+] [OH-] = 10-7 x 10-7 = 10-14

Page 22: Parametros Calidad Agua

• Tomando el log negativo de la ec.(1)• - log Kw = - log[H+] - log [OH-] • De aquí se considera:• pKw = pH + pOH; de donde:

• pH = - log [H+] y pOH = - log [OH-] • En ausencia de sustancias extraña en el agua (destilada) la [H+] = [OH-] , como requiere la

electro neutralidad (cationes = aniones). Por tanto la definición de neutralidad para el agua es a pH = 7 = pOH

• La acidez implicará tener: [H+] > [OH-], entonces [H+] > 10-7 mol/l, por tanto pH < 7

• IMPORTANCIA:• Tiene una influencia en el tratamiento del agua ( coagulación, desinfección,

ablandamiento, corrosión, etc.)• Asimismo en el tratamiento biológico de las aguas residuales• Si el pH no estuviera en el rango óptimo se estaría desperdiciando el

coagulante y se obtendría agua de baja calidad, con posible presencia de Aluminio residual soluble, > al límite permitido.

• Diversos estudios indican que cada agua posee un pH óptimo de coagulación - floculación

• Normalmente el pH del agua se mantiene constante a menos que la calidad del agua cambie por influencia natural o antropogénica, aumentando la acidez o basicidad.

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0 7

RANGO ACIDO

MAS ACIDO

RANGO BASICO

MAS BASICO

14

ESCALA DE pH

Normalmente se suele construir una

escala de pH de esta forma

Page 24: Parametros Calidad Agua

Acidez• Puede definirse la acidez del agua como su capacidad para neutralizar el OH-.

• La acidez en las aguas naturales se debe generalmente a la presencia de CO2 ,el cual tiende a combinarse con el agua dando origen al ion H+ (H2CO3. HCO3)

• El CO2 proviene de la atmósfera en pequeña cantidad, pero la principal fuente es el producto final de la descomposición aeróbica y anaeróbica de la materia orgánica.

• En aquellas aguas de pozos en que el CO2 no puede escapar hacia la atmósfera, no es difícil encontrar contenidos de CO2 entre 30 a 50 mg/l.

• Otra fuente de acidez en el agua es la presencia de ácidos inorgánicos, especialmente por los materiales usados en la industria metalúrgica y en la elaboración de materiales inorgánicos restantes. Si se tiene presente azufre, sulfuro o pirita de hierro, entre los desechos, se tendrá ácido sulfúrico o sales de ácido. La conversión de estas materias a H2SO4 y sulfatos es producida por las bacterias oxidantes del azufre en condición aeróbica.

• Las sales de metales pesados, en especial los que tienen iones metálicos trivalentes tales como Fe+++ y Al+++, se hidrolizan en el agua y dan acidez mineral.

• Las lluvias ácidas que pp sobre la superficie de las aguas, suelo, vegetación

• Importancia Sanitaria del CO2 y Acidez Mineral:

• Tanto la presencia de CO2 como de los ácidos inorgánicos constituye un serio problema porque le comunican al agua un alto poder corrosivo, lo que produce grandes daños en tuberías y accesorios metálicos. Además, el CO2 interfiere con el ablandamiento del agua cuando se emplea el método de cal y soda.

Page 25: Parametros Calidad Agua

Alcalinidad• La alcalinidad del agua puede definirse como la presencia de OH- y su

capacidad para neutralizar la acidez.• La presencia de OH- en el agua se debe generalmente a la acción de sales

provenientes de ácidos débiles y bases fuertes, siendo los más comunes los carbonatos y bicarbonatos.

– CO3¨(aq) + H2O = HCO3(aq) + OH-– HPO4¨(aq) + H2O = H2PO4(aq) + OH-

• No es extraño encontrar en muchos textos que la alcalinidad se deba a la presencia de bicarbonato, carbonato e hidróxido. Esto se debe, naturalmente, a que el CO3

= y HCO3= son muy abundantes en el agua,

mientras que las otras sales (borato, fosfato, silicatos, etc.) sólo se encuentran en cantidades muy reducidas en las aguas naturales y no se les da importancia.

• Importancia Sanitaria:

• La alcalinidad tiene poca importancia sanitaria, a no ser por el sabor que presenta el agua con alcalinidad muy alta.

• Mas bien, la alcalinidad alta es indeseable porque puede producir precipitación de sales de calcio en tuberías y artefactos, reduciendo su capacidad (Incrustación).

• La alcalinidad generalmente se expresa en mg/l como CaCO3 ,pero esto no quiere decir que ella se deba al carbonato de calcio.

Page 26: Parametros Calidad Agua

Cálculo de la Alcalinidad

• Determinar el pH de la muestra• Si la muestras tiene pH < 8.3• Coger 50ml. de muestra en un matraz de 100 ml• Adicionar 2 gotas de anaranjado de metilo• Valorar con ácido sulfúrico 0.02 N hasta que vire el color a

un naranja fuerte• Anotar el volumen de ácido gastado.

• V x N x Peso Eq x 1000 • Alcalinidad (mg/l HCO3

-) = ¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨• Vol. De la muestra(ml)

• Peso Equivalente de HCO3- = 61 gr/mol

• V = Volumen gastado del ácido• N = Concentración del ácido

Page 27: Parametros Calidad Agua

• Si la muestra tiene un pH > 8.3• En este caso la titulación se hace en dos etapas:• A 50 ml de muestra se añade 3 gotas de fenolftaleina, y se tornará rosa• Se valora con ácido sulfúrico 0.02N, hasta que la muestra se decolore,

(alcanza un pH 8.3) y se anota los mililitros gastados de ácido como TA

• Sobre la muestra en que se ha realizado el TA, se añaden unas gotas de anaranjado de metilo

• Se valora con ác. Sulfúrico 0.02N, hasta que tome color naranja fuerte• Anotar el gasto total del ácido empleado en ambos, el cual será el TAC

• V x N x Peso Eq x 1000 • Alcalinidad Total (mg/l CaCO3) = ¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨

• Vol. De la muestra(ml)

• Peso Equivalente de CaCO3 = 50 gr/mol

• TAC = Valoración alcalina completa

Page 28: Parametros Calidad Agua

Conclusiones

• La importancia del pH en estas determinaciones es vital.

• Por tanto en aguas que tengan:

• Los compuestos: CO32- y OH, tenderán a ser + alcalinas por tanto pH

> 8.3

• Los compuestos: HCO3-, CO2, H2CO3, tenderán a ser - alcalinas por

tanto pH < 8.3

• También se puede indicar que las aguas naturales rara vez tendrán pH > 8.3, lo que quiere decir que hay poca cantidades de ión carbonato e hidróxidos en el agua

• Cuando el pH de la muestra es menor de 8.3, entonces el TA = 0

• El límite mínimo permitido para agua potable es 30 ppm CaCO3

Page 29: Parametros Calidad Agua

Equilibrio / las formas CO2/HCO3-/CO3- en función del pH

Page 30: Parametros Calidad Agua

Dureza• La dureza de un agua, indica la presencia de carbonatos y bicarbonatos de

calcio y magnesio, así como cloruros, nitratos y sulfatos de dichos metales.• Si los iones metálicos polivalentes como: Al, Fe, Mn, Sr y Zn, se presentan en

cantidades significativas se incluye en los cálculos de la dureza• Pero generalmente en las aguas naturales se encuentran los iones Ca y el Mg• La presencia de esto elementos en el agua es debido a la propiedad del agua

que entra en contacto en su paso en el subsuelo como superficial.• Tipos de dureza

– Dureza Total – Dureza Cálcica– Dureza Magnésica

• Otro modo de Reconocer:– Dureza Temporal.- Debido a Bicarbonatos y Carbonatos de Ca y Mg– Dureza Permanente.- Debido a Cloruros, Sulfatos y Nitratos de Ca y Mg

• La Dureza Temporal solo se puede eliminar con una ebullición prolongada

• Importancia:– Se pierde mucho jabón– Dificulta la cocción de las legumbres– Incrustaciones en las tuberías– No tiene efectos fisiológicos significativos.

Page 31: Parametros Calidad Agua

• Grado de Dureza meq/l mg/l CaCO3 • • Blanda < 1 0 - 75• Moderadamente dura 1 - 3 75 - 150• Dura 3 - 6 150 -

300• Muy dura > 6 > 300

• CATIONESANIONES

• Ca2+ HCO3-

• Mg2+ SO42-

• Si2+ CL-

• Fe2+ NO3-

• Mn2+ SiO32-

Especies Iónicas responsables de la Dureza

Dureza Relativa de las Aguas

Page 32: Parametros Calidad Agua

Cálculo de la Dureza Total• La Dureza total es igual a: Dureza Cálcica + Dureza Magnésica• Primero se determina la dureza total, y luego la dureza cálcica. • La dureza magnésica, se halla por diferencia entre las dos anteriores.

• DUREZA TOTAL• A 50 ml de muestra adicionar unas gotas de ácido sulfúrico 1N o

utilizar la misma muestra que ya se determinaron la alcalinidad• Adicionar 2 mil de tampón pH 10 y 2 a 3 gotas de indicador NET

(negro de eriocromo T), el conjunto adquirirá una coloración roja• Valorar con solución de EDTA 0.02M y a intervalos de 3 ml parar y

agitar la muestra. Proseguir hasta conseguir el cambio de coloración azul turquesa

• Anotar el gasto de EDTA (V1).

• V1 x N x PM x 1000• Dureza Total (mg/l CaCO3) = ------------------• V muestra (ml)

• EDTA = Etilendiaminatetracetatos es un ác.

Page 33: Parametros Calidad Agua

Dureza Cálcica• En un matraz erlenmeyer de 100 ml de capacidad introducir 40 ml de

agua destilada y una alícuota de 5 a 25 ml de muestra (generalmente 10 ml)

• Añadir NaOH 40% hasta pH 12 (sobre 10 gotas)• Homogenizar y añadir 1 a 2 micro espátulas de indicador mixto de

caseína con la que vira a verde lechuga• Añadir gota a gota reactivo valorante EDTA 0.02M hasta viraje a color

violeta (V2).

• V2 x N x PM x 1000• Calcio (mg/l ) = -----------------• V muestra (ml)

• DUREZA MAGNÉSICA:

• Resulta de la diferencia de:

• Mg (mg/l) = Dtot - Calcio(mg/l).

Page 34: Parametros Calidad Agua

Oxígeno Disuelto• El O2 es un elemento indispensable en la vida de los animales y las

plantas, terrestres como acuáticas• Es el intermediario entre lo inorgánico y lo orgánico, es necesario en la

oxidación energética de la carboxihemoglobina y se produce como desecho de la fotosíntesis

• De aquí la importancia que tiene la determinación exacta de su contenido en las aguas.

• Fuentes:– F. Física (La atmósfera)– F. Biológica (Proceso de Fotosíntesis)

• Consumidores:– Proceso óxido - reducción– Respiración biológica (aeróbicas) por tanto a > # de organismos vivos >

demanda

• Factores que influyen en la solubilidad del O2 en el agua:– T°

– Pp, presión parcial– Coeficiente de solubilidad– Tensión en vapor del gas– Salinidad de agua, etc.

Page 35: Parametros Calidad Agua

• La solubilidad de los gases en el agua está relacionada con la presión parcial del gas que existe por encima del agua mediante la ley de Henry.

• mol gas (ng)• Ley de Henry = Pg = Kh x Xg , Xg = ----------------------------------

• mol gas (ng) + mol agua (nw)• donde: Pg = presión parcial del gas, atm ( p´el N2 será 0.79 x 1 atm)• Kh = constante de la Ley de Henry, atm ( de la tabla)• Xg = fracción molar en el equilibrio del gas disuelto

• nw = # moles del agua (1000gr/l/18 gr/mol) = 55.6 mol/l

• Luego: ng = Pm (mg/l)/ Cs Cs = concentración del gas (gráfico)

• Cuando el O.D. en el agua está en equilibrio con el O2 de la atm entonces está Saturada con el O2 al 100%

• Cuando el O.D en el agua supera este equilibrio entonces estamos frente a una Sobresaturación

• Los niveles de O.D en el agua son muy importante para la vida acuática• Los niveles de O.D en los ríos disminuyen por los efluentes que consumen O• La Concentración de O2 en el agua también depende de la concentración de

Cloruros, porque el O2 en agua salada sólo es ligeramente soluble.• La alta actividad fotosintética aumenta el O (verano)• La subida rápida de temperatura origina la sobresaturación de O en las zonas

adyacentes

Page 36: Parametros Calidad Agua

Constante de la Ley de Henry

0 4,32 5,29 2,55 0,07 3,52 5,79 0,03 2,2410 5,49 6,68 3,27 0,10 4,42 6,36 0,04 2,9720 6,64 8,04 4,01 0,14 5,36 6,83 0,05 3,7630 7,71 9,24 4,75 0,19 6,20 7,29 0,06 4,4940 8,70 10,40 5,35 0,23 6,96 7,51 0,08 5,20

°C Aire N2 O2 CO2 CO H2 H2S CH4

Kh x 10-4 , atm

La P es la atmosférica

La T° puede variar de 0 a .....

Page 37: Parametros Calidad Agua

• Agua de Lluvia• El agua al caer sobre la superficie de la tierra en forma de lluvia, disuelve los

gases de la atmósfera ( O2, N2, CO2, He, Ne, etc.)• Aguas Superficiales• Las aguas de río no polucionada, suelen estar saturadas hasta sobresaturadas,

dependiendo:– Aireación– Presencia de plantas verdes– T°– Estación, Hr del día, o noche, – Climatología del día (nublado, )– Presencia de organismos

• Las Aguas Estancadas (Lagos Embalses), la distribución del O2, siendo homogénea el masa de agua, se hace en función a su solubilidad la cual depende:

– T°, Salinidad (Cl¨), P

• El origen de repartición del O2 y del CO2 en un lago es el resultado de la respiración de los animales y vegetales, ligados al de la síntesis orgánica de los organismos verdes

• La T° tiene una gran influencia en todo esto, como dijo VAN T´HOFF que “las reacciones metabólicas se hacen 2 a 3 veces + intensas, cada vez que la T del medio aumenta en 10°C entre los límites normales compatibles con la vida”.

• A esto se añade las horas del día. En hrs del día lo mas probable es que la parte superficial del lago y la masa de agua iluminada existirá O2 sobresaturado en mayor o menor cuantía, según la cantidad de biomasa presente

Page 38: Parametros Calidad Agua

• En la zona no iluminada sólo actuará, tanto de día como de noche, los fenómenos de respiración y de descomposición bacteriana, por lo que siempre habrá absorción de O2.

• Agua Subterránea• Por lo que respecta a las A.S, estas son muy pobres en O2 o carecen

de él, como consecuencia de haber sido consumido por la oxidación de la materia orgánica del suelo y no haber tenido oportunidad de reoxigenarse por estar fuera de contacto del aire.

• Agua Potable• el A. P, debe contener una cierta cantidad de O.D. Debe estar bien

aireada, siendo muy importante tener en cuenta las variaciones relativas de O.D, ya que si estas variaciones son muy grandes, es síntoma de que ha habido un aumento anormal de vegetales, materia orgánica, gérmenes aerobios, reductores inorgánicos, etc.

• Corrosión• Una propiedad muy de tener en cuenta, que adquiere el agua por la

presencia del O2, es que acelera sus propiedades corrosivas, siendo la velocidad de corrosión aproximadamente proporcional a la cantidad de O.D y estando influida igualmente por la T°, a > T > Corrosión) y el pH (a < pH > corrosión)

Page 39: Parametros Calidad Agua

Diagrama de Saturación de Oxígeno

Page 40: Parametros Calidad Agua

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

• El consumo del O2 realizado en una corriente de agua por los organismos aerobios, se llama DBO, expresada en mg/l

• Esta capacidad de consumir O2 con el concurso de los microorganismos se utiliza para medir el potencial polucionante de un agua, realizándose por medio de ensayo de la DBO5.

• Esta demanda de O2 la ejercen 3 clases de materiales:– Carbonados– Nitrogenados y– Ciertos compuestos químicos

• El proceso de biodegradación se realiza en 2 etapas:– En la 1ra, se oxidan principalmente los compuestos carbonados y– En la 2da los nitrogenados

• Los carbonados se biodegradan inmediatamente y terminan aproximadamente a los 20 días a 20°C, la 2da no comienza antes de los 10 días a 20°C y se prolonga por un periodo + largo.

• El punto final puede tardar en alcanzar mucho tiempo. Por esto se ha aceptado, como regla general, el periodo de 5 días de incubación, a la T° de 20°C

• Por tanto el DBO total es mayor que el DBO5. Así para la glucosa se tiene que DBO21/DBO5 = 1.46

• El consumo del O2 realizado en una corriente de agua por los organismos aerobios, se llama DBO, expresada en mg/l

• Esta capacidad de consumir O2 con el concurso de los microorganismos se utiliza para medir el potencial polucionante de un agua, realizándose por medio de ensayo de la DBO5.

• Esta demanda de O2 la ejercen 3 clases de materiales:– Carbonados– Nitrogenados y– Ciertos compuestos químicos

• El proceso de biodegradación se realiza en 2 etapas:– En la 1ra, se oxidan principalmente los compuestos carbonados y– En la 2da los nitrogenados

• Los carbonados se biodegradan inmediatamente y terminan aproximadamente a los 20 días a 20°C, la 2da no comienza antes de los 10 días a 20°C y se prolonga por un periodo + largo.

• El punto final puede tardar en alcanzar mucho tiempo. Por esto se ha aceptado, como regla general, el periodo de 5 días de incubación, a la T° de 20°C

• Por tanto el DBO total es mayor que el DBO5. Así para la glucosa se tiene que DBO21/DBO5 = 1.46

Page 41: Parametros Calidad Agua

Representación de la Biodegradabilidad

Page 42: Parametros Calidad Agua

Microorganismos:

• La microbiología estudia los microorganismos, que se distinguen de la materia viva por su tamaño, en el rango de 10 a la -5 y 1 mm.

• Los microorganismos son importantes en los ambientes del agua, el aire y el suelo no sólo por su ubicuidad sino también por actividad, beneficiosa o de otro tipo.

• Por ejemplo en 1 gramo de suelo orgánico rico puede contener hasta 2,5 millones de bacterias, medio millón de hongos, 50,000 algas, 30,000 protozoos.

• El medio acuático, como ríos y lagos, pueden contener microorganismos indeseados como algas, virus, gusanos, lodos biológicos, etc. Que los ingenieros y científicos ambientales deben conocerlo sus funciones, para transformar ese medio beneficiosamente.

• Por ejemplo cuando quiera desinfectar, requerirá saber cuanto de éste debe utilizar y los diseños hidráulicos tienen este componente como limitante.

Page 43: Parametros Calidad Agua

Clasificación Microbiana

Reino Microbiano Algunos Microbios Estructura Celular

Animales Gusanos Unicelular o multicelular

  Helmintos  

Plantas Plantas acuáticas Estructura celular bien

  Macrofitos desarrollada

  Plantas de semilla  

  Helechos  

  Musgos  

Protistas Superiores Hongos  

  Algas  

  Protozoos  

  Rotíferos  

  Crustáceos  

Protistas Inferiores Bacterias Estruct. celular primitiva

  Algas Verdiazules  

  Cianobacterias  

Virus Muchos Sin estructura celular

Page 44: Parametros Calidad Agua

• Hongos.- Organismos no fotosintéticos, quimioorganotrófos, aerobios, multicelulares

• Principalmente habitantes del suelo, pero también se pueden encontrar en el mar y agua dulce

• Se emplean principalmente en la degradación y compostaje de materia orgánica muerta.

• De lo aproximadamente 100,000 especies de hongos, sólo unas 100 son patógenas para los humanos y animales.

• Algas.-Son esencialmente como plantas, la mayoría son acuáticas y pueden estar en aguas dulces y saladas.

• Contiene un pigmento fotosintético y por tanto son capaces de realizar la fotosíntesis y como son tan abundantes liberan más O2 que todas las plantas terrestres juntas.

• En las aguas de abastecimiento humano generan un problema porque le dan olor y sabor al estar presentes

• A menudo un crecimiento excesivo en los ríos y lagos es un indicador de eutrofización

• Protozoos.- Son organismos unicelulares mas especializados. La mayoría no son fotosintéticos, se reproducen asexualmente.

• Son primordialmente acuáticos, subsisten en condiciones adversas formando quistes con fuertes paredes celulares.

• De las 32,000 especies 10,000 son parásitas y algunos producen graves enfermedades como la malaria y la enfermedad del sueño.

Page 45: Parametros Calidad Agua

• Virus.- Son un grupo único de agentes infecciosos. No poseen estructura celular

• Son responsable de las enfermedades en bacterias, plantas, animales y humanos

• Son extremadamente pequeños, entre 5 a 10 nm• La forma más sencilla posible de virus es simplemente una

molécula de ARN• Bacterias:- son los organismos dominantes en el

tratamiento biológico de aguas residuales y en muchos sistemas ecológicos incluyendo las aguas corrientes y estancadas, en suelo y también en la atmósfera.

• Para el tratamiento de las aguas residuales se clasifican en aerobias y anaerobia.

• Alrededor del 80% viven en el agua porque encuentran sus alimentos disponibles, pero las condiciones físicas como T, pH, Csal, P, O2 , determinan el crecimiento.

Page 46: Parametros Calidad Agua
Page 47: Parametros Calidad Agua

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

• Es una medida de la cantidad de O2, en mg/l, consumido por lo cuerpos reductores presentes en un agua, mediante oxidantes químicos, sin intervención de los organismos vivos.

• En esta medida se sustituyen los microorganismos oxidantes por un poderoso agente químico como: Dicromato de K o el Permanganato de K

• Determinación:• En un vaso de 100 ml se pone 5 ml de agua problema y se añaden 0.2 g de

sulfato de Hg y 25 ml de dicromato ácido, se calienta en una placa hasta 165°C, controlando la T° con un termómetro, se deja enfriar y se pasa a un matraz erlenmeyer con mucho cuidado.

• Se lava el termómetro con agua destilada dejando que ésta caiga en el vaso que se tenía anteriormente y se llena éste a 100 ml, pasando esta agua al erlenmeyer.

• Esta operación se repite 2 veces + de forma que al final habremos añadido 300 ml de agua destilada

• Si esta mezcla quedará de color verde claro habrá que repetir el proceso diluyendo previamente el agua problema al 50% o + según el caso

• Para el caso de aguas tomar la mitad del vol de a. residual (2.5ml) y agregar 2.5ml agua destilada

• Se añade 2 - 3 gotas de ferroína y se valora con sal de mohr hasta color naranja

Page 48: Parametros Calidad Agua

• Paralelamente se efectúa un ensayo en blanco con agua destilada realizando el mismo procedimiento

• Generalmente la DQO de agua de saturación es aproximadamente 20mg/l.

• (A - B) (80) (F) x 100

• mg/l DQO = -----------------• ml de muestra

• de donde:• A = ml consumidos de sal de

mohr • en el ensayo en blanco• B = ml consumido de sal de mohr • en la muestra• F = factor de la sal de mohr

• La relación entre la DBO5 y la DQO nos da una idea de la naturaleza de los contaminantes org existentes en el agua. Así los valores:

• DBO5/DQO < 0.2 indican hegemonía de contaminante org no biodegradable

• DBO5/DQO > 0.6 señalan la hegemonía de contaminante org biodegradable

• La DQO de las aguas superficiales destinadas a abastecimiento deben ser < 30 mg/l. o (ppm)

• En las Agua potables, el límite tolerable de DQO es 5 ppm de O2

Page 49: Parametros Calidad Agua

Resumen:• Si todas las materias orgánicas de un agua

fueran biodegradables, se tendrían:• DQO = DBO• Si el agua contiene materia orgánica no

biodegradable (aguas residuales), se tiene:• DQO > DBO• En la práctica, la relación DQO/DBO varía

extraordinariamente, y no puede preverse para un agua cualquiera

• La presencia de metales tales como: Pb, Cu, Hg, Cr6+, son tóxicos para las bacterias, por lo tanto los valores de DBO5 son + bajos.

• Asimismo los detergentes hacen disminuir el valor de la DBO5

Page 50: Parametros Calidad Agua

Cloruros

• Los cloruros pueden proceder de diversas fuentes. Entre las más importantes se encuentran las que se muestran a continuación

– Fábricas de helados– Procesos de salados de carnes– Desechos industriales– Minas de sal

• En la orina de los animales y del hombre se encuentra aproximadamente 5 gr/l.

• Importancia Sanitaria:• No son perjudiciales para la salud• En concentraciones mayores a 500mg/l, tiene ya un cierto sabor a

salino• Su presencia es un indicador de contaminación por residuos fecales,

debido a que el cloruro es uno de los compuestos mas abundantes en los desechos humanos y animales

• El límite máximo fijado por el OMS es de 250 mg/l• No confundir con cloro residual

Page 51: Parametros Calidad Agua

Determinación

• Se trata de un método volumétrico• En la que se toman 100 ml de muestra y se añaden unas gotas de

fenolftaleína. Si torna una coloración rosada, se adiciona ácido nítrico 1:10 hasta decoloración

• Luego añadir 2 gotas de cromato potásico 10% como indicador• Valore con nitrato de plata 0.04N agitando permanentemente hasta

que aparezca el precipitado rojo ladrillo (CrO4Ag2)• Registre el gasto del nitrato de plata (V)

• V x N x 35.5 x 1000• Cloruros (mg/l) = -------------------• V (ml de muestra)

• Las precipitaciones que se producen son:

• Cl- + Ag-+ = ClAg

• CrO42- + 2 Ag = CrO4Ag2

Page 52: Parametros Calidad Agua

Características Bacteriológicas• Toda agua natural contiene microorganismos.

• Estos provienen del suelo, del aire, de los objetos, de las personas y animales. Su mayor o menor concentración es una de las características de cada fuente de abastecimiento.

• Los microorganismos en el agua pueden:• Producir enfermedades específicas (cólera, disentería,

tifoidea);• Ser responsables de la muerte del ganado y• Destruir la vida acuática (cuando muere el plancton y se

descompone, agota el oxígeno libre).

• Hay ocasiones en que la actividad bacteriana sirve para inducir el proceso de autopurificación de la vida bacteriana y estabilización de la materia orgánica, lo que representa un considerable beneficio sanitario.

• Por lo tanto es indispensable distinguir entre organismos causantes de enfermedades o patógenos y los otros.

Page 53: Parametros Calidad Agua

Organismos Coliformes• El grupo coliforme, si bien no está constituido por organismos especialmente

patógenos (excepto la E. Coli), pertenece a la misma familia de las entero bacteriáceas, a la que pertenecen las Salmonellas, productoras de Tifoidea y Shigellas, productoras de disentería bacilar.

• A primera vista se pensaría que el método más lógico para saber si un agua entraña o no peligro para la salud, sería examinarla y determinar si contiene o no salmonellas o shigellas. Lamentablemente no se ha encontrado método de cultivo adecuado para detectar la presencia de dichos microorganismos, ni es posible identificarlos al microscopio, en práctica rutinaria de laboratorio.

• De ahí que se haya pensado en escoger un grupo bacteriano afín, íntimamente asociado con los organismos patógenos y cuya presencia puede detectarse fácilmente y considerarse, por lo tanto, como índice de contaminación.

• Este grupo es el llamado “Coliforme” y se define así: es el formado por todas las bacterias aeróbicas y facultativas anaeróbicas, gram negativas y no formadoras de esporas, que fermentan la lactosa con formación de gas, en un lapso de 48 horas y a 35°C. Estos organismos son característicos del intestino del hombre y de todos los animales de sangre caliente. Cada defecación contiene varios millones de ellos. Diariamente el hombre excreta entre 150 y 400 mil millones. Su presencia confirmada en el agua indica, por lo tanto, que ésta ha sido contaminada con materias fecales.

• De acuerdo con el manual de Bergey, el grupo coliforme se subdivide así:

Page 54: Parametros Calidad Agua

• Genero l - Escherichias :

• Escherichia Coli:• Habitante común del intestino del

hombre y de los vertebrados. Puede causar infecciones del tracto genitourinario. Está ampliamente distribuido en la naturaleza.

• Escherichia Freundii:• Normalmente encontrado en el suelo,

en el agua y en ciertas ocasiones en el intestino del hombre y de los animales. Muy distribuido en la naturaleza.

• Escherichia Aurescens:• Se encuentra en las heces humanas y

de animales. También en los ojos de personas con infecciones oculares.

• Escherichia Intermedia:• Se le halla en el suelo y en los canales

intestinales del hombre y animales. Está ampliamente distribuida

• Genero II.- Aerobacter :

• Escherichia Aerogena:• Normalmente encontrada en granos,

plantas, leche, agua y en proporción variable en el intestino del hombre y de los animales. Muy distribuido en la naturaleza.

• Escherichia Cloacal:• Encontrado en las materias fecales del

hombre y de los animales así como en el suelo y en el agua.

• Como se ve, todos estos organismos pueden aparecer en las materias fecales o en el suelo.

• En general se puede decir que las escherichias, que constituyen el 90% de los coliformes de las heces, son las que más comúnmente se hallan en el tracto intestinal, mientras que las aerobacterias se originan más frecuentemente en el suelo y las plantas.

• A pesar de esta dificultad, la presencia de coliformes y en especial de E. Coli se considera el mejor criterio para saber si un agua está o no contaminada

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3001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 40 50 60 80 100 150 200

8.4

8.2

8.0

7.87.6

7.4

7.2

7.0

6.8

6.6

6.4

6.2

6.0

5.8

5.6

5.4

5.2

pH

Alcalinidad Bicarbonatada en mg/l

Bio

xid

o d

e c a

r bo

no

lib

re e

n m

g/l

Relación entre el pH, la Alcalinidad y el contenido de CO2