PLANTILLA_ UCV 2015

CursoContaminacin y Gestin del AguaClase N 3INDICADORES DE LA CALIDAD DEL AGUAPARAMETROS QUIMICOSProf. Ing. Oscar Asenjo HuertasEscuela Academica Profesional de Ingenieria Ambiental2QumicospH Materia Orgnica (Carbono orgnico total ,COT) DBO DQO NutrientesNitrgeno y compuestos derivados (amonaco, nitratos, nitritos, etc.)Fsforo y compuestos derivados (fosfatos) Aceites y grasas Hidrocarburos Detergentes Cloro y cloruros Fluoruros Sulfatos y sulfuros Fenoles Cianuros Haloformos Metales Pesticidas 3Parmetros qumicos (I)pHSe define como pH = log 1/[H+] = log [H+]

Su medida tiene amplia aplicacin en el campo de las aguas naturales y residuales. Es una propiedad que afecta a muchas reacciones qumicas y biolgicas. El valor del pH compatible con la vida pisccola est comprendido entre 5 y 9. Para la mayora de las especies acuticas, la zona de pH favorable se sita entre 6.0 y 7.2. Fuera de este rango no es posible la vida como consecuencia de la desnaturalizacin de las protenas.La alcalinidad es la suma total de los componentes en el agua que tienden a elevar el pH (bases fuertes y sales de bases fuertes y cidos dbiles).La acidez es la suma de componentes que implican un descenso de pH (dixido de carbono, cidos minerales, cidos poco disociados, sales de cidos fuertes y bases dbiles). Ambas, controlan la capacidad de tamponamiento del agua (para neutralizar variaciones de pH provocadas por la adicin de cidos o bases). El principal sistema regulador del pH en aguas naturales es el sistema carbonato (dixido de carbono, ion bicarbonato y cido carbnico). 4Parmetros qumicos (II)Materia orgnicaLa materia orgnica existente en el agua, tanto la disuelta como la particulada, se valora mediante el parmetro carbono orgnico total (TOC, total organic carbon).Los compuestos orgnicos existentes en el medio acutico se pueden clasificar atendiendo a su biodegradabilidad (posibilidad de ser utilizados por microorganismos como fuente de alimentacin) y para su medida se utilizan los parmetros DQO y DBO.

Demanda qumica de oxgeno DQOEs la cantidad de oxgeno consumido por los cuerpos reductores presentes en el agua sin la intervencin de los organismos vivos. Efecta la determinacin del contenido total de materia orgnica oxidable, sea biodegradable o no.

Demanda bioqumica de oxgeno DBO

Permite determinar la materia orgnica biodegradable. Es la cantidad de oxgeno necesaria para descomponer la materia orgnica por la accin bioqumica aerobia. Esta transformacin biolgica precisa un tiempo superior a los 20 das, por lo que se ha aceptado, como norma, realizar una incubacin durante 5 das, a 20C, en la oscuridad y fuera del contacto del aire, a un pH de 7-7.5 y en presencia de nutrientes y oligoelementos que permitan el crecimiento de los microorganismos. A este parmetro se le denomina DBO5.

6Parmetros qumicos (III)NutrientesLos nutrientes promueven respuestas biolgicas como el florecimiento del plancton y un excesivo desarrollo de ciertas algas que pueden impedir el empleo del agua con algunos fines.Los ms importantes son los compuestos de nitrgeno y fsforo, contaminantes comunes en residuos industriales y municipales y en las aguas de lavado de campos.

Fsforo y derivadosEl fsforo elemental no se encuentra habitualmente en el medio natural, pero los ortofosfatos, pirofosfatos, metafosfatos, polifosfatos y fosfatos orgnicamente unidos s se detectan en aguas naturales y residuales.Se le considera un macronutriente esencial, siendo acumulado por una gran variedad de organismos vivos. Nitrgeno y derivadosLas formas inorgnicas del nitrgeno incluyen nitratos (NO3) y nitritos (NO2), amonaco (NH3) y nitrgeno molecular (N2). El amonaco es un gas incoloro a presin y temperatura ambiente altamente soluble en agua. Cuando se disuelve en agua se forman iones amonio (NH4+), establecindose un equilibrio qumico entre ambas formas. La presencia de nitratos proviene de la disolucin de rocas y minerales, de la descomposicin de materias vegetales y animales y de efluentes industriales. Tambin hay contaminacin proveniente de su uso como abonos y fertilizante.En aguas residuales, su presencia es mnima debido al estado reductor de este medio. En depuradoras de aguas residuales la produccin de NO3 debe tenerse en cuenta pues se convierte en factor limitante del crecimiento en sistemas hdricos en presencia de fsforo: eutrofizacin.El nitrgeno Kjeldahl (NTK) mide la cantidad de nitrgeno amoniacal y de nitrgeno orgnico. Indica el contenido protenico del agua. 8Parmetros qumicos (IV)Aceites y grasasEn este grupo se incluyen los aceites y las grasas que se encuentren en estado libre, ya sean de origen animal, vegetal o mineral (fundamentalmente, los derivados del petrleo). La mayora de estos productos son insolubles en el agua, pero pueden existir en forma emulsionada o saponificada.

HidrocarburosBajo esta denominacin se encuentran agrupados una serie de compuestos cuya caracterstica comn es presentar en su estructura tomos de carbono y de hidrgeno. Se pueden diferenciar dos grupos: los hidrocarburos derivados del petrleo y los hidrocarburos aromticos policclicos (PAHs). Estos ltimos son cancergenos.

DetergentesSon las sustancias que poseen unas importantes propiedades limpiadoras.Son productos complejos constituidos por uno o varios agentes surfactantes y compuestos minerales asociados a materias orgnicas mejorantes, a enzimas y a secuestrantes.Los ms caractersticos son los surfactantes, productos qumicos orgnicos que reducen la tensin superficial del agua. 9Parmetros qumicos (V)Cloro y clorurosEl cloro elemental es un gas amarillo-verdoso altamente soluble en agua que dismuta hidrolizndose a cido hipocloroso (HOCl) y cido clorhdrico (HCl). A su vez, el cido clorhdrico se disocia a iones hidrgeno y cloruro, mientras que el cido hipocloroso, que es un cido dbil, se disocia parcialmente en iones hidrgeno e iones hipoclorito (OCl). Las proporciones relativas de Cl2, HOCl y OCl en equilibrio (cloro libre disponible) se encuentran controladas por el pH, la temperatura y la fuerza inica. El cloro en agua reacciona fcilmente con las sustancias nitrogenadas para producir compuestos clorados (cloro disponible combinado). El cloro que permanece en agua despus de un tratamiento se denomina cloro residual. El conjunto de cloro libre y cloro combinado se nombra como cloro residual total (TRC, total residual chlorine). La medida de TRC se considera suficiente para definir las toxicidad sobre los organismos acuticos de agua dulce. El in cloruro se encuentra ampliamente distribuido en forma de cloruro sdico, potsico o clcico. El gran inconveniente es el sabor desagradable que comunica al agua. Es tambin susceptible de ocasionar corrosin en las canalizaciones y en los depsitos.

FluorurosLa mayora de los fluoruros asociados con cationes monovalentes son solubles en agua y los formados con cationes divalentes son insolubles normalmente. 10Parmetros qumicos (VI)SulfatosEl in sulfato (SO42), muy soluble en agua, es la forma oxidada estable del azufre. Los sulfatos de plomo, bario y estroncio son insolubles.El sulfato disuelto puede:a) ser reducido a sulfito y volatilizado a la atmsfera como H2Sb) precipitado como sales insolublesc) incorporado a organismos vivos. Los sulfatos, en condiciones anaerbicas, son fuente de oxgeno para las bacterias, convirtindose en H2S. Se pueden producir por oxidacin bacteriana de los compuestos azufrados reducidos. CianurosComo cianuros se incluyen una serie de diversos compuestos orgnicos caracterizados por el grupo CN. Los grmenes aerobios responsables de la depuracin y los peces son sensibles a un contenido de 0.1 mg/L de HCN. 11Parmetros qumicos (VII)FenolesLos compuestos fenlicos afectan a las especies pisccolas de diversas formas: por toxicidad directa tanto a los peces como a los organismos que les sirven como alimento y por disminucin de la cantidad de oxgeno disponible por la elevada demanda de oxgeno de estos compuestos.

HaloformosSon derivados orgnicos de los halgenos (F, C1, Br, I). Los ms abundantes en el agua son los trihalometanos, el tetracloruro de carbono y el dicloroetano. 12Parmetros qumicos (VIII)MetalesCompuestos constituidos por los diferentes elementos metlicos.Sus caractersticas dependen, entre otros factores, del metal que est incorporado.Desde la perspectiva de los potenciales efectos perjudiciales que puedan generar los metales ms importantes son mercurio y cadmio. El mercurio puede formar numerosas especies, unas bastante solubles y otras muy insolubles. La concentracin de mercurio en medios acuosos es relativamente pequea pero de una elevada toxicidad potencial como consecuencia de los procesos de bioacumulacin. El cadmio se encuentra en las aguas como ion divalente, formando compuestos orgnicos e inorgnicos, principalmente cloruros y carbonatos.Los carbonatos, sulfuros, e hidrxidos presentan una baja solubilidad en agua.La solubilidad del ion cadmio disminuye con el incremento de pH (se favorece la formacin del hidrxido).El cadmio presenta una toxicidad elevada con efecto acumulativo. 13Parmetros qumicos (IX)PesticidasSegn sus usos, se clasifican en insecticidas, fungicidas, herbicidas, acaricidas, nematocidas, rodenticidas, etc. Tambin pueden clasificarse atendiendo a sus caractersticas qumicas: se usan sustancias minerales como azufre, sulfato de cobre, arseniato de plomo y, sobre todo, compuestos orgnicos clorados como son los insecticidas (DDT, lindano, aldrn, dieldrn, etc.) y los herbicidas derivados de fenoxicidos.Hay tambin steres fosforados (insecticidas: paratin, malatin, etc) y compuestos orgnicos u organometlicos, cuyas molculas llevan incorporadas grupos funcionales muy variados: derivados de la urea, de las triacinas, carbamatos y ditiocarbamatos, etc. En el medio acutico, la toxicidad de los pesticidas vara en funcin de su naturaleza y segn las especies y su estado de desarrollo (huevo, alevn, adulto).Para los peces, los insecticidas clorados son 100 veces ms txicos que los derivados organofosforados. Los herbicidas son mucho menos txicos que los insecticidas (2000 a 3000 veces menos).Los pesticidas fosforados son mucho ms txicos para el hombre y los mamferos que los pesticidas clorados. 14Parmetros qumicos (X)Oxgeno disueltoEs necesario para la vida de los peces y otros organismos acuticos. El oxgeno es moderadamente soluble en agua. Su solubilidad depende de la temperatura, salinidad, turbulencia del agua y presin atmosfricaLa solubilidad disminuye cuando aumenta la temperatura y la salinidad y cuando disminuye la presin atmosfrica. La solubilidad del oxgeno atmosfrico en aguas dulces, a saturacin y al nivel del mar, oscila aproximadamente entre 15 mg/L a 0C y 8 mg/L a 25C.

Parmetros de Calidad de las aguasParmetros qumicos inorgnicos: metales pesados. Importancia de la forma en la que se encuentran los metales (partculas orgnicas o inorgnicas, inica, complejos coloidales).toxicidad de los metales pesados:No txicos (Fe, Mn, Al).Txicos pero insolubles o muy raros (Ti, Os, W)Muy txicos y accesibles (Co,Cr,Pb, Hg, Cd)Hierro y Manganeso: color, olor y sabor; no txicos.Zn : industria de galvanizado. Problema de sabor.Cromo (industrias de cromado, aguas de refrigeracin): la forma de mayor toxicidad Cr6+.Cd: pigmentos, PVC, fertilizantes.Mercurio: industria papelera, industria qumica Peligrosidad de derivados orgnicos.

Parmetros de Calidad de las aguasParmetros qumicos: Parmetros agregados y componentes individuales.Parmetros agregados inorgnicos: alcalinidad y acidez. Capacidad amortiguadora de un agua. Contribucin de numerosas sales, pero normalmente, la mayor parte se debe al sistema carbnico- carbonato. Dureza: capacidad del agua para precipitar jabones. Es debida principalmente a la presencia de Ca++ y Mg++. Relacin entre dureza, alcalinidad, pH y tendencia a la precipitacin de Ca CO3.

Parmetros de Calidad de las aguaspH: medida de la intensidad cida o bsica de una solucin. Equivalencia con [H+].Nitrgeno: las distintas formas en las que se encuentra el nitrgeno en las aguas:Nitrato nitrito amonio nitrgeno orgnico.Interrelacin de estas formas a travs del ciclo del nitrgeno.Parmetros de calidad de las aguasNO3-N2Fijacin biolgicaN orgnicoDescomposicin, amonificacinNH4+Desnitrificacin NitrificacinNO2-Parmetros de calidad de las aguasNitrgeno:Nitrgeno orgnico (asociado a materia orgnica: proteinas, urea, cidos nucleicos, etc)Medidas del nitrgeno:N-NH4NTO (N-NO3 + N-NO2)N-NO2TN (N-NH4+ N-NO2+N-NO3+ N orgnico) Total o FiltradoNTK: (N-NH4 + N. ORGNICO) Total o Filtrado. Parmetros de calidad de las aguasFsforo:en aguas normalmente encontramos ortofosfatos y fsforo orgnico.Asociacin del fsforo orgnico a las distintas fracciones de materia orgnica (en suspensin o filtrable).Relacin del nitrgeno y fsforo con Eutrofizacin de las aguas:Ciclo de sistemas semiencerrados de aguas: oligotrfico, mesotrfico, eutrfico.

Parmetros de calidad de las aguasOtros compuestos inorgnicos especficos de industrias:Sulfuros ( aguas fecales, industriales de papeleras, refineras e industria qumica)Cianuros (industriales: galvanoplastia, altos hornos)Fluoruros: procedentes de industrias (aluminio, abonos) o de fluoracin de las aguas.Cloruros: zonas costeras, industria conservera del pescado, etc.

Parmetros de calidad de las aguasCompuestos orgnicos: distincin entre medidas agregadas (evalan caractersticas comunes de compuestos de formulaciones muy diversas) de compuestos y compuestos individuales (evalan compuestos similares).Medidas agregadas: Concepto de Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO): cantidad de oxgeno requerido por los microorganismos presentes en el agua para oxidar la materia orgnica biodegradable presente en la misma:M. Orgnica biodegradable + microorganismos + oxgeno CO2 + microorganismos + H2O

Parmetros de calidad de las aguasO2 consumidotiempo90-95%60%5 das20 dasParmetros de calidad de las aguasEvolucin en el tiempo: Concepto de DBO y DBO5.

Oxgeno consumidoTiempo5 dDBODBO5Parmetros de calidad de las aguasCompuestos orgnicos: medidas agregadas: Demanda Qumica de Oxgeno (DQO). Cantidad de oxgeno para la oxidacin qumica de la materia orgnica.M. Orgnica +oxidante qumico CO2 + H2O

DBODQOMedida materia orgnica biodegradableMedida de toda la materia orgnica Medida de larga duracinMedida de corta duracinParmetros de calidad de las aguasOtros componentes orgnicos agregados:aceites y grasas: restos alimentarios u origen mineral. formacin de pelculas que afectan a la vida biolgica.Detergentes. Efectos perjudiciales: formacin de espumasformacin de pelculascontenido en fosfatosincremento del contenido en boroParmetros de calidad de las aguasComponentes orgnicos individuales: en muchas casos existen regulaciones especficas para compuestos individuales o para grupos de compuestos.Fenoles y clorofenoles (contaminacin industrial). Pesticidas y herbicidas (producto de la escorrenta o en la industria agroalimentaria del lavado de la materia prima). PCBs utilizados en industria desde 1930. Elevada estabilidad. Parmetros de calidad de las aguasParmetros biolgicos de calidad.Microorganismos patgenos en aguas:Portadores permanentesPortadores temporalesAnimales.Principales patgenos: Bacterias (Salmonella, Shigella) Virus (Hepatitis A) y protozoos (Giardia).

Parmetros de calidad de las aguasDeterminacin de la presencia o ausencia de patgenos: Problemtica:Demasiados microorganismos para ser determinados.Algunas determinaciones son muy costosas.La supervivencia de los microorganismos no es similar.Necesidad de indicar un organismo indicador:Proporcional a la abundancia de patgenos en el aguaSupervivencia, al menos similar a la de cualquier patgenoFcilmente detectable y presente en mayores concentraciones que cualquier patgenoAusente del agua a menos que esta est contaminada.Parmetros de calidad de las aguasOrganismos indicadores:Coliformes totales (CT): microorganismos del tracto intestinal humano (crecimiento a 35 C en un medio determinado)Coliformes fecales (CF) microorganismos del tracto intestinal humano (crecimiento a 44.5 C en un medio determinado)Problemtica asociada a estos indicadores.