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Tema III
El agua
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El agua. Características generales
• El agua en la tierra:– Aguas atmosféricas: representadas por la humedad o vapor de agua, nubes,
lluvia, etc.– Aguas superficiales: representadas por los océanos, mares, ríos lagos, etc., y
estudiadas por la hidrología de superficie y la oceanografía.– Aguas subterráneas: estudiadas por la hidrología subterránea y la hidrogeología.
• únicamente sólo un 0,004 % es accesible para cubrir las necesidades del hombre.
Volumen ( km3 x 10,000,000) %
Océanos 1370 97.25
Glaciares 29 2.05
Aguas subterráneas 9.5 0.68
Lagos 0.125 0.01
Humedad del suelo 0.065 0.005
Atmósfera 0.013 0.001
Ríos y canales 0.0017 0.0001
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El agua. Características generales
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El agua. Características generales• Usos del agua:
– Uso consuntivo: en el que el agua es usada y devuelta al medio con unas características que impiden su uso posterior.
– Uso no consuntivo: el agua es usada y devuelta al medio de forma que sus características iniciales no se ven alteradas.
País Consumo (m3/pers y año)
Estados Unidos 1688
Japón 718
Alemania 712
España 837
India 377
China 360
Perú 238
Camboya 46
Angola 38
Etiopía 31
Congo 13
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El agua. Características generales
• Puntos de consumo:– Doméstico y abastecimiento– Industrial: El uso del agua por las industrias
suele ser consuntivo. El consumo de agua en diferentes sectores es variado.
– El regadío: es uno de los sectores más relevantes en cuanto a consumo de agua
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El agua. Características generales
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El agua. Características generales
• Recursos renovables de aguas a la suma de las escorrentías superficiales y subterráneas.
• Opciones de captación de aguas: – captación de agua :realización de proyectos de
ingeniería que tienden a interceptar el agua antes de que llegue a los océanos para su utilización.
– Opciones:• Presas y embalses: Puntos favorables:
– la posibilidad de regular los cursos de agua de forma que el suministro de agua sea independiente del caudal del río.
– Control sobre inundaciones y sequías. – Generación de energía hidroeléctrica.
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El agua. Características generales– Opciones de captación:
• Inconvenientes (Presas y embalses) – capacidad es limitada– alta evaporación de agua – alteración el curso posterior de los ríos.
• Transvases de agua de unas cuencas a otras:• Puntos favorables:
– Suministro de agua procedente de zonas húmedas a otras áridas o semiáridas.
• Incovenientes:– el coste económico.– coste social.
• Captación de agua subterránea: • Puntos Favorables:
– calidades mejores que las de aguas superficiales.• Inconvenientes:
– el control de la recarga de los acuíferos para impedir su sobreexplotación y agotamiento.
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El agua. Características generales
• Sobreexpltación de acuíferos: intrusión salina.
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Parámetros de Calidad de las aguas
• Concepto de calidad de aguas y contaminación de las aguas.• Parámetros físicos de calidad de las aguas: reflejo de presencia de
determinados componentes en las aguas.– Color, olor y sabor: presencia de sustancias químicas. Evaluación a
través de medidas semicuantitativas.– Temperatura: influencia en reacciones químicas y biológicas.– Oxígeno disuelto (y otros gases) necesario para muchas reacciones
biológicas. Transferencia función de Temperatura y grado de mezcla.
– Conductividad: Capacidad de la solución para conducir la electricidad. Dependencia de la presencia de sales en disolución. Existencia de relaciones empíricas (TDS = cond (ohms/cm) * 0,55-0,9).
)·( OOsatKladt
dO
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Parámetros de Calidad de las aguas
• Turbidez: causada por presencia de materia en suspensión. – Evaluada a través del grado de dispersión de
la luz.– Dificultad para establecer una relación
sólidos-turbidez.
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Parámetros de Calidad de las aguas
• Sólidos: Distinción entre sólidos totales suspendidos y disueltos. Sólidos orgánicos e inorgánicos.
• Métodos estándar para la determinación de cada una de las fracciones.
Sólidos totales
Orgánicos
Inorgánicos
Orgánicos
Inorgánicos
Orgánicos
Inorgánicos
Filtrables No filtrables
SDT SSTSSV
SSi
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Parámetros de Calidad de las aguas
• Parámetros químicos: Parámetros agregados y componentes individuales.
• Parámetros agregados inorgánicos: alcalinidad y acidez. Capacidad amortiguadora de un agua. Contribución de numerosas sales, pero normalmente, la mayor parte se debe al sistema carbónico- carbonato.
• Dureza: capacidad del agua para precipitar jabones. Es debida principalmente a la presencia de Ca++ y Mg++. Relación entre dureza, alcalinidad, pH y tendencia a la precipitación de Ca CO3.
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Parámetros de Calidad de las aguas
• Parámetros químicos inorgánicos: metales pesados. Importancia de la forma en la que se encuentran los metales (partículas orgánicas o inorgánicas, iónica, complejos coloidales).
• toxicidad de los metales pesados:– No tóxicos (Fe, Mn, Al).
– Tóxicos pero insolubles o muy raros (Ti, Os, W)
– Muy tóxicos y accesibles (Co,Cr,Pb, Hg, Cd)• Hierro y Manganeso: color, olor y sabor; no tóxicos.• Zn : industria de galvanizado. Problema de sabor.• Cromo (industrias de cromado, aguas de refrigeración): la forma de
mayor toxicidad Cr6+.• Cd: pigmentos, PVC, fertilizantes.• Mercurio: industria papelera, industria química Peligrosidad de
derivados orgánicos.
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Parámetros de Calidad de las aguas
• pH: medida de la intensidad ácida o básica de una solución. Equivalencia con [H+].
• Nitrógeno: las distintas formas en las que se encuentra el nitrógeno en las aguas:
• Nitrato nitrito amonio nitrógeno orgánico.• Interrelación de estas formas a través del ciclo
del nitrógeno.
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Parámetros de calidad de las aguas
NO3-
N2
Fijación biológica
N orgánico
Descomposición, amonificación
NH4+
Desnitrificación
NitrificaciónNO2
-
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Parámetros de calidad de las aguas
• Nitrógeno:– Nitrógeno orgánico (asociado a materia orgánica:
proteinas, urea, ácidos nucleicos, etc)– Medidas del nitrógeno:
• N-NH4• NTO (N-NO3 + N-NO2)• N-NO2• TN (N-NH4+ N-NO2+N-NO3+ N orgánico) Total o Filtrado• NTK: (N-NH4 + N. ORGÁNICO) Total o Filtrado.
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Parámetros de calidad de las aguas
• Fósforo:en aguas normalmente encontramos ortofosfatos y fósforo orgánico.
• Asociación del fósforo orgánico a las distintas fracciones de materia orgánica (en suspensión o filtrable).
• Relación del nitrógeno y fósforo con Eutrofización de las aguas:– Ciclo de sistemas semiencerrados de aguas: oligotrófico, mesotrófico,
eutrófico.
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Parámetros de calidad de las aguas
• Otros compuestos inorgánicos específicos de industrias:– Sulfuros ( aguas fecales, industriales de papeleras,
refinerías e industria química)– Cianuros (industriales: galvanoplastia, altos hornos…)– Fluoruros: procedentes de industrias (aluminio,
abonos) o de fluoración de las aguas.– Cloruros: zonas costeras, industria conservera del
pescado, etc.
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Parámetros de calidad de las aguas
• Compuestos orgánicos: distinción entre medidas agregadas (evalúan características comunes de compuestos de formulaciones muy diversas) de compuestos y compuestos individuales (evalúan compuestos similares).
• Medidas agregadas: Concepto de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): cantidad de oxígeno requerido por los microorganismos presentes en el agua para oxidar la materia orgánica biodegradable presente en la misma:
M. Orgánica biodegradable + microorganismos + oxígeno CO2 + microorganismos + H2O
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Parámetros de calidad de las aguas
O2
cons
umid
o
tiempo
90-95%
60%
5 días 20 días
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Parámetros de calidad de las aguas
• Evolución en el tiempo: Concepto de DBO y DBO5.
Oxígeno consumido
Tiempo
5 d
DBODBO5
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Parámetros de calidad de las aguas
• Compuestos orgánicos: medidas agregadas: Demanda Química de Oxígeno (DQO). Cantidad de oxígeno para la oxidación química de la materia orgánica.
M. Orgánica +oxidante químico CO2 + H2O
DBO DQO
Medida materia orgánica biodegradable
Medida de toda la materia orgánica
Medida de larga duración Medida de corta duración
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Parámetros de calidad de las aguas
• Otros componentes orgánicos agregados:– aceites y grasas: restos alimentarios u origen mineral.
formación de películas que afectan a la vida biológica.
– Detergentes. Efectos perjudiciales:• formación de espumas• formación de películas• contenido en fosfatos• incremento del contenido en boro
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Parámetros de calidad de las aguas
• Componentes orgánicos individuales: en muchas casos existen regulaciones específicas para compuestos individuales o para grupos de compuestos.– Fenoles y clorofenoles (contaminación industrial).– Pesticidas y herbicidas (producto de la escorrentía o
en la industria agroalimentaria del lavado de la materia prima).
– PCBs utilizados en industria desde 1930. Elevada estabilidad.
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Parámetros de calidad de las aguas
• Parámetros biológicos de calidad.• Microorganismos patógenos en aguas:
– Portadores permanentes– Portadores temporales– Animales.
• Principales patógenos: Bacterias (Salmonella, Shigella) Virus (Hepatitis A) y protozoos (Giardia).
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Parámetros de calidad de las aguas
• Determinación de la presencia o ausencia de patógenos: Problemática:– 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 patógenos en el agua– Supervivencia, al menos similar a la de cualquier patógeno– Fácilmente detectable y presente en mayores concentraciones
que cualquier patógeno– Ausente del agua a menos que esta esté contaminada.
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Parámetros de calidad de las aguas
• Organismos indicadores:– Coliformes totales (CT): microorganismos del
tracto intestinal humano (crecimiento a 35 ºC en un medio determinado)
– Coliformes fecales (CF) microorganismos del tracto intestinal humano (crecimiento a 44.5 ºC en un medio determinado)
– Problemática asociada a estos indicadores.