-TEMA 2:

ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS DEL AGUA

• PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES

• COLORIMETRÍA

• REFLECTOMETRÍA

• ESPECTROFOTOMETRÍA

• CROMATOGRAFÍA

• KIT

• GRUPOS DE PARÁMETROS PARA ANALIZAR Y TIPOS DE ANÁLISIS

• ANÁLISIS NORMAL

• CARÁCTERES ORGANOLÉPTICOS

• CARÁCTERES FÍSICO-QUÍMICOS

• SUSTANCIAS NO DESEABLES

• AGENTES DESINFECTANTES CLORO

• ANÁLISIS COMPLETO

• ANÁLISIS DE AGUAS RESIDUALES

I. TOMA DE MUESTRAS

Cuidadosamente para que la muestra sea representativa. Hay tres tipos de muestreo: simple, compuesto y integrado.

• simple: muestra puntual en espacio y tiempo.

En ríos y canalizaciones abiertas debe procurarse sumergir el recipiente alejado de la orilla, de la superficie y del fondo.

Si hay vertidos o corrientes debemos tomar la muestra aguas abajo para garantizar la mezcla.

• compuesto: es una mezcla de varias muestras simples tomadas en el mismo punto a distintas horas.

Nos informa del estados general del agua a lo largo de un período de tiempo (24h)

Es útil para detectar vertidos puntuales de contaminación sirve para valorar parámetros que se alteran con el tiempo, pH, temperatura media, cloro residual y gases en disolución.

• integrado: es un muestreo compuesto, acortando los tiempos de toma de muestras y en distintos puntos.

Nos da una idea general del estado del agua.

Se requiere un equipo complejo de toma de muestras: bomba de captación, filtro para retener los sólidos en suspensión (SS) (columnas de material absorbente)

El absorbente puede ser: carbón activo, espuma de poliuretano, resinas de distinta polaridad...

Los contaminantes se extraen con disolventes y se analizan.

A veces, se hacen valoraciones parciales, pues no todos los contaminantes sufren la misma absorción ni se extraen igual.

- Equipos de muestreo.

Hay que tener en cuenta:

a ) Tipo de envase.

Según el parámetro a analizar hay muestras que requieren vidrio y otras plástico.

Si no se emplea el material adecuado pueden alterarse las características de la muestra. Los envases de vidrio pueden ser transparentes o de color topacio (para evitar alteraciones por la luz)

Los volúmenes de los envases pueden oscilar entre 100-200ml (los más usuales son los de 500 y 1000ml)

La abertura del envase debe tener un diámetro mínimo de 35mm.

b ) Elección del equipo.

Existen tres tipos:

• Tomamuestras simple: botella

• Tomamuestras especial: botella con un dispositivo especial de apertura y cierre para realizar captaciones a cierta profundidad sin desnaturalizar la muestra.

• Equipo automático: es bastante más complejo y va provisto de un sistema de conducción, una bomba de captación y uno o varios depósitos de almacenamiento de las muestras. También puede tener dispositivos para mantener refrigeradas las muestras o para adicionar reactivos estabilizantes.

Se deben seguir las instrucciones del fabricante.

- Protocolos de muestreo y etiquetado.

Van a depender del tipo de muestra y del control que le vayamos a dar.

Hay cinco pasos a seguir en el muestreo.

• Establecer los puntos de muestreo.

Hay que considerar el lugar más adecuado según el tipo de agua, el tipo de muestreo y la técnica que vamos a realizar.

• Establecer la frecuencia y los períodos de muestreo.

• Conocer los parámetros a analizar.

Según los métodos normalizados de análisis.

• Preparar el material necesario.

Hay que determinar el número y el volumen de las muestras.

• Mantener las condiciones más adecuadas para el transporte y la conservación de las muestras.

Para evitar la inestabilidad de las muestras se les pueden añadir estabilizadores o bien mantenerlos refrigerados.

Una vez tomada la muestra debe cerrarse herméticamente y etiquetarse correctamente.

- Ejemplos de muestreo.

Para identificar las muestras son necesarias las etiquetas y la hoja de muestras.

En la etiqueta debe figurar:

• nº de identificación o código de barras.

• Fecha y hora del muestreo

• Identidad de la persona que toma la muestra.

• nº de recipientes e identificación por códigos según el agente conservador que llevan.

En la hoja debe aparecer:

• nº de identificación de las muestras.

• Fecha y hora del muestre.

• Nombre y apellidos del solicitante del muestreo.

• Lugar de la toma con localización exacta.

• nº de recipientes y su naturaleza (según códigos)

• origen del agua (río, pozo, fuente)

• Técnica de muestreo utilizada: simple, compuesto, integrado.

• Condiciones ambientales de la toma de la muestra.

• Parámetros determinados “in situ”: temperatura, pH, O2 disuelto, turbidez, conductividad.

• Fecha y hora de entrada de la muestra en el laboratorio.

• Incidencias y observaciones.

• Manipulación efectuada sobre la muestra.

Entregar la muestra junto con su acto cumplimentada y firmada por todos los presentes.

Registrar la muestra en un libro con todos lo datos necesarios para poder reproducir todo el proceso de la misma forma.

- Conservación y transporte.

En las mejores condiciones para que la muestra no se altere.

Se mantienen en la oscuridad y a veces se añaden conservantes (tabla)

Se suelen refrigerar a 4ºC

Se envían al laboratorio lo antes posible.

Los análisis deben realizarse en 6 horas o máximo 24 horas.

Algunos parámetros pueden analizarse “in situ” (los mencionados anteriormente)

En la hoja de petición de análisis se especificarán los datos del etiquetado y cualquier circunstancia de interés. Cuando el laboratorio recibe la muestra se debe inspeccionar al precinto (cuando sea necesario) y la documentación que la acompaña: hoja de muestreo y la petición de análisis. Después el laboratorio la registra y la analiza inmediatamente o la almacena correctamente.

II. TÉCNICAS GENERALES DE ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO

1. Preparación de disoluciones

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más componentes. La disolución esta formada por el soluto, el componente minoritario, y el disolvente, el mayoritario.

Concentración: relación entre la cantidad de soluto y la cantidad total de disolución o de disolvente.

Hay tres formas de expresar la concentración:

a) Masa/volumen

unidades: mg/ml " g/l, mg/l " g/dm3 " ppm

SI: Kg/m3

b) En porcentajes: partes de soluto en cada 100 de disolución. Hay tres formas:

% en peso/volumen = x 100

Se usan unidades homogéneas g/ml, Kg/l

Esta forma se usa cuando el soluto es sólido y el disolvente líquido. En disoluciones acuosas muy diluidas.

% peso/peso = x 100

Se usa cuando soluto y disolvente son sólidos.

En el laboratorio lo denominamos riqueza.

% volumen = x 100

Cuando soluto y disolvente son líquidos (grados alcohólicos)

c) Unidades químicas

Molaridad- M =

Son los moles que hay en un litro de disolución mol/l

Molalidad - m = = mol/Kg

Normalidad - N =

Equivalente es la cantidad de sustancia que reacciona con 12g de carbono.

Ácidos eq =

Bases eq =

Sales eq =

N = M · valencia

- Recomendaciones para preparar una disolución.

• Preparar el material y los reactivos.

Consultando las etiquetas realizar los cálculos y obtener los datos. Tener en cuanta la capacidad del material volumétrico que necesite.

• Para ser lo más exacto posible es conveniente utilizar matraces aforados.

• Pesar los reactivos (si son sólidos) o medir volúmenes si son líquidos.

• Disolver el soluto con una fracción de disolvente en un vaso de precipitados. Añadir al matraz aforado (embudo) y enjuagar varias veces con pequeñas porciones de disolvente.

• Añadir disolvente en el matraz aforado hasta enrasarlo. Al final añadir el disolvente gota a gota.

• Tapar el matraz y agitar suavemente para homogeneizar la disolución.

• Almacenar la disolución en un frasco y etiquetado (producto, concentración fecha de preparación...)

• Conservarla adecuadamente (al abrigo de la luz, refrigeradas...)

• Lavar el material usado.

- Preparación de una dilución.

A veces se requiere disminuir la concentración de una muestra para ello se añade a un volumen conocido de muestra un volumen calculado de disolvente y se establece una relación entre ambas.

Factor de dilución - relación entre el volumen de disolución a diluir y el volumen total obtenido.

=

Es conveniente expresar el factor de dilución en forma de fracción con numerador 1.

C = C

C

Siempre se debe homogeneizar bien la dilución agitando suavemente varias veces.

- COLORIMETRÍA (ESPECTROFOTOMETRÍA)

Cuantificar el “color” de una disolución por comparación con una disolución patrón.

Se puede realizar de dos formas distintas:

• Técnicas de campo comparación visual (no muy exacta) del color de una disolución con una escala de patrones de diferentes intensidades del mismo color. Informa con menos precisión que una técnica de laboratorio, pero es muy rápida.

• Técnica de laboratorio espectrofotometría, aparato que compara las intensidades de absorción de la muestra con uno o varios patrones. Se basa en que cada sustancia según su estructura química absorbe radiación electromagnética a determinadas longitudes de onda () y la cantidad que absorbe esta relacionada con su concentración.

Se definen dos magnitudes físicas:

• Transmitancia, T relación entre la intensidad de la luz incidente en la muestra y la transmitida.

%T = x 100

• Absorbancia es una magnitud relacionada directamente con la concentración de la muestra y se define en función de la transmitancia, T, que guarda una relación logarítmica con la concentración.

A = log

Ley de Lambert-Beer (empírica)

A =  · c · d

A absorbancia

 coeficiente de absortividad

coeficiente de extinción molar

c concentración de la muestra

d paso de la luz (ancho de cubeta)

Existen tres métodos de trabajo con el espectrofotómetro:

• Conocido : se aplica directamente la fórmula. Sólo válido cuando la sustancia a estudiar tiene color propio o absorbe sin necesidad de añadir ningún reactivo. Poco frecuente.

• Comparación con una disolución patrón: la disolución patrón es de concentración conocida se prepara en las mismas condiciones que la muestra y entonces  es el mismo que el de la muestra.

Am =  · Cm · d

Ap =  · Cp · d

c) Recta patrón: es una gráfica donde representamos A frente C. Se preparan varias disoluciones patrón y se obtiene A en el aparato. Gráficamente se obtiene Cm por extrapolación.

La ley de Lambert-Beer sólo se puede aplicar en un determinado rango de concentraciones, si la muestra es más concentrada debemos diluirla y luego calcular su concentración multiplicando por el inverso.

- REFLECTOMETRÍA

Se trabaja con radiación electromagnética y se mide la que es reflejada por la muestra.

Se define una nueva magnitud: reflectancia %R = x 100

La relación entre reflectancia y concentración es compleja y por eso, estos aparatos (reflectometros) llevan unos microprocesadores que dan directamente la concentración.

Es una técnica muy usada en análisis de campo por su facilidad de manejo, su fiabilidad y su gran versatilidad.

Para cada parámetro se usan tiras de plástico con una almohadilla de material poroso impregnado con los reactivos deshidratados (análisis de química seca). La tira se introduce en la muestra y entonces los reactivos se rehidratan y se produce la reacción con el parámetro estudiado, se introduce en el reflectometro y me da la medida de concentración.

Ej: calcio, cloro, fósforo, NO-3, NO-2, amonio, metales (Al, Zn, Mn, Ni, Mo...)

- ESPECTROFOTOMETRÍA

Espectrofotometría de absorción-emisión atómica.

Plasma de acoplamiento inductivo (PAI)

Son muchos métodos basados todos en la excitación mediante energía de los elementos químicos a determinar.

Métodos aquí englobados son:

• Espectrofotometría de absorción-emisión atómica:

• De llama

• De vapor frío

• Electrotérmica (cámara de grafito caliente)

• Generación de hidruros

• Plasma de acoplamiento inductivo: la muestra se introduce en un plasma de argón, sufre temperaturas por encima de 6.000ºC lo que conlleva la ruptura de todos los enlaces químicos (atomización) y la ionización de los elementos. Produce iones monoatómicos monopositivos. Esta técnica permite la determinación multielemental de casi todos los elementos del sistemas periódico (varios parámetros al mismo tiempo) (elementos que no se pueden analizar: C,

• H, N, O, F y gases nobles) Es una técnica de alta sensibilidad (detecta trazas de elementos)

Estos métodos tiene en común:

• Se usan principalmente para metales.

• Aplican la energía por distintos métodos (llama, grafito calentado...)

• Los electrones de elemento a analizar absorben la energía y cambian de nivel energético(excitación) y después la emiten al volver a su estado normal.

- La radiación absorbida o emitida es proporcional a la concentración.

- El detector del aparato lo registra y lo cuantifica.

• Se usan disoluciones patrón y sobre la gráfica se extrapolan los resultados de la muestra.

- CROMATOGRAFÍA

Permite separar, identificar los componentes de una mezcla compleja.

La muestra se deposita en un líquido, en un gas, o en un gas licuado (fase móvil) y se hace pasar a través de un sólido con propiedades absorbentes (fase estacionaria) como carbón activo, resinas o gel de sílice. A través de esta fase las sustancias de la muestra tienen distinta velocidad de difusión procediéndose así a su separación.

A la salida se coloca el detector adecuado (conductividad, radiación UV, IR; espectrofotómetro de masas) y se puede identificar y cuantificar (se mide el área a la altura del pico) los distintos componentes de la mezcla a medida que abandonan la fase estacionaria.

Generalmente se acopla un ordenador para procesar los datos y obtener los resultados.

En la reglamentación técnico sanitaria de Aguas Potables se recomienda la cromatografía para determinar compuestos orgánoclorados, hidrocarburos policíclicos, aromáticos y los plaguicidas.

También se pueden emplear para determinar aniones para ellos se usa HPLC (cromatografía líquida de alta resolución)

- KIT (TÉCNICAS RÁPIDAS)

Kit (neerlandés) conjunto de productos y utensilios para conseguir un fin común que se comercializan conjuntamente como una unidad.

Se usan tanto en análisis de campo como en el laboratorio. Hay dos formas básicas de trabajo:

• Por comparación del color: tiras reactivas son soportes plásticos con un material que contiene los reactivos, se introducen en la muestra uno o dos segundos y generan un color que se compara con una escala; técnicas de tubo cuando la reacción se produce en pequeños tubos donde depositamos la muestra. Se añaden los reactivos siguiendo las pautas del tiempo marcadas y se compara el valor el color obtenido con las tarjetas patrón (con esta técnica se puede preparar un blanco, muestra sin reactivos, y descartar colores de fondo).

• Títulométricos: valoraciones como en el laboratorio pero con jeringas en lugar de buretas, reactivos en frascos pequeños y se valoran en recipientes de plástico.

Se procede hasta el viraje del indicador y de lee en la escala de la jeringa el reactivo gastado. Muchas jeringas van graduadas en unidades de concentración y evitan los cálculos posteriores.

III. GRUPOS DE PARÁMETROS PARA ANALIZAR Y TIPOS DE ANÁLISIS

Como el análisis de aguas puede ser muy amplio, pues se puede analizar muchos parámetros se agrupan en estas seis categorías:

• Caracteres organolépticos: se pueden apreciar por los sentidos: olor, gusto, color...

• Caracteres físico-químicos: temperatura, pH, conductividad...

• Sustancias no deseables: no son siempre nocivas para la salud y se pueden tolerar dentro de unos límites: NO-3, NO-2, amonio.

• Sustancias tóxicas: son nocivas para la salud y como mucho se permiten niveles máximos de concentración.

• Caracteres microbiológicos: se estudian todos los caracteres bacterianos que pueden indicar contaminación.

• Caracteres de radioactividad: se estudian las sustancias que provocan la radioactividad (radionúcleo) responsables de la misma y luego su concentración máxima.

En el BOE se recogen cinco tipos de análisis de aguas potables según parámetros estudiados:

• Análisis mínimo: incluye un análisis de olor, sabor, conductividad, NO-2, NH3, informe de bacterias coliformes totales y coliformes fecales, cloro residual (desinfectante)

• Análisis normal: incluye todo lo del mínimo más turbidez, temperatura, pH, NO-3, oxidabilidad, bacterias aeróbicas (consumen O2) estudiadas a 37ºC y a 22ºC.

• Completo: todo lo del normal más aquellos parámetros que se considere oportuno según el origen del agua.

• Ocasional: análisis realizados en situaciones particulares que requieren una vigilancia especial. Los realizan las Administraciones Sanitarias para garantizar la potabilidad del agua suministrada. Ej. Inundaciones que afectan al punto de captación de agua, vertidos…

• Inicial: se realiza a una fuente de agua antes de aceptarla como fuente de agua potable. Como mínimo se realiza un análisis normal más aquellos parámetros que se consideren oportunos a la vista del punto de captación.

IV. ANÁLISIS NORMAL

• CARACTERES ORGANOLÉPTICOSse determinan por apreciación sensitiva y tiene carácter subjetivo y son: olor, sabor y turbidez.

• Olorcuando la muestra de agua presenta olor siempre es signo de contaminación o de la presencia de materia orgánica en descomposición.

Es más frecuente en aguas residuales o de vertidos.

Las aguas potables no deben poseer ningún olor, salvo el característico del desinfectante (cloro), dentro de unos límites tolerables.

No deben tener olor ni en el momento de la toma de muestra, ni transcurridos 10 días en un recipiente cerrado a una temperatura de 26ºC.

Método oficial: se recomienda un equipo de 5 personas (mínimo 2) ajenas al proceso analítico. Analizan distintas diluciones de la muestra y determinan cual es la dilución con una concentración mínima de muestra que presenta olor (el índice de olor es el denominador del factor de dilución)

Siempre se debe trabajar a la misma temperatura. Se pueden hacer ensayos en frío " 20ºC y en caliente 60ºC.

Con material limpio y exento de olor.

Para las diluciones se requiere agua inolora (destilado y filtro de carbón activo que absorbe olores)

Es difícil establecer el tipo de olor.

La intensidad del olor se distribuye en categorías:

0 sin olor perceptible

I olor perceptible sólo por expertos

II olor perceptible por el consumidor medio

III olor fácilmente perceptible

IV olor significativo

V olor muy significativo

• Saborsólo se deben degustar aguas cuyo origen garantice su seguridad para le bebida.

El sabor de una agua puede deberse a la presencia de sales minerales, de materia orgánica o de partículas de tierra en suspensión en el agua.

Ej. Sales mineralescloruros dan sabor salado, magnesio da sabor amargo, aluminio da sabor terroso.

Materia orgánicaalgas verdes dan sabor a hierba, actinomicetos (hongos) dan sabor terroso, algas verde-azuladas dan sabor a podrido.

Se mide con el mismo fundamento y procedimiento que el olor y se expresa como umbral de sabor. Existen “catadores de agua” entrenados para distinguir más de treinta sabores y olores diferentes. Las aguas potables deben tener sabor débil y agradable. También puede dar sabor el agente desinfectante (cloro) y se tolera dentro de ciertos límites.

Las aguas muy puras resultan sosas al tener menos sales en disolución.

• Turbidezse debe a la presencia de partículas de materia en suspensión o dispersas (arcillas, limos, partículas de sílice, materia orgánica)

Algunas de estas partículas se pueden eliminar por decantación o centrifugación, otras no.

Las aguas de pozos y manantiales suelen ser transparentes. Las aguas superficiales (ríos, gargantas) suelen ser turbias debido al arrastre de partículas insolubles.

En masas de agua (amblases, lagos, ríos, mares) la turbidez puede impedir el paso de luz a las capas inferiores deteriorando el desarrollo de vida en los fondos.

Las aguas turbias son rechazadas por el consumidor aunque reúnan condiciones sanitarias aceptables. Deben ser transparentes.

Unidad de medida: UNT (NTU). Unidad nefelométrica de turbidez.

La reglamentación española fija como límite máximo 6 UNT y como índice de calidad 1 UNT.

La medida de turbidez es fundamental tanto en ETAP como en EDAR.

Se analizan antes y después del tratamiento. Antes el análisis previo determina el coagulante que necesito para clarificarlos y es que la desinfección de aguas turbias mediante color es menos eficiente que en aguas transparentes, pues las partículas en suspensión engloban bacterias y virus que el cloro no puede destruir.

Existen varios métodos para determinarla. Algunos son de campo y otros de laboratorio.

Siempre se recomienda realizar la medida tan rápido como se pueda tras la toma de la muestra (tiempo máximo de conservación de la muestra 24 horas a 4ºC y en oscuridad)

• Los métodos de campo se basan en medir la profundidad a la que un objeto determinado deja de ser visible.(hilo de platino: diámetro 1mm y longitud 25mm) (discos de porcelana blanca de 20cm de diámetro) (fluoroscopio: tubo transparente: 0,3cm de diámetro y longitud 1,5m, en un extremo transparente tiene un tapón blanco con una cruz negra, cuando no se ve la luz se mide la altura del agua)

• En el laboratorio se pueden usar varios aparatos de medida que se basan en la dispersión de la luz( efecto Tyndall) y a la absorción de la muestra debida a esas partículas (opacimetría)

Problemase generan muchas escalas de medida y es difícil encontrar la equivalencia.

Método oficialel de formacina o nefelometría.

Se compara la medida de la muestra en unas condiciones determinadas con la medida obtenida por unas disoluciones patrón en las mismas condiciones.

El aparato de medida es fotoeléctrico y se denomina turbidímetro.

Sustancia patrón es un polímero: formacina.

Se prepara una disolución madre de formacina que tiene 400 UNT y sólo se conserva un mes, a partir de ella se preparan diluciones (0-40 UNT)

Con ellas se traza una recta de calibrado del aparato y luego se mide la muestra.

Estas diluciones patrón son estables una semana, aunque es mejor utilizarlas recién preparadas. También existen patrones ya preparados para calibrar el turbidímetro que simplifican la medida.

• CARACTERES FÍSICO-QUÍMICOS son temperatura, pH y conductividad.

• Temperatura La medida debe hacerse “in situ”. En una zona representativa de la masa de agua que se va a analizar. Se suele medir en zonas de corriente (no en aguas estancadas)

La temperatura influye en la solubilidad de sales y gases y así condiciona la medida de pH y conductividad. La solubilidad de sales suele aumentar con la temperatura y la de los gases disminuye cuando la temperatura aumenta.

La temperatura condiciona también el desarrollo de ciertas algas. El agua de consumo humano se recomienda entre 12ºC-25ºC aunque no existen límites de temperatura.

Para vertidos industriales se establece una temperatura máxima de 40ºC (en algunos casos hasta 50ºC) La normativa exige que cuando estos vertidos se devuelven a los cauces públicos la variación de temperatura no sea superior a 3ºC con respecto al valor nominal del cauce.

La medida en superficie se realiza con un termómetro graduado en décimas de grado y con protección antigolpes.

Se pueden usar también sondas electrónicas.

Para medir a distintas profundidades se usan termistores que tienen resistencias eléctricas.

Se suele toma también el valor del aire.

• pH mide la alcalinidad o acidez del agua (escala) Se recomienda la medida “in situ”.

pH = Valores de 0-14 pH 0-7 ácidas, pH 7-14 básicas.

En general, el pH de las aguas no presenta grandes variaciones y está alrededor de la neutralidad. El problema está en las aguas residuales o en los vertidos industriales que sí pueden dar valores extremos de pH.

Las aguas calcáreas tienen pH ligeramente básico.

Las aguas que discurran por terrenos pobres en calizas o pobres en silicatos tiene pH próximo a 7 o inferior.

Las aguas de ciertas regiones volcánicas suelen ser ácidas.

En la Reglamentación técnica Sanitaria (RTS) se establece el rango entre 6,5 y 9,2 de pH para aguas de consumo y como nivel de calidad pH = 7-8

Para las piscinas se establece un pH recomendado de 7,4 (que es el pH fisiológico)

Método oficial usando el peachímetro, electrodo de membrana de vidrio selectiva a iones hidrógeno. Se calibra el aparato y se introduce en la muestra; se suele agitar durante un tiempo y se mide cuando se estabiliza la lectura.

Se suele señalar la temperatura a la que se mide, pues influye en el valor del pH.

Otros métodos no oficiales tiras reactivas, papel indicador, indicadores líquidos, se genera un color que se compara con una escala.

Son métodos rápidos, fiables y muy usados en el trabajo diario.

• Conductividad capacidad de un material o de una disolución para transportar la corriente eléctrica.

La conductividad d jun agua depende de la concentración y la naturaleza de los iones disueltos en ella, así como de la temperatura. Normalmente un aumento se sales supone un aumento de conductividad. Las aguas de pozos sobreexplotados, de terrenos salinizados o de vertidos industriales suelen presentar alta conductividad.

Se mide mediante un aparato: conductímetro o conductivímetro. Este aparato tiene un electrodo de platino-platinado y también un compensador de temperatura. El aparato establece una diferencia de potencial () entre las placas del electrodo y nos da la medida de conductividad por comparación con una disolución de KCl.

Las casa comerciales suelen suministrar las soluciones de calibrado.

Hay que tener en cuenta la temperatura.

El aparato suele estar calibrado para medir a 20ºC y se ajusta el valor de la medida a los factores de corrección que pueden ir indicados en las etiquetas de las soluciones de calibrado. También existen tablas.

La unidad de media es S/cm, microsiemens/cm, 1S = 1-1

En la RTS se establece como valor máximo de conductividad 1.500S y como valor guía 400 S/cm. Según la conductividad podemos determinar los siguientes niveles de mineralización de las aguas potables:

- muy débil: por debajo de los 100 S/cm

- débil: 100-300 S/cm

- media: 300-700 S/cm

- alta: 700-1500 S/cm

- excesiva: superior a 1500 S/cm

También se puede establecer una correspondencia entre conductividad y dureza del agua (normalmente en grados franceses)

• SUSTANCIAS NO DESEABLES NO2-, amonio, NO3-, oxidabilidad.

• Nitritos son las sales del ácido nitroso HNO2.

Son un estado de oxidación intermedia del nitrógeno.

Aparece como producto intermedio cuando el amonio se oxida a nitrato y también en la reducción de los nitratos. Estas reacciones redox se pueden producir en las EDAR en los sistemas de distribución del agua.

Se usan los nitritos como protectores contra la corrosión del agua en muchos procesos industriales, en las aguas naturales

La concentración de NO2- se puede utilizar como indicador de contaminación bacteriológica pues son las bacterias las responsables de la reducción del nitrato o nítrico o incluso a N2 gas.

En concentraciones elevadas originan metahemoglobinemia que consiste en la formación de metahemoglobina por oxidación de hierro de la hemoglobina .

La metahemoglobinemia no puede transportar el oxígeno a los tejidos.

Los nitritos oxidan al hierro de la hemoglobina en pH poco ácido o próximo a la neutralidad. Esto sucede en el estómago de los lactantes y de personas con aclorhidria gástrica. Los síntomas son palidez de la piel, cefaleas, vértigos, taquicardia y trastornos neurológicos.

Si el índice de metahemoglobinemia es superior al 70% puede producir la muerte.

El alto pH del estómago favorece la colonización por parte de bacterias que pueden reducir enzimáticamente los nitratos del agua a nitritos y así empezar a actuar sobre le hemoglobina.

Otro efecto no deseable de los NO2- es su combinación con las aminas secundarias de los alimentos y producir nitrosaminas muchas de ellas carcinogénicas.

Según RTS máximo 0,1mg/l.

Métodos de determinación:

Oficial espectrofometría, basado en la formación de color amarillo cuando reaccionan con ácido sulfanilico. = 435nm (410)

Otros métodos para realizar “in situ”: tiras reactivas, colorimetría en tubo, también hay espectrofometría de campo y reflectometría.

En el laboratorio el método es similar al oficial, mide a  = 543nm

• Amonio y amoniaco NH4+, NH3 gas.

Procede de la descomposición de la urea y de compuestos orgánicos (desaminación)

También pueden aparecer en vertidos industriales.

En algunas ETAP se añade amoniaco para que reaccione con Cl y formar cloro residual combinado.

Se pueden encontrar en aguas superficiales y en aguas residuales.

En aguas subterráneas su concentración suele ser baja porque las partículas y arcillas del suelo los absorben.

Su concentración junto con la de NO2- y NO3- y el nivel de coliformes fecales da una idea de la contaminación de origen fecal del agua.

Indican una degradación incompleta de la materia orgánica.

Concentraciones elevadas suponen un mayor aporte de oxígeno para la potabilización del agua y la hace más agresiva para las tuberías de cobre.

RTS se consideran valores máximos de 0,5mg NH4+/l.

Métodos de determinación:

Método oficial se basa en la formación de un complejo amarillo-pardo-rojizo del amoniaco con el reactivo de Nessler. = 435nm

Otros “in situ” son tiras reactivas, colorimetría en tubo, espectrofotometría de campo y reflectometría.

En el laboratorio con un electrodo selectivo de iones amonio, que es parecido al peachímetro.

• Nitratos sales del ácido nítrico HNO3

Representan el mayor estado de oxidación del nitrógeno.

De forma natural aparecen en las aguas por solubilización de las rocas. Su valor no suele superar los 5mg/l. Pero también aparecen por oxidación de compuestos orgánicos nitrogenados. Pueden proceder de abonos y aguas residuales y entonces se alcanzan valores mucho mayores de concentración.

Son nutrientes de organismos autótrofos fotosintéticos y su aporte favorece el desarrollo de algas y provocan eutrofización del agua.

En concentraciones altas provocan sabores desagradables en el agua. También pueden ser reducidos a nitritos y producir metahemoglobinemia.

También se pueden combinar con aminas secundarias de origen alimenticio y producir nitrosaminas muchas de ellas cancerígenas.

El nivel guía de concentración de NO3- es de 25mg/l y el máximo 50mg/l

Métodos de determinación:

Método oficial espectrofotometría de UV = 220nm

Laboratorio cromatografía de iones (admitido como oficial) y método del salicilato sódico. Los nitratos forman un complejo con el salicilato de color amarillo. =420nm

Otros métodos “in situ” tiras reactivas, colorimetría en tubo, reflectometría, espectrofotometría de campo.

Oxidabilidad cantidad de oxígeno necesaria para oxidar la materia orgánica presente en el agua.

Método oficial permanganato en condiciones normalizadas.

Se define oxidabilidad al permanganato con el oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica presente en 1 litro de agua durante 10 minutos exactos. (valor similar a la DQO)

Se oxidan las sustancias reductoras presentes en el agua con KMnO4 (permanganato potásico) en medio ácido durante 10 minutos.

La reglamentación establece un máximo de 5mg/l (en O2) Un nivel guía de 2mg/l. Agua de calidad de 1-4mg/l.

• AGENTES DESINFECTANTES

Aunque existen otros agentes desinfectantes autorizados (KMnO4, O3, NH3, sales de plata), nos vamos a centrar en el cloro, por ser el más utilizado. Hay tres razones para ello: es barato, fácil de comercializar y tiene un residual sobre el agua.

El efecto residual se refiere a su capacidad oxidante que hace que reaccione con determinados compuestos del agua (amoniaco, hierro, manganeso y sulfuros) mejorando su calidad. Efectos adversos derivados de una concentración elevada de cloro: intensificar el sabor y el color de compuestos orgánicos como los fenoles, formación de compuestos organoclorados (ej. cloroformo HCCl3) son potencialmente cancerígenos, formación de compuestos combinados con amoniaco y aminas que afectan a la vida acuática.

En el proceso de cloración se forman dos tipos de coloro residual:

• Cloro residual libre: cloro molecular Cl2, ácido hipocloroso HClO, anión hipoclorito ClO-. La proporción entre ellos depende del pH y de la temperatura. Cuando el pH es menor de 2 predomina Cl2. Cuando el pH esta entre 4-6 predomina HClO que es la forma más desinfectante más activa. Cuando el pH es mayor de 10 predomina ClO- que prácticamente es inactiva como desinfectante

• Cloro residual combinado: se forma al reaccionar con amoniaco y compuestos nitrogenados (cloroaminas) Tiene un efecto desinfectante más lento y menos poder oxidante que el cloro libre.

Los niveles de cloro residual en el agua establecidos son:

• 0,4mg/l agua de bebida

• 0,6 - 0,8mg/l agua de piscinas

Métodos de determinación:

Oficiales hay dos espectrofotometría de absorción y yodometría.

En al espectrofotometría el cloro forma un compuesto coloreado con

N-N-dietil-para-fenilendiamina (DPD) = 515nm

Se determina el cloro residual libre y luego el total (yoduro potásico) y la diferencia entre los dos valores me da el cloro combinado.

Antes se utilizaba otro tipo de compuesto que es la ortotolidina ( = 440nm) pero se ha abandonado debido a su toxicidad.

En la yodometría se genera yodo al poner la muestra de agua en contacto con yoduro potásico KI y se valora con tiosulfato sódico usando engrudo de almidón como indicador.

Otros métodos tiras reactivas, colorimetría y reflectometría.

V. ANÁLISIS COMPLETO

RST cita hasta sesenta parámetros físico-químicos en aguas potables.

Se podrían añadir más para las aguas residuales.

Sólo varios a estudiar, aquellos parámetros más habituales.

Color característica organoléptica.

El agua en principio es incolora. Las sustancias que lleve en disolución pueden darle una coloración “verdadera”, y además si lleva sustancias en suspensión puede llevar una coloración “aparente”.

- verde: algas

- tonos amarillos-pardos: formas solubles de Fe y Mn

- amarillo: desechos de cromato (CrO4-)

La determinación del color puede hacerse por métodos espectrofotometricos o por métodos de comparación visual.

Método del platino-cobaltoLa determinación del color de la muestra se compara con una serie de disoluciones de referencia de platino-cobalto.

En el análisis de campo se utilizan discos de vidrio coloreado que son más fáciles de usar.

La disolución de referencia tiene unas 500 unidades Hazen.

Se prepara con:

K2PtCl4 (cloruro-platino potásico) y cloruro de cobalto (CoCl2 · 6 H2O) con HCl comercial. (Aguanta un año en oscuridad y en botella de vidrio)

Los patrones coloreados se preparan en tubos Nessler de 50ml añadiendo 0-70mg/l de platino (unidades Hazen)

La muestra de agua siempre se centrífuga o filtra y se deposita en otro tubo Nessler.

Se observan de arriba-abajo según el eje del tubo y sobre una superficie blanca que refleja la luz de la columna del líquido.

Oxígeno disuelto el oxígeno disuelto en el agua es imprescindible para la vida de los seres acuáticos. Su ausencia o sus bajas concentraciones pueden provocar procesos anaeróbicos que generan sustancias tóxicas y no deseables. Ej. sulfuro de hidrógeno H2F / ácido sulfhídrico.

La solubilidad del oxígeno es directamente proporcional a la temperatura y a la concentración de cloro en el agua.

La solubilidad baja cuando la temperatura sube y la solubilidad también baja cuando la concentración de cloro aumenta.

Las aguas de montaña y las agua marinas costeras son las que presenta niveles máximos de oxígeno disuelto, alrededor de 10mg O2/l

Métodos de determinación:

Hay dos métodos oficiales la electrometría y la yodometría.

La electrometría se realiza con un aparato llamado oxímetro y es parecido al peachímetro, electrodo de membrana selectiva permeable al oxígeno. Es el método más utilizado y la medida se realiza “in situ”. Se realiza un calibrado con una disolución de concentración ya conocida por yodometría. También se hace otra calibración a valor 0, se coge un volumen de la muestra y se trata con un exceso de sulfito sódico (Na2SO3) y una pequeña cantidad de cloruro de cobalto así se elimina el oxígeno disuelto.

Los resultados del oxímetro se expresan en mg O2/l y se señala la temperatura de la muestra.

La yodometría se denomina método de Winkler. El oxígeno oxida al hidróxido de manganeso II, Mn(OH)2, y produce el ácido de manganeso que en medio ácido con HCl libera cloro gas, que es el que se evalúa con tiosulfato sódico y engrudo de almidón como indicador. Este método tiene sus preparados para usarlo como método de campo (kit) muy prácticos.

Residuo seco es el peso de los sólidos que contiene un volumen de muestra previamente filtrada a través de membrana de diámetro de poro de 45na (micras) y sometida a evaporación en condiciones normalizadas.

La composición del residuo seco es: carbonatos y sulfatos de calcio y magnesio.

También nos vamos a encontrar cloruros, nitratos y materia orgánica.

Para su determinación se necesitan cápsulas previamente taradas, se evapora a 110ºC en estufa (180ºC aguas potables) y así se pierde casi toda el agua. Puede quedar agua de cristalización de algún sulfato.

En la RTS se admite un nivel máximo admisible de 1.500mg/l. Aunque internacionalmente se recomienda 500mg/l como máximo.

Si el residuo seco es alto da agua con sabor salobre y puede provocar transtornos gastrointestinales y renales.

Dureza se corresponde con la cantidad de calcio y magnesio que contiene al agua. Las sales principalmente son carbonatos, CO3-, bicarbonatos HCO3-, sulfatos SO43- y cloruros Cl- y a veces s pueden valorar otros cationes como hierro, aluminio, manganeso y estroncio.

Se distinguen tres tipos de dureza del agua:

• Dureza temporal: se elimina fácilmente si la sometemos a ebullición.

• Dureza permanente: la que permanece en disolución tras la ebullición. Sobre todo son sulfatos y también pequeñas cantidades de cloruros, nitratos y silicatos alcalinotérreos.

• Total: es la suma de ambas.

Para medir la dureza, se mide en mg CaCO3/l y muchas veces se utilizan los llamados grados hidrométricos:

• grados franceses ºF = 10mg CaCO3

• grados ingleses 10mg CaCO3/0,7015 l

• grados alemanes ºd = 10mg CaO/l = 17,8mg CaCO3/l

Categorías de agua según su dureza:

0-5 ºF agua dulce muy pura

5-15 ºF agua dulce

15-22 ºF agua potable de buena calidad

22-30 ºF agua calcárea

30-30 ºF agua inservible para usos domésticos

> 60 ºF agua muy dura

La RTS no cita valores guía ni máximos admisibles de dureza. Desde el punto de vista de la salud la dureza no supone ningún problema. Se consideran aceptables valores de hasta 500mg CaCO3/l. No es recomendable beber aguas que superen los 600mg CaCO3/l.

La dureza origina problemas en las conducciones, en los electrodomésticos y en las calderas. Cuando el agua es blanda y en función del pH origina problemas de corrosión y cuando es muy dura origina incrustaciones (depósitos de CaCO3) en aguas duras el consumo de detergentes es mayor pues el calcio y el magnesio los precipitan.

Métodos de determinación:

Oficial complexometría. Se valora con EDTA que forma un complejo con el calcio y el magnesio más fuerte que los indicadores utilizados.

Dureza total calcio y magnesio a pH = 10 e indicador negro de eriocromo.

Dureza del calcio a pH 12 (precipita el magnesio y se elimina) e indicador la murexida.

Otros “in situ” tiras reactivas y tritimetría de campo (no habitual) es el oficial adaptado a campo.

Cloruros son compuestos muy abundantes en la naturaleza y también aparecen en pequeña proporción en las aguas.

Concentraciones altas: en agua residuales urbanas (orina y heces los contienen), en agua subterráneas y acuíferos sobreexplotados cercanos a la costa, aguas de vertidos industriales (depende del, proceso industrial) Ej. conserveras y desaladoras.

En RTS se establece como nivel guía 25mg/l. No se fija un valor máximo pero se recomienda su superar los 200mg Cl-/l pero en presencia de sodio tiene un sabor salado desagradable.

La medida de Cl- me permita ver el grado de salinidad y decidir sobre su uso para regadío y otros menesteres.

Método oficial Mohr: valoración con nitrato de plata (AgNO3)

Se utiliza como indicador cromato potásico (K2CrO4)

Al precipitar todo el cloruro de plata, AgCl, los iones Ag+ reaccionan con el cromato y dan color rojo a pH = 7-10

Otros métodos de campo: tiras reactivas, colorimetría, espectrofotometría de campo, tritimetría portátil (método de Mohr)

De laboratorio Método del nitrato de mercurio pero origina residuos tóxicos. El punto final de la valoración es más claro. Método potenciamétrico: aparato que mide diferencias de potencial, usa AgNO3. Método de ferrocianuro: automático y colorimétrico. Cromatografía iónica: es admitido como oficial.

Sulfatos sales de ácido sulfúrico (H2SO4)

En algunos tipos de suelos, como los yeseros, son abundantes y las aguas que los atraviesan pueden presentar concentraciones elevadas.

Además los sulfatos se utilizan en muchos procesos industriales y pueden formara parte de sus vertidos

Ej. Sulfatos de aluminio, Al2(SO4)3, se usa como floculante; sulfatos de bario, BaSO4, en contraste radiográfico; sulfatos de calcio, CaSO4, en yeso y cementeras; sulfato de manganeso, MnSO4, en funguicidas y fertilizantes.

La RTS establece como nivel guía de sulfatos 25mg/l (SO4-) y como nivel máximo 250mg/l.

Con concentraciones superiores a 300mg/l el agua es muy agresiva frente a hormigones y estructuras de hierro.

Y con más de 500mg/l el agua ya no sirve para riego agrícola.

Métodos de determinación:

Oficial espectrofotometría que consiste en precipitar el sulfato de bario en medio ácido. A la muestra se le añade BaCl2 y se mide a = 420nm

Gravimétrico que consiste en pesar el precipitado de BaSO4. Es muy laborioso y poco utilizado.

Otros “in situ”: tiras reactivas, colorimetría en tubo, espectrofotometría de campo.

En laboratorio cromatografía de iones (oficial) y método del cromato de bario (BaCrO4) o método de Handbuch-Lebenser. En medio básico añadimos a la muestra cromato de bario y se filtra. Se desprecia la primera parte del filtrado y al resto se le añade yoduro potásico y HCl. El yoduro producido se valora con tiosulfato sódico usando engrudo de almidón como indicador. El viraje es de azul a incoloro.

Fosfatos sales del ácido fósforico (H3PO4)

Suelen formar parte de las muestras de aguas pues pueden tener varios orígenes:

• Tienen diversas aplicaciones industriales (tratamiento del agua de calderas)

• Componentes habituales de detergentes y jabones.

• Componentes de fertilizantes agrícolas.

• Componentes de fosfatos orgánicos que se producen en procesos biológicos (residuos corporales, residuos de alimentos, tratamientos biológicos de aguas)

Junto con los nitratos son los máximos responsables de la eutrofización de las aguas.

La RTS establece como nivel guía 400g/l (P2O3) y como nivel máximo admisible 1.500g/l

Métodos de determinación:

Oficial espectrofotometría de absorción. Existen varias variantes según las características de la muestra. Fundamentalmente el fósforico reacciona con vanado-molibdato formando un complejo en medio ácido de color amarillo. Se mide a = 450-470nm

Análisis de laboratorio se hace reaccionar el fosfato en medio ácido con molibdato y se forma un complejo que reducimos añadiendo cloruro estañoso (SnCl2) y obtenemos una composición de color azul. Se mide a = 690nm

Otros campo: tiras reactivas, colorimetría, reflectometría, espectrofotometría de campo.

Laboratorio cromatografía de iones. Se puede analizar simultáneamente los siguientes aniones (con una buena separación): fluoruros, cloruros, fosfatos, sulfatos, nitratos. Se admite como oficial.

Para analizar fosfatos en el laboratorio hay que tener en cuenta la interferencia que pueden suponer los fosfatos que contienen los detergentes corrientes con los que se lava el material de vidrio. Se suele lavar con ácido clorhídrico diluido t ras cada uso se lava con agua y se dejan llenos con agua destilada hasta el siguiente análisis.

Sílice SiO2 Es un compuesto muy abundante en la corteza terrestre (sial - silicatos de aluminio; sima - silicatos de magnesio) Forma parte del cuarzo, arena y muchos silicatos.

Así se explica su presencia en las aguas naturales, sobre todo en aguas volcánicas, su concentración oscila 1-30mg/l.

Se pueden alcanzar valores de hasta 100mg/l e incluso en aguas saladas 1000mg/l

Produce problemas de formación de placas de sílice o silicatos en concentraciones elevadas en algunos equipos industriales. Son difíciles de eliminar.

El método de análisis es el espectrofotométrico. La toma de muestras debe hacerse en recipientes de plástico (el vidrio puede falsear los resultados) El fundamento de la técnica es que la sílice reacciona con molibdato en medio ácido y da un ácido de coloración amarilla que se reduce a óxido y da coloración azul. Se mide a = 610nm

CO2 su contenido influye en el poder corrosivo del agua. Hay dos formas de estar en el agua:

• CO2 libre: corresponde al ácido carbónico.

• CO2 combinado: corresponde al que esta formando carbonatos y bicarbonatos.

Las aguas superficiales pueden tener menos de 10mg/l de CO2 libre. Las aguas subterráneas fácilmente tienen concentraciones más altas.

La determinación debe hacerse “in situ”. Se valora con volumetrías e neutralización.

El CO2 libre se valora con NaOH utilizando fenolftaleína como indicador, el viraje es de incoloro a rosa.

El CO2 combinado se valora con HCl utilizando como indicador naranja de metilo, el viraje es de amarillo a rojo.

Metales los habituales en el agua son: calcio, magnesio, sodio, potasio, aluminio (en aguas potables) El resto de los metales son considerados por la RTS o bien sustancias no deseables o bien como sustancias tóxicas.

Son tóxicos aún a muy bajas concentraciones: plomo, cromo, vanadio, mercurio, selenio, níquel, antimonio, berilio y cadmio.

Algunos son necesarios en la dieta en concentraciones ínfimas: cinc, cobre, selenio y vanadio. La fuente fundamental de metales en el agua son los vertidos industriales: cromado, galvanizado, niquelado, industria metalúrgica.

Sus concentraciones se suelen expresar en g/l.

Métodos de determinación:

Oficiales absorción - emisión atómica y PAI (plasma de acoplamiento inductivo)

El método de absorción-emisión atómica. Se hace con un espectrofotómetro de absorción atómica. El material general del laboratorio debe de estar perfectamente limpio. Generalmente se lava con disoluciones de ácido nítrico, (HNO3), 10-25% v/v y aclarado con agua destilada. Se usan pipetas mecánicas. Se hace una disolución madre del para ello se coge 1g del metal y se disuelve con ácido clorhídrico (HCl) o ácido nítrico y se enrasa a 1 l con agua destilada o disolución diluida de HCl. Se elabora la recta de calibrado con las disoluciones patrón y se mide la absorbancia de la muestra y extropla el dato a la gráfica y damos el resultado en g/l

Otros métodos test analítico para realizar “in situ”, tiras reactivas, colorimetría en tubo, reflectometría.

Para todos los metales existen test de estos tipos preparados.

No hay:

- Tiras reactivas: Cd, Cr, Mg, Ag.

- Colorimetría en tubo: Co, Sn, Mo, K.

- Reflectometría: Cd, Cr, Sn, Mg.

Aluminio es el tercer elemento en abundancia en la corteza terrestre. Por eso, esta presente en casi todas las aguas naturales. También aparece en las aguas residuales al utilizarse como tratamiento coagulante materiales de aluminio, Al2(SO4)3. Además en las modernas potabilizadoras se trata el agua por filtración a través de arena y se obtiene aguas con menos de 50g/l

En el laboratorio vamos a realizar una técnica espectrofotometrica basada en la formación de unas sales de aluminio con aluminón de color rojo. Se mide a

= 525nm

Potasio sólo se puede determinar por espectrofotometría en concentraciones elevadas.

Se precipita el K+ en forma de un complejo nitrocobaltico. Ese precipitados se disuelve luego con agua y se determina aprovechando la coloración azul que el cobalto origina en presencia de sulfocianuro. Se lee a = 590nm

Sodio es el sexto elemento más abundante en la naturaleza. Se encuentra en la mayoría de las aguas naturales de 1-500mgl

En concentraciones elevadas lo podemos encontrar en salmueras y en aguas duras que han sufrido un proceso de ablandamiento mediante resinas de intercambio iónico.

La RTS establece como nivel guía 20mg/l y como máximo admisible 150mg/l.

Es importante la concentración de los otros cationes para estudios de patología humana y agricultura. Ej. Muchas personas con determinadas enfermedades deben beber aguas bajas en sodio. Para aguas utilizadas en calderas de alta presión se recomienda que la concentración de sodio este 2-3mg/l

Se puede determinar por espectrofotometría si su concentración es mayor de 10mg/l

Las muestras deben tomarse en recipientes de plástico de polietileno para evitar interferencias.

El fundamento de la técnica es precipitar una sal triple, lavar el precipitado y solubilizarlo con agua, dando coloración amarillenta que una vez estabilizada se mide a = 420nm

Cinc es una sustancia no deseable en el agua.

La RTS establece para el cinc un nivel guía de 100g/l y un máximo admisible de 5.000g/l (5mg/l) más concentración da problemas de sabores desagradables y turbidez.

El cinc reacciona con el ferrocianuro dando un precipitado que se puede medir en el espectrofotómetro a = 650nm

Hierro es una sustancia no deseable en el agua.

La RTS establece como nivel guía 50mg/l y un máximo admisible de 20mg/l.

Niveles altos de hierro producen sabores metálicos en el agua, producen incrustaciones en la red, da compuestos coloreados con el cloro y además produce manchas en la ropa al lavarla.

Pero no son perjudiciales para la salud.

La técnica de análisis consiste en liberar los iones de hierro con HCl en ebullición, se reduce a Fe2+ (ión ferroso) con ácido ascórbico y se forman sales ferrosas con ortofenaltrolina que son rojas y se determinan a = 510nm

VI. ANÁLISIS DE AGUAS RESIDUALES

En general se analizan los parámetros que hemos visto hasta ahora usando los mismos métodos con ligeras modificaciones.

La principal suele ser disminuir la carga de materia en suspensión de la muestra mediante filtración o decantación.

También existen algunos parámetros que se miden casi exclusivamente para aguas residuales: pH, O2 disuelto, conductividad, sólidos varios (totales, en suspensión, volátiles...), DQO, DBO, COT (carbono orgánico total), dosificación de coagulantes, % de humedad en fangos y toxicidad de fangos.

• Análisis de sólidos

Uno de los principales objetivos de las plantas depuradoras es la eliminación de los sólidos contenidos en un agua residual.

Clasificación de sólidos de aguas residuales:

- Disueltos propiamente

- Sólidos disueltos (SD)

- Coloidales

Sólidos totales

(ST)

- Sedimentables

- Sólidos en suspensión (SS)

- No sedimentables:

coloides

Sólidos totales, ST: es el residuo seco que permanece tras someter un volumen conocido de muestra a evaporación (105ºC hasta que se obtiene un peso constante)

Sólidos disueltos, SD: aquellos sólidos que cuando se filtra la muestra (filtro de membrana de diámetro de poro de 0,5m) atraviesan el filtro.

Sólidos en suspensión, SS: es la fracción de sólidos totales que quedan retenidos en el filtro.

Los sólidos disueltos pueden ser coloidales que son aquellos que necesitan coagulación y oxidación biológica para su eliminación, y disueltos propiamente dichos.

Los sólidos en suspensión pueden ser sedimentables cuando se eliminan por decantación, y no sedimentables cuando no se eliminan por decantación.

Otra clasificación de los sólidos totales es en función de su capacidad de volatización.

Se someten a 550ºC en horno o mufla.

Sólidos totales:

• Volátiles: son los compuestos orgánicos que se calcinan y originan CO2

• No volátiles: son los compuestos inorgánicos que no se calcinan a esa temperatura.

Sedimentabilidad se valoran los sólidos sedimentables de la muestra de agua.

El procedimiento usa los llamados cono de Imhoff que tienen una escala graduada en ml. Se llenan con un litro de muestra y se dejan reposar: V60 y V30 para los parámetros más comunes.

V60 se deja reposar 45 minutos, se agitan las paredes y se deja reposar 15 minutos, se mide la altura de los sólidos obtenidos. Se expresa en ml/l

V30 pero se deja reposar 30 minutos.

Es un parámetro interesante para diseñar las estaciones depuradoras, los sedimentadores y las lagunas anaerobias.

También en las plantas depuradoras es un parámetro interesante que se mide en el agua bruta (la que entra en la planta) y en el licor de mezcla del tratamiento biológico pudiendo aún evaluar la evolución del tratamiento realizado.

Sólidos en suspensión se determinan por filtración de un volumen conocido de muestra y posterior pesada una vez seco el filtro.

Los sólidos en suspensión se determinan en distintas fases del tratamiento del agua: agua bruta, agua decantada, agua aireada, aguas de recirculación y finalmente agua de salida.

Material necesario: filtro de fibra de vidrio de diámetro de poro de 1,2m o filtro de membrana de diámetro de poro de 0,45m, equipo de filtración con bomba de vacío, estufa u horno, desecador para enfriar y balanza apara pesar.

Procedimiento: se tasa el filtro y la cápsula de porcelana. Se realiza la filtración de un volumen conocido de muestra; es inversamente proporcional a la carga esperada. Se seca el filtro en estufa a 105ºC (1h) Se saca al desecador y se pesa cuando se enfría (10 minutos) la diferencia de pesada es la fracción de sólidos en suspensión. La unidad de medida es mg/l

Sólidos volátiles indican la materia orgánica presente en la muestra. Se suelen determinar sobre la muestra de licor de mezcla (alimentan las lagunas de lecho bacteriológico) y sobre fangos.

Procedimiento: se filtra un volumen conocido de muestra en un filtro previamente tarado. El filtro se somete a evaporación en estufa a 105ºC. Se lleva al horno se calcina a 550ºC (1h o 24 h según la muestra a analizar)

La diferencia de pesada entre el tratamiento en estufa a 105ºC y el del horno a 550ºC me da los sólidos volátiles.

• Análisis de la materia orgánica

La eliminación de la materia orgánica es otro de los principales objetivos en el tratamiento de las aguas residuales.

La materia orgánica es la responsable en gran medida de la degradación que sufren los cauces receptores de aguas residuales.

La materia orgánica suele ser biodegradable y los microorganismos que la utilizan como nutriente suelen requerir oxígeno disminuyendo así su concentración hasta alcanzar niveles de anaerobiosis. Es entonces cuando aparecen los problemas de olores desagradables y coloraciones no deseadas (gris, negro) y los organismos superiores no pueden sobrevivir.

La materia orgánica puede tener origen animal o vegetal y normalmente se aporta al agua como desecho de la actividad humana.

En el estudio de la materia orgánica se utilizan parámetros que dan una idea acerca del oxígeno necesario para estabilizarse: DBO, DQO y COT.

DBO útil para valorar la materia orgánica que es biodegradable.

Junto con DQO y sólidos en suspensión, SS, se usa para valorar como es el rendimiento del tratamiento de depuración.

DBO5 mide el oxígeno consumido en la degradación de materia orgánica por la acción microbiológica durante 5 días y en condiciones normalizadas. Las unidades de medida son mg O2/l

Se determina sobre: agua bruta, agua decantada procedente de tratamiento primario, y agua tratada ya del todo.

Existen dos formas de medirla:

• midiendo con un manómetro de mercurio la variación de presión provocada al consumir el O2 y cambiarlo por CO2 (No muy utilizada)

• utilizando un método electrónico mediante un aparato denominado Oxitop®

Oxitop®

Material, aparato y reactivos necesarios:

• Oxitop®

• Armario termostarizado

• Botellas de vidrio ámbar para las muestras

• Tapón de goma negra con deposito (contener NaOH)

• Sistema de agitación magnético

• Recomendables usar matraces de rebose o en su defecto probetas.

• Reactivos: NaOH, Aliltiourea (inhibidor de las bacterias nitrificantes)

Procedimiento:

• Tomar un volumen de muestra en función de la DBO5 esperada (tablas)

Se usan matraces de rebose para coger la muestra o probetas.

Enjuagar los frascos de análisis con la muestra al menos una vez.

• Se introduce el agitador magnético.

• Poner en el tapón de goma 2 lentejas de NaOH.

• Añadir unas gotas de Aliltiourea a la muestra.

• Poner el tapón de plástico sin que toque la muestra.

• Enroscar fuerte el tapón.

• Colocar la botella en el soporte magnético

• Se empieza a medir el tiempo (5 días)

• Se presionan a la vez S y M del Oxitop hasta valor 00 (2 segundos) Se borran los valores almacenados.

• Mantener en el armario termostarizado a 20ºC con agitación constante 5 días.

• El aparato registra valores cada 24 h (se recuperan con la tecla M)

• El resultado final se lee punzadlo S.

La muestra debe estar entre 15-21ºC

El dato de la pantalla debe multiplicarse por el correspondiente valor de f según el volumen de muestra (mg O2/l)

Interferencias:

- existencia real de estos bajos valores

- fugas en el tapón

- insuficiente volumen de la muestra

- temperatura de la muestra menor de 15ºC

- volumen de muestra excesivo

Valores - no añadir inhibidor o que resulte insuficiente

altos

- para valores de DBO superiores a 2.000mg O2/l se recomienda la dilución

Limpieza y mantenimiento del Oxitop®:

Frascos no usar desinfectantes que pueden atacar a los gérmenes de las siguientes muestras. Si se laven con detergentes aclarar varias veces.

Eliminar los residuos de las paredes y fondo del frasco con escobillas de laboratorio y se enjuagan bien.

Oxitop con un paño suave y agua jabonosa. No usar alcohol, ni acetona ni disolventes.

DQO demanda química de oxígeno.

Para valorar la DBO5 se puede medir antes la DQO. DQO BBO5 DQO

La DQO mide oxígeno consumido en la oxidación de la muestra con un oxidante fuerte como el dicromato de potasio (K2Cr2O7)

Mide la materia orgánica y compuesto inorgánicos que se pueden oxidar: NO2-, Fe2+ (catión ferroso o hierro II), NH3, S2-, Cl-.

Siempre el valor de DQO es mayor que DBO

El fundamento de la medida es someter la muestra a oxidación con el dicromato potásico a una temperatura de 150ºC durante 2 horas.

Después se puede medir el K2Cr2O7 que ha reaccionado de dos formas:

• valorando su exceso mediante una volumetría normal con sulfato amónico ferroso (sal de Mohr)

• valorar con espectrofotometría el color producido en la oxidación. Kit de trabajo. Este método esta desplazando a la valoración tradicional en las plantas depuradoras.

Para el tratamiento del agua residual es interesante la relación entre DBO5 y DQO:

> 0,5 - agua biodegradable

0,2-0,5 - agua que requiere lechos bacterianos más eficientes y activos.

< 0,2 agua no biodegradable (tratamientos químicos)

COT carbono orgánico total.

Requiere instalaciones complejas para determinarlo.

Aunque en la normativa no se establece ningún método como oficial, se suele medir por espectrofotometría de IR para determinar el CO2 producido tras un ataque energético de las muestras. Ej. Calor (T950ºC), condiciones oxidantes, UV o combinaciones de estos métodos.

Normalmente se suele determinar carbono total y carbono inorgánico total.

El COT se determina por diferencia de estos valores.

Dosificación de coagulante y floculantes. Jar test La finalidad de este ensayo es determinar la cantidad óptima de coagulantes para precipitar y sedimentar las sustancias coloidales. Coagulantes cloruros y sulfatos de hierro y aluminio. Cuando son sales de hierro se tiene que trabajar en un rango de pH entre 4-12, es menos critico. Con aluminio hay que ajustar el pH de la muestra.

Floculantes son compuestos orgánicos, suelen ser polímeros con carga eléctrica (aniónicos) que tiene nombres comerciales.

Se preparan varios vasos o conos de Imhoff con medio litro de muestra y diferentes concentraciones del coagulante, se agitan fuertemente para que coagulante se distribuya y se deja decantar 15 minutos.

Entonces lo que se miden ensayos de turbidez, de sedimentabilidad, DQO en aquellas disoluciones que quedan más transparentes y con todos estos se determina la concentración óptima de coagulante.

Siempre se deja un blanco sin nada de coagulante pa1ra compara resultados.

Orientación: dosis habituales:

Coagulante - 50-500ppm

Floculante - 1-5ppm

% de humedad en fangos informan sobre la cantidad de agua presente en un fango y de cómo se desarrolla el proceso de deshidratación.

Sólo se determina sobre muestras de fangos deshidratados.

Se determina por gravimetría (diferencia de pesada)

• Cogemos una cápsula y la taramos: P1

• Añadimos el fango: P2

• Se mantiene en estufa a 105-11ºC durante 24 horas.

• Se saca a un desecador. Se enfría y se pesa: P3

% humedad fango =

Toxicidad en fangos Se realizan para determinar la reutilización de esos fangos. Ej. uso agrícola.

Son bioensayos en los que se pone en contacto los fangos con organismo vivos especialmente sensibles a sustancias tóxicas.

Se determina la falta de movilidad o la falta de luminiscencia o la tasa de mortalidad de estos organismos.

En la normativa se especifican dos bioensayos:

• inhibición tasa de mortalidad, pulga de agua, daphnia. CL50 750mg/l

• luminiscencia disminución de la luminiscencia, photobacterium phosphoreum, se consideran tóxicos EC50 3.000mg/l

Valores bajos