RepublicofEcuador EDICTOFGOVERNMENT±

Transcripción

1 RepublicofEcuador EDICTOFGOVERNMENT± Inordertopromotepubliceducationandpublicsafety,equaljusticeforal, abeterinformedcitizenry,theruleoflaw,worldtradeandworldpeace, thislegaldocumentisherebymadeavailableonanoncommercialbasis,asit istherightofalhumanstoknowandspeakthelawsthatgovernthem. NTE INEN 2226 (2000) (Spanish): Agua. Calidad del agua. Muestreo. Diseño de los programas de muestreo

2

3 INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN Quito - Ecuador NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 2 226:2000 AGUA. CALIDAD DEL AGUA. MUESTREO. DISEÑO DE LOS PROGRAMAS DE MUESTREO. Primera Edición WATER. WATER QUALITY. SAMPLING. DESING OF SAMPLING PROGRAMMES. First Edition DESCRIPTORES: Agua, calidad, muestreo, equipo de muestreo, generalidades. AL CDU: CIIU: ICS:

4 CDU: CIIU: ICS: AL Norma Técnica Ecuatoriana Voluntaria AGUA CALIDAD DEL AGUA. MUESTREO. DISEÑO DE LOS PROGRAMAS DE MUESTREO. NTE INEN 2 226: INTRODUCCIÓN 0.1 Esta norma es la primera de un grupo de tres normas propuestas para ser usadas con cualquiera de las otras dos: NTE INEN y que tratan respectivamente de las Técnicas de Muestreo y del Manejo y Consevacion de Muestras. 1. ALCANCE Y CAMPO DE APLICACIÓN 1.1 Esta norma establece los principios generales a ser aplicados en el diseño de los programas de muestreo para el control de la calidad, caracterización de la calidad e identificación de las fuentes de contaminación en el agua, incluidos los sedimentos y los lodos. 2.1 Introducción 2. DEFINICIÓN DE LOS OBJETIVOS El propósito de esta norma es enfatizar los factores más importantes que tienen que considerarse cuando se diseña un programa de muestreo en relación con el agua, los sedimentos y los lodos. Las muestras se recolectan y analizan para determinar asociadamente los parámetros físicos, químicos, biológicos y radiológicos Cuando un volumen de agua, de sedimento o lodo va a ser caracterizado, generalmente es imposible analizar el total, por lo que es necesario tomar muestras. Las muestras deben ser lo más representativas del conjunto que va a ser caracterizado, y se deben tomar todas las precauciones para asegurar, tanto como sea posible, que las muestras no sufran ningún cambio en el intervalo entre el muestreo y el análisis. Se pueden presentar problemas especiales en el muestreo de los sistemas multifases, por ejemplo en el agua que contiene sólidos en suspensión o líquidos orgánicos inmisibles Antes de definir cualquier programa de muestreo es muy importante establecer los objetivos, ya que estos son los factores que determinan los lugares del muestreo, la frecuencia del muestreo, la duración del muestreo, el procedimiento del muestreo, el tratamiento posterior de las muestras y los requisitos analíticos para el muestreo. Se debe tomar en cuenta el rango, la precisión y la manera en que los resultados son expresados y presentados, por ejemplo concentraciones o cargas, valores máximos y mínimos, medias aritméticas, valores medios, etc. Se debe tener a mano una lista de los parámetros a ser analizados y los procedimientos analíticos donde usualmente se dan guías sobre las precauciones a ser observadas durante el muestreo y posterior manipuleo. (ver NTE INEN 2176 y NTE INEN 2169) Puede, a menudo, ser necesario realizar un muestreo preliminar y un programa de análisis, antes que los objetivos finales sean definidos. Es importante tomar en cuenta todos los datos relevantes de los programas previos, en el mismo o similar sitio y otra información sobre las condiciones locales. Es muy importante la experiencia del personal. El tiempo y los recursos asignados para un programa de muestreo eventualmente están justificados al asegurar que la información requerida sea obtenida de manera eficiente y económica. DESCRIPTORES: Agua, calidad, muestreo, equipo de muestreo, generalidades. -1-

5 2.1.5 Se distinguen tres objetivos principales: (para más detalles ver 4.2) a) Mediciones de control de la calidad usadas, por el encargado de la planta, para decidir inmediatamente la corrección de los procesos a corto plazo, cuando sea necesario. b) Mediciones de la caracterización de calidad usadas para indicar calidad, pueden ser parte de un programa de investigación, para propósitos de control a largo plazo o para indicar tendencias a largo plazo. c) Identificación de fuentes de contaminación El propósito del programa puede cambiar desde la caracterización de la calidad al control de la calidad y viceversa. Por ejemplo: un programa a largo plazo para caracterización del nitrato puede convertirse en un programa de control de calidad a corto plazo que requiera incrementar la frecuencia del muestreo cuando las concentraciones de nitrato se aproximen a valores críticos. 2.2 Especificaciones de los objetivos para el muestreo Sin intentar enlistar todas las razones específicas que requieren de un programa de muestreo y análisis, estas se agrupan como sigue: Especificaciones Generales Para establecer los niveles de contaminación o cargas de parámetros específicos a una determinada posición (en la superficie o dentro de un cuerpo de agua) o de los sedimentos, para obtener una indicación visual de su naturaleza Especificaciones específicas Establecer en detalle los niveles de concentración o la distribución de cargas de los parámetros físicos o químicos y de las especies biológicas de interés en la totalidad o parte del cuerpo de agua. Esto normalmente estará ligado a un estudio de cambios con el tiempo, variaciones del caudal, condiciones de operación de la planta, condiciones atmosféricas, etc Estas razones, para el muestreo pueden, a futuro, subdividirse dentro de objetivos más específicos como los siguientes: a) Determinar la posibilidad de utilizar el agua para un determinado fin y, si es necesario, para evaluar cualquier tratamiento o requisito de control; por ejemplo para evaluar el agua de pozo, que se va destinar para enfriar, cocinar alimentos o para procesos de producción, o un agua de vertiente, a la que se le considera como una posible fuente de agua potable. b) Estudiar el efecto de las descargas de aguas residuales, incluyendo derrames accidentales en un reservorio. Además de la contribución de la carga de contaminación, tales descargas pueden producir otras reacciones como precipitación química o emanación de gases. c) Evaluar el desarrollo y control del agua, del agua residual, y de los efluentes de las plantas industriales, por ejemplo evaluar las variaciones y los cambios a largo plazo de las cargas que entran a procesos de tratamiento; determinar la eficiencia de cada etapa en un proceso de tratamiento; proveer evidencia de la calidad del agua tratada; controlar la concentración de las sustancias de tratamiento, incluidas aquellas que pueden presentar peligros para la salud o que pueden inhibir los procesos bacteriológicos; controlar las sustancias que puedan dañar los equipos. d) Estudiar los efectos de los caudales de agua fresca y salina en las condiciones del estuario a fin de proveer información sobre el patrón de mezcla y la estratificación asociada con las variaciones de las mareas y de los caudales de agua fresca. -2-

6 e) Identificar y cuantificar pérdidas de productos desde los procesos industriales. Esta información es necesaria cuando van a ser evaluados los productos que cruzan la planta y cuando se va a medir la descarga de los afluentes. f) Establecer la calidad del agua de los calderos, condensadores y del agua de recuperación. Esto da la posibilidad de conocer si esta agua puede ser aprovechada en otro proceso. g) Controlar la operación de los sistemas de condensación industriales del agua. Esto facilita la optimización del uso del agua y al mismo tiempo se minimiza los problemas asociados con la formación de incrustaciones y corrosiones. h) Estudiar el efecto de los contaminantes atmosféricos en la calidad del agua de lluvia. Esto suministra información útil de la calidad del aire. i) Evaluar el efecto del ingreso de contaminantes desde el suelo en la calidad del agua. Estos contaminantes pueden ser materiales de origen natural o contaminación con fertilizantes, fungicidas y químicos usados en los procesos agrícolas, o por ambos. j) Evaluar el efecto de acumulación y liberación de sustancias del sedimento en la biota acuática presente en el cuerpo de agua o en el sedimento. k) Estudiar el efecto de abstracción y regulación del río y la transferencia río a río en los cursos naturales de agua. Por ejemplo variación de las proporciones de aguas de diferente calidad que pueden estar involucradas en la regulación del río y la calidad de la mezcla resultante puede ser fluctuante. l) Evaluar los cambios en la calidad del agua que pueda ocurrir en los sistemas de distribución. Estos cambios pueden ocurrir por varias razones, por ejemplo: contaminación, introducción de agua de una nueva fuente, crecimiento biológico, depósito de incrustaciones o disoluciones de metales En algunas ocasiones las condiciones pueden ser suficientemente estables para que la información requerida se obtenga de un simple programa de muestreo, pero en la mayoría de sitios las características de calidad están sujetas a variaciones continuas, e idealmente las evaluaciones deben ser continuas. Sin embargo esto es muy costoso y en muchos de los casos imposibles de realizar Consideraciones especiales con relaciones a la variabilidad Los programas de muestreo pueden ser complejos en situaciones donde ocurren variaciones amplias y rápidas en la concentración de los parámetros de interés. Estas variaciones pueden ser causadas por varios factores como cambios extremos en la temperatura, en el patrón de flujos o en las condiciones de operación de la planta. El muestreo debe evitarse en o cerca de los límites del sistema a menos que las condiciones sean de especial interés La evaluación de una gran área de represa, así como de un río estancado es un trabajo complejo, aún cuando los cambios de concentración son lentos y no muy marcados Se debe tomar en cuenta precauciones para eliminar o minimizar cualquier cambio en la concentración de los parámetros de interés, que pueden producirse por el proceso mismo de muestreo, y asegurar que se eviten o minimicen los cambios durante el período entre el muestreo y el análisis Las muestras compuestas dan la mejor indicación del promedio de composición en un período de tiempo dado, siempre que el parámetro se mantenga estable durante el período entre el muestreo y el análisis. -3-

7 3.1 Introducción 3. IDENTIFICACIÓN DE LAS SITUACIONES DE MUESTREO Esta sección trata con varias situaciones que pueden encontrarse en la práctica del muestreo, y el grado en que estas situaciones afectan al elegir el sitio de muestreo. En el numeral 3.2 se indican las precauciones de seguridad necesarias en varias situaciones especiales debido a su importancia y carácter general. 3.2 Precauciones Generales de Seguridad La amplitud en el rango de condiciones encontradas en el muestreo de aguas y de sedimentos puede colocar al personal en una variedad de riesgos e inseguridades para la salud. Aparte del daño físico, se deben tomar precauciones para evitar la inhalación de gases tóxicos y la ingestión de materiales tóxicos a través de la boca y la piel (ver nota 1) El personal responsable del diseño y ejecución de los programas de muestreo debe asegurar que los requisitos de seguridad, de las regulaciones de seguridad relevantes sean tomados en cuenta y que el personal que muestree esté informado de las precauciones necesarias a ser tomadas durante las operaciones de muestreo Las situaciones específicas sobre seguridad se indican a continuación: a) Se deben considerar las condiciones atmosféricas para garantizar la seguridad del personal y del equipo. Cuando se muestree en grandes masas de agua se debe contar con chalecos salvavidas y líneas de seguridad. Antes de muestrear en aguas cubiertas con hielo, se debe conocer, exactamente, la localización y extensión de la capa delgada de hielo. Si se utilizan equipos especiales para respirar bajo el agua u otros equipos similares, todo el equipo debe ser verificado y mantenido en buenas condiciones para asegurar su integridad. b) Cuando se utilicen botes para muestrear, una propiedad a tomar en cuenta es la estabilidad. En todo tipo de aguas se deben tomar precauciones con respecto a los barcos comerciales y a las embarcaciones pesqueras; por ejemplo se debe conocer la forma correcta de ondear las banderas de señal para indicar la naturaleza del trabajo que se realiza. c) Se debe evitar en lo posible el muestreo en sitios inseguros; si el muestreo es inevitable, la operación debe ser conducida por un equipo que conozca y utilice las precauciones adecuadas, no se recomienda un solo operador. Como alternativa, donde sea posible, se puede muestrear desde puentes. d) Cuando el muestreo es frecuente, es importante contar con una vía de acceso al sitio de muestreo, que esté disponible todo el tiempo. En algunas situaciones, se deben tomar en cuenta precauciones adicionales para evitar los peligros naturales como: plantas venenosas, animales o reptiles. e) Cuando los instrumentos o los equipos se instalan en la ribera del río, se deben evitar o tomar precauciones contra inundaciones o acciones vandálicas. f) Muchas otras situaciones especiales pueden presentarse durante el muestreo del agua, pero en todas se deben tomar precauciones para evitar accidentes. Por ejemplo, algunos afluentes industriales pueden ser corrosivos, contener materiales tóxicos o ser inflamables. Los peligros asociados con los residuos pueden no ser visibles; como sustancias gaseosas, microbiológicas, virológicas o zoológicas (amebas o helemitos). NOTA 1 Se debe considerar un seguro contra accidentes, para el personal que ejecute las operaciones de muestreo. -4-

8 g) Debe estar disponible, el equipo de protección contra gases, los equipos de respiración, resucitación y todo el equipo de seguridad, cuando el personal tenga que ingresar a atmósferas peligrosas. Además antes de que el personal ingrese a espacios cerrados se debe medir, la concentración de oxígeno y de cualquier otro vapor o gas tóxico que puedan estar presentes. h) Cuando se muestreen vapores o descargas calientes se deben aplicar técnicas y cuidados especiales. i) Se deben aplicar técnicas y cuidados especiales cuando se recolecte y maneje muestras radiactivas. j) La utilización del equipo de muestreo que se opere con electricidad en o cerca del agua, presenta peligros de electrocutación. Los procedimientos de trabajo, designación del sitio y mantenimiento del equipo deben ser planificados para minimizar estos riesgos. 3.3 Consideraciones especiales en el muestreo Diseño de los programas de muestreo. Dependiendo de los objetivos a ser ejecutados (ver 3.1) el punto de trabajo del muestreo puede ser cualquiera desde un solo sitio a una completa represa de río. Un punto básico de trabajo puede incluir sitios de muestreo en el límite de marea, en el mayor tributario de su confluencia, y en la mayor descarga de aguas residuales o de afluentes industriales. En diseños de programas de muestreo en los puntos de trabajo para determinar la calidad, es necesario hacer mediciones de flujo en estaciones claves. (ver 2.2) Identificación del sitio de muestreo. La identificación del sitio de muestreo permite obtener muestras comparativas. En la mayoría de los ríos el sitio de muestreo puede estar ya fijados por referencia a las características de la orilla del río. En los estuarios descubiertos, en las orillas costeras, los sitios de muestreo pueden similarmente relacionarse con un objeto estático fácilmente reconocible. Para muestreo desde un bote, se debe utilizar métodos instrumentales para la identificación del sitio. Son de gran utilidad los mapas de referencia y otras formas estándar de referencia Características del flujo. Idealmente, las muestras deben tomarse en las turbulencias, mezclando bien los líquidos, si es posible se debe inducir la turbulencia en los flujos presentes en el curso del río. Esto no se aplica para la recolección de muestras en las que se determinará gases disueltos y materiales volátiles, debido a que las concentraciones pueden alterarse por la turbulencia inducida Cambio de las características del flujo con el tiempo. El flujo puede cambiar desde una corriente normal a turbulento y viceversa; esto puede ocasionar un flujo reverso desde otras partes del sistema, y por lo tanto producir contaminación en el punto del muestreo Cambios en la composición del líquido con el tiempo. En cualquier momento pueden ocurrir pequeños arrastres de material, por ejemplo, por contaminantes disueltos, sólidos, materiales volátiles o capa superficial de aceite Muestreo en las tuberías. Los líquidos deben bombearse a través de tuberías de tamaño adecuado (por ejemplo, cuando se muestrean líquidos heterogéneos, las tuberías deben tener un diámetro nominal mínimo de 23 mm), con una velocidad lineal suficientemente alta para mantener las características turbulentas del flujo. Se debe evitar la tubería de recorrido horizontal Naturaleza del líquido. El líquido puede ser corrosivo o abrasivo, por lo tanto se debe considerar la resistencia del equipo de muestreo a estas condiciones. -5-

9 3.3.8 Cambios de temperatura que ocurren en los sistemas de muestreo. La variación de períodos cortos o largos en la temperatura puede causar cambios en la naturaleza de la muestra que afecten al equipo utilizado en el muestreo Muestreo para la determinación de sólidos en suspensión. Los sólidos se distribuyen donde quiera a través de la profundidad de un líquido. Se debe realizar una adecuada homogeneización, y de ser posible mantener las condiciones de turbulencia. Idealmente, la velocidad lineal debe ser suficiente para inducir turbulencia. Si esto no es posible, tomar una serie de muestras a través de toda la sección transversal del flujo. Se debe recordar que el tamaño del área de distribución de los sólidos en suspensión puede cambiar durante el tiempo que se necesita para completar el muestreo Muestreo para el contenido de compuestos volátiles. El material que está siendo muestreado debe ser bombeado con mínima succión. Toda la tubería de trabajo debe mantenerse llena y la muestra se debe extraer desde un tubo presurizado después de desechar algo de material para asegurar que la muestra recolectada es representativa Mezcla de aguas de diferentes densidades. Esto puede causar capas en el curso del flujo del río, por ejemplo, la producción de una capa de agua caliente sobre la de agua fría o de agua pura sobre la de agua salina Líquidos peligrosos. Es necesario considerar la posibilidad de la presencia de líquidos o humos tóxicos, o ambos, y la posible acumulación de vapores explosivos Efecto de las condiciones meteorológicas. Los cambios en las condiciones meteorológicas pueden inducir a variaciones marcadas en la calidad del agua, estos cambios deben ser anotados y tomados en cuenta cuando se interpreten los resultados. 3.4 Situaciones individuales de muestreo - Aguas Naturales Agua lluvia Cuando se recoge agua lluvia para análisis químico, se debe seleccionar el sitio de muestreo, para evitar la contaminación con materia extraña, por ejemplo, polvo, fertilizantes, insecticidas, etc. Los equipos de muestreo deben ser colocados preferiblemente en un campo abierto Si la muestra está congelada o como nieve o granizo, el embudo se debe, preferiblemente mantener caliente con la ayuda de un calentador adecuado, por ejemplo una resistencia eléctrica. Cuando esto no es posible, se retira el equipo completo y se descongela a baja temperatura Estuarios, aguas costaneras, mares y océanos Extensos y profundos. Deben ser claramente definidos los límites del área bajo investigación y se debe considerar la relación del área de investigación con las áreas adyacentes del agua. Para la selección de los sitios y posiciones de muestreo deben tomarse en cuenta que las mareas y otras modificaciones debidas al viento, densidad, grosor del sedimento, proximidad de la línea costanera, embarcaciones que pueden ocasionar considerables disturbios dentro del agua, por lo tanto la variación de su calidad en el sitio de muestreo designado. Además, debe considerarse cuidadosamente el efecto en el muestreo de cualquier descarga local Uso de botes. Cuando se utilizan botes, estos deben ser capaces de alcanzar todas las posiciones de muestreo dentro de los límites de tiempo del estudio, en adecuadas condiciones atmosféricas. -6-

10 Capa de hielo. El agua bajo una cubierta de hielo desarrolla una restringida estratificación termal inversa con una capa delgada (aproximadamente 5 mm) de agua fría de 0 a 3 C en la parte superior de la principal masa de agua a 4 C. Las excesivas gradientes de concentración térmica pueden estar asociadas con la estratificación térmica y además las comunidades biológicas también pueden estar estratificadas Ríos y vertientes Mezcla. Si es significativa la vertiente o existe estratificación en el punto de muestreo, se debe recoger una serie de muestras transversales y de profundidad para determinar la naturaleza y extensión de cualquier vertiente o estratificación Selección de lugares a) Los lugares se deben seleccionar para que proporcionen una muestra representativa, preferiblemente, donde la posibilidad de que ocurran cambios marcados en la calidad, o donde la utilización del río es importante, por ejemplo, en las confluencias, donde se presentan grandes descargas o separaciones. Generalmente se evitan las represas o los lugares donde ocurren pequeñas descargas con efectos muy locales. b) Se deben elegir de preferencia, los sitios donde se tiene la disponibilidad de datos sobre el flujo. Se utilizan, frecuentemente los puestos de control del río para la instalación del equipo de monitoreo. c) Si el muestreo está destinado a monitorear los efectos de una descarga, este debe realizarse aguas arriba y aguas abajo del sitio de la descarga, pero cuidando las recomendaciones para permitir la mezcla de la descarga, la receptividad del agua y los efectos sobre las muestras a profundidad. El muestreo aguas abajo se realiza para evaluar los efectos de la descarga en el río Canales. En general, se aplican las mismas consideraciones que para muestrear en ríos y vertientes, pero se necesita poner atención en los siguientes factores: Flujo. La dirección del flujo puede ser cambiable. La velocidad del flujo puede variar considerablemente y ser más dependiente del tráfico navegacional que de las condiciones atmosféricas prevalecientes Estratificación y emanación. Estos tienden a ser más pronunciados en ríos bajo condiciones de calma encausados en canales. El paso de los botes puede tener efectos muy marcados a corto plazo en la calidad del agua en un canal, especialmente en la concentración de los sólidos en suspención Reservorios y Lagos El muestreo debe realizarse en todos los puntos y profundidades disponibles de ingreso y salida. El cuerpo de agua puede estar termalmente estratificado y producir diferencias significativas de calidad entre diferentes profundidades. Las investigaciones ecológicas requieren de un programa de muestreo más detallado; que pueden requerir de datos meteorológicos y de caudal. En grandes masas de agua, normalmente es necesario muestrear desde un bote Aguas subterráneas Extracción de aguas subterráneas. Se requiere de muestras para verificar la conveniencia de extraer aguas subterráneas para una determinada utilización; las cuales pueden tomarse en el punto de extracción, a pesar que estas muestras pueden no ser representativas de la calidad general del agua en el acuífero. -7-

11 Agua en un acuífero a) Cuando el muestreo se realiza para evaluar la calidad del agua en un acuífero, en lo posible, se debe previamente bombear el pozo antes del muestreo, para asegurar que nueva agua es drenada del acuífero. Aún en estas circunstancias el agua de pozo puede estar estratificada por lo que un muestreo adicional puede requerirse para evaluar el grado de estratificación. Se debe anotar siempre la profundidad inferior del nivel del suelo al cual se toma la muestra. b) En los pozos con equipo de bombeo expuesto a corrosión, primero, se debe bombear para limpiar completamente la corrosión acumulada en el sistema. c) Cuando se requiere de muestras representativas, a profundidades predeterminadas en el acuífero, se pueden utilizar tubos de muestreo o perforaciones separadas para cada profundidad Sedimentos en ríos, estuarios, océanos, lagos y reservorios Se deben establecer patrones de muestreo tomando en cuenta la variación de composición, tanto en forma vertical como horizontal. Puede ser necesario obtener información acerca de la profundidad del sedimento o de composición a diferentes profundidades También se aplican en el muestreo de los sedimentos muchos factores importantes utilizados en el muestreo de aguas, como el uso de botes Los substratos son usualmente heterogéneos, se debe tener cuidado para asegurarse de tomar un número suficiente de muestras para proveer la evaluación representativa del parámetro en consideración Agua potable Agua bombeada dentro de la red de distribución a) El punto de muestreo se debe seleccionar de tal forma que permita monitorear los residuos de los agentes utilizados para la desinfección antes que se pierdan, pero luego de que la reacción sea completa, por ejemplo, el monitoreo del cloro residual luego de la completa reacción del dióxido de azufre con el exceso de cloro. b) En el muestreo para un análisis bacteriológico de rutina, se necesita tomar precauciones adecuadas, incluida cualquier regulación nacional de seguridad. c) El punto usual de muestreo es en el grifo conectado directamente al sistema de bombeo. El grifo de donde se muestrea no debe tener uniones y debe ser adecuado para esterilizar con llama. El material de la tubería de donde se toma la muestra debe seleccionarse de acuerdo a los requerimientos del análisis, por ejemplo una tubería de cobre puede incrementar la concentración de cobre en el agua y decrecer el contaje bacteriológico. Se debe asegurar que la muestra sea drenada directamente desde el grifo al recipiente, el recipiente recolector debe colocarse inmediatamente abajo del grifo pero no conectado, ni en contacto directo Reservorios de agua potable. Las muestras deben tomarse en un grifo unido a la tubería principal de salida, lo más cercana posible al reservorio. Algunos reservorios están diseñados para que se llenen y se vacíen por la misma tubería principal, por lo tanto son necesarias todas las precauciones para asegurar que el reservorío está vaciando al momento que se tome la muestra. -8-

12 Agua potable del sistema de distribución. Los grifos en las casas de los consumidores proveen del medio más satisfactorio de muestreo para el agua potable del sistema general de distribución. El mecanismo antigoteo y otros similares, deben ser retirados antes del muestreo, no se recomienda muestrear de una llave mezcladora. Las muestras de un sistema de distribución extenso se obtienen en los hidrantes o en los sitios de purga. Además, para el análisis bacteriológico se necesitan tomar precauciones especiales en el muestreo Lodos derivados del tratamiento del agua potable. Algunas plantas de tratamiento producen lodos ablandadores de caliza o lodos biológicos, la mayoría de los lodos producidos en las plantas de tratamiento para agua potable son de hidróxido de aluminio o de hidróxido de hierro. Se muestrean dentro de los tanques de coagulación o sedimentación a diferentes profundidades. Se debe evitar agitar las muestras de lodo y deben analizarse inmediatamente debido a que sus características cambian con el tiempo Balnearios. En los balnearios de formación natural el muestreo se realiza como en los reservorios o lagos (ver 3.4.5). En las piscinas con sistemas de recirculación, las muestras deben tomarse a la entrada, a la salida y en el cuerpo de agua. 3.5 Situaciones de muestreo en la industria Agua entrante Incluye a las aguas potables, aguas de río y aguas de pozo, usualmente son de composición homogénea en cualquier momento, a pesar que pueden variar en la calidad con el tiempo. El agua que entra a las industrias a través del sistema convencional de tuberías no requiere de un muestreo especial En caso de que se disponga de un suministro de aguas no potables, se debe tener cuidado de que los sistemas de distribución estén claramente identificados y que no se presenten dudas en los puntos de muestreo. Para controlar que un agua es adecuada para bebida, se debe disponer de puntos de muestreo en los sistemas de distribución Si lo que se necesita es la información sobre la calidad final de una mezcla de varias aguas, se debe asegurar una homogeneización adecuada antes del muestreo Agua de los sistemas de caldero Agua de una planta de tratamiento a) En el diseño de una planta de tratamiento la posición de los puntos de muestreo deben considerarse cuidadosamente y usualmente es necesario incluir la toma de muestras en varias etapas del tratamiento, así como a la entrada y salida de los filtros. Cuando hay sólidos en suspensión, se debe lavar la línea antes de tomar la muestra. b) Son necesarias técnicas especiales de muestreo para evitar pérdidas cuando se toman muestras en las que se determinen gases disueltos, por ejemplo, oxígeno o dióxido de carbono. Si se incluye una torre para eliminar dióxido de carbono se debe evitar que el manejo posterior de la muestra ocasione pérdidas o incrementos en el mismo. El tubo muestreador debe ser introducido en el cuerpo de agua para evitar las condiciones anómalas de la superficie Aguas de alimentación del caldero y agua del caldero a) El agua proveniente de varios puntos de muestreo en el circuito agua/condensado/vapor contendrá solamente trazas de las impurezas de interés; se debe poner especial cuidado para evitar la contaminación de las muestras en el intervalo entre el muestreo y el análisis. -9-

13 b) Los sistemas de muestreo deben, normalmente, estar fabricados de acero inoxidable y ser de una estructura que permita operar a las presiones a las que están expuestas. c) El agua para alimentar al caldero es, a menudo una mezcla de agua de alimentación tratada y de condensado que regresa. El punto de muestreo debe estar ubicado después que la mezcla haya ocurrido. d) Cuando se utilizan procesos físicos y/o químicos para la desaireación, se requiere de un muestreo para verificar la eficacia total de la desaireación. e) Para asegurar una muestra representativa del agua del caldero se debe muestrear en la tubería lateral de salida del agua Vapor y vapor condensado. En la industria es importante controlar la calidad del vapor y normalmente es necesario tomar muestras del vapor condensado en las líneas de retorno y del vapor super caliente o del vapor húmedo bajo presión. Para este tipo de muestreo se debe utilizar la sonda isocinética juntamente con un adecuado sistema de enfriamiento del condensado (de preferencia, el material usado en el sistema de enfriamiento debe ser acero inoxidable), se deben tomar precauciones para evitar la contaminación en el intervalo entre el muestreo y el análisis Agua de los sistemas de enfriamiento. Hay tres tipos de sistemas de enfriamiento: a) evaporación abierta; b) sistema continuo, y c) circuito cerrado. Normalmente en un sistema de evaporación abierto, se muestrea el agua que entra (agua de reposición) y el agua que circula. En un sistema continuo el punto de muestreo es a la salida. En un sistema de circuito cerrado el muestreo se debe realizar en el momento que se descarga del sistema. 3.6 Trato de afluentes Lugares de muestreo En el muestreo de los afluentes industriales se ha tomado en cuenta la naturaleza y el lugar de descarga de cada efluente individual En general, los puntos de descarga de afluentes industriales pueden ser tuberías de descarga o ductos abiertos en los lugares remotos donde el acceso físico es difícil y no exista alcantarillado. Alternativamente, los puntos de descarga pueden ser accesibles dentro del terreno de la industria. En ocasiones puede ser necesario muestrear alcantarillas profundas y en tales casos, se requiere de un equipo especial. Para el muestreo en las alcantarillas, por razones de seguridad, es preferible, que la alcantarilla esté diseñada de tal manera que permita el muestreo sin tener que ingresar en ella Se debe determinar un sitio de muestreo que excluya a las aguas residuales domésticas de las aguas residuales industriales Si la descarga del efluente se realiza en una laguna o en un tanque reservorio, la técnica de muestreo es similar a la de los lagos. -10-

14 3.6.2 Naturaleza del efluente En algunas situaciones industriales específicas (por ejemplo, descargas individuales de una planta antes de la posterior dilución) la concentración de algunos parámetros puede presentar dificultades que necesitan de un tratamiento particular. Por ejemplo, presencia de aceites y grasas, sólidos en suspensión, afluentes altamente ácidos y líquidos o gases inflamables Cuando los afluentes de una variedad de procesos se descargan dentro de la alcantarilla pública, se necesita de una mezcla adecuada para obtener una muestra representativa Agua industrial y efluente de lodos tratados Gran variedad de lodos químicos y biológicos se producen en el tratamiento industrial del agua, por ejemplo los lodos químicos pueden contener metales tóxicos o materiales radiactivos; los lodos biológicos de los afluentes de las plantas de tratamiento se deben muestrear de acuerdo a Cuando se muestrean estos lodos se deben tomar todas las precauciones necesarias, incluidas las regulaciones de seguridad nacionales. 3.7 Residuos y afluentes residuales. El muestreo se debe realizar en los residuos que entran a la planta de tratamiento, en las distintas etapas del tratamiento y a la salida del efluente Selección de los sitios de muestreo Afluentes líquidos a) El sitio de muestreo en cada etapa del proceso se debe escoger cuidadosamente, particularmente en el caso de residuos crudos, la composición de estos puede presentar variaciones considerables a través del tiempo. Los residuos pueden atraparse en las alcantarillas de sección transversal grande y su composición varía con la profundidad y con el diámetro de la alcantarilla. Puede ocurrir que no exista una mezcla homogénea de residuos de diferentes cauces. Antes de seleccionar el sitio de muestreo, se debe preparar un programa de muestreo preliminar para establecer todas las variaciones; el sitio del punto de muestreo rutinario se determina luego de analizar la información obtenida. En casos específicos se pueden tomar muestras compuestas, para obtener resultados confiables. b) El material flotante, no puede ser muestreado representativamente para un análisis de rutina y las muestras, generalmente, deben tomarse bajo la superficie. c) Las muestras de residuos crudos se toman luego de una investigación preliminar y de un proceso de atenuación, para evitar la inclusión de partículas grandes en la muestra y prevenir atascamientos. Cuando se utilizan muestreadores automáticos, estos se sitúan aguas arriba, y se coloca un tamiz fijo al interior del muestreador para evitar atascamientos. d) Al seleccionar un sitio para muestrear residuos crudos en la planta de tratamiento, se debe considerar los líquidos recirculados dentro de la planta, se recomienda tomar dos muestras, una que incluya a todos los líquidos que representan la carga total de la planta, y otra que excluya los líquidos de recirculación para dar una medida de la carga por fuentes externas. Si no es posible recolectar cada una de estas muestras, calcular la posible composición de los residuos muestreando y analizando separadamente los líquidos Residuos del tratamiento de lodos a) Los lodos se muestrean en los tanques, principalmente en los de sedimentación o de digestión; en las lagunas o en el lecho seco. b) Se pueden presentar dificultades cuando se muestrean lodos primarios y lodos digeridos, debido a la deficiente homogeneidad y a la presencia de partículas grandes. -11-

15 c) Si el muestreo se realiza en la tubería, se lo debe hacer en un tubo de al menos 50 mm de diámetro para prevenir que ocurran atascamientos, las muestras se deben tomar a intervalos frecuentes de tiempo. Cuando se muestrea en los tanques, lagunas o lechos secos se puede necesitar de un gran número de muestras a diferentes profundidades y posiciones. El difícil acceso a los puntos de muestreo, hace que se requieran de estructuras especiales. d) En todas estas situaciones, es necesario un control estadístico para determinar la frecuencia del muestreo. Un ejemplo de tal control está incluido en el numeral Agua lluvia La descarga de esta agua ocurre cuando los caudales en los cursos de recepción del agua son altos y la dilución disponible es suficientemente grande El muestreo de estas descargas presenta problemas especiales debido a su naturaleza intermitente y porque su calidad puede cambiar marcadamente durante el período de descarga. La heterogeneidad en la naturaleza de esta agua se debe tomar en cuenta cuando se seleccionen las técnicas y el equipo a ser utilizado durante el muestreo Los datos sobre las precipitaciones y la temperatura del aire son importantes durante el período de muestreo. 4.1 Introducción 4. DURACIÓN Y FRECUENCIA DEL MUESTREO Es importante la información sobre el período de tiempo durante el cual la calidad del agua puede variar. Las siguientes indicaciones pueden evitar un muestreo inadecuado o una frecuencia de muestreo innecesaria. 4.2 Tipos de programas de muestreo Existen tres tipos de muestreo que se describen como: Control de Calidad, Caracterización de la Calidad e Identificación de las causas de contaminación (ver numeral 2.1.5) Las mediciones realizadas para propósitos de control de calidad pueden usarse para caracterizar la calidad y viceversa Programas de Control de Calidad. Involucra, usualmente, al control de la concentración de uno o más parámetros dentro de límites definidos. Los resultados son necesarios para decidir, si es necesaria una acción inmediata. La frecuencia de muestreo debe, por lo tanto, ser elegida de tal modo que la probabilidad de que ocurran desviaciones importantes fuera de los límites de control, entre medidas sucesivas, sea aceptable. Hay dos factores por los cuales se fijan las frecuencias a) la magnitud y duración de la desviación de las condiciones deseadas, y b) las probabilidades de que ocurra la desviación de las condiciones deseadas Programas de Caracterización de la Calidad. Estos programas apuntan a estimar uno o más parámetros estadísticos, en su concentración o su variabilidad durante un período definido, o ambos. Por ejemplo, la media o mediana indican la tendencia central de los resultados y la desviación estándar indica la variabilidad. Estos resultados son necesarios en un trabajo de investigación o para la caracterización de parámetros los cuales, normalmente, no son necesarios controlar, o para propósitos de control a largo plazo Programas para investigar las causas de contaminación. Estos programas deben ser diseñados para determinar la naturaleza de las descargas contaminantes de origen desconocido. Este muestreo se realiza para establecer el origen y la naturaleza de los contaminantes. Los programas de muestreo deben establecer frecuencias de muestreo a intervalos cortos de tiempo. -12-

16 4.3 Consideraciones estadísticas Establecimiento de los programas de muestreo La duración y frecuencia de muestreo de cualquier programa puede decidirse apropiadamente, solamente luego de un detallado trabajo preliminar en el cual es necesario un muestreo frecuente para proporcionar la información en las que se apliquen técnicas estadísticas. Si la calidad está sujeta a variaciones debidas al azar o son sistemáticas, los valores obtenidos para los parámetros estadísticos, como la media, desviación estándar y otros valores máximos, son solamente estimados de los parámetros reales y, generalmente, difieren entre ellos En el caso de variaciones puramente debidas al azar, las diferencias entre estos estimados y los valores reales se pueden calcular estadísticamente, y decrecen cuando el número de muestras se aumenta. Una vez que se ha decidido la frecuencia del muestreo, el dato obtenido debe revisarse regularmente para que los cambios en la frecuencia del muestreo se realicen tan pronto sea necesario Para un tratamiento estadístico completo del cálculo del intervalo de confianza, referirse a ISO Intervalo de confianza. En la práctica, el intervalo de confianza L de la media de n resultados, se define como el rango en el cual la media real está situada dentro del nivel de confianza Nivel de confianza. El nivel de confianza es la probabilidad de que la media real esté incluida dentro del intervalo de confianza L. Un intervalo de confianza para el valor medio X de una concentración calculada en la base de una muestra con n resultados y a un nivel de confianza del 95 %, significa que hay 95 oportunidades entre 100 que el intervalo contenga la X real. Para el caso en el que efectivamente se tome una gran cantidad de muestras, la frecuencia de ocurrencia en la que el intervalo incluya el valor real de X estará cerca del 95 % Determinación del intervalo de confianza y del número de muestras Para un número de n resultados tomados al azar, los valores de X real y de la desviación estándar σ, son respectivamente la media aritmética, X y S y se calcula de acuerdo a la siguiente fórmula: s = = n i= 1 ( x 1 ( n 1 i x) n 1 n i= 1 x 2 i 2 1 ( n n i= 1 x ) i 2 Donde X i representa los valores individuales. Cuando n es grande (ver 4.3.1), S difiere muy poco del valor real de σ, el intervalo de confianza de X, calculado para un número de resultados n es X ± k/n. Donde k tiene el valor dado en la tabla a continuación, dependiendo del nivel de confianza adoptado: -13-

17 Nivel de confianza % K 2,58 2,33 1,96 1,64 1,20 1,00 0,67 Para estimar la media de X en un intervalo de confianza dado L, al nivel de confianza escogido el número de muestras necesarias es: (2kσ/L) 2. Esto es válido, solamente, cuando se conoce σ Serán necesarias más muestras cuando se tenga disponible un valor estimado de S, no obtante, esto producirá una pequeña diferencia en el valor de k, si el valor de S, está basado en un número relativamente grande de muestras Azar y variaciones sistemáticas de la calidad del agua Las variaciones debidas al azar, normalmente, tienen una distribución normal o logarítmica. Las variaciones sistemáticas pueden ser tendencias o variaciones cíclicas y pueden producirse, conjuntamente las dos variaciones. La naturaleza de la variabilidad puede ser diferente para cada parámetro en una misma agua Si las variaciones debidas al azar son las dominantes, la duración del muestreo estadísticamente no es importante, aunque, puede ser importante para propósitos de control de calidad. Si ocurren variaciones cíclicas, la duración del muestreo es importante para cubrir el ciclo completo de variación o para detectar las concentraciones máximas o mínimas de interés. Los períodos de muestreo deben ser a intervalos regulares en los períodos de tendencia. En cada una de las situaciones arriba descritas, el número de muestras debe determinarse por las consideraciones estadísticas anteriormente indicadas Si no se presentan variaciones cíclicas o estas son muy pequeñas, comparadas con las variaciones debidas al azar, el número de muestras que se necesita tomar debe ser lo suficientemente grande para satisfacer la incertidumbre de la media de un parámetro, a un nivel de confianza dado Por ejemplo, si se aplica la distribución normal, de acuerdo con lo anterior, el intervalo de confianza L de la media de n resultados; a un determinado nivel de confianza, está dado por: L = 2Kσ n En donde: σ es la desviación estándar de la distribución Si el intervalo de confianza elegido es el 10 % de la media, el nivel de confianza elegido 95 % y la desviación estándar 20 % de la media, entonces: 10 = 2x1,96x20 n Por lo tanto: n = 7,84-14-

18 Y n 61 Esto indica una frecuencia de muestreo de 2 muestras por día, si el período de investigación es de 1 mes, o entre 1 y 2 muestras por semana si el período de investigación fuera 1 año. 4.4 Variabilidad anormal. Mientras las condiciones anómalas persistan, puede ser necesario incrementar la frecuencia de muestreo, por ejemplo, durante el proceso de arranque de una planta de tratamiento, durante la crecida de un río, o en el tiempo de floración de las algas. En los cálculos de tendencia a largo plazo los resultados obtenidos de estas muestras serán utilizados solo si se incrementa la frecuencia del muestreo. 4.5 Duración de la causa para muestrear y muestras compuestas. Si lo que interesa es solamente el promedio de la calidad durante un período y a condición de que los parámetros sean estables, esta situación puede utilizarse para establecer la frecuencia y duración del muestreo. Este principio es similar al de la preparación de muestras compuestas. Los dos procesos reducen el trabajo analítico sobre la base del conocimiento de las variaciones de calidad. 5. MEDICIONES DEL CAUDAL Y SITUACIONES QUE JUSTIFICAN SU MEDICIÓN PARA PROPÓSITOS DE CALIDAD DEL AGUA. 5.1 Introducción El control de aguas residuales, tratamiento de afluentes y comportamiento de calidad de las aguas naturales, utilizando modelos de técnicas matemáticas ha incrementado la importancia del dato del caudal. Por ejemplo, las cargas de contaminantes no pueden ser evaluadas sin las mediciones del caudal Hay tres aspectos del caudal que son necesarios medir: a) dirección, b) velocidad, y c) cantidad de descarga 5.2 Dirección del caudal En la mayoría de los cursos de agua subterránea, el caudal es unidireccional y evidente, pero en los canales de navegación y en los canales de drenaje no siempre es así; la dirección del caudal puede variar con el tiempo. Es muy importante conocer la dirección del caudal de la masa de agua en un acuífero, para evaluar las consecuencias de contaminar el acuífero y para seleccionar los sitios de perforación para el muestreo En los procesos de tratamiento, el comportamiento del movimiento del agua en los tanques afecta la mezcla de los componentes y la sedimentación de la materia en suspensión, estas situaciones deben tenerse en cuenta para asegurar que las muestras recolectadas sean representativas En estuarios y aguas costaneras, es frecuentemente necesario medir la dirección del movimiento del agua como parte fundamental del programa de muestreo. La velocidad y dirección pueden ser muy variables, y dependen de las modificaciones periódicas debidas a las condiciones meteorológicas y a otros factores y condiciones. -15-

19 5.3 Velocidad del caudal. La velocidad del caudal es muy importante: a) en el cálculo de la cantidad de descarga (ver 3.4.1); b) en el cálculo de la velocidad media o del tiempo de recorrido, que para propósitos de calidad es el tiempo necesario para que un cuerpo de agua se desplace una distancia dada; c) en la evaluación del efecto de la turbulencia producida por la velocidad en la homogeneización del cuerpo de agua. 5.4 Cantidad de descarga. La cantidad de descarga es el volumen de líquido que pasa por un punto dado por unidad de tiempo. La información de la media y el máximo de la cantidad de descarga es importante para el diseño y la operación de las plantas de tratamiento de afluentes, aguas residuales y aguas, además es importante para fijar límites de calidad que protejan los cursos naturales de agua. 5.5 Causas para medir el caudal en el control de calidad del agua Plantas de tratamiento de cargas. El dato del caudal es necesario para evaluar las cargas de contaminantes impuestas sobre una planta de tratamiento. En un sistema de aguas residuales se necesita hacer esta medición junto a los puntos de descarga, así como durante el trabajo mismo. Si las aguas de desecho a ser tratadas varían en cantidad o calidad con el tiempo, para obtener un estimado confiable de la carga, es necesario registrar el caudal continuo de carga. Frecuentemente, las muestras compuestas se obtienen mezclando muestras relacionadas con el caudal registrado al momento del muestreo. El costo del tratamiento de las descargas de efluentes a las alcantarillas públicas es directamente proporcional a la calidad y al volumen del efluente descargado Efectos de la dilución. La descarga de sustancias peligrosas en las alcantarillas públicas debe ser controlada de manera individual, las alcantarillas y los procesos de tratamiento no se afectan negativamente, cuando al mismo tiempo se utiliza una dilución de aforo. El factor de dilución debe calcularse cuando se consideran los posibles efectos de una descarga en el curso natural del río y cuando se requiere imponer límites de calidad a esta descarga. En estas circunstancias y cuando la dilución debida a otra alcantarilla en el sistema es mínima, los datos de la descarga son muy valiosos Cálculo del caudal de la carga. Los cálculos del caudal de las cargas son utilizados ampliamente, para fijar los límites permitidos de las descargas y para evaluar los efectos en la calidad por las crecidas o disminuciones del río. Estos cálculos son fundamentales para modelos de calidad en la totalidad del río, y sistemas de desembocadura, y frecuentemente se basan, en la típica o caudal medio de la descarga. Las técnicas del modelo dinámico requiere de datos de caudales continuos y del cálculo de los valores caudal - frecuencia Transporte de contaminantes y velocidad de recuperación Si la concentración de un contaminante en una descarga varía con el tiempo, un estimado confiable de la dispersión o degradación del contaminante, puede obtenerse si se conoce la cantidad del contaminante transportado desde el punto de la descarga. Por lo tanto, en un programa de muestreo, para un río o una descarga, se debe tomar la muestra en la misma dirección del curso del río Cuando una descarga accidental, de un contaminante, entra al curso de agua, para evaluar los efectos de esta contaminación, es necesario conocer el tiempo requerido, por el contaminante para llegar al curso del río. -16-

20 5.5.5 Parámetros relacionados con el caudal. Las concentraciones de ciertos parámetros de calidad del agua, tales como dureza temporal o cloruro, se ha encontrado, en ciertas circunstancias, que tienen relación con la velocidad del caudal. Si se disponen de registros adecuados, enlazando la velocidad del caudal con las concentraciones, se puede lograr un estimado de la calidad del agua que relacione los parámetros con la velocidad del caudal medida anteriormente. Los controles deben realizarse a intervalos para verificar si la relación se mantiene válida Agua subterránea. Una evaluación confiable del riesgo de contaminación en el curso de un agua subterránea y la esperada velocidad de recuperación de ellos, requiere conocer la dirección y la velocidad con que las aguas subterráneas se mueven. 5.6 Métodos disponibles para medir el caudal Las mediciones pueden ser individuales, como las que se realizan usando flotadores en un estuario o realizando una lectura directa con el medidor de corriente en un río; o puede ser continua, como las realizadas por fluviómetros en las descargas mayores La dirección y la velocidad se pueden medir usando: a) anclas; b) flotadores y arrastradores; c) trazas de químicos (incluidas tinturas); d) trazas microbiológicas; e) trazas de radiactivos La velocidad puede, también, medirse usando: a) fluviómetros de lectura y registro directo; b) técnicas ultrasónicas; c) técnicas electromagnéticas; d) técnicas neumáticas La descarga puede determinarse usando: a) medidores de velocidad, como los mencionados en 5.6.3, efectuado en un canal de sección transversal conocida; b) medios mecánicos directos, como una cubeta o un acuómetro estándar; c) medidores del nivel de agua antes de una disminución del caudal, como una esclusa en el acueducto. El nivel puede medirse: 1. visualmente, por medio de una regla calibrada; 2. automáticamente, por medio de un flotador, por cambios en la resistencia eléctrica, en la presión diferencial, fotográficamente o acusticamente. d) en una tubería se utilizan los siguientes medios: 1. diferencia de presión al cruzar un cuello Venturi; 2. diferencia de presión al cruzar una placa de orificio; 3. velocidad de bombeo multiplicado por la duración del bombeo; 4. técnica electromagnética, ultrasónica y otras. e) dilución aforada, para realizar mediciones puntuales de descarga en los cursos naturales de agua. -17-