Nociones Elementales de Calidad del Agua

Transcripción

1 Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Taller Nociones Elementales de Calidad del Agua M.C. Filis Moreno Añorve Zamora, Michoacán Mayo 2011

2 T OD

3 ph Importancia El potencial de Hidrógeno (ph) afecta la solubilidad, y en consecuencia, la biodisponibilidad de muchas sustancias existentes en el agua, algunas de las cuales pueden ser tóxicas para los seres humanos y para los organismos acuáticas

4 Conceptos - Concentración de iones hidrógeno presentes en el agua. - Se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno. ph = - log [H+]

5 ph Intervalo tolerable Neutro Intervalo óptimo

6 La alteración del ph de un ecosistema, puede causar la muerte de peces y esterilizar una corriente acuosa natural. En los procesos biológicos de tratamientos de aguas residuales, debe ser mantenido en un cierto ámbito que sea favorable a los organismos comprendidos en el sistema.

7 FUENTES - Naturales - Dióxido de carbono - Piedra caliza Resumen ph - Humanas - Lluvia ácida - Escurrimientos ácidos de las minas - Exceso de nutrientes RELEVANCIA - Para los seres humanos - Afecta la solubilidad de los metales en los ductos de agua potable - El rango en el agua potable es 6.5 a Para los animales y las plantas - Afecta la solubilidad de metales y nutrientes - El rango en que la mayoría de los animales puede sobrevivir es de 5 a 9

8 Resumen ph CONSECUENCIAS - En la salud humana - Fuera de los rangos mencionados el agua no es potable - En el ambiente - Toxicidad del amoniaco para animales si el ph es alto - Si el ph es bajo, los metales tóxicos (como el aluminio) se hacen solubles - Fuera de los rangos mencionados, se rompe el equilibrio osmótico con consecuencias fatales POSIBLE REMEDIACIÓN - Reducir emisiones de NO y de SO2 - Tratar el escurrimiento ácido de las minas

9 Alcalinidad Importancia La alcalinidad es una propiedad del agua que ayuda a prevenir cambios violentos de ph, protegiendo así a los seres humanos, la vida salvaje y la vida acuática.

10 La alcalinidad del agua es una medida de su capacidad para neutralizar ácidos, y se debe principalmente a la presencia de sales de ácidos débiles, contribuyendo también las bases débiles y fuertes.

11 La alcalinidad en aguas naturales o tratadas se debe principalmente a: Hidróxidos Carbonatos Bicarbonatos

12 Sinópsis alcalinidad La alcalinidad y la acidez indican la reserva total o capacidad amortiguadora de una muestra. El ph representa la actividad instantánea del ión hidrógeno.

13 Resumen alcalinidad FUENTES - Naturales - Rocas carbonatadas - Humanas - Efluente de planta de tratamiento de aguas residuales RELEVANCIA - Para los seres humanos - Amortigua la entrada de ácidos - Remueve metales pesados en la solución - Para los animales y las plantas - Amortigua la entrada de ácidos - Remueve metales pesados en la solución

14 Resumen alcalinidad CONSECUENCIAS - En la salud humana - Menores: Se pierde la capacidad de amortiguamiento - Mayores: Daña la piel y corroe las tuberías - En el ambiente - Menores: Se pierde la capacidad de amortiguamiento - Mayores: Daña la vida acuática - Su concentración debe ser por lo menos 20 mg/l, para proteger la vida acuática POSIBLE REMEDIACIÓN - Neutralizar el drenaje ácido de las minas, así como la lluvia ácida

15 Temperatura Importancia La temperatura determina la función metabólica, el ciclo de reproducción y su duración, y por lo tanto el ciclo vital de los organismos acuáticos. También afecta otros parámetros de la calidad del agua, como el oxígeno disuelto.

16 En el ciclo hidrológico influye en los procesos de evaporación, transpiración y condensación. La temperatura de los cuerpos de agua influye directamente en los procesos de autopurificación de los desechos vertidos. La temperatura, agua y aire, influyen en la disipación del calor de los cuerpos de agua.

17 La temperatura del agua es importante en la conservación de la vida acuática. Afecta la rapidez de disolución de gases. de líquidos y algunas sales. Parámetros físicos y químicos de importancia sanitaria tales como densidad, conductividad y ph se ven afectados por variaciones de temperatura.

18 Importancia sanitaria (temperatura) Interferencia en estudios de calidad del agua ya que influye en procesos de productividad acuática. Disminuye la eficiencia de procesos de coagulación de tratamientos de agua. Causa crecimientos excesivo de algas y malezas en cuerpos de agua.

19 Temperatura y microbiología El agua es uno de los vehículos o medios de transmisión de: - bacterias - protozoarios - virus - amibas

20 Resumen temperatura FUENTES DE CAMBIO - Naturales - Sedimentos - Vegetación en los ríos - Extensión del terreno - Composición del lecho del río - Volumen y flujo de la corriente - Temperatura de los tributarios - Humanas - Contaminación térmica - Escurrimiento - Remoción de vegetación

21 RELEVANCIA Resumen temperatura - Para las plantas y animales - Afecta la cantidad de oxígeno disuelto - Controla la susceptibilidad a las enfermedades, ocasionadas tanto por microorganismos como por parásitos mayores - Controla la temperatura corporal - Afecta el ciclo vital (oportunidad, duración y éxito - Controla el índice de fotosíntesis CONSECUENCIAS - En el ambiente - Interfiere la función metabólica de los organismos de sangre fría - Reduce el oxígeno disuelto - Incrementa el crecimiento de plantas y algas - Sustitución de especies (por otras más tolerantes a la contaminación) POSIBLE REMEDIACIÓN - Mantener la vegetación ribereña

22 Importancia Bacterias Las bacterias están entre los organismos más simples, pequeños y abundantes de la Tierra. Los coliformes son bacterias que están en plantas y animales. Los coliformes totales es una prueba de laboratorio que indica la presencia en el agua de bacterias patógenas.

23 Conceptos Son organismos unicelulares, carentes de núcleos que se reproducen por fisión binaria. Se alimentan de carbohidratos (azúcar, almidón) y nutrientes (nitrógeno y fósforo), algunas de (sulfuros o hierro).

24 Conceptos Son microorganismos bioindicadores de contaminación. Col. totales, Col. fecales, Escherichia Colli CT EC CF

25 Patógenos Salmonella Shigella bacterias Vibrio Cholerae Pseudomonas -Giardia Lamblia -Ascaris Lumbricoide protozoarios Rotavirus Virus de hepatitis A virus AMIBAS

26 Resumen Bacterias FUENTES - Naturales - Las bacterias están en todas partes - Humanas - Heces fecales RELEVANCIA - Para los seres humanos - Indican contaminación fecal - Coexisten con más bacterias dañinas - Producen vitaminas útiles - Para los animales - Indican cantidades grandes de bacterias - Producen vitaminas útiles

27 Resumen Bacterias CONSECUENCIAS - En la salud humana - Algunas producen toxinas - No es recomendable zambullirse en aguas con grandes cantidades de bacterias - Pueden causar enfermedades - En el ambiente - En gran cantidad llevan a la clausura de cuerpos de agua de uso recreativo POSIBLE REMEDIACIÓN - Laguna de desechos animales - Protección de las riberas con vallas - Filtración - Desinfección

28 Nutrientes Nitrógeno Fósforo

29 Ciclo del nitrógeno

30

31 Nitratos Importancia El nitrógeno se encuentra en las células de todos los organismos y es uno de los componentes de las proteínas. Las plantas no pueden usar el nitrógeno en la forma que comúnmente se encuentra (nitrógeno atmosférico N2), lo que es una limitante nutricional para el crecimiento de las plantas.

32 Importancia sanitaria de los nitratos En cantidades excesivas provocan metahemoglobinemia infantil (niños azules).

33 Características Esenciales para muchos organismos autótrofos fotosintéticos. En condiciones aerobias los nitritos son oxidados a nitratos por nitrobacter. En condiciones anaerobias los nitratos se reducen por el proceso desnitrificación

34 Resumen Nitrógenos FORMAS N2, NH3, NH4, N2O, NO2, NO3 FUENTES - Naturales - 79% de aire - Rayos y truenos - Bacterias fijadoras del nitrógeno - Algas verdiazules - Humanas - Drenaje urbano - Cultivos fijadores del nitrógeno - Fertilizantes y desechos animales - Quema de combustibles fósiles RELEVANCIA - Para los seres humanos, los animales y las plantas - Metabolismo, crecimiento

35 Resumen Nitrógenos CONSECUENCIAS - En la salud humana - Mayor rendimiento y calidad del cultivo - Síndrome del bebé azul bacterias - Pueden causar enfermedades - En el ambiente - En gran cantidad llevan a la clausura de cuerpos de agua de uso recreativo POSIBLE REMEDIACIÓN - Laguna de desechos animales - Protección de las riberas con vallas - Filtración - Desinfección

36 Fósforo Importancia El fósforo es un nutriente esencial para todas las formas de vida terrestre. Es uno de los 17 elementos químicos que las plantas requieren para crecer. En exceso, causa la eutrofización de los lagos.

37 El fósforo se encuentra en agua naturales y de desechos como: Ortofosfato Fosfato hidrolizado o condensado Como parte de un compuesto orgánico En forma soluble En partículas de detritos o en organismos acuáticos y en sedimentos de los cuerpos de agua

38 Fuentes de fósforo Agua de uso agrícola Escurrimientos superficiales Aguas de desecho de origen doméstico que contengan: Residuos humanos, animales y plantas Detergentes Microorganismos

39 Fuentes de fósforo Aguas de desecho industrial relacionadas con: Procesos de control de la corrosión Aditivos usados en el control de incrustaciones Procesos químicos

40 Formas de fósforo El fósforo se clasifica en: Ortofosfato (fósforo disponible) Fósforo total Soluble Total

41

42 Relevancia sanitaria (fósforo) Incremento de fitoplancton causa olor y sabor a los cuerpos de agua Taponamiento en sistemas de filtración Disminución de oxígeno Degradación de calidad del cuerpo de agua (Eutroficación)

43 Relevancia sanitaria (fósforo) Interferencia en estudios de calidad del agua ya que influye en procesos de productividad acuática Disminuye la eficiencia de procesos de coagulación de tratamientos de agua Causa crecimientos excesivo de algas y malezas en cuerpos de agua

44 Resumen Fósforo FORMAS PO 43, HPO 4, H 2 PO 4, P FUENTES - Naturales - Apatita (mineral) - Fósforo elemental - Humanas - Desechos animales y humanos - Descargas industriales - Fertilizantes - Erosión del suelo

45 Resumen Fósforo RELEVANCIA - Para los seres humanos - Producción de fuegos artificiales, cerillos y acero - Aspecto de los dientes - Polvo para hornear - Refrescos - ATP, ADN, ARN - Para los animales y las plantas - Mantiene saludables huesos y conchas - Producción, almacenamiento y transmisión de energía - ATP, ADN, ARN

46 Resumen Fósforo CONSECUENCIAS - En la salud humana - Interfiere en el tratamiento de agua residual -En el ambiente - Eutrofización - Reduce los niveles de oxígeno disuelto - Origina reemplazo de bacterias aerobias por anaerobias - Propicia la aparición de especies tolerantes a la contaminación - Brotes de algas

47 Oxígeno disuelto Importancia Así como los animales necesitan el oxígeno del aire para vivir, los animales acuáticos necesitan el oxígeno disuelto en el agua.

48 Características oxígeno disuelto La cantidad de oxígeno (molecular) presente en una muestra de agua, se expresa en mg/l o en % de saturación. Depende de la altitud y de la temperatura.

49 Características oxígeno disuelto La solubilidad de oxígeno varía desde 14.6 mg/l a 0 C hasta 7 mg/l a 36 C bajo una atmósfera de presión. La oxidación biológica aumenta con la temperatura y por tanto la demanda de oxígeno; por otra parte, a altas temperaturas el oxígeno es menos soluble. Nivel mínimo de oxígeno 8 mg/l.

50 Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

51 Conceptos Estimación de la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica de una muestra de agua, por medio de una población microbiana heterogénea. Procedimiento de bioensayos que consiste en medir el oxígeno consumido por los organismos vivos al utilizar como alimento la materia orgánica presente en un desecho.

52 Conceptos Reacciones oxidativas resultado de la actividad biológica, la velocidad depende de la población de microorganismos y de la temperatura. Temperatura promedio en cuerpos de agua naturales 20 C.

53 DBO Materia orgánica Temperatura Población microbiana CO 2 + H 2 O + NH 3 + Residuos No Biodegradables

54 Significado sanitario La DBO es la medida del oxígeno necesario para estabilizar química y biológicamente la materia orgánica en un intervalo de tiempo. Entre mayor sea la carga orgánica mayor el oxígeno para su descomposición, por tanto disminución de oxígeno disuelto afectando la vida acuática y otros usos del cuerpo de agua.

55 Fuentes de contaminación responsables del aumento de la DBO en aguas residuales: Descargas urbanas. Industria cervecera, textil, papelera, empacadoras e ingenios azucareros.

56 Resumen DBO FUENTES - Naturales - Absorción en la interfaz aire-agua - Producto secundario de la fotosíntesis en plantas RELEVANCIA - Para los animales - Esencial para la sobrevivencia de casi todos los animales acuáticos - Los peces lo absorven a través de las branquias, es lo que respiran

57 Resumen DBO CONSECUENCIAS - En la salud humana - Ninguna - En el ambiente - Las bajas concentraciones de oxígeno disuelto causan cambios en las especies - Causa potencial de muerte en peces POSIBLE REMEDIACIÓN - Mantener la temperatura del agua en un medio natural - Limitar la erosión - Limitar las fuentes humanas de materia orgánica

58 Transparencia y turbiedad Importancia Indicador de la calidad del agua, tanto para la salud humana como para la comunidad acuática. La prevención de la erosión es la mejor forma de minimizar la turbiedad en el agua potable y en corrientes de agua.

59 Transparencia Distancia hasta donde llega la luz solar en un cuerpo de agua. (Disco de Sechi). Penetración de la luz en un cuerpo de agua.

60 Sólidos sedimentables Partículas sólidas suspendidas en una muestra de agua, que se depositan en el fondo del recipiente, debido a la fuerza de la gravedad, se expresan en ml/l

61 Turbiedad Es una expresión de la propiedad óptica que causa que una muestra de luz se desvíe o se absorba en lugar de transmitirse en línea recta. En análisis de agua se expresan como UNT (unidades nefelométricas de turbiedad).

62 Fuentes de turbiedad La turbiedad en el agua es debida a la presencia de partículas de material suspendido, que varía desde arcillas hasta materia orgánica e inorgánica, finamente diluida. La turbiedad debida a la materia orgánica depende de la concentración más que del tamaño.

63 En el aspecto inorgánico los tamaños de las partículas que causan la turbiedad varían entre 0.2 y 0.9 micras. Las partículas menores se clasifican como coloidales y pueden permanecer suspendidas por mucho tiempo.

64 Resumen turbiedad FUENTES - Naturales - Humanas - Arena, limo y arcilla - Desechos industriales - Algas, plancton y taninos - Drenaje sanitario - Bacterias y virus - Asbesto y plomo RELEVANCIA - Para los seres humanos - Modifica la composición del agua - Interfiere en la elaboración de bebidas, partes de cómputo, etc. - Para los animales - Oculta lechos de grava - Impide que los peces vean ubiquen a sus presas -Para las plantas - Arrastra nutrientes

65 Resumen turbiedad CONSECUENCIAS - En la salud humana - Interfiere en la desinfección del agua - Daña calentadores y tuberías - En el ambiente - Dificulta la respiración y la sobrevivencia de los peces - Entorpece la fotosíntesis POSIBLE REMEDIACIÓN - Conservar una franja amortiguadora de vegetación a lo largo de las riberas - Dar tratamiento adecuado al drenaje sanitario - Labrar la tierra de las riberas

66 Dureza Importancia La prueba de dureza del agua es importante en las casas habitación, ya que este parámetro influye en los productos de limpieza. Los procesos industriales pueden resultar afectados, por el efecto del agua dura en los equipos.

67 Conceptos La dureza es una característica del agua que representa la la concentración total de iones calcio y magnesio, expresados como carbonato de calcio. El agua dura es la que requiere cantidades considerables de jabón para producir espuma. Provoca incrustaciones en tuberias de agua caliente, calderas, evaporadores, intercambiadores de calor y otras unidades que incrementen la temperatura del agua.

68 Clasificación del agua de acuerdo a su dureza 0-75 mg/l CaCO3 SUAVE mg/l CaCO3 POCO DURA mg/l CaCO3 DURA Más de 300 mg/l CaCO3 MUY DURA

69 Principales cationes de dureza y sus aniones Cationes de dureza Ca 2+ Mg 2+ Sr 2+ Fe 2+ Mn 2+ Aniones HCO 3 SO 4 Cl NO 3 SiO 3

70 Tipos de dureza Según el Ión metálico en: Dureza de calcio y magnesio Dureza total = Dureza Ca 2+ + Dureza de Mg 2+

71 Significado sanitario (dureza) Para consumo humano las aguas duras son tan satisfactorias como las suaves. Las aguas duras presentan problemas en la industria debido a las incrustaciones que ocasionan en el equipo a altas temperaturas, por lo que se requiere tratamientos de remoción.

72 Resumen dureza FUENTES - Naturales - Rocas y suelo - Desechos industriales RELEVANCIA - Para los seres humanos - Umbral del sentido del gusto - Puede interferir en el tratamiento del agua - Es eliminada antes de que las industrias usen el agua - Para los animales - Componentes importantes de conchas y huesos - Para las plantas - Componentes importantes de las paredes celulares - Componente de la clorofila

73 Resumen dureza CONSECUENCIAS - En la salud humana - Mayor rendimiento y calidad del cultivo - Cabello opaco, sin vida - Acumulación de escamas en las tuberías - Corrosión de las tuberías - En el ambiente - Reduce la intoxicación por metales en los peces y otros organismos acuáticos - Necesaria para la formación de conchas y cutículas - Mantiene el equilibrio osmótico en las plantas acuáticas POSIBLE REMEDIACIÓN - Usar surfactantes biodegradables - Tratar el agua con suavizantes

74 Conductividad Importancia La conductividad es una forma fácil y rápida de estimar los sólidos disueltos en una muestra. Puede servir como indicador de problemas serios relacionados con la calidad del agua.

75 Conceptos La conductividad eléctrica de una muestra está dada por los iones presentes Unidad: Micro Siemens/cm Depende de la temperatura Se reporta como salinidad cuando son valores muy grandes de conductividad y se supone que los iones mayoritarios son cloruros y sodio

76 Conceptos El agua de lluvia tiene baja conductividad < 100 μs/cm En general el agua residual municipal tiene > 500 μs/cm El agua de mar tiene salinidad de 35 o/oo

77 FUENTES Resumen conductividad - Naturales - Geología - Suelo y sedimentos - Humanas - Minería - Descongelantes químicos, sal en los caminos - Descargas industriales - Efluentes de drenaje urbano - Prácticas inadecuadas de riego USOS - Para los seres humanos - Como primera criba de la calidad del agua - Rastrear el movimiento del agua - Para los animales y las plantas - Ingredientes esenciales para la vida acuática

78 Resumen conductividad CONSECUENCIAS - En la salud humana - Posibilidad de enfermedades crónicas - En el ambiente - Marchitez, caída de las hojas, deterioro de las raíces de plantas - Las sustancias químicas peligrosas afectan a todos los organismos POSIBLE REMEDIACIÓN - Técnicas adecuadas de riego - Minimizar el uso de descongelantes químicos y de sal - Tratamiento eficiente de los efluentes municipales e industriales - Desalinización

79 Sólidos disueltos totales Importancia Los sólidos disueltos en el agua son nutrientes esenciales para plantas y animales.

80 Sólidos disueltos totales: Sales inorgánicas Materia orgánica Gases disueltos

81 Resumen sólidos disueltos tot. FUENTES - Naturales - Rocas y suelo - Plantas y animales descompuestos - Erosión - Humanas - Escurrimiento urbano - Efluentes industriales - Efluentes municipales - Erosión RELEVANCIA - Para los seres humanos - Mejor indicador de contaminación que la conductividad - Influye en el sabor del agua potable -Para los animales y las plantas - Regula el flujo del agua hacia las células - Pueden ser nutrientes esenciales para la vida

82 Resumen sólidos disueltos tot. CONSECUENCIAS - En la salud humana - En gran cantidad pueden tener efecto laxante - El sabor del agua potable puede resultar desagradable si la concentración es muy alta o muy baja - En el ambiente - Puede haber desequilibrio de agua en las células si los hay en demasía o si son muy pocos - Su insuficiencia impide el crecimiento de los organismos acuáticos POSIBLE REMEDIACIÓN - Reducir la erosión - Mantener la vegetación ribereña

83 Gracias