ANÁLISIS DE AGUAS ANÁLISIS DE AGUAS

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1 TEMA 10 ANÁLISIS DE AGUAS ANÁLISIS DE AGUAS CARACTERES ORGANOLÉPTICOS CARACTERES FISICOQUÍMICOS DETERMINACIÓN DE ANIONES DETERMINACIÓN DE CATIONES COMPONENTES NO DESEABLES COMPONENTES TÓXICOS RADIACTIVIDAD AGUAS RESIDUALES Y VERTIDOS: OTROS ANÁLISIS DE INTERÉS 1

2 CARACTERES ORGANOLÉPTICOS Olorsabor Color Turbidez Oloressabores indicativos de contaminación método de las diluciones: un panel de cata determina el grado de dilución necesario para lograr la desaparición de un determinado tipo de olor o sabor presente en un agua 2

3 Color aguas naturales: color amarillento o pardo, debido a materias orgánicas (principalmente procedentes de la descomposición de vegetales) o sales solubles de Fe y Mn (aguas subterráneas y superficiales poco oxigenadas) método del cloroplatinato potásico método espectrofotométrico basado en que el color producido por las sustancias de carácter natural de un agua es muy similar al desarrollado por disoluciones estándar de mezclas de K 2 CI 6 Pt y CoCl 2. Se mide a nm. aguas residuales industriales: presentan coloraciones variables en función de la actividad industrial. No es aplicable el método del cloroplatinato potásico Turbidez Se debe a la presencia de materias diversas en suspensión son partículas de 10 nm a 0.1 mm de diametro: minerales, restos orgánicos húmicos (de la descomposición de restos vegetales), etc método nefelométrico: mide la radiación (a 420 nm) dispersada por las partículas en suspensión cuando incide en la muestra de agua un rayo luminoso. método turbidimétrico: mide la atenuación de la radiación incidente a consecuencia de la dispersión producida por las partículas en suspensión Se recomienda efectuar la determinación tan rápidamente como sea posible después de la toma de muestra 3

4 Normas de calidad para aguas de consumo público Parámetros Expresión de los resultados Nivel guía Concentración máxima admisible Color Turbidez mg/l escala Pt/Co. mg/l SiO 2 U.N.F Olor Sabor Índice de dilución Índice de dilución a 12º C 3 a 25º C 2 a 12º C 3 a 25º C Niveles guia: valores de los parámetros representativos de los caracteres de potabilidad, correspondientes a una calidad deseable en el agua potable Concentraciones máximas admisibles: son los valores de los parámetros representativos de los caracteres de potabilidad, correspondientes a la mínima calidad admisible en el agua potable. Estos valores no deberán ser rebasados CARACTERES FÍSICOQUÍMICOS Temperatura ph Conductividad Residuo seco Oxígeno disuelto Anhídrido carbónico libre Aniones Cationes 4

5 Temperatura La temperatura del agua afecta a la solubilidad de sales y gases y en general a todas sus propiedades químicas y a su comportamiento microbiológico. La temperatura de las aguas superficiales está ligada a la absorción de radiación solar En embalses y lagos profundos: período de "mezcla térmica" con temperatura similar en profundidad y superficie período de "estratificación térmica" con aguas más cálidas en superficie y más frías en el fondo. Imposibilidad de mezcla vertical de capas de agua. Medida de la temperatura de un agua: inmersión de un termómetro convencional o electrónico en el fluido hasta equilibrio térmico. Debe efectuarse en el momento de la toma de muestra. ph El ph de un agua depende de: el equilibrio carbónico CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 H + + CO 3 2 la actividad vital de los microorganismos acuáticos Aguas superficiales: ph Aguas profundas y subterráneas: algo menor Medida del ph: método potenciométrico con electrodo de vidrio sensible a H +. Debe realizarse in situ. Hay que medir también temperatura. 5

6 Conductividad y Residuo seco a 180ºC La conductividad de un agua es producida por los electrolitos que lleva disueltos. Los iones mayoritarios que forman las sales disociadas en un agua suelen ser HCO 3, CO 3 2, Cl, SO 4 2, NO 3, Ca 2+, Mg 2+, Na + y K +. El residuo seco es la cantidad total de sales y otras materias en suspensión (no volátiles) que contiene un agua. Factores que influyen: terreno que atraviesa el agua (posibilidad de disolución de rocas y materiales), tipo de sales presentes, ph temperatura, gases disueltos, etc Medida: Para conductividad: se usa una celda de conductividad equipada con electrodos de Pt, una fuente externa de corriente y un puente de Wheatstone. Se suele calibrar con patrones de KCI. Para residuo seco: método gravimétrico que consiste en pesar la cantidad de residuos después de evaporar la muestra de agua hasta sequedad a una temperatura constante de 180ºC. Oxígeno disuelto El oxígeno disuelto es esencial para la vida vegetal y animal en el agua. Un nivel alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad. Su solubilidad es función de: temperatura, presión, presión de vapor del gas, salinidad y composición físicoquímica del agua Origen del oxígeno disuelto en el agua: absorción del oxígeno del aire fotosíntesis de las plantas acuáticas Las aguas corrientes superficiales no contaminadas suelen estar bien oxigenadas, e incluso sobresaturadas (>78 mg/l de O 2 ). Las aguas subterráneas suelen estar poco oxigenadas 6

7 Vertidos residuales ricos en materias orgánicas causan una disminución de la cantidad de oxígeno disuelto c a) Zona de degradación b) Zona de descomposición c) Zona de recuperación Vertido distancia a b c Medida del oxígeno disuelto: Sonda sensible al O 2 con electrodo de Pt, membrana permeable a O 2 y electrodo de referencia (sensor amperométrico de Clark) Método de Winkler: método basado en la oxidación del Mn(II) a Mn(IV) por parte del oxígeno y la determinación volumétrica de Mn(IV) Dióxido de carbono libre El dióxido de carbono disuelto en agua da lugar al llamado equilibrio carbónico, de gran importancia en la química del agua: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 H + + CO 3 2 Origen del CO 2 disuelto en el agua: respiración de los organismos acuáticos descomposición materia orgánica disolución de carbonatos agua de lluvia Eliminación del CO 2 : fotosíntesis se determina mediante valoración ácidobase con disolución de NaOH diluida, utilizando fenolftaleína como indicador de punto final 7

8 Determinación de aniones además de HCO 3 y CO 3 2 otros aniones frecuentes en aguas naturales son Cl, SO 4 2, F La determinación simultánea de numerosos aniones en aguas se realiza mediante cromatografía iónica. Determinaciones individuales: Cl : valoración con Ag + SO 4 2 : formación de BaSO 4 insoluble y turbidimetría F : potenciometría con electrodo selectivo de fluoruros Sílice (SiO 2 ) y silicatos: metodo espectrofotométrico del molibdato (para sílice disuelta). Se basa en la reacción entre la sílice y el ácido molíbdico para formar un compuesto que una vez reducido presenta color azul Determinación de cationes cationes más frecuentes en aguas naturales: Ca 2+ y Mg 2+ (responsables de la dureza ), Na +, K +, Al 3+ Métodos de determinación: Ca 2+ y Mg 2+ : Na + y K + : Absorción atómica en llama Complexometría con EDTA (dureza) Emisión atómica en llama (fotometría de llama) Al 3+ : Espectrofotometría de absorción molecular (por reacción con aluminón, un reactivo cromogénico, se forma un complejo de coloración roja, que se mide a 525 nm) Absorción atómica electrotérmica 8

9 Normas de calidad para aguas de consumo público Nivel Guía C max. admisible Componentes no deseables Se incluyen compuestos como: NO 3, NO 2, NH 3, H 2 S, B, hidrocarburos, aceites y grasas, fenoles, detergentes, compuestos organoclorados, Fe, Mn, Cu, Zn, P, Co, Ba, cloro residual, etc Nivel Guía C max. admisible 9

10 Componentes no deseables. Métodos de análisis NO 3 : Absorción UV Electrodo selectivo de iones PO 4 3 : Metodo colorimétrico Reacción con molibdato NO 2 : Metodo colorimétrico (M. Zanmelli) NH 3 : Reacción con ac. Sulfanílico en HCl, NH 3 y fenol B: Metodo colorimétrico Metodo colorimétrico (M. Nessler) Reacción con yodomercuriato potásico en medio alcalino y NH 3 Electrodo selectivo de iones Nitrógeno Kjeldahl: mide N orgánico y amoniacal digestión del agua en medio sulfúrico, alcalinización con NaOH, destilación, recogida sobre ácido y valoración Reacción con ac. carmínico Fe, Mn, Cu, Zn, Co, Ba,: absorción atómica (en llama o electrotérmica) Cloro residual: Método colorimétrico con DPD (NN dietilparafeniléndiamina) Componentes no deseables. Métodos de análisis Carbono orgánico total : Método de combustióninfrarrojos (vaporización del agua, oxidación catalítica del carbono orgánico hasta CO 2, determinación mediante IR no dispersivo Hidrocarburos: contenido total, extracción con CCl 4 y medida de absorción IR análisis individual, cromatografía de gases Aceites y grasas: extracción y gravimetría Fenoles: contenido total, extracción liqliq y medida espectrofotométrica análisis individual, cromatografía de gases Detergentes aniónicos: método del Azul de metileno Compuestos organoclorados: extracción y cromatografía de gases (EC) Materia en suspensión: gravimetría (filtración, secado y pesada) 10

11 Componentes tóxicos Parámetros Arsénico Berilio Cadmio Cianuros Cromo Mercurio Níquel Plomo Antimonio Selenio Vanadio Plaguicidas y productos similares: por sustancia individualizada. Expresión de los resultados µg/l. As µg/l. Be µg/l. Cd µg/l. CN µg/l. Cr µg/l. Hg µg/l. Ni µg/l. Pb µg/l. Sb µg/l. Se µg/l. V µg/l. Nivel guía C máx. admisible (en agua corriente) (0,1) Se entiende por plaguicidas y productos similares: Los insecticidas: * organoclorados persistentes * organofosforados * carbamatos Los herbicidas Los fungicidas Los PCB y los PCT Sustancias de referencia para PAHs : fluoranteno. benzo 3,4 fluoranteno benzo11,12 fluoranteno. benzo 3,4 pireno. benzo 1,12 perileno. indeno (1,2,3ed) pireno en total PAHs µg/l (0,5) 0,2 Insecticidas clorpirifos endosulfan fentión Herbicidas diuron simazina 11

12 Componentes tóxicos. Métodos de análisis Ag, Be, Cd, Zn, Co, Ba, Cr, Ni, Pb, V: absorción atómica electrotérmica As, Sb, Se, Sn: absorción atómica con generación de hidruros CN : método espectrofotométrico electrodo selectivo de iones Plaguicidas y productos similares: cromatografía de gases (sust. volátiles) o de líquidos (sust. no volátiles) Hidrocarburos aromáticos policíclicos: contenido total con extracción y medida de fluorescencia Análisis individual con cromatografía Radiactividad: Conteo total α y β Aguas residuales y vertidos Otros análisis de interés Potencial redox: mide la capacidad global de un agua de oxidar o reducir sustancias rh = [E H /0,032] + 2pH Valores altos de rh implican una alta oxigenación del agua y alto potencial de oxidación. Valores bajos de rh implican abundancia de hidrógeno y condiciones reductoras Demanda bioquímica de oxígeno a los cinco días (DBO 5): cantidad de oxígeno necesario en las condiciones del ensayo (incubación a 20ºC en oscuridad y durante 5 días), para lograr por vía microbiana la degradación de las materias orgánicas de un agua. 12

13 Demanda química de oxígeno (DQO): oxidación de las materias orgánicas e inorgánicas de un agua usando dicromato potásico en medio sulfúrico y en caliente, valorando por retroceso el dicromato no consumido. Alcalinidad: se determina mediante valoración ácidobase con H 2 SO 4 utilizando indicadores colorimétricos o potenciométricos del punto final. alcalinidad a la fenolftaleína: con un punto de viraje a ph=8.3, alcalinidad al naranja de metilo: viraje se da a ph= 4.3. De las relaciones entre estas dos valoraciones se obtiene aproximadamente la cantidad de HCO 3, CO 3= e hidróxidos presentes 13