Tema 5 An.lisis de aguas

Análisis de aguas
Análisis de aguas
¾
¾ Normas de calidad de las aguas
¾
¾ Legislación
¾
¾ Sistemas de muestreo y conservación de
la muestra
¾
¾
¾ Determinación de parámetros globales de
calidad
¾ Determinación de nutrientes principales en
aguas naturales
¾
¾
Criterios de calidad del agua. Legislación
Definición de calidad. Calidad de las aguas según su uso.
Definición de los indicadores o parámetros de calidad.
Indicadores físicos (turbidez, color, olor, sabor,
temperatura, conductividad)
Indicadores químicos (pH, dureza, oxígeno disuelto,
materia orgánica, nutrientes, pesticidas, metales pesados)
Indicadores biológicos (métodos ecológicos,
microbiológicos, fisiológicos y bioquímicos,
ecotoxicológicos)
Establecimiento de las normas de calidad medioambiental.
Análisis de aguas
¾
NORMAS DE CALIDAD ⇒
⇓
Resultado de las
respuestas sobre
los organismos
FIJAR LÍMITES
⇓
Según uso y
repercusiones
Análisis de aguas
¾
La Reglamentación propone
¾
- Concentración máxima recomendable (tope a
alcanzar)
¾
- Concentración máxima aceptable (límite de pérdida
de calidad)
¾
- Concentración máxima admisible (Cantidad
máxima desfavorable, con peligro para la salud)
¾
Las normas serán distintas y más o menos
restrictivas según el uso del agua
1
Análisis de aguas
Análisis de aguas
¾
Política de agua comunitaria (21/2/1996):
Directiva 76/160/CEE relativa a la calidad del agua de baño y
modificada por la Directiva 91/692/CEE;
Directiva 98/83/CEE relativa a la calidad de aguas destinadas al
consumo humano;
Directiva 75/440/CE relativa a la calidad requerida para aguas
superficiales destinadas a la producción de agua potable y modificada
posteriormente por las Directivas 79/869/CEE, 90/656/CEE y
91/692/CEE;
Directiva 91/271/CEE relativa al tratamiento de las aguas residuales
urbanas y modificada por la Directiva 98/15/CEE;
Directiva 96/61/CE relativa a la prevención y control de la
contaminación.
¾
¾ Introducción a la Directiva 2000/60/CE
por la que se establece un marco
comunitario de actuación en el
ámbito de la política de aguas
Directiva 2000/60/CE por la que se establece un marco comunitario de
actuación en el ámbito de la política de aguas.
Criterios de calidad de las aguas
Análisis de aguas
¾
¿En qué se basa la Directiva Marco de Aguas (DMA)?
¾
“El agua no es un bien comercial como los demás, sino un
patrimonio que hay que proteger, defender y tratar como tal”.
¾
Los objetivos de la Directiva Marco de Aguas se pueden
resumir en:
Proteger los ecosistemas acuáticos de la UE;
¾
¾
¿Cuándo surge el problema en torno a la calidad del
agua? A partir del siglo XIX:
⇓
- Acusado desarrollo de la población mundial
- Incremento de las concentraciones urbanas
- Avanzado estado de desarrollo industrial
Definición de algunos indicadores
Promover un uso sostenible del agua basado en la
protección, a largo plazo, de los recursos hídricos disponibles;
¾
z
Contribuir a paliar los efectos de las inundaciones y sequías
Aguas naturales y/o
residuales y/o por los
procesos de tto.
En función de su
forma (disuelta y/o
particulada)
2
Uso
Aspectos
Parámetros
Criterios de calidad
Análisis de aguas
¾
CLASIFICACIÓN DE LOS INDICADORES DE
LA CALIDAD DEL AGUA
¾
- Indicadores físicos (turbidez, SS, color,
olor, sabor, temperatura, conductividad)
¾
- Indicadores químicos (pH, dureza,
oxígeno disuelto, materia orgánica,
nutrientes, pesticidas, metales pesados)
¾
-Indicadores biológicos (métodos
ecológicos, microbiológicos, fisiológicos y
bioquímicos, ecotoxicológicos)
¾
Análisis de aguas
¿Qué variables deben evaluarse en un análisis de agua?
agua?
¾
Características organolépticas
¾
Parámetros generales: pH,
pH, conductividad eléctrica, y temperatura
¾
Cantidad de oxígeno: Oxígeno disuelto, DQO, DBO, COT
¾
Aniones: cloruros (para evaluar la salinidad), nitritos (indicadores
(indicadores
de acción bacteriológica), nitratos (nutrientes), fosfatos
(procedentes de fertilizantes y detergentes), sulfitos (fuentes
industriales), sulfuros ( indicadores de acción bacteriológica) y
cianuros (desechos industriales)
¾
Cationes: sodio (salinidad), calcio y magnesio (dureza), amonio
(acción bacteriológica), y metales pesados (Pb
(Pb,, Cd,
Cd, y Hg)
Hg)
¾
Sustancias orgánicas: hidrocarburos, fenoles, pesticidas, etc.
¾
Examen bacteriológico: importante en aguas de consumo
Bebida
Sanitarios,Organolépticos
Estéticos, Económicos
de uso, de tratamiento
Físicos, químicos,
microbiológicos,
radiactivos
Coliformes,materiales
tóxicos, radiactividad,
sabores y olores, pH,
pH,
oxígeno disuelto,
turbidez, color,
temperatura
Doméstico
Sanitarios,Organolépticos
Estéticos, Económicos
de uso, de tratamiento
Físicos, químicos,
microbiológicos,
radiactivos
Idem
Acuático
Sanitarios Económicos
de uso
de tratamiento
Físicos, químicos,
microbiológicos,
radiactivos
Coliformes,
Coliformes, materiales
tóxicos, sabores y
olores, pH,
pH, oxígeno
disuelto, turbidez,
color, temperatura
Riego
Suelo
Planta
Físicos, químicos,
microbiológicos,
radiactivos
pH,
pH, oxígeno disuelto,
sólidos sedimentables
y flotantes,
temperatura
Recreo
Sanitarios Organolépticos
Estéticos, Económicos
de uso
de tratamiento
Físicos, químicos,
microbiológicos,
radiactivos
Como en la vida
acuática
Análisis de aguas
¾ Turbidez
¾
¾
¾
provocada por materia insoluble, en
suspensión o dispersión coloidal
Efecto Tyndall (reflexión de la luz)).
Mide la extensión con la que un rayo de luz
es reflejado a su paso por el agua, con un
ángulo de 90°.
Depende del tamaño y superficie de la
materia
¾ se
mide en unidades nefelométricas
3
Análisis de aguas
Análisis de aguas
¾
¾
Sólidos en suspensión
¾
Método directo que determina la cantidad de sólidos
presentes en la muestra (métodos gravimétricos:
evaporación y/o filtración)
¾
Filtración mg/l (ppm)
Evaporación (105ºC y 180ºC): mg/l (ppm).
Distingue sólidos en suspensión y disueltos
¾
¾
¾
Distinción de materia orgánica entre los SS
OXIDACIÓN M.O.(450 ºC)→ CO2 + H20 + GASES
¾
SOLIDOS TOTALES - M.O. = SÓLIDOS INORGÁNICOS
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Sólidos disueltos: Cantidad de materia disuelta
determinada por evaporación (105ºC ) previa
filtración
Sólidos totales: Suma de sólidos en suspensión
y disueltos
Residuo seco: Peso del material después de
evaporar un litro de agua. Si se ha filtrado
previamente, corresponderá a los sólidos disueltos
sean volátiles o no.
Sólidos volátiles : Sólidos que se volatilizan a
180ºC
Materia particulada total: Material particulado
retenido por un filtro de 0.45 µm. Se determina
mediante filtración y pesada
NO HAY IDENTIFICACIÓN ESPECÍFICA. NO
SABEMOS EL POTENCIAL DE CONTAMINACIÓN
Análisis de aguas
Temperatura
¾ Afecta a la solubilidad de las sales y
de los gases
¾ Afecta a los procesos biológicos
(acelera la velocidad de las reacciones
químicas)
T ⇒ Disminución O2 ⇒
Aumento consumo O2
¾ Aumento
Análisis de aguas
¾
Conductividad
¾
Capacidad que presenta el agua para
conducir la electricidad (sales)
conductividad elevada: salinidad elevada y
valores anómalos de pH.
¾
¾
Conductímetro:
Conductímetro: aguas muy mineralizadas mS/
mS/cm;
cm;
aguas poco mineralizadas µS/cm.
¾
¾
mineralización media: 333 y 833 µS/cm
Salinidad: contenido iónico total del agua.
(sólidos
(sólidos disueltos) g/Kg
g/Kg
¾
Indicador de vertidos y evaluador del uso de
agua para riego
4
Análisis de aguas
Análisis de aguas
¾ Existencia
de más de 10 millones de
compuestos químicos.
¾ Para
su caracterización:
generales (pH)
¾ -Indicadores de grupos de compuestos
(pesticidas, materia orgánica…)
¾ -Indicadores de un componente
específico
¾ -Indicadores
Análisis de aguas
¾-
Alcalinidad: presencia de CO3= y HCO3- además
de otras bases (boratos, arseniatos, fosfatos, silicatos,
etc.)
CO32- (aq) + H2O → HCO3HCO3- (aq) + H2O → CO2 (aq) +H2O +
OHH3SiO4 (aq) + H2O → H4SiO4(aq) + OHPO43- (aq) + H2O → HPO42- (aq) + OH¾
Par amortiguador: CO32-/
Análisis de aguas
¾
Dureza
¾
-Indicador de la calidad del agua.
¾
SUMA DE TODOS LOS CATIONES MULTIVALENTES
PRESENTES EN EL AGUA (Ca y Mg)
¾
-Altas concentraciones de cationes divalentes
impiden la formación de espuma con el jabón y
favorece la formación de depósitos de sales en
electrodomésticos.
HCO3-
5
Análisis de aguas
¾
¾
Valoración
Atómica
con
EDTA
o
Absorción/Emisión
0-60 mg CaCO3/l ⇒ AGUA BLANDA
60-120 mg CaCO3/l ⇒ AGUA MODERADAMENTE DURA
¾ ≥120 mg CaCO3/l ⇒ AGUA DURA
¾ ≥150 mg CaCO3/l ⇒ RECHAZO
• Aguas subterráneas ⇒ >300 mg/l
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Análisis de aguas
Análisis de aguas
¾
Método Winkler (forma de MnO2,
acidificación, yodometría)
Mn2+ + O2 +2 OH- ↔ MnO2 +2H2O
MnO2 + 2I- +4H+ ↔ Mn2+ + I2 +2H2O
I2 + 2 S2O32- ↔ 2I- + S4O62¾ - Sondas de oxígeno
O2 + 4H+ + 4e- ↔ 2H2O
Análisis de aguas
Oxígeno disuelto
O2 (gas) ↔ O2 (aq)
tres vías de entrada:
Disolución del oxígeno atmosférico
La fotosíntesis
Reaireación por agitación
Consumo:
oxidación de materia orgánica/inorgánica
respiración de los seres vivos
Procesos condicionados por la disolución del gas
(temperatura)
Porcentaje de saturación (relación entre el valor
medido y el de saturación):
100%- condiciones óptimas
<100%- contaminación orgánica
>100%- exceso de productores primarios
¾-
¾
¾
¾
¾
¾
¾
demanda bioquímica de oxígeno (DBO):
DBO):
capacidad de la materia orgánica para
consumir oxígeno. Se realiza por
microorganismos.
Cantidad de oxígeno disuelto consumido
(mg O2/l) en una muestra de agua por los
microorganismos cuando descomponen la
materia orgánica a una temperatura de 20°C.
Aguas muy puras DBO < 3 ppm O2
Pureza intermedia DBO entre 33-5 ppm O2
Aguas contaminadas DBO > 8 ppm O2
Aguas residuales urbanas DBO entre 100100-400 ppm O2
Aguas industriales DBO hasta 10.000 ppm O2
6
Análisis de aguas
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
diferencias entre la degradación real de la materia orgánica en
condiciones naturales y las que se producen en el laboratorio
Limitaciones de la DBO
- Variabilidad en microorganismos y materia orgánica
- Sustancias o compuestos fácilmente degradables
- Presencia de materiales tóxicos
- Cantidad de microorganismos presentes
- Dilución de las muestras
- Tiempo de obtención del resultado
- Especies que reaccionan con el oxígeno (oxidación del
amonio)
- Reproducibilidad de las muestras (±20%)
- Reproducibilidad de las condiciones de trabajo
Análisis de aguas
¾ Métodos
¾
de oxidación química
Mayoría de los compuestos orgánicos son oxidados a
dióxido de carbono y agua por agentes oxidantes fuertes
en condiciones ácidas y bajo ebullición.
La oxidación se puede llevar a cabo con K2Cr2O7 o
con KMnO4
¾ Cr2O72Cr2O72- + 14H+ + 6e6e- → 2Cr3+ + 7H2O
• Cantidad de agente oxidante = cantidad de
M.O. que ha reaccionado = valor de O2
consumido (mg/l)
Análisis de aguas
DBO
-Compuestos orgánicos
biodegradables
- Puede
biodegradar
compuestos aromáticos
DQO
-Compuestos
totales
Análisis de aguas
¾
RELACIÓN DQO/DBO
¾
A esta relación se le conoce como índice de
biodegradabilidad
¾
DQO/DBO =1.5 ⇒ Materia orgánica muy degradable
DQO/DBO =2
⇒ Materia orgánica moderadamente
degradable
DQO/DBO =10 ⇒ Materia orgánica poco degradable
orgánicos
- Las sustancias inorgánicas
pueden oxidarse
- No degrada compuestos
aromáticos
DBO/DQO < 0,2 CONTAMINANTES DE NATURALEZA NO BIODEGRADABLE
DBO/DQO > 0,6, CONTAMINANTES DE NATURALEZA BIODEGRADABLES
¾
¾
¾
Este parámetro nos ayudará a decidir en el tratamiento
biológico
7
Análisis de aguas
¾
Carbono Orgánico Total (COT)
Oxidación total del carbono orgánico presente en la muestra por
radiación ultravioleta o por combustión catalítica, transformándolo en
CO2 (determinación volumétrica, conductividad térmica o sonda
¾
específica). Los resultados se expresan en mg C/l
Condiciones de determinación de COT
- Posibilidad de automatización (menor tiempo y
mayor nº de muestras)
- Método de rutina en instalaciones industriales
¾
Buen indicador de la contaminación orgánica:
COT < 10 mg/l Aguas naturales
COT > 100 mg/l Aguas residuales
Análisis de aguas
EUTROFIZACIÓN : ENRIQUECIMIENTO DESMESURADO DEL AGUA CON
NUTRIENTES
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Nutrientes limitantes en el crecimiento fitoplanctónico:
Nitrógeno y Fósforo ⇒
EUTROFIZACIÓN: CONSECUENCIAS
Enriquecimiento en nutrientes del agua
⇓
Crecimiento de especies vegetales
⇓
Crecimiento de biomasa animal
⇓
Degradación de la biomasa muerta (bacterias aeróbicas)
MO + O2 → CO2 + H2O + Energía
Análisis de aguas
¾
RELACIÓN DQO/COT
¾
DQO/COT =2.52
¾
DQO/COT =5.33 ⇒ Valor máximo que puede
alcanzar
¾
DQO/COT ⟩ 5.33 ⇒ Materia inorgánica oxidable
¾
DQO/COT =3 ⇒ Agua residual urbana
Análisis de aguas
Determinación por técnicas
espectrofotométricas
¾ Nitrógeno total: 15 mg/l
mg/l (poblaciones de
10.000 a 100.000 habitantes) y 1mg/l para
poblaciones de mas de 100.000
habitantes)
¾ Fósforo total: 2 mg/l
mg/l (poblaciones de
10.000 a 100.000 habitantes), y 1mg/l
para poblaciones de mas de 100.000
habitantes)
8
Análisis de aguas
NO CRÍTICOS
Na
K
Mg
Ca
Li Mo
Fe
Mn Al
TÓXICOS
INSOLUBLES O MUY
RAROS
Ti Hf Zr W
Nb Ta Re Ga
La Os Rh Ir
Ru Ba
Análisis de aguas
Análisis de aguas
MUY TÓXICOS Y
ACCESIBLES
Be
Se
Tl
Zn
Cd
As
Hg
Cu
Ag
Bi
Au
Ni
Pd
Sb
Pt
Co
Te
Pb
Sn
Cr
Sodio y potasio
indica salinidad
alcio y magnesio
están relacionados con la dureza del agua
monio
contaminación con fertilizantes y heces
metales pesados
de efectos muy nocivos; se bioacumulan en la cadena trófica;
Análisis de aguas
Metales pesados
- En aguas naturales, en ppb o ppt (trazas)
Contaminación de
Persistencia
Metales por
actividad
Acumulación
[M]↓
antropogénica
Organismos
superiores
Bioacumulación
[M]↑
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Análisis de aguas
Análisis de aguas
Análisis de aguas
Análisis de aguas
Criterios de calidad de las aguas
Criterios de calidad de las aguas
INDICADORES
BIOLÓGICOS
Evaluación de los organismos presentes dando una estimación
de la calidad del agua
PROVOCA DISTINTOS EFECTOS EN LOS ORGANISMOS:
Cambio en la composición de las especies que forman las
Comunidades acuáticas
Cambio en los grupos que predom inan en un determ inado
hábitat
Empobrecimiento en el nº de especies
Variación en
concentración
Presencia de
determinadas
sustancias
Alta mortalidad en estadios de vida más sensibles
PROVOCA DISTINTOS EFECTOS
EN LOS ORGANISMOS
Mortalidad general de las poblaciones
Cambio en el metabolismo o aparición de deformidades
m orfológicas
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Análisis de aguas
Análisis de aguas
C rite rio s d e c a lid a d d e la s a g u a s
Criterios de calidad de las aguas
Métodos ecológicos
V e n ta ja s d e lo s in d ic a d o re s b io ló g ic o s
In te g ra ció n d e d is tin to s e fe cto s a lo la rg o d e la v id a d e lo s
O R G A N IS M O S IN D IC A D O R E S , c o n o c ie n d o s itu a ció n a ctu a l y e fe c to
d e a n te rio re s a c c id e n te s q u e h a y a n p o d id o o c u rrir.
R e q u ie re u n e q u ip a m ie n to m e n o s s o fis tic a d o q u e lo s a n á lis is
q u ím ic o s .
- Indicadores de contaminación y/o alteración del caudal o del
hábitat. Son los más usados.
- Cada organismo ocupa un hábitat preferente en función de las
condiciones físicas, químicas y biológicas:
S e re a liz a n d e fo rm a rá p id a e in s itu p o r e x p e rto s .
L a s m e to d o lo g ía s e m p le a d a s p a ra p ro p o n e r
B IO L Ó G IC O S s e p u e d e n a g ru p a r e n :
M é to d o s e c o ló g ic o s
M é to d o s m icro b io ló g ico s
M é to d o s fis io ló g ic o s y b io q u ím ic o s
M é to d o s e c o to x ic o ló g ic o s
IN D IC A D O R E S
Cambio en condiciones ⇒Cambio en la población
- Aplicación de un criterio general ⇒ Establecimiento de índices
en función de las especies presentes
ÍNDICES BIÓTICOS
Análisis de aguas
Análisis de aguas
Criterios de calidad de las aguas
¾ Organismos seleccionados ⇒ BACTERIAS COLIFORMES
(E. coli)
ÍNDICES
BIÓTICOS
Presencia/ausencia
de grupos de
organismos
¾
¾
¾
¾
Trent Biotic Index
BMWP
Índice BILL (ríos Besós y
Llobregat)
Información general del
sistema
NO indican qué sustancia/s
provocan la alteración
¾
límites máximos admisibles para el agua
potable,
10 ml de agua no se encuentran gérmenes
coliformes
aguas de baños
inferior a 500 y en todo caso no llegará a
10.000 por 100 ml
El primer número tiene valor indicativo, el
segundo es de cumplimiento obligatorio.
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Análisis de aguas
Análisis de aguas
¾
¾
¾
¾
¾
La muestra se tomará en frasco estéril.
La muestra ha de ser representativa de
la fuente original.
Se evitará la contaminación de la
muestra durante y después de obtenerla.
La muestra se analizará lo mas pronto
posible.
Si no es posible examinar la muestra
enseguida, deberá guardarse en
refrigeración entre 0 y 10 ºC.
ºC.
Criterios de calidad de las aguas
Métodos fisiológicos
- OBJETIVO: Medida de la velocidad con que los organismos
presentes en el agua son capaces de crecer, degradar un sustrato
o generar un producto
- ∆velocidad ⇒ MODIFICACIÓN DEL ESTADO FISIOLÓGICO,
CAUSADO POR PRESENCIA DE UNA ALTERACIÓN O CONTAMINACIÓN
- No se usan habitualmente ⇒ DIFICULTAD DE IDENTIFICAR CUÁLES
SON LOS ORGANISMOS PRESENTES
- PRODUCCIÓN DE O 2 ⇒ Incubación del plancton en botellas con
Condiciones ambientales controladas (con/sin luz, a 20ºC, durante 24 h)
Análisis de aguas
Análisis de aguas
C rite rio s d e c a lid a d d e la s a g ua s
M é to d o s b io q u ím ic o s
- A lte rna tiv a p a ra e l se g u im ie n to d e m ic ro o rg a n ism o s d e inte ré s d e
fo rm a rá p id a , u sa nd o té c n ic a s d e b io lo g ía m o le c u la r.
D IFIC U LTA D ES P A RA SU A P LIC A C IÓ N :
⇒ Ele v a d o p re c io d e lo s re a c tiv o s
⇒ Esfue rzo re q u e rid o p a ra la o b te n c ió n d e re su lta d o s
Criterios de calidad de las aguas
Métodos ecotoxicológicos
- Procedimientos estandarizados con organismos seleccionados, de
los que se conoce su respuesta en determinadas condiciones
VENTAJA:
⇒Resultados comparables
INCONVENIENTE:
-Té c nic a d e é x ito : FISH (H IBRID A C IÓ N IN SITU C O N
SO N D A S FLU O R ESC EN TES)
⇒Limitación en situaciones reales porque distintos organismos
se comportan de distinta forma ante la misma sustancia tóxica
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