CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Antecedentes de

CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Antecedentes de la Investigación
A nivel internacional:
Domínguez
(2001)
desarrolló
un
“Estudio
microbiológico
de
las
incrustaciones y corrosiones en captaciones de agua subterránea”, cuyo objetivo fue
establecer qué parámetros podían ocasionar la formación de incrustaciones de origen
biológico en una serie de acuíferos ubicados en la cuenca terciaria de la mina As
Pontes y aguas carboníferas de Hard-rocks, en España, con el apoyo de la
Universidad Complutense de Madrid y la empresa TRAGSATEC.
Los principales grupos bacterianos estudiados fueron: las ferrobacterias, las
bacterias sulfatoreductoras, los aerobios totales y bacterias formadoras de
exopolímeros (Pseudomonas, Proteus). A su vez se aplicaron análisis químicos para
determinar la presencia de iones de Na, Ca, Mg, K, Cl, CO3, HCO3, SO4. La
identificación
mineralógica se realizó en el departamento de cristalografía y
mineralogía de la Universidad
Complutense, mediante el programa informático
WATEQF y los diagramas oxido reducción (Eh/Ph) de Pourbaix, cuyo objetivo era
estimar la estabilidad de las incrustaciones.
En relación con los análisis microbiológicos se emplearon tres metodologías,
la primera conocida como B.A.R.T
TM
(Biological Activity Reaction Test), no
efectuada antes en España, la segunda el método NMP (número más probable)
destinada para medios de cultivo líquidos y finalmente el método de disoluciones
seriadas para medios de cultivos sólidos.
La metodología señalada anteriormente permitió al investigador llegar a las
siguientes conclusiones: en primer lugar, que las bacterias formadoras de biopelículas
y bioincrustaciones están presentes en todas las captaciones; en segundo lugar, las
ferrobacterias y las bacterias formadoras de exopolímeros ven limitados su desarrollo
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por la conductividad del agua, mientras que se ven favorecidas por el oxígeno
disuelto; en tercer lugar, las bacterias sulfatoreductoras no tienen ningún parámetro
químico que relacione su presencia o ausencia y, finalmente, que a mayor
profundidad la microbiota correspondiente a ferrobacterias es mayor en las
captaciones del pozo.
De este estudio se puede tomar como aporte para esta investigación las bases
teóricas y la metodología aplicada, específicamente el método de disoluciones
seriadas y el método de número más Probable (NMP) para los análisis
bacteriológicos, justificándose en la identificación microbiana.
A nivel nacional:
Barrientos, González y Urbani (2001), realizaron una investigación
denominada “Estudio hidroquímico de los manantiales: Cumbotico y Cumbote,
Colonia Tovar, estado Aragua, Venezuela”, cuyo objetivo principal fue caracterizar
químicamente el agua de las nacientes respecto al ión dominante, estudiando su grado
de mineralización y en función de esto determinar su uso potencial.
Para lograr el análisis fue necesario aplicar nueve muestreos. La toma de las
muestras se realizó en botellas de polipropileno de 250 ml de capacidad, las cuales
posteriormente se acidificaron con ácido nítrico concentrado para la determinación de
los cationes de: calcio, magnesio, sodio y potasio. Los parámetros físico–químicos
medidos “in situ” fueron la temperatura del agua y la del ambiente, mientras que los
parámetros “ex situ” fueron: el pH, el potencial redox, conductividad, sólidos totales
disueltos (STD) y oxígeno disuelto, este último a través del método iodométrico de
Winkler Lavestu.
A su vez se realizaron análisis volumétricos para la determinación de
alcalinidad total, bicarbonatos, dureza cálcica y total. La concentración de sodio,
potasio, calcio y magnesio fue obtenida por espectrometría de absorción atómica
mientras que las concentraciones de sulfatos, sílice y ortofosfato disuelto se estimaron
por espectrofotometría de luz visible. En relación con los análisis microbiológicos
estos se efectuaron siguiendo la metodología APHA Standard Methods (1985) para
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ambos manantiales, obteniendo presencia de coliformes fecales en un orden de 80 a
30 CF/100 ml para los manantiales Cumbotico y Cumbote, respectivamente, análisis
que fueron ejecutados por Hidrocapital en el Laboratorio de Agua La Mariposa.
Los resultados obtenidos permitieron a los investigadores tipificar estas aguas
como hipotermales, bicarbonatadas, de origen continental provenientes de aguas de
infiltración. De igual forma, los investigadores llegaron a la conclusión que dichas
aguas contienen niveles de contaminación apreciables por ortofosfatos originarios de
áreas agrícolas. En relación con los análisis bacteriológicos se reportó la presencia de
coliformes fecales, descartando su uso como agua potable, ubicándola como un agua
del sub-tipo 1-A con base a lo establecido por el Ministerio del Ambiente y de los
Recursos Naturales (MARNR, 1995).
Como aporte para esta investigación, se toma el hecho que es un estudio
aplicado a nacientes, igual al que se elaboró, sirviendo de apoyo correlativo a los
fundamentos teóricos, debido a que es un estudio realizado en el país, además
considerando que es poca la literatura sobre el tema sirviendo como guía para la
evaluación de los parámetros químicos en cada una de las muestras a analizar. No
obstante, para la investigación se tomó en cuenta otras normativas no señaladas en la
investigación de Barrientos, Gonzales y Urbani, entre las que resalta el Decreto 883 y
la Gaceta N° 36.395 sobre “Normas sanitarias de calidad del agua potable”.
A nivel regional:
Castellanos (2011), realizo en la Universidad Nacional Experimental del
Táchira un estudio titulado “Proponer medidas para la valoración y conservación de
las nacientes de agua ubicadas en la ciudad de San Cristóbal, municipio San
Cristóbal, estado Táchira, Venezuela”, siendo el objetivo de esa investigación indagar
sobre los parámetros físicos, químicos y bacteriológicos de las nacientes estudiadas,
con la finalidad de establecer su posible uso para consumo humano y al mismo
tiempo estudiar alternativas que permitan valorarlas y protegerlas.
Durante el desarrollo de esa investigación se logró conocer que la totalidad de
las muestras analizadas presento contaminación de origen fecal, concluyendo que
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dichas fuentes no pueden ser destinadas para consumo humano sin tratamiento
alguno, de acuerdo con el Decreto N° 883 que establece las “Normas para la
clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes
líquidos” en Venezuela; de igual forma se determinó que la carga orgánica era
elevada para algunas de las fuentes comprobando así su contaminación.
Con base en estos resultados el investigador logró establecer una serie de
medidas entre las que destacan la implementación de sistemas de captación y tren de
tratamiento con lecho de filtrado de arena y flujo descendente lento, el cual irá
acompañado por un sistema de cloración simple.
Del estudio realizado por Castellanos (2011) se puede tomar como guía para
la presente investigación las medidas correctivas y preventivas formuladas para la
valoración, preservación y uso de las nacientes, junto con la metodología aplicada
para la determinación de caudales, apoyado en el hecho de que es un estudio regional
que puede permitir establecer comparaciones entre las distintas fuentes de agua y su
aporte para cada una de las poblaciones, facilitando la creación de lineamientos
estratégicos para el manejo y conservación de estas importantes fuentes alternativas
de agua, que forman parte de la zona metropolitana de San Cristóbal, capital del
estado Táchira, que es administrada por la misma empresa hidrológica.
Bases Teóricas
Ciclo Hidrológico
Es el proceso natural mediante el cual parte de las aguas presentes en la tierra,
como cuerpos superficiales: ríos, lagos, mares, entre otros, se desplazan a la
atmósfera en forma de vapor, se condensa y regresa en precipitaciones, constituyendo
el denominado ciclo del agua, en donde parte de las precipitaciones regresa
directamente a la atmósfera, y la otra alimenta primero esas masas de agua, o se
percola enriqueciendo los estratos porosos del subsuelo (Rivas, 1983).
Este ciclo ocurre indefinidamente debido a la energía solar y su distribución, a
la acción de la gravedad y a la rotación de la tierra. Dentro de los fenómenos más
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relevantes que constituyen el ciclo hidrológico están: la precipitación pluvial,
evaporación, transpiración y percolación (Rivas, 1983).
Aguas Subterráneas
Se entiende por aguas subterráneas a todas aquellas aguas que se infiltran en el
suelo hasta la zona de saturación. La explotación de éstas dependerá de las
características hidrológicas y de la formación de los acuíferos. Las captaciones de
aguas subterráneas se pueden realizar a través de manantiales, galerías filtrantes,
pozos (excavados y tubulares) (Lampoglia, et al. 2008).
Manantial
De acuerdo, con la descripción realizada por Lampoglia, et al. (2008), se
entiende por manantial al lugar donde se produce el afloramiento natural del agua
subterránea, donde por lo general el agua fluye a través de la formación de estratos de
grava, arena o roca fisurada. En los lugares donde existen estratos impermeables,
estos bloquean el flujo subterráneo del agua y permiten que aflore a la superficie.
Los manantiales se clasifican por su ubicación y afloramiento; por su
ubicación son de ladera o de fondo y por su afloramiento son de tipo concentrado o
difuso. En los manantiales de ladera el agua aflora en forma horizontal, mientras que
en los de fondo el agua aflora en forma ascendente hacia la superficie. Para ambos
casos si el afloramiento es por un solo punto y sobre un área pequeña, es un manantial
concentrado y cuando aflora el agua por varios puntos es un manantial difuso
(Lampoglia, et al. 2008).
La medición de caudal en este tipo de fuente según la Organización
Panamericana de la Salud (OPS, 2004) debe realizarse en meses de estiaje y lluvias
con la finalidad de conocer los caudales máximos y mínimos.
Vulnerabilidad de los Acuíferos en Venezuela
Se entiende por vulnerabilidad, al conjunto de características del acuífero que
determinan cuánto podrá ser afectado por la descarga de un contaminante. La
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vulnerabilidad de las aguas subterráneas a la contaminación fue definida por el
National Research Council, (1993), como “la tendencia o probabilidad que tiene un
contaminante para alcanzar un sitio específico en el sistema de agua subterránea,
después de su introducción en alguna localización por la parte superior del acuífero”.
En este sentido, todo acuífero es capaz de presentar vulnerabilidad intrínseca
entendiéndose ésta como la que depende directamente de las propiedades del acuífero
(conductividad hidráulica, porosidad, gradiente hidráulico, tipo de suelo o roca y
profundidad) y las fuentes de agua asociadas (recarga, interacción con el agua
superficial, tránsito a través de la zona no saturada, sitios de descarga), siendo
independiente de las características químicas del contaminante y su fuente (Ferrara, et
al. 2007).
En Venezuela, las aguas subterráneas ocupan el 16 % del volumen total del
agua que se consume anualmente para satisfacer las necesidades de la actividad
económica y social, esta estadística refleja la importancia de proteger el recurso vital.
Es por ello que en los últimos años ha sido creciente la preocupación de la sociedad
ante la degradación de la calidad de los recursos hídricos subterráneos, por lo que es
necesario desarrollar una gestión ambiental segura en las aguas en general.
Como resultado de esta situación, en Venezuela se está generalizando el uso
de técnicas o métodos que permitan evaluar los acuíferos, tal es el caso de la
cartografía
que
es
usada
actualmente
como
herramienta
para
apreciar
cualitativamente y cuantitativamente la carga contamínate generada por actividades
antropogénicas y la capacidad del medio acuífero para soportar la misma sin
perjuicio, diferenciando las características naturales del terreno a fin de proteger al
acuífero de la acción de múltiples contaminantes que pueden infiltrase desde la
superficie (Márquez, et al. 2006).
Calidad Requerida para que el Agua sea Potable
La calidad del agua debe ser evaluada antes de la construcción del sistema de
abastecimiento, ya que el agua en la naturaleza contiene impurezas que pueden ser de
naturaleza físico-química o bacteriológica y varían de acuerdo al tipo de fuente.
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Cuando las impurezas presentes sobrepasan los límites recomendados, el agua deberá
ser tratada antes de su consumo. Además de no contener elementos nocivos a la
salud, el agua no debe presentar características que puedan rechazar el consumo. Por
lo tanto se define como agua potable: “Aquella que puede ser consumida sin
restricciones y para esto deberá cumplir con las características físicas, químicas y
microbiológicas establecidas en la normativa legal de cada país”, la cual se basa
generalmente en las Guías para la Calidad de Agua Potable de la Organización
Mundial de la Salud (OMS, 2006).
Con la finalidad de ajustar la calidad del agua a los criterios establecidos en la
normativa de cada país, las autoridades sanitarias competentes establecen los sistemas
o procedimientos que se requieran para el tratamiento de las aguas, es decir, los
procesos de potabilización, es así como surge la necesidad de las plantas o estaciones
potabilizadoras, con las que se busca eliminar el riesgo para la salud provocado por el
contenido de sustancias físicas y/o químicas y el contenido de organismos vivos que
pueden existir en el agua.
Parámetros Medidos para la Determinación de Agua Potable
·
Parámetros físicos. Son aquellos que miden los aspectos externos que sirven
de grado de aceptación del individuo, tales como: sabor, olor, temperatura, turbidez,
color, sólidos totales y en suspensión. Los parámetros descritos a continuación siguen
la descripción realizada por Roa, (2005).
Turbidez. Es una medida de la capacidad del agua para trasmitir o absorber
luz, debido a la cantidad de materia en suspensión y coloidal presente en la misma;
las partículas que generalmente afectan este parámetro son: la arcilla, el limo, la
materia orgánica o microorganismos, condicionando muchas veces su uso por razones
estéticas.
Color. Es la respuesta visual a la presencia de sustancias orgánicas e
inorgánicas en el agua como taninos, ácido húmico, óxidos de hierro o manganeso,
procedentes de agroquímicos, colorantes, mataderos, entre otros.
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Olor. Es la respuesta fisiológica del sentido del olfato a la presencia en el agua
de sustancias volátiles, tanto orgánicas como inorgánicas.
Temperatura. Es una propiedad física muy importante por su influencia sobre
la velocidad de las reacciones químicas que se dan en el agua, los procesos
metabólicos de las células, el desarrollo de la vida acuática, la amplificación de
sabores y olores, y finalmente la solubilidad de los gases disueltos.
Sólidos. Son sustancias presentes en el agua que producen condiciones
indeseables o agresivas en el cuerpo receptor, por esta razón se deben eliminar a
través de procesos de tratamiento; reciben el nombre de sólidos totales, en
suspensión, disueltos, sedimentables, coloidales, volátiles y fijos. Los sólidos totales
pueden ser de naturaleza orgánica e inorgánica y pueden estar presentes en solución o
en suspensión.
Oxígeno disuelto. El oxígeno es uno de los elementos más importantes de las
aguas naturales, de su presencia depende la vida de los organismos aerobios, al igual
que las actividades físico-químicas propias del cuerpo de agua. Por esta razón, es un
indicador importante de la calidad del agua.
Las aguas superficiales en su estado natural pueden contener cantidades
próximas a la saturación (9 mg/l), caso opuesto a las aguas profundas que contienen
por lo general una concentración en el orden de los 2 mg/l, llegando a desaparecer en
muchos casos en la zona de fondo (Ferrara, et al. 2007).
Es por ello que en algunas ocasiones es necesario implementar unidades o
sistemas que permiten aumentar la disponibilidad de este gas, siendo una de ellas el
uso de sistemas de resalto hidráulico el cual se basa en aplicar discontinuidad a la
superficie del agua aumentando el contacto con el lecho o con las paredes de otro
cuerpo. Las unidades más conocidas que permiten sistemas hidráulicos son: canaletas
Parshall, vertederos, aireadores por gravedad (tipo cascada y tableros), entre otros.
·
Parámetros Químicos. Miden la presencia de sustancias que afectan directa o
indirectamente la salud de los consumidores, clasificándose en sustancias inorgánicas
y sustancias orgánicas.
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Sustancias inorgánicas.
- Alcalinidad y dureza.
- Contenido salino, conductividad.
- pH.
- Sustancias tóxicas.
Sustancias orgánicas.
- Agroquímicos y
- Trihalometanos (THM), como subproductos de la cloración.
En relación con los paramentos químicos inherentes al proyecto de
investigación, se menciona la descripción realizada por Ferrara, et al. (2007):
pH. Es un parámetro importante en el control de calidad en aguas naturales y
residuales, debido a que expresa la concentración de protones presente en el agua,
representando el grado de su acidez o basicidad.
El pH de las aguas naturales se debe a la composición de los terrenos
atravesados durante la infiltración y varía generalmente entre 7,2 y 7,6. Sin embargo,
las aguas muy calcáreas tienen un pH elevado a diferencia de las provenientes de
terrenos pobres en caliza o silicatos que tienen un pH próximo a 7,0 pudiendo ser
menor o igual a 6.
Alcalinidad. Se entiende como la capacidad del agua para neutralizar ácidos.
En aguas naturales se debe principalmente a la presencia de sales de ácidos débiles.
Sin embargo, si estuviera presente alguna base fuerte ésta también aporta alcalinidad.
Aunque muchas especies pueden contribuir a la alcalinidad, la mayor proporción en
aguas naturales se debe a hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos; otras especies que
también pueden contribuir y que generalmente están presentes en pequeñas
concentraciones son silicatos, boratos, amonio, fosfatos y bases orgánicas.
En la tabla a continuación se presentan los valores de alcalinidad en aguas
cruda.
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Tabla 1
Rangos de alcalinidad en aguas crudas.
Rango
Alcalinidad (mg CaCO3/l)
Baja
< 75
Media
75 – 150
Alta
> 150
APHA (1989).
Dureza. Se debe a la presencia de cationes polivalentes en el agua,
especialmente el calcio (Ca+2) y magnesio (Mg+2). Otros cationes que pueden
proporcionar dureza son estroncio (Sr+2), hierro (Fe+2) y manganeso (Mn+2). En aguas
naturales, salvo excepciones muy particulares, la dureza tiene carácter natural y
corresponde al lavado de los suelos que atraviesa. En ciertas condiciones la
descomposición del tejido vegetal puede conducir a la liberación de grandes
cantidades de CO2 que, arrastrado en las aguas subterráneas por infiltración de las
aguas de lluvia, puede disolver el calcio del suelo y contribuir a la variación de la
dureza.
Según el contenido de dureza, las aguas para abastecimiento municipal se
clasifican como se muestra en la tabla 2.
Tabla 2
Clasificación del agua por dureza total.
Dureza (mg/L CaCO3)
0-75
76-150
151-300
≥ 300
Clasificación
Suaves
Moderadamente duras
Duras
Muy duras
Ferrara, Najul y Sánchez, (2001).
Las formas de dureza se clasifican de acuerdo con el catión que la origina en
cálcica y magnésica; relacionada con la alcalinidad y según el anión al cual está
asociada en carbonática y no carbonática.
Para su cuantificación se utilizan las siguientes relaciones:
17
DT = DC + DM
Donde: DT = Dureza Total, mg/L CaCO3
DC = Dureza Cálcica, mg/L CaCO3
DM = Dureza Magnésica, mg/L CaCO3
Si la alcalinidad total es igual a la dureza total, entonces se dice que toda la
dureza es carbonática; si la alcalinidad total es menor a la dureza total, entonces:
Dureza Carbonática = Alcalinidad Total
Dureza No Carbonática = Dureza Total – Alcalinidad Total
Sulfatos. Son unos de los aniones más abundantes en las aguas naturales, sin
embargo, los niveles de concentración son muy variables; en terrenos que no
contengan una proporción importante de sulfatos minerales, este puede alcanzar
valores entre 30 y 50 mg/l a diferencia de zonas que contienen yeso o cuando el
tiempo de contacto con la roca es elevado, adquiriendo valores de hasta 300 mg/l.
Los métodos analíticos para la determinación de sulfatos incluyen el que se
basa en la cromatografía iónica capaz de detectar concentraciones bajas y los métodos
gravimétricos, basados en la formación de sulfato de bario insoluble a partir de la
adición de un exceso de cloruro de bario a la muestra. También se disponen de
métodos turbidimétricos y automatizados con azul de metileno.
Hierro. En general las aguas superficiales bien aireadas contienen bajas
concentraciones de hierro (hasta 1 mg/l), mientras que las aguas subterráneas y
drenajes de minas del metal pueden contener concentraciones mucho mayores (10
mg/l o más).
Bajo condiciones reductoras, el hierro se presenta en su estado ferroso (Fe+2)
el cual es bastante soluble en el agua, el hierro ferroso en presencia de oxígeno u otro
agente oxidante pasa a hierro férrico (Fe+3), prácticamente insoluble en agua, a menos
que se encuentre en presencia de iones formadores de complejos o valores de pH muy
bajos. Es por ello que en algunas ocasiones el hierro presente en una muestra de agua
puede parecer en solución verdadera en estado coloidal peptizado por materia
orgánica, en combinación de hierro y material partículado.
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La
determinación
de
hierro
se
puede
realizar
por
métodos
espectrofotométricos (absorción atómica) y colorimétricos (método de fenantrolina).
Nitrógeno. Es un elemento complejo que puede aparecer bajo siete estados de
oxidación, pudiéndose transformar de uno a otro como consecuencia de la actividad y
bioquímica que ocurre en la naturaleza. Desde el punto de vista de calidad del agua,
los compuestos de mayor interés son aquellos que contiene nitrógeno orgánico,
amoniaco (NH3), nitritos (NO2-), nitratos (NO3-), urea (CO(NH2)2) y el nitrógeno gas.
Siendo de gran importancia para el presente proyecto su cuantificación, debido a que
la zona de estudio cuenta con áreas destinadas a actividades agrícolas.
En virtud de lo expuesto anteriormente se decidió solo determinar nitritos y
nitratos, fundamentados en el Decreto 883 el cual señala valores máximos para estos
dos parámetros como formas de nitrógeno para aguas destinadas al consumo humano.
Los nitritos, representa un estado intermedio de oxidación del nitrógeno en su
paso de oxidación de amonio a nitrato y reducción de este último, por lo tanto es una
forma muy inestable químicamente, lo que hace que los niveles de concentración
encontrados en las aguas naturales sean muy bajos a diferencia de los nitratos que es
una forma mas estable del nitrógeno, producto de la asociación al proceso de
nitrificación del material orgánico.
·
Parámetros Bacteriológicos. Se fundamenta en comprobar la presencia de
organismos en el agua, como: bacterias, hongos, virus, protozoos y algas, los cuales
generalmente se encuentran en el agua cruda, en menor proporción, facilitando a la
fuente su capacidad de auto-purificación. Sin embargo, estos organismos en mayor
cantidad actúan como agentes causantes de enfermedades hídricas (agentes
patógenos), de ahí la necesidad de estudiar este parámetro, sirviendo como apoyo a la
clasificación de las fuentes e identificando su posible uso (APHA, 2002).
El análisis comúnmente aplicado a muestras de agua para consumo humano es
el método del número más probable (NMP), técnica que permite estimar la población
viva de microorganismos que pueden multiplicarse en un medio líquido (Roa, 2005).
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En la Tabla 3 se señalan los valores máximos permisibles en diferentes
normativas a nivel nacional e internacional sobre la calidad del agua para consumo
humano.
Tabla 3
Parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos establecidos en normas nacionales e
internacionales para agua destinada al consumo humano.
Parámetro
OMS (2004)
Decreto 883 (1995)
EPA(2000)
Color real
15 UC
< menor de 50 U pt-co
15 UC
pH
6.5 – 8.5
6 – 8.5
6.5 - 8.5
Turbidez
5 NTU
Menor de 25 NTU
1 NTU y no >5
NTU
Oxígeno Disuelto No se recomienda
Mayor a 4 mg/l
---ningún valor
Sulfatos
250 mg/l
400 mg/l
250 mg/l
Fluoruros
1.5 mg/l
Menor a 1.7 mg/l
Máximo 4 mg/l
Hierro
0.3 mg/l
1 mg/l
0.3 mg/l
Nitritos y nitratos 50 mg/l de N-NO3 y Nitros + nitratos igual a
10 mg/l
3 mg/l N-NO2
10 mg/l
Dureza expresada
500 mg/l
500 mg/l
---como CaCO3
Coliformes
2000 NMP/ 100 ml
Promedio mensual
---Totales
menor a 2000
NMP/100 ml
Coliformes fecales
0
---0
Manganeso
0.1 mg/l
2 mg/l
---Cloruros
250 mg/l
600 mg/l
250 mg/l
Sólidos disueltos
---1500 mg/l
---totales
U pt-co: unidades platino cobalto.
NTU: unidades Nefelométricas de turbiedad.
C.U: unidad de color verdadero.
Especies Microbianas Idóneas en Aguas Crudas
Según Tampo (2004), es común hallar indicios de flora microbiana en el agua
cruda o natural debido a que éstas no son estériles. La sola presencia de
microorganismos viables no patógenos es una prueba de protección de la fuente
contra toda contaminación y una prueba de los procesos que en ella se llevan a cabo.
La flora bacteriana autóctona en este tipo de aguas se caracteriza por ser de
tipo heterótrofo y por lo tanto poco numerosa, ya que el agua en su estado puro
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contiene poco carbono orgánico, indispensable para el metabolismo de las bacterias.
El grupo principalmente está constituido por bacterias no formadoras de esporas
gramnegativas y grampositivas, entre las que destacan los géneros: Pseudomonas
alcaligenes, P. vesicularis, P. fluorescens, P. maltophilia,
Flavobacterium,
Moraxella, Acinetobacter, Agrobacterium sp, entre otras (Tampo, 2004).
En la última década ha sido inminente la aparición y desarrollo de otros
microorganismos con características similares a las anteriores sobre los matos
acuíferos, producto de la alteración y filtración de efluentes contaminados,
desplazando en muchos casos la microbiota autóctona, tal y como ocurre con las
bacterias que forman el grupo coliforme fecal, grupo que se caracteriza por producir
aldehídos a partir de la fermentación de la lactosa caso específico de E. coli, que se
encuentra casi siempre en contaminaciones recientes procedentes de animales de
sangre caliente; sin embargo, también pueden hallarse otros coliformes en casos de
contaminación en los que E. coli. no existe (APHA, 2002).
En la actualidad los géneros Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter y
Escherichia, suelen representar la mayor parte de los microorganismos aislados en las
aguas naturales y suministros de agua municipales tratadas,
producto de la
contaminación de los cuerpos de agua, actuando en algunos casos como indicadores
ambientales.
En relación a esto, ha sido necesario aplicar pruebas específicas o puntuales
que permitan la identificación microbiana, tal es el caso de las pruebas IMVIC que
son las más utilizadas para esta identificación, incluyendo la prueba de indol, rojo de
metilo, Voges-Proskauer y citrato, desafortunadamente estas no proporcionan una
total caracterización de la bacteria, razón por la cual es necesario recurrir a pruebas
bioquímicas adicionales como TSI (triple azúcar-hierro), motilidad, urea, entre otras
(APHA, Op. Cit.).
Organismos Indicadores de Interés Sanitario
Según Ferrara, et al. (2007), la identificación y cuantificación de organismos
presentes en el agua resulta de difícil realización, por la peculiaridad que los sustratos
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requieren para ello. Especialmente en el caso de organismos patógenos, estos son
escasos y difíciles de aislar, es por eso que se recurre a la selección de organismos
indicadores cuya presencia refleja la probabilidad de existencia de organismos
patógenos, específicamente aquellos característicos del intestino de los animales de
sangre caliente, incluyendo los seres humanos. Entre las características que deben
cumplir un indicador de esta naturaleza están las siguientes:
· Aplicables a todo tipo de aguas.
· Fáciles de determinar.
· Inocuos.
· Más resistentes que los patógenos en el medio y ante desinfectantes.
· Su densidad debe estar relacionada con la probabilidad de la presencia de
patógenos, entre otros.
Los organismos coliformes son los indicadores de contaminación fecal más
utilizados debido a que cada persona descarga entre 100 y 400 millones de
organismos por día, por tanto su presencia en el agua es una señal de contaminación.
Sin embargo, presentan algunas limitaciones, que hasta el momento no han podido
ser superadas por ningún otro indicador (Ferrara, et al. 2007). El grupo coliforme
incluye los pertenecientes al género Escherichia y Enterobacter, que también pueden
existir en el agua, aire y suelo, por tanto su presencia no siempre significa
contaminación fecal, no obstante significan contaminación que no debe ser aceptada
en agua para consumo humano.
En el agua pueden estar presentes otros organismos con los mismos atributos
del grupo coliforme. Algunos protozoarios como Giarda lamblia y Entamoeba
histolitica, son más resistentes a la desinfección con cloro que los coliformes, igual
que otras especies presentes en heces de humanos y animales, tales como:
Streptococcus faecalis, Clostridium perfringens y ciertas especies de lactobacilos
anaeróbicos, condicionando aún más el consumo del agua.
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Enfermedades de Origen Hídrico
Las enfermedades de origen hídrico son, por lo general, de tipo agudas,
caracterizadas por síntomas gastrointestinales por exposición a un agente patógeno
que proviene habitualmente de aguas contaminadas no tratadas. El brote de la
enfermedad puede variar desde dos días o menos, posterior al consumo de agua para
los siguientes microorganismos: Salmonella, Shigella y virus Norwalk, a una semana
o más para: Cryptosporidium, Giarda y virus de Hepatitis A. (Ferrara, et al. 2007). En
la Tabla 4 se presentan los organismos potencialmente causantes de enfermedades de
origen hídrico.
Tabla 4
Organismos potencialmente causantes de enfermedades de origen hídrico.
Organismo
Enfermedad principal
Origen principal
Bacterias
Salmonella typhi
Fiebre tifoidea
Heces humanas
Shigella
Disentería bacilar
Heces humanas
Patogeno Escherichia coli
Gastroenteritis
Heces humanas y animal
Yersina enterocolítica
Gastroenteritis
Heces humanas y animal
Pseudomonas aeruginosa
Dermatitis
Aguas naturales
Virus entéricos
Rotavirus
Gastroenteritis
Heces humanas
Virus de la hepatitis A
Hepatitis infecciosa
Heces humanas
Virus Norwalk y otros calicivirus
Gastroenteritis
Heces humanas
Poliovirus
Entamoeba histolítica
Acantamoeba
Microspora
Poliomielitis
Heces humanas
Protozoos y otros microorganismos
Disenteria amebiana Heces humanos y animal
Infección de ojos
Tierra y agua
Gastroenteritis
H. humanos y animal
Modificado de Calidad y tratamiento del agua, American Water Works Asociation (2002)
Métodos de Aforo para Aguas Superficiales
Aforos con Trazadores. También conocidos como aforos químicos, esta
técnica consiste básicamente en inyectar en el cauce una sustancia química para
después determinar la concentración de la misma aguas abajo y la velocidad con la
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que fue arrastrado por la corriente, debiendo estar a cierta distancia del sitio de
inyección. Una de las ventajas de esta técnica es que los análisis pueden aplicarse in
situ o ex situ y no se requiere saber el área de la sección de medición. Existen
diversos tipos de trazadores químicos entre los cuales resaltan: cloruro de sodio,
dicromato de sodio, cloruro de litio, rodamina W, fluoresceína y elementos
radioactivos (Romero, 1999).
Aforadores de Resalto. Son dispositivos hidráulicos que provocan la
contracción del fluido a ser analizado siguiendo el principio de un dispositivo Venturi
aumentando la velocidad del fluido permitiendo analizar la altura húmeda efectiva del
dispositivo. Dentro de este tipo de dispositivos se destacan la canaleta Parshall y
aforador de cresta ancha, generalmente son utilizados para fuentes con caudales
elevados (Streeter y Benjamín, 1987).
Vertedero. Es una obstrucción hecha en una canal para que el líquido
retroceda un poco atrás de ella y fluya sobre o a través de la misma, por lo general
son construidos con una hoja de metal u otro material, que permita que el chorro o
manto caiga libremente. Estos se clasifican en vertederos de cresta aguda o vertederos
de cresta gruesa, sin embargo se puede encontrar otra clasificación como la de
vertederos rectangulares y vertederos triangulares (Streeter y Benjamín, 1987). Entre
estos se pueden citar:
·
Vertederos rectangulares. Generalmente se utilizan para caudales entre 200 y
1600 l/s.
·
Vertederos triangulares. Se caracterizan por el ángulo de la abertura
entre sus paredes, estos generalmente se aplican para caudales menores a 30 l/s y
cargas hidráulicas entre 6 y 60 cm. Para determinar el caudal que atraviesa el
dispositivo se hace uso de la siguiente formula:
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Donde: Q: caudal (m3/s)
Cd: coeficiente de carga.
g: aceleración debida a la fuerza de gravedad (m2/s)
ß: ángulo de apertura.
H: carga hidráulica sobre la cresta.
A continuación, en la Tabla 5 se indica los valores de carga hidráulica
respecto al ángulo de apertura en el vértice o muesca.
Tabla 5.
Valores promedio de Coeficientes de carga (Cd), en relación al ángulo de apertura en
la muesca.
Valores característicos del coeficiente de descarga
Ángulo ß
Cd
15 °
0,50 - 0,75
30°
0,55 - 0,72
45°
0,55 - 0,69
60 °
0,50 - 0,54
90 °
0,50 - 0,62
Departamento de Hidráulica (s/f). Universidad del Cauca
Método de la Trayectoria. El método de la trayectoria fue originalmente
desarrollado en la Universidad de Purdue por Greeve en 1928. Consiste en describir
la trayectoria parabólica de una descarga libre, la cual es proporcional a la velocidad
de salida del chorro, para ello generalmente se usa una escuadra con la que se logra
medir la distancia “X”, desde la salida de la tubería hasta el filo de agua superior de
la salida. La condición del método es que la coordenada “Y” se puede tomar como
una constante igual a 12 pulgadas o un pie (Lampoglia, et al. 2008).
Método Volumétrico. Es una de las técnicas más sencillas para obtener y
calcular el caudal y se entiende como la relación directa proporcional del tiempo que
tarde en llenarse un recipiente de volumen conocido, por lo general es utilizado para
fuentes que se presumen para poco caudal (Lampoglia, et al. 2008).
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Toma de Muestras en Nacientes
La toma de muestras para la determinación de parámetros físico-químicos en
nacientes según García (2011), se debe realizar de la siguiente forma:
1. Extraer un volumen mínimo de 1 a 1,5 litros de la muestra de agua a ser
analizada, envasándose en recipientes de vidrio o plástico con tapa a rosca, los
cuales deberán ser llenados por completo sin la presencia de burbujas.
2. El envase deberá estar limpio, siendo necesario enjuagar previamente con el
agua con que se va a muestrear por lo menos tres veces antes de tomar la
muestra final.
3. Una vez extraída la muestra se recomienda guardarla en un lugar fresco para
ser trasladada al laboratorio lo antes posible.
Para el caso de análisis bacteriológicos el mismo autor señala que el envase
debe estar esterilizado y que el análisis se debe hacer dentro de las primeras 10 horas
de tomadas las muestras, siguiendo ciertas indicaciones: primero la muestra debe
mantenerse a una temperatura de 4°C y segundo debe mantenerse en la oscuridad a
fin de evitar el desarrollo microbiano.
Variables Hidrológicas que Pueden Afectar la Calidad del Agua
Según Ferrara et al. (2007), para efectuar una evaluación completa de la
calidad del agua es necesario relacionar los parámetros físicos, químicos y
bacteriológicos descritos anteriormente con algunas de las variables hidrológicas a fin
de establecer los balances de materia indispensable para la evaluación integral de la
calidad del ambiente acuático, Partiendo con la:
Velocidad. Expresada en m/s y cuantificada por lo general a través de estudios
de trazadores, es una de las variables que determina la capacidad asimilativa y de
transporte de materiales en los cuerpos de agua, presentándose en variaciones
horarias, diarias y estacionales dependiendo de las condiciones hidrometeorológicas y
de las características de la cuenca.
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Cabe aclarar que, para este proyecto, la cuantificación de esta variable no se
llevó a cabo debido a las condiciones de las nacientes en sus puntos de afloramiento;
sin embargo, es posible su determinación en ríos, quebradas, y riachuelos.
Caudal. Entendido como el volumen que fluye durante un periodo de tiempo
dado, se expresa en m3/s y se determina por el producto entre la velocidad y la
sección transversal del flujo. La determinación de los valores promedio y sus
variaciones resultan indispensables para los balances de materiales con respecto a los
diferentes constituyentes en los cuerpos de agua, así como las condiciones de
sedimentación y resuspención del material partículado.
No obstante, la OPS (2004) lo define como la medida de agua o fluido que
pasa por río, tubería, y canal en una unidad de tiempo, normalmente se identifica
como flujo volumétrico.
Dinámica del material suspendido. Es particularmente importante su
evaluación cuando el transporte del material partículado es el responsable del
transporte de compuestos contaminados. Usualmente la carga y concentración de
sedimentos varía exponencialmente con el caudal por las variaciones en las
condiciones de sedimentación y resuspencion de los materiales. Se evalúa a través de
la determinación del contenido de sólidos suspendidos totales y granulometría del
material, parámetros que deben estar asociados a la velocidad de flujo, donde los
mismos deben ser evaluados paralelamente (Ferrara, et al. 2007).
Bases Legales
Las bases legales del proyecto se conformaron siguiendo como línea base la
pirámide de Kelsen, la cual constituye el punto de origen en la construcción del
basamento jurídico en el país.
La Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (1999) en su
capítulo IX de los Derechos ambientales, artículo 127 y 129 señala que es un derecho
y un deber de cada generación proteger y mantener el ambiente en beneficio de sí
misma y del mundo entero, basados en que toda persona tiene derecho individual y
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colectivamente a disfrutar de una vida y un ambiente seguro, sano y ecológicamente
equilibrado, siendo su deber y de las autoridades actuar en contra de cualquier
actividad capaz de generar daño al ecosistema, debiendo ser la actividad previamente
acompañada por un estudio de impacto ambiental y socio cultural.
La Ley Orgánica del Ambiente (2006), tiene por objetivo principal establecer
y desarrollar la gestión del ambiente en un marco del desarrollo sustentable, como
derecho y deber fundamental comprometida con la protección del área de estudio, al
ser un ecosistema frágil y ampliamente modificable conservándose suelos, áreas
boscosas, formaciones geológicas y capacidad de recarga de los acuíferos.
La Ley Orgánica de Ordenación del Territorio (1983), tiene por objeto
establecer las directrices que seguirán el proceso de ordenación del territorio tomando
como base el desarrollo económico y social de la nación, permitiendo avanzar de la
mano del ambiente, al hacer uso racional de los recursos naturales renovables y no
renovables.
Ley de Aguas (2007), establece la reglamentación específica para el manejo
de las aguas subterráneas atendiendo los principios de participación ciudadana a
través de la adaptación a las necesidades regionales y locales de la comunidad, en su
artículo 18 establece que el manejo de agua comprenderá la conservación de las
cuencas hidrográficas, mediante la implementación de programas, proyectos y
acciones, dirigidos al aprovechamiento armónico y sustentable de los recursos
naturales tomando en cuenta las interacciones e interdependencias de los
componentes bióticos, abióticos, culturales y económicos de la sociedad con que está
en contacto, considerando las provincias y cuencas hidrografías como unidades
especiales para el manejo de las aguas subterráneas.
La Ley de Gestión de la Diversidad Biológica (2008), el contenido de esta ley
es servir como apoyo a las medidas propuestas durante la investigación, basados en
que es un área que provee de sustento a diversas especies, constituyendo un
ecosistema nato proveedor de alimentos y agua.
La Ley Forestal de Suelos y Aguas (1966), en su artículo 17 señala como zona
protectora a todo espacio físico alrededor del afloramiento de un cuerpo de agua
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(naciente), en un radio aproximado de 200 metros en proyección horizontal,
adoptándose ésta como una medida de conservación que podría ser implementada en
el área de estudio.
Decreto No. 883, establece las normas para la clasificación y el control de la
calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos, este texto permitirá la
clasificación de la fuente y determinar su posible uso, basados en los parámetros
físicos, químicos y bacteriológicos.
Decreto No. 1.400, Normas sobre regulación y control de aprovechamiento de
los recursos hídricos en cuencas hidrográficas, este documento señala las pautas a
seguir para el aprovechamiento de los recursos hídricos ante cualquier actividad
desarrollada por en hombre, estableciendo estrategias y mecanismos que permitan
conocer la cantidad, ubicación y potencial de la fuente, a fin de compatibilizar la
oferta del recurso con la demanda actual, sin comprometer las necesidades futuras,
garantizando una mejor calidad de vida a la población.
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