Análisis de aguas ¾ Normas de calidad de las aguas Análisis de aguas ¾ ¾ ¾ Legislación ¾ ¾ Sistemas de muestreo y conservación de ¾ la muestra ¾ Determinación de parámetros globales de calidad ¾ Determinación de nutrientes principales en aguas naturales ¾ 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 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) 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) 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 ¿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 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 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 ¾ ¾ Filtración mg/l (ppm) Evaporación (105ºC y 180ºC): mg/l (ppm). Distingue sólidos en suspensión y disueltos ¾ Distinción de materia orgánica entre los SS OXIDACIÓN M.O.(450 ºC)o 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 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 PS/cm. ¾ ¾ mineralización media: 333 y 833 PS/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 ¾ Aumento Análisis de aguas Análisis de aguas ¾ Existencia de más de 10 millones de compuestos químicos. ¾ Para su caracterización: ¾ -Indicadores generales (pH) ¾ -Indicadores de grupos de compuestos (pesticidas, materia orgánica…) ¾ -Indicadores de un componente específico Análisis de aguas ¾- Alcalinidad: presencia de CO3= y HCO3- además de otras bases (boratos, arseniatos, fosfatos, silicatos, etc.) CO32- (aq) + H2O ĺ HCO3HCO3- (aq) + H2O ĺ CO2 (aq) +H2O + OHH3SiO4 (aq) + H2O ĺ H4SiO4(aq) + OHPO43- (aq) + H2O ĺ HPO42- (aq) + OH¾ Par amortiguador: CO32-/ HCO3- 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. 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 t120 mg CaCO3/l AGUA DURA ¾ t150 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 ¾- Método Winkler (forma de MnO2, acidificación, yodometría) Mn2+ + O2 +2 OH- ļ MnO2 +2H2O MnO2 + 2I- +4H+ ļ Mn2+ + I2 +2H2O I2 + 2 S2O32- ļ 2I- + S4O62¾ - Sondas de oxígeno O2 + 4H+ + 4e- ļ 2H2O Análisis de aguas Oxígeno disuelto O2 (gas) ļ 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 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 Análisis de aguas diferencias entre la degradación real de la materia orgánica en condiciones naturales y las que se producen en el laboratorio ¾ Limitaciones de la DBO ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ - 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- ĺ 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 ¾ - No degrada compuestos aromáticos ¾ DBO/DQO < 0,2 CONTAMINANTES DE NATURALEZA NO BIODEGRADABLE DBO/DQO ! 0,6, CONTAMINANTES DE NATURALEZA BIODEGRADABLES ¾ Este parámetro nos ayudará a decidir en el tratamiento biológico 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 específica). Los resultados se expresan en mg ¾ C/l Condiciones de determinación de COT 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 ² 5.33 Materia inorgánica oxidable ¾ DQO/COT =3 Agua residual urbana - 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 Nutrientes limitantes en el crecimiento fitoplanctónico: Nitrógeno y Fósforo EUTROFIZACIÓN: CONSECUENCIAS Enriquecimiento en nutrientes del agua ¾ Crecimiento de especies vegetales ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Crecimiento de biomasa animal Degradación de la biomasa muerta (bacterias aeróbicas) MO + O2 o CO2 + H2O + Energía 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) 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 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 Análisis de aguas Metales pesados - En aguas naturales, en ppb o ppt (trazas) Contaminación de Persistencia Metales por actividad Acumulación [M]p antropogénica Organismos superiores [M]n Bioacumulación 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 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) ¾ ÍNDICES BIÓTICOS Presencia/ausencia de grupos de organismos 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. Análisis de aguas Análisis de aguas Criterios de calidad de las 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. 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
