Post on 04-Nov-2015
description
Calidad del agua
1
Calidad del agua
Antes
Calidad evaluada a partir del aspecto, sabor, color y olor
Actual
Desarrollo de tcnicas analticas y procesos capaces de
identificar y remover una amplia lista de contaminantes
La calidad del agua se determina
comparando las caractersticas fsicas,
qumicas y biolgicas de una muestra de
agua con unas directrices de calidad del
agua o estndares. En el caso del agua
potable, estas normas se establecen para
asegurar un suministro de agua limpia y
saludable para el consumo humano y, de
este modo, proteger la salud de las
personas.
2
USOS DEL AGUA
Consumo humano Limpieza personal Cultivo de especies
acutiucas
Agricultura Industria Municipales Recreativos Transporte de
desechos
Etc
3
Clasificacin de los compuestos
presentes en el agua
Contaminante Parmetro
Fsicos Color, olor, sabor, temperatura,
turbiedad, slidos y conductividad
Qumicos
Alcalinidad, Oxgeno disuelto, pH, no
metales, Nutrientes (P y N), Dureza y
Color residual
Materia Orgnica
Demanda Qumica de Oxgeno
(DQO), Demanda Bioqumica de
Oxgeno (DBO), Carbono Orgnico
Total (COT), Grasas y aceites,
Fenoles
Bacteriolgicos Coliformes fecales, Shigella,
Salmonella, Giardia Lamblia 4
Clasificacin de los compuestos
presentes en el agua
Tamao
Materia suspendida: Molculas en fase dispersa y dimetro
equivalente entre 1 y 100 m
Materia coloidal: Materia suspendida con caractersticas
similares a la materia disuelta, dimetro equivalente entre 10-3 y 1
m
Materia disuelta: molculas o iones disueltos con dimetro
equivalente entre 1 y 10-3 m
5
Contaminantes de importancia en el
tratamiento de agua residual
PARMETROS CONSTITUYENTES
Slidos Slidos disueltos (calcio, sodio y
sulfato), slidos suspendidos
Materia Orgnica
Biodegradable
Protenas, Carbohidratos, Grasas
Animales (medida como DBO, DQO)
Patgenos Coliformes Fecales
Nutrientes Nitrgeno, Fsforo, Carbono
Materia Orgnica
Refractaria
Materia resistente a los mtodos
convencionales de tratamiento.
Tensoactivos, fenoles pesticidas
agrcolas
Metales Pesados Plomo, Mercurio, Cromo, Arsnico 6
T C
pH
Coliformes Fecales-
Enterococos
Conductividad
Slidos suspendidos
N- nitratos
Nitrgeno Amoniacal
P-fosfato
Toxicidad
Biodiversidad
Oxgeno disuelto
DBO
DQO
COT
Velocidad de reaccin
Acidez o Alcalinidad
Materia Orgnica
Microbiologa
Arrastre de slidos
Capacidad inica
Eutroficacin
Integridad del habitat
Indicadores de Calidad de Agua
7
Indicadores de Calidad del
agua
La evaluacin de la calidad del agua se lleva a cabo
utilizando tres indicadores:
La Demanda Bioqumica de Oxgeno a cinco das (DBO5)
La Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) Los Slidos Suspendidos Totales (SST).
8
Demanda Qumica de Oxgeno
Cantidad de materia orgnica e inorgnica en un cuerpo de agua
susceptible de ser oxidada por un oxidante fuerte.
Se mide en mg de oxgeno equivalente a la fraccin orgnica disuelta y/o suspendida por litro de disolucin (agua residual).
El mtodo mide la concentracin de materia orgnica. Sin
embargo, se pueden presentar interferencias debido a que haya
sustancias inorgnicas susceptibles de ser oxidadas (sulfuros,
sulfitos, yoduros, etc.).
(CxHyOzNw) + Cr2O72- Cr3+ + CO2 + H2O
Materia orgnica ion
dicromato
9
Escala de indicadores: DQO
Criterio Clasificacin Color
DQO 10 EXCELENTE
No contaminada Azul
10 DQO 20 BUENA CALIDAD
Aguas superficiales con bajo contenido de M.O.
biodegradable y no biodegradable
Verde
20 DQO 40
ACEPTABLE Con inicio de contaminacin. Aguas superficiales con
capacidad de autodepuracin o con descargas de A.R.
tratadas
Amarillo
40 DQO 200 CONTAMINADA
Aguas superficiales con descarga de A.R. crudas,
principalmente de origen municipal
Naranja
DQO > 200 FUERTEMENTE CONTAMINADA
Aguas superficiales con fuerte impacto de descarga s
de A.R. crudas municipales y no municipales
Rojo
10
Demanda Bioqumica de
Oxgeno Demanda bioqumica de oxgeno (DBO5)
Es una estimacin de la cantidad de oxgeno que requiere una poblacin
microbiana heterognea para oxidar la materia orgnica de una muestra de
agua en un periodo de 5 das.
Se mide como mg de Oxgeno consumido por los microorganismos que metabolizan la materia disuelta y/o suspendida por litro de disolucin
Evaluacin :
Tiempo de incubacin (bsica 5 das), Origen histrico Estabilizacin completa demanda ltima (40 das) Factores ambientales (pH intervalo, temperatura 20C) Bioecosistema: responsable estabilizacin, adaptacin del efluente
11
Escala de indicadores: DBO5
Criterio Clasificacin Color
DBO5 3 EXCELENTE No contaminada
AZUL
3 DBO5 6 BUENA CALIDAD
Aguas superficiales con bajo contenido de
M.O. biodegradable
VERDE
6 DBO5 30
ACEPTABLE Con inicio de contaminacin. Aguas
superficiales con capacidad de
autodepuracin o con descargas de aguas
residuales tratadas biolgicamente
AMARILLO
30 DBO5
120
CONTAMINADA Aguas superficiales con descarga de aguas
residales crudas, principalmente de origen
municipal
NARANJA
DBO5 > 120
FUERTEMENTE CONTAMINADA Aguas superficiales con fuerte impacto de
descargas de aguas residuales crudas
municipales y no municipales
ROJO 12
Slidos Suspendidos Totales
Es un parmetro fisicoqumico que mide la cantidad de material
(slidos) que se encuentran suspendidos en el agua y no pueden ser
disueltos.
Causan turbiedad en el agua y reducen la penetracin de la luz solar en los cuerpos de agua, reduciendo la actividad fotosinttica.
13
Escala de indicadores: SST
14
Slidos totales (ST): Suma de los slidos suspendidos totales, sales disueltas y materia orgnica.
Slidos sedimentables: Materiales que se detectan en el fondo de un
recipiente debido a la sedimentacin de estos.
Slidos disueltos totales (SDT): Sustancias orgnicas e inorgnicas solubles en agua y que no son retenidas en el material filtrante.
15
MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AGUA
La evaluacin de la calidad del agua se lleva a cabo utilizando tres
indicadores:
Demanda Bioqumica de Oxgeno a cinco das (DBO5) Demanda Qumica de Oxgeno (DQO) y Slidos Suspendidos Totales (SST)
en los cuerpos de agua provenientes principalmente de las descargas de
aguas residuales tanto de origen municipal como no municipal.
La calidad del agua para
los tres indicadores
monitoreados durante el
2012, se determin que
208 sitios
estn clasificados como
fuertemente
contaminados en algn
indicador, en dos de ellos
o en
todos.
Nmero de sitios de monitoreo con datos para cada
indicador de calidad del agua, 2012
Indicador de calidad de agua Nmero de sitios de
monitoreo
Demanda Bioqumica de
Oxgeno (DBO5) 2 5 88
Demanda Qumica de
Oxgeno (DQO) 2 601
Slidos Suspendidos Totales
(SST) 3 617
Fuente: CONAGUA. Subdireccin General Tcnica, 2013
16
Distribucin porcentual de sitios de monitoreo en cuerpos de agua superficiales por regin hidrolgica-
administrativa, de acuerdo al indicador DBO5, 2012
Distribucin porcentual de sitios de monitoreo en cuerpos de agua superficiales por regin hidrolgica-
administrativa, de acuerdo al indicador DQO, 2012
17
Distribucin porcentual de sitios de monitoreo en cuerpos de agua superficiales por regin hidrolgica-
administrativa, de acuerdo al indicador SST, 2012
Fuente: CONAGUA. Subdireccin General Tcnica, 2013
18
AGUA RESIDUAL
19
Las aguas residuales son aquellas que han sido
utilizadas para cualquier uso (domsticas, urbana,
industrial, agrcola, etc.) y las procedentes de lluvia que
llegan a la red de alcantarillado.
20
TIPOS DE AGUAS RESIDUALES
Aguas blancas: procedentes de la lluvia, deshielo, limpieza urbana, contacto humano mnimo
Aguas residuales domsticas o aguas negras: proceden de las actividades domsticas, contienen
detritus, detergentes, aceites, microorganismos y
materia orgnica.
Aguas residuales industriales: procedentes de las diversas industrias, composicin muy variada.
Agua residuales agrcolas: proviene de explotaciones que contienen altas cantidades de abono y
fertilizantes. 21
22
Caractersticas Procedencia
Propiedades fsicas
Color Aguas residuales domsticas e industriales, degradacin natural
de materia orgnica
Olor Agua residual en descomposicin, residuos industriales
Slidos Agua de suministro, Aguas residuales domsticas e industriales,
erosin del suelo, infiltracin y conexiones incontroladas
Temperatura Aguas residuales domsticas e industriales
Constituyentes biolgicos
Animales Cursos de agua y plantas domsticas
Plantas Cursos de agua y plantas domsticas
Protistas
Eubacterias Aguas residuales domsticas, aguas superficiales, plantas de
tratamiento de agua
Arqueobacterias Aguas residuales domsticas, aguas superficiales, plantas de
tratamiento de agua
Virus Aguas residuales domsticas
Caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas del agua
residual y sus procedencias
23
Caractersticas Procedencia
Constituyentes qumicos
Orgnicos
Carbohidratos Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales
Grasas animales,
aceites y grasas
Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales
Pesticidas Residuos agrcolas
Fenoles Vertidos industriales
Protenas Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales
Contaminantes prioritarios Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales
Agentes tensoactivos Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales
Compuestos orgnicos voltiles Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales
Otros Degradacin natural de materia orgnica
Caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas del agua
residual y sus procedencias
24
Caractersticas Procedencia
Constituyentes qumicos
Inorgnicos
Alcalinidad Aguas residuales domsticas, agua de suministro, infiltracin de agua
subterrnea
Cloruros Aguas residuales domsticas, agua de suministro, infiltracin de agua
subterrnea
Metales pesados Vertidos industriales
Nitrgeno Residuos agrcolas y aguas residuales domsticas
pH Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales
Fsforo Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales, agua de escorrenta.
Azufre Aguas residuales domsticas, industriales y comerciales
Gases
Sulfato de hidrgeno Descomposicin de residuos orgnicos
Metano Descomposicin de residuos orgnicos
Oxgeno Agua de suministro, infiltracin
Caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas del agua
residual y sus procedencias
CARACTERIZACIN DE AGUA Y
AGUA RESIDUAL
25
Determinar las propiedades fsicas, qumicas y biolgicas del
agua y las concentraciones de los diferentes contaminantes
para as proponer los mejores medios para reducir la presencia
de estos.
Los parmetros de mayor importancia son los fsicos siendo
estos:
Temperatura Sabor u olor Color Slidos pH Densidad, Turbidez Conductividad
26
Clasificacin de los compuestos
presentes en el agua
Sabor y olor
Son causados generalmente por gases producidos por la descomposicin
de materia orgnica o por sustancias agregadas a las aguas residuales.
Son propiedades subjetivas que son difciles de medir
Compuesto Frmula qumica
condensada
Calidad de olor
Aminas CH3NH2 Pescado
Diaminas NH2(CH2)4NH2 NH2(CH2)5NH2
Pescado
descompuesto
Amonaco NH3 moniacal
cido Sulfhdrico H2S Huevo podrido
Mercaptanos
CH3SH, CH3(CH2)SH
(CH3)3CSH,CH3(CH2)3SH
Basura descompuesta
Zorrillo
Sulfuros orgnicos (CH3)2S, (C5H5)2S Basura podrida
Escatol C9H9N Fecal
27
Clasificacin de los compuestos
presentes en el agua
Color
En grandes volmenes el agua tiene un
tinte azul verdoso plido.
El color indica la cantidad de sustancias
disueltas comparado con un patrn ausente
de color referenciado al platino-cobalto
Densidad
Es la masa por unidad de volumen
expresada en Kg/m3. Es un
parmetro fsico importante para
determinar tipos de tratamiento
como sedimentacin, flotacin,
etc 28
Contaminantes de importancia en el
tratamiento de agua residual
Turbidez
Presencia de slidos coloidales que le da al lquido una
apariencia nebulosa. Mide la claridad del agua.
Se mide en NTU (unidades Nefelomtricas de Turbidez) ,
intensidad de la luz dispersada a 90 grados cuando un rayo de
luz pasa a travs de una muestra de agua.
29
Indicadores de Calidad del agua
Conductividad elctrica
La conductividad de una solucin depende de la cantidad de
sales disueltas presentes. Es una medida indirecta de iones en
solucin (fundamentalmente cloruro, nitrato, sulfato, fosfato,
sodio, magnesio y calcio).
La unidad bsica es : ohms/cm (Siemen)
30
Composicin Qumica del agua
Alcalinidad Cloro residual Dureza ndice de saturacin Oxgeno disuelto Metales pH
31
OXGENO DISUELTO EN AGUAS NATURALES
El agente oxidante en las aguas naturales es el oxgeno molecular disuelto
O2.
La disolucin cida que se lleva a cabo es:
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O
Mientras que la disolucin bsica es:
O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
La concentracin de oxgeno disuelto en agua es pequea debido a
su baja solubilidad
32
QUMICA DE LOS PROCESOS DE OXIDACIN-
REDUCCIN EN AGUAS NATURALES
La constante de equilibrio considerada a partir de la Ley de Henry,
KH; para el oxgeno a 25 C.
Para el aire seco la presin parcial de oxgeno, PO2 es 0.21 atm
Entonces la solubilidad del O2 es 8.7 mg/L = 8.7 ppm
La solubilidad de los gases aumenta al disminuir la temperatura, la
cantidad de O2 disuelto a 0 C es de 14.7 ppm mientras que para 35 C es de 7ppm.
33
ALCALINIDAD
Es la medida de capacidad para neutralizar cidos (capacidad de
neutralizacin de cidos ) est determinada generalmente por el
contenido de carbonatos (CO3=, bicarbonatos (HCO3
=) e hidrxidos
(OH-), sta se toma como un indicador de dichas especies inicas
Rango Alcalidad (mg/L CaCO3)
Baja 75
Media 75 -150
Alta > 150
Sales de cidos dbiles como boratos, silicatos, nitratos y fosfatos
pueden contribuir a la alcalinidad
34
Equilibrio que describe la
interaccin de CO2 y H2O
35
Alcalinidad
36
Relacin de hidrxidos, carbonatos y bicarbonatos con el pH y el color del vire
de los indicadores
DUREZA
La Dureza en el agua es la concentracin de todos los
cationes polivalentes presentes (iones de calcio, estroncio,
bario y magnesio en forma de carbonatos o bicarbonatos)
Se manifiesta por reacciones entre cationes de dureza
(SO4=, y CO3
=) formando incrustaciones
Se debe principalmente a la presencia de iones Ca2+ y
Mg2+ expresado en mg CaCO3/L
DT= Ca2+ + Mg2+
37
Dureza Total
La dureza total (DT) se divide en:
DUREZA CARBONATADA o DUREZA TEMPORAL los
bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se
remueve por calentamiento
DUREZA NO CARBONATADA o PERMANENTE. Se
calcula como el exceso de la dureza total con respecto a la
alcalinidad. Si la alcalinidad es igual o ms grande que la
dureza total, no hay dureza no carbonatada
38
Slidos presentes en el agua
NMX-AA-004-SCFI-2000
Sales disueltas totales (SDT): Sustancias orgnicas e inorgnicas solubles en agua y que no son retenidas en el material filtrante.
Slidos suspendidos totales (SST): Slidos constituidos por slidos sedimentables, slidos y materia orgnica en suspensin y/o coloidal, que son retenidas en el medio filtrante.
Slidos totales (ST): Suma de los slidos suspendidos totales, sales disueltas totales y materia orgnica. Slidos totales voltiles (SVT): Cantidad de materia orgnica (incluidos aquellos inorgnicos) capaz de volatilizarse por el efecto de la calcinacin a 550C 50C en un tiempo de 15 a 20 minutos.
Slidos sedimentables: Materiales que se detectan en el fondo de un recipiente debido a la sedimentacin de estos. 39
Metcalft & Eddy (2003) Wastewater. Engineering , McGrawHill
Tcnicas de
separacin y
cuantificacin
de slidos 40
DBO
Si la oxidacin de un compuesto orgnico se lleva a
cabo con microorganismos que usen ese mismo
compuesto como alimento, el O2 consumido se le
conoce como DBO.
La DBO es una manera indirecta de medir la
cantidad de materia orgnica biodegradable
presente.
La DBO real casi siempre es menor que la DTO
debido a la presencia de carbono
La DBO nunca es igual a la DTO ni a la DQO
porque siempre se convertir algo de carbono en
biomasa o en compuestos orgnicos de desecho 41
Cuantificacin de la DBO
42
43
Cuando la dilucin del agua no es sembrada
Cuando la dilucin del agua esta diluida
Donde:
D1= Oxgeno disuelto de la muestra diluida inmediatamente despus de preparada (mg/L)
D2= Oxgeno disuelto de la muestra diluida despus de 5 das de incubacin a 20 C (mg/L) B1= Oxgeno disuelto del control sembrado antes de la incubacin (mg/L)
B2= Oxgeno disuelto del control sembrado despus de la incubacin (mg/L)
f = Fraccin del volumen de dilucin en la muestra con el volumen de agua de dilucin sembrada
P= Fraccin del agua residual con el total de volumen
Curva caracterstica de DBO de productos orgnicos
carbnicos
La disminucin
de oxgeno es
rpida debido a
la concentracin
grande de M.O.
44
DBO a determinado tiempo
La velocidad de consumo de O2 es directamente proporcional a la
concentracin de M.O. degradable residual en cualquier momento.
Reaccin de primer orden para la DBO
(1)r - dt
dL A
L = contenido de O2 mg/L (DBO en la
muestra)
-rA= cte de la velocidad d-1 = kL
(2) kL- dt
dL
(3)kdt - L
dL
(4) dtk- L
dLt
to
L
Lo
t
(5)kt - L
Lln
0
t
L0=contenido total de DBO a
t=0
Lt= contenido DBO a
determinado t
(6)
45
De la grfica la diferencia de Lo-Lt es la DBOt
Entonces:
DBOt = L0 -Lt
Sustituir en (6)
Generalmente a L0 se le conoce como DBO ltima o
total (consumo mximo de oxgeno) 46
47
Ejercicio: Dureza
Dados los siguientes datos del anlisis de un agua subterrnea,
elabore un grfico de barras para los iones citados en la siguiente
tabla, exprese los resultados en CaCO3
In Conc. del in (mg/L)
Ca2+ 103
Mg2+ 5.5
Na+ 16
HCO3 -
255
SO4 2- 49
Cl - 37
Ejercicio: slidos
Los resultados que se presentan a continuacin corresponden a ensayos
realizados con una muestra de agua residual tomada en el caudal de
entrada a una Planta de Tratamiento de Agua Residual. Todos los
ensayos se realizaron empleando muestras de 50 mL. Determine la
concentracin de slidos totales (ST), slidos voltiles totales (SVT),
slidos suspendidos totales (SST).Todas las muestras fueron sometidas
a evaporacin, secado y calcinacin empleando la NMX-004-SCFI-2000.
ST y SVT usando plato de evaporacin y muestra sin filtrar
Peso del plato de evaporacin 53.5433g
Peso del plato de evaporacin + residuo despus de evaporar 53.5793g
Peso del plato de evaporacin + residuo despus de calcinar 53.5772g
SST y SSV por filtracin
Peso del filtro 1.5433g
Peso del filtro + residuo del filtro despus de evaporar 1.5553g
Peso del filtro + residuo del filtro despus de calcinar 1.5531g
48