Calidad y Caracterización Del Agua

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



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


administrativa, de acuerdo al indicador DQO, 2012

17


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


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



24


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



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



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



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

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