UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES
Química del agua: parámetros físicos. Loraine Hernandez, Kimberly Humphries, Deisy Pájaro, Leo Torres. Docente: Rubén Cantero. Grupo AD – Fecha de la experiencia (3-Septiembre-2013) Laboratorio de Química Ambiental, Universidad de la Costa, Barranquilla.
1. Introducción Resumen El estudio de los componentes o sustancias que hacen parte del agua y que pueden causar riesgos y daños a la salud limitando su uso se conoce como química del agua. Para estudiar la química del agua se deben conocer los parámetros físicos como la conductividad, la turbiedad y los tipos de sólidos, los cuales ayudan a determinar la calidad del agua que se estudia. En esta experiencia se determinara la turbidez, conductividad y concentración de los tipos de sólidos en una muestra de agua de rio, para esto se necesitaran de diferentes procedimientos y la utilización de equipos como el turbidimetro y conductimetro para hallar los parámetros. A través de la aplicación de formulas y utilizando los datos recolectados se podrán hallar las concentraciones de los sólidos presentes en la muestra de agua.
Palabras claves Química del agua, parámetros físicos, turbiedad, conductividad, sólidos.
Abstract The study of the components or substances that are part of the water and can cause hazards and damage to health by limiting their use is known as water chemistry. To study the water chemistry must be known physical parameters such as conductivity, turbidity and solid types, which help to determine the quality of water being studied. In this experiment is determined turbidity, conductivity types and concentration of solids in a river water sample, it is needed for different procedures and the use of equipment as the turbidimeter and for finding the parameters conductimeter. Through the application of formulas and using the collected data may find the concentrations of solids present in the water sample.
Key words
La contaminación del agua de los ríos es causada principalmente por vertimientos de aguas residuales domésticas e industriales, además los fenómenos ambientales provocan un fuerte impacto sobre la variación de las características del agua como la polución generada por las lluvias lluvias ya que ocasionan el lavado de los suelos y la resuspensión de los lechos de los ríos, generando incrementos sustanciales de sólidos suspendidos, turbiedad, color aparente, de carbono orgánico disuelto (COD) y amoniaco y el descenso en la conductividad, temperatura y alcalinidad del agua. (Montoya, Loaiza, & etc, 2011). En esta experiencia se identificara y se reconocerán los instrumentos utilizados para determinar algunos parámetros físicos del agua como la conductividad, turbiedad y los tipos de solidos para realizar análisis con respecto a los resultados obtenidos.
3. Fundamentos Teóricos Una de las características físicas más importantes del agua es el contenido total de sólidos, término que incluye la materia en suspensión, la materia sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta. “Sólidos totales” es la expresión que se aplica a los residuos de material que quedan en un recipiente luego de evaporar el agua a temperaturas entre 103 – 105º – 105º C los sólidos totales incluyen los sólidos suspendidos totales” o porción de d e sólidos retenidos por un litro y los “sólidos disueltos totales” o porción que atraviesa el filtro. El tipo de soporte del filtro, el tamaño del poro, la porosidad el área y el espesor del filtro, así como la naturaleza física y el tamaño de las partículas son los principales factores que afectan los resultados en la separación. “Sólidos fijos” es la expresión aplicada al residuo de sólidos totales, suspendidos o
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forma de gas, “Sólidos volátiles”, quedando la fracción inorgánica en forma de cenizas. Los sólidos sedimentables, expresados en unidades de ml/l es una medida de la cantidad de materia que sedimentan en el fondo de un recipiente de forma cónica (cono de Imhoff) en un período de tiempo determinado. Todos los contaminantes del agua, con excepción de los gases disueltos, contribuyen a la "carga de sólidos". Pueden ser de naturaleza orgánica y/o inorgánica. Provienen de las diferentes actividades domésticas, comerciales e industriales. La definición generalizada de sólidos es la que se refiere a toda materia sólida que permanece como residuo después de una evaporación y secado de una muestra de volumen determinado, a una temperatura de 103°C a 105°C. Los métodos para la determinación de sólidos son empíricos, fáciles de realizar y están diseñados para obtener información sobre los diferentes tipos de sólidos presentes. a) Solidos Totales (ST)- Grupo de partículas que incluye a los sólidos disueltos, suspendidos y sedimentables en agua. Suspendidos (SS).b) Sólidos Constituyen uno de los límites que se fijan a los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales. Los SS se determinan como la cantidad de material retenido después de filtrar un determinado volumen de muestra (50 ml) a través de filtro de “GOOCH” o filtros de fibra de vidrio que utilizan como medio filtrante. En la actualidad se prefiere utilizar filtros de membrana con un tamaño de poro de aproximadamente 1.2 micrómetros (1.2 -6 x 10 metros) c) Sólidos Sedimentables - Los sólidos sedimentables son el grupo de sólidos cuyos tamaños de partícula corresponde a 10 micras o más y que pueden sedimentar. d) Sólidos volátiles (SV)- Porción de la materia orgánica que se puede eliminar o volatilizarse cuando esta se quema en un horno mufla a una temperatura de 550ºC. e) Sólidos totales disueltos (STD)- Es
f)
inorgánicas en el agua e indica salinidad. Para muchos fines, la concentración de STD constituye una limitación importante en el uso del agua. En ingles: TOTAL DISSOLVED SOLIDS o TDS. Solidos totales suspendidos STSCantidad de partículas flotantes o suspendidas en la columna de agua que pueden ser separadas del líquido por medio de medios físicos como la filtración. La fórmula utilizada para conocer las concentraciones de los sólidos presentes en el agua es:
⁄ Donde, A=Peso de la capsula + residuo, mg B= Peso de la capsula,mg V= Volumen de la muestra
La turbiedad es la falta de transparencia de un líquido debida a la presencia de partículas en suspensión. Es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión. Cuantos más sólidos en suspensión haya en el agua, más sucia parecerá ésta y más alta será la turbidez. La turbidez es considerada una buena medida de la calidad del agua.
La conductividad del agua es un valor muy utilizado para determinar el contenido de sales disueltas en ella. El valor máximo aceptable para la conductividad puede ser hasta 1000microsiemens/cm, el cual podrá ajustarse según los promedios habituales y el mapa de riesgo de la zona. Un incremento superior al 50% indica un cambio sospechoso de la cantidad de sólidos disueltos y debe ser investigada su procedencia por autoridades sanitarias y ambientales. Según lo establece la resolución 2115 de 2007.
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for La Resolución 2115 de 2007 Capitulo II CARACTERISTICAS FISICAS Y QUIMICAS DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO Plantea
en
su
ARTÍCULO 2º.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS. El agua para consumo humano no podrá sobrepasar los valores máximos aceptables para cada una de las características físicas que se señalan a continuación:
Cuadro Nº. 1 Características Físicas
Environmental
Monitoring
and
Geophysical Data Inversion” plantea que la conductividad eléctrica es útil para lograr un monitoreo a varias temperaturas de la mezcla de agua fresca y agua salina separando las corrientes hidrológicas de las aguas subterráneas contaminadas. Esto conlleva a revisar la relación que existe entre la conductividad eléctrica y la temperatura de aguas territoriales naturales que tienen compuestos y salinidad diferentes.
Se encuentra un artículo que trata sobre la calidad del agua y es:
Caracterización preliminar de la calidad del agua en la cuenca superior del río Del Valle (Catamarca):
Existen Muchas investigaciones y proyectos relacionados con los parámetros físicos del agua, como los siguientes: “Accuracy of different sensors for the estimation of pollutant concentrations (total suspended solids, total and dissolved chemical oxygen demand) in wastewater ”. El artículo habla del tratamiento que se le hizo a algunas aguas residuales y pluviales. Se utilizaron diferentes sensores indirectos (sensores de turbidez, espectrofotómetro UV-visible, medidor de pH, medidor de conductividad y sensor de microondas) todos se pusieron a prueba para vincular las concentraciones de suspensión total de sólidos (SST) y la demanda química de oxigeno (DQO) y salidas de sensores en la red de alcantarillado combinado en la entrada de una planta de tratamiento de aguas residuales, se recolectaron 94 muestras durante el tiempo seco, se recolectaron 44 muestras durante el tiempo húmedo, y 165 muestras fueron recogidas tanto en condiciones climáticas secas y húmedas. Para obtener los resultados esperados.
En este trabajo se realizo una caracterización preliminar de la calidad del agua de la cuenca superior del río Del Valle, es decir, en los formadores iniciales de este río. Los resultados obtenidos en los distintos puntos del muestreo de agua permitieron determinar que la calidad del agua de este río en general es buena, tanto para riego como para consumo animal y humano. El río Los Puestos, afluente de esta cuenca, es el que posee mayores contenidos de arsénico que el resto de la cuenca que, si bien no afecta la calidad del río Del Valle, hace necesario considerar su presencia por el uso de esta agua para riego y consumo de los pobladores de esa zona.
4. Materiales, insumos y reactivos 4.1. Reactivos: No se emplea experiencia.
4.2. Materiales: Beaker de 50 ml Muestra de Agua Filtro Embudo Celdas Embudo
Beaker de 100ml
ningún
reactivo
en
esta
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5.3. Procedimiento para sólidos Conductimetro Turbidimetro Horno de secado Mufla
5. Procedimiento experimental
Sólidos Totales: Se pesa una cápsula de porcelana, luego se mide y se vierte sobre ella 50 ml de agua, se pone a evaporación y se enfría en un desecador. Finalmente se pesa nuevamente.
5.1. Procedimiento para conductividad Se prende el conductímetro y se dejar pasar 5 minutos para que se caliente. Se lava la celda con varias porciones de muestra, se llena un beaker con 20ml de la muestra, se sumerge los electrodos; La cámara del electrodo no debe contener aire atrapado, y se mide la resistencia o la conductividad de la muestra. Se toca la celdilla ligeramente para remover cualquier burbuja y se sumerge dos o tres veces para asegurar una mojada adecuada. Se cambian las funciones del conductímetro para determinar experimentalmente sólidos y salinidad.
5.2. Procedimiento para turbiedad Se verifica el equipo por medio de la solución patrón, donde el equipo debe registrar 40 UTN, luego se toma una celda vacía, se enjuaga con agua destilada, se seca, se toma la muestra, se agita, se vierte en la celda, se lleva al equipo y se realiza la lectura. Si la turbiedad es muy alta diluya y lea nuevamente.
Esquema 2. Sólidos Totales
Sólidos Disueltos: Se toma 50ml de muestra y se filtra, se lava dos veces el filtro con 10 ml de agua destilada, se toma el filtrado (agua del beaker) y se vierte en una cápsula previamente pesada, se aplican los mismos pasos de la determinación de sólidos totales.
Esquema 3. Sólidos Disueltos
Sólidos Suspendidos: Se establecen por diferencia: ST – SD.
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vierte en el cono imhoff, se realiza una lectura cada 30 min hasta completar dos horas.
6. Cálculos, tablas y cuestionario 6.1 Conductividad 6.1.1 Tabla Parámetro
Lectura
Unidad
Temperatur a del registro
Conductividad
131.8
µS/cm
24.4°C
Análisis:
Esquema 4. Sólidos Sedimentables
Sólidos Volátiles y Fijos: Se toma las cápsulas de porcelana donde se determinaron sólidos totales y sólidos disueltos y se llevan a la mufla por un periodo de 1 hora a 550 – 600 °C. Se deja enfriar la unidad, se retira la cápsula y se lleva al desecador hasta igualar la temperatura ambiente, se pesa nuevamente. Este procedimiento determinará los fijos, los volátiles se pueden determinar por diferencia: ST-SF.
La turbiedad al ser un parámetro físico del agua es necesario determinarla en el momento de evaluar la calidad del agua, para poder saber si es apta para el consumo humano y si cumple con la normatividad establecida por la autoridad ambiental competente; en este caso, al observar la tabla, podemos notar que la conductividad de la muestra analizada es de 131.8 microsiemens/cm que al ser comparada con lo que establece la resolución 2115 de 2007 es aceptable, ya que en el artículo 3° se plantea que el valor máximo para la conductividad puede ser hasta 1000microsiemens/cm, cabe resaltar que a esta muestra no se le ha aplicado ningún tratamiento de potabilización, solo ha sido captada de un rio. Existe una relación entre la conductividad y los sólidos disueltos, entonces al aumentar la conductividad en el agua puede variar la cantidad de sólidos disueltos.
6.2 Turbiedad 6.2.1 Cálculos Parámetro
Lectura
Unidad
Turbiedad
188
UNT
Análisis:
Esquema 5. Sólidos Volátiles y Fijos
La turbiedad como se ha dicho anteriormente es una propiedad física del agua, que fue medida en esta experiencia con la ayuda del turbidimetro, como se observa en la tabla la turbiedad de la muestra de agua de rio fue de 188UNT y al compararse con la resolución 2115, que no
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pasado por ningún proceso de tratamiento. La turbiedad causa un color aparente en el agua causando la sensación en las personas de que el agua se ve “sucia”.
6.3 Sólidos
Sólidos Totales Fijos (STF) #1
( )
6.3.1 Cálculos
Sxy(mg / l ) Dónde: residuo, mg
1000 A B
#2
( )
V
A = peso de la cápsula +
B = peso de la cápsula, mg V = volumen de la muestra, ml
Sólidos Totales Volátiles (STV)
1era Parte: Se determinara ST, STV, STF
N° 1 2
#1
Peso Capsula Vacía
Peso Capsula después 103°C
Peso Capsula después de 550°C
72.7240
72.7314
72.7289
84.1964
84.2042
84.1995
#2
Volumen de la muestra de Agua de Rio utilizada = 50ml
Sólidos Totales (ST) #1
( )
Sólidos
N°
Concentración(mg/L)
Totales
1
148
2
156
Totales Fijos
1
50
2
94
Totales Volátiles
1
98
2
62
Ilustración 1 Sólidos Totales: Primer Procedimiento
#2
( )
Análisis: Los datos hallados anteriormente corresponden a la cantidad o concentración de sólidos totales, fijos y volátiles presentes en 2 muestras que contenían cada una 50 ml de agua de rio, teniendo en cuenta que los pesos de las capsulas vacías eran diferente. De los resultados obtenidos se
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utilizar procesos de evaporación y calentamiento de las muestras a altas temperaturas para así determinar a través de los pesos los sólidos totales y fijos; luego a partir de la diferencia de sólidos totales y sólidos totales fijos obtener la concentración de sólidos volátiles que son aquellos sólidos que fueron incinerados al llevar a las muestras a 550°C de temperatura. Mientras que en un caso hay mayor presencia de sólidos fijos en el otro sucede lo contario, y así mismo sucede con los sólidos totales volátiles para dar como resultado que una muestra tenga mayor concentración de sólidos totales que la otra; se sabe que las capsulas vacías tenían pesos diferentes y eso genera que los resultados no sean iguales, también se cree que el no homogeneizar la muestra pudo ocasionar resultados distintos donde había mayor presencia de un sólido que del otro, y por ultimo pudo darse un error al no dejar en la mufla las muestras por el tiempo estipulado en el procedimiento.
2da Parte: Determinación de SST, SSV, SSF N°
Peso filtro de Gooch
1
24.90
Peso Muestra-filtro de Gooch 103°C 24.9112
Peso Muestra-filtro de Gooch 550°C 24.9091
Volumen de la muestra de Agua de Rio utilizada = 50ml
Sólidos Suspendidos Totales (SST)
( ) Sólidos Suspendidos Fijos (SSF)
( )
Sólidos Suspendidos Totales
Concentración
Fijos
105
Volátiles
455
560
Ilustración 2 Sólidos Suspendidos: Segundo Procedimiento
Análisis: La tabla anterior muestra la concentración de sólidos suspendidos hallados en suspensión en una muestra de agua de rio de 20ml, es decir, la muestra fue inicialmente filtrada con la ayuda del filtro de gooch lo contenido en este recipiente, pasó por un proceso de calentamiento a diferentes temperaturas; primero se coloco en el horno a 103° para luego ser pesado, obteniendo así la concentración de sólidos suspendidos totales, para hallar la concentración de sólidos suspendidos fijos y volátiles se calentó nuevamente la muestra en una mufla a 550°C. Se obtiene una concentración mayor de SSV, que de SSF.De acuerdo a los resultados obtenidos se dice que la presencia de sólidos suspendidos en el agua causa turbidez y así mismo dan color aparente a esta, ocasionando un deterioro en la calidad del agua. En ríos por ejemplo, la presencia de sólidos suspendidos no permite que los rayos del sol penetren, afectando la fotosíntesis de las plantas acuáticas.
3ra Parte Determinación de SDT, SDV, SDF
N °
1
Peso papel filtro
0.60 54
Peso Muest rapapel filtro 103°C 0.622 8
Peso Capsul a Vacía
50.49 90
Peso Capsul aMuestr a 103°C 50.50 85
Peso Capsul aMuestr a 550°C 50.50 30
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Volumen de la muestra de Agua de Rio utilizada = 50ml
Sólidos Suspendidos Totales (SST)
( ) Sólidos Disueltos Totales (SDT)
( ) Sólidos Disueltos Fijos (SDF)
( ) Sólidos Disueltos Volátiles (SDV)
Sólidos
Concentración (mg/L)
Suspendidos totales Disueltos Totales Disueltos Fijos Disueltos Volátiles
174
Análisis En la experiencia realizada para hallar sólidos disueltos, pudimos observar que en el procedimiento se realizo una filtración lo que nos permitió hallar la concentración de sólidos suspendidos totales, y notamos como se pueden mezclar procedimientos para obtener diferentes tipos de sólidos al mismo tiempo, también se observo, en cuanto a los sólidos disueltos totales se encuentran en mayor concentración que los suspendidos y los SDF se encuentran en mayor concentración que los SDV. La presencia de sólidos disueltos en el agua para consumo humano, es por lo general desagradable en cuanto al parámetro organoléptico del sabor, además pueden ocasionar una reacción fisiológica adversa a quien la consume, por eso se hace necesario determinar esta propiedad física a hora de conocer la calidad que presenta el agua que será utilizada para su consumo.
Sólidos Sedimentables (SSe) Volumen de la Muestra (L)
Concentración (ml/L) de SSe
1
0.3
Ilustración 4 Sólidos Sedimentables
Análisis: De la tabla anterior se observa que la concentración de sólidos sedimentables es mínima de acuerdo a la cantidad o volumen de agua que se utilizo. Estos sólidos como se dijo anteriormente se obtuvieron al sedimentar por gravedad en el cono de Imhoff. Los sólidos sedimentables son aquellos que constituyen la cantidad de lodos que se obtendrán en la sedimentación simple.
475
7. Conclusiones
275
La experiencia realizada para determinar parámetros físicos en el agua fue de gran importancia ya que a través de esta se logro conocer los procedimiento que se aplican para obtener los tipos de sólidos presentes en el agua y los cálculos que se deben realizar para saber la concentración de estos, además se reconoció el manejo de instrumentos como el turbidimetro y el
200
Ilustración 3 Sólidos Suspendidos y disueltos: Tercer Procedimiento
Volumen de la muestra de Agua de Rio
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Páginas web También se concluye que la presencia de turbidez en el agua indica que se encuentra presente materia orgánica, microorganismos, entre otros. La conductividad permite calcular la salinidad del agua y los sólidos indican la cantidad de partículas presentes en el agua que pueden ser suspendidas, disueltas o totales. Por último, se infiere que es fundamental conocer las propiedades físicas del agua para determinar si es apta o no para el consumo humano, lo que garantiza la calidad del agua y la buena salud de las personas. Además se hace necesario el conocimiento de normas que rigen estos parámetros para cumplir con la ley.
Conclusions The experiment carried out to determine physical parameters in the water was of great importance because through this is I get to know the procedure to be applied to obtain the types of solids present in the water and the calculations that must be performed to find the concentration of these also recognized the use of instruments such as the turbidimeter and conductivity meter to find turbidity and conductivity, respectively, in the studied river water. It is also concluded that the presence of turbidity in the water is present indicates that organic matter, microorganisms, among others. To calculate the conductivity of the water salinity and indicate the amount of solid particles present in the water that can be suspended, dissolved or total. Finally, it follows that it is essential to know the physical properties of water to determine whether or not it is suitable for human consumption, ensuring water quality and the health of people. It also necessitates the knowledge of rules governing these parameters to comply with the law.
8. Bibliografía Normas Ambientales:
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Montoya, Loaiza, 2011 Base de datos: Academic Search Complete. Disponible en: http://search.ebscohost.com/login.aspx?dir ect=true&db=a9h&AN=71890438&lang=es &site=ehost-live Lepot, M., Aubin, J., y Bertrand-Krajewski, J. (2013). Precisión de los diferentes sensores para la estimación de las concentraciones de contaminantes (sólidos suspendidos totales, totales y disueltos demanda química de oxígeno) en las aguas residuales y pluviales. Ciencia y Tecnología del Agua , 68 (2), 462471. http://ehis.ebscohost.com/ehost/detail ?vid=8&sid=bf00f5a7-b013-46b7-9ee0806667982c95%40sessionmgr4&hid=102& bdata=Jmxhbmc9ZXMmc2l0ZT1laG9zdC1s aXZl#db=a9h&AN=89268319
Hayashi, M. (2004). Temperature-electrical conductivity relation of water for environmental monitoring and geophysical data inversion. Environmental Monitoring and Assessment, 96 (1-3), 119-28.
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