Tema 2 Caracterización Del Agua

Caracterización de del a ua Índice 

Características físicas del agua    



Turbidez Sólidos Color, sabor y olor Temperatura

Características químicas del agua  

Materia orgánica Materia ria ino inorg nica    



Nutrientes: N y P Aniones y cationes Conductividad y dureza Alcal Alcalin inid idad ad - pH

Microorganismos

Caracterización de del a ua Índice 






Materia orgánica Materia ria ino inorg nica    



Nutrientes: N y P Aniones y cationes Conductividad y dureza Alcal Alcalin inid idad ad - pH

Microorganismos

Caracterización de del a ua Turbidez 





Mide la capacidad de dispersión o absorción de la luz del agua Generada por la presencia de sólidos suspendidos pero no es un indicador de estos Medida:  

Fotométricamente (turbidímetro) .

=

FUENTE DE LUZ



Problemas

Caracterización del a ua Sólidos 

Se clasifican en función de:    



Sedimentabilidad Tamaño Temperatura de calcinación Biodegradabilidad

Las clasificaciones se superponen

Caracterización del a ua Sólidos. Definiciones 

Sólidos sedimentables: volumen de sólidos depositados en el fondo de un cono imhoff después e un per o o e ora m

¿Qué tipo de sólidos son? S. No Sedim.

S. Sedim. Cono Imhoff


Sólidos Totales (ST): sólidos que quedan como residuo después de evaporar el agua a 105 ºC (mg/l) A.R.

Evapor. 105 ºC

H2 O

ST ST 



Pcáps .



ST 

Pcáps .

V

Sólidos Suspendidos (SS): sólidos que quedan retenidos en un filtro con un tamaño de poro de 0,45 µm 

ST= SS + SD=S. Susp.+ S. Disueltos H2O

SS 

Pcáps .



filtro  SS 

V

Pcáps.  Pfiltro

Evapor. 105 ºC

A.R.

SS Aire

SD

Filtro


Fracción volátil: fracción de sólidos que se calcinan en una mufla a 600 ºC durante una hora A.R.

Calcin. 600 ºC

SV H2O

SNV STNV 

  



Pcáps. STNV  Pcáps . 

V

SS=SSV + SSNV=SS Volátiles + SS No Volátiles (mg/l) ST=STV + STNV=ST Volátiles + ST No Volátiles (mg/l) La materia orgánica es volátil Ø los sólidos volátiles ≈ materia orgánica suspendida volátiles (carbonato cálcico)


Fracción biodegradable: fracción de los sólidos que es degradada biológicamente por los microorganismos 

SSV = SSVB + SSVNB = SSV Biodegradables + SSV No Biodegradables (mg/l) . .



SSVB

.

M.O. susp. biodegrada ble total SSVB 

lim . susp .

DQOsusp .

SSV



susp .

DBOlim. susp.

Caracterización del a ua Sólidos. Medida MUESTRA

Cono Imhoff

Sólidos sedimentables

º Sólidos Totales Filtración 0.45μm Sólidos Suspendidos (XSST) Sólidos Disueltos Mufla 600ºC .

.

SSV

.

.

SSVB DBOLSUSP = SSV DQOSUSP

Sól. Susp. Volátiles Biodegrable (XSSVB)

Sól. Susp. Volátiles No Biodegrable (XSSVNB)

SSNV

Caracterización del a ua Sólidos 

Problemas: 



Actúan como centros activos favoreciendo la adsorción de sustancias (compuestos tóxicos orgánicos, metales pesados) y microorganismos Dificultan el paso de la luz y dan color

Ej

Caracterización del a ua Ejercicios 

¿Son posibles los siguientes resultados experimentales? 



SS=150 mg/l, S. Sedimentables = 0 ml/l

¿Existen los SSNVB?

Caracterización del a ua Sólidos Materia Disuelta (SD)

Materia Suspendida (SS)

M.O. Disuelta (SDV)

M.O. Suspendida (SSV)

M.O. Disuelta Biodegradable (SDVB)

M.O. Suspendida Biodegradable (SSVB)

M.O. Disuelta

M.O. Suspendida

M i B

(SDVNB)

(SSVNB)

a e i r t e r t e I M

M.I. Disuelta (SDNV y SDV)

M.I. Suspendida (SSNV y SSV)

. d a r c g i e n d á i o g B r

O a . i r r g e e t d o

o N

MNS

M. Sedimentable

Caracterización del a ua Color 

Color aparente: debido a la presencia de SS


Color real o verdadero: debido a SD  

El ARU tiene color ris-ne ro sulfuros metálicos Puede existir una gran variedad en el color del ARI dependiendo del tipo de industria




No existe una relación directa entre el color del agua y el tipo de contaminante

Medida: 



Se compara el color del agua con materiales

Problemas: 

u uso no es acep a e para e consumo humano o industrial

Caracterización del a ua Sabor y Olor 

Origen: sustancias orgánicas e inorgánicas que entran en contacto con el agua  Sabor: 





Olor: 



 

Sustancias inorgánicas: alcalinas (amargo), sales me cas sa no o amargo . Sustancias orgánicas. Agua séptica: sulfuro de hidrógeno por degradación anaerobia resenc a e 2, s, … 3,

Medida: umbral de sabor y olor Problemas: rechazo por asociación a agua contaminada

Caracterización del a ua Temperatura 

Origen: 





A ua de refri eración de centrales térmicas nucleares e industrias Temperatura ambiente

Problemas: 

Diversidad de las especies biológicas 



Afecta a la solubilidad de los gases y de las sales 



Ejemplo: salmón y trucha ( T<25ºC

Si T↑ -> solubilidad O2 ↓

Afecta a las velocidades de las reacciones qu micas y de los procesos biol gicos 

k(T)=k(20ºC)θ(T-20)

Caracterización del a ua Índice 






Materia orgánica Materia inorg nica    



Nutrientes: N y P Aniones y cationes Conductividad y dureza Alcalinidad - pH

Microorganismos

Caracterización del a ua Materia orgánica 

Componentes orgánicos naturales:   



omponen es org n cos s n    



Proteínas (tejido animal) Carbohidratos (tejido vegetal) Lípidos (grasas, aceites, ceras) Detergentes Pesticidas roductos a rícolas Disolventes orgánicos Trihalometanos

Problemas: 



cos:

[O2] ↓ por degradación , Formación de trialometanos

Caracterización del a ua Materia orgánica. DQO 

Demanda Química de Oxígeno – DQO (mg O2 /l): oxígeno necesario para oxidar químicamente la materia orgánica del agua) 

Oxidación con dicromato en medio ácido y K Cr O

CaHbOc +Cr2O72-+H+→Cr3++CO2+H2O 

A.R.

Desventajas: 

 

No distingue entre MO biodegradable y no Interferencias: nitritos y cloruros (HgSO 4) Residuo tóxico or ue contiene lata mercurio cromo.

4

H2SO4

140 ºC

Caracterización del a ua Materia orgánica. DBO 

Demanda Biológica de Oxígeno - DBO (mg O2 /l): oxígeno necesario para oxidar biológicamente la materia orgánica del agua Mide MO biodegradable





Manómetro

Determinación en el laboratorio: (gas) 6

12

6 

(gas) .

2



2 

+

NaOH

(sólido) Na CO 2 3

O2∞ ï Presión∞ ï DBO

2



omasa NaOH Aire

+ nutrientes + microorganismos

20 ºC


Determinación en el laboratorio:  

DBO = DBO a los 5 días 20 ºC DBOlim = DBO a los 20 días (20 ºC) 450

lim

400 350

DBO ) l 250 / 2

O g 200 m ( O B D 100 50 0 0

5

10

15

t (días)

20

25




Ej

La DQO mide materia orgánica total y la DBO límite materia orgánica biodegradable total Existen compuestos orgánicos que no son biodegradables Glucosa:

DQO

DBO





lim 

Relación DBO/DQO

5

Caracterización del a ua Materia orgánica. DBOC-DBON Nitrificación NO3-+…

NH4++O2 Ø

Degradación de la materia orgánica M.O.+O2 Ø CO2+H2O+…

29

Caracterización del a ua Materia orgánica. COT 

Carbono Orgánico Total – COT (mg C/l): se



Medida:

utiliza para bajas concentraciones de MO (agua potable) 



La muestra se evapora y se oxida a CO2 el cual se mide por infrarrojos Algunos compuestos no se oxidan

Caracterización del a ua Materia orgánica. Otros 

Demanda Total de Oxígeno - DTO (mg O2 /l) 

Medida: 

Combustión de la muestra en una celda y se mide el O2 gastado.

  



Algunos carbonatos pasan a CO2 Valores superiores a los reales

Demanda Teórica de Oxígeno - DTeO (mg O2 /l) 

Medida: 



Cálculo estequiométrico.

Inconvenientes: 

Conocer con exactitud la fórmula de los compuestos que forman la MO.







Agua 1: DBO5 = 250 mg/l, DQO = 200 mg/l Agua 2: DQO = 300 mg/l, DBO5 = 250 mg/l, DBOlim = 200 mg/l

¿Qué representa la diferencia DQO – DBOlim?

Caracterización del a ua Materia orgánica. Fracciones (Soluble = Disuelto)

Materia orgánica DQO Suspendida DQOsusp

Soluble DQOsol Biodegradable DBO

Inerte

Biodegradable D O



DQO = DQO de la muestra sin filtrar



DQOsol = DQO de la muestra filtrada (0,45 µm)



DBOl = DBO límite de la muestra sin filtrar



DBOl sol = DBO límite de la muestra filtrada

Inerte

DQOsusp = DQO - DQO sol

DBO

= DBO – DBO



Agua 1: SS=50 mg/l, SSV=0 mg/l tota =



Agua 2: SSVB=0 mg/l, DBO5 susp.=200 mg/l



Agua 3: SSV = 150 mg /l, DQOsusp = 200 mg/l


Resultados experimentales obtenidos:  

D O= 280 m /l DBO5: 250 200 ) l / 150 g m O100 B D

50 0 0

1

2

3

4

5

6

7

Tiempo (días)



¿Es adecuado un tratamiento biológico para eliminar la materia orgánica del agua residual?

Caracterización del a ua Materia orgánica-Sólidos ) . O d r

D g ( e a d o c i i

B

á g r r . O g e a d i r i o e t B a o M N e t r e I . M

Materia Disuelta (SD)


M.O. Disuelta (SDV, DQOsol)

M.O. Suspendida (SSV, DQOsusp)

M.O. Disuelta Biodegradable (SDVB, DBOlim sol)

M.O. Suspendida Biodegradable (SSVB, DBOlim susp)

M.O. Disuelta o o egra a e (SDVNB)

M.I. Disuelta y

M.O. Suspendida (SSVNB)

M.I. Suspendida y











Microorganismos

Caracterización del a ua Nutrientes Mar Aral

1989

2003

Caracterización del a ua Nutrientes 

Origen:   



Vertidos de a ua residual de de uradoras Uso de fertilizantes en la agricultura Residuos orgánicos, detergentes

Problemas: 

Eutrofización   



Contaminación de acuíferos por NO3 



Disminución de la biodiversidad ↑ Turbidez Variaciones de [O ] entre el día y la noche [NO3- ]máx en agua potable =50 mg NO3- /l 3

[O2] ↓ por nitrificación:

N H 4





2 O2



2 H   H 2 O  N O3



Nutrientes-Materia orgánica-Sólidos ) O Q D P (

a c i n

g r O . N M

Materia Disuelta (SD)


M.O. Disuelta: C,H,O,N,P,… (SDV, DQOsol)

M.O. Suspendida:C,H,O,N,P,… (SSV, DQOsus )

Fósforo Orgánico Disuelto (POsol)

Fósforo Orgánico Suspendido (POsusp)

Nitrógeno Orgánico Disuelto (NOsol)

Nitrógeno Orgánico Suspendido (NOsusp)

M.I. Disuelta:N,P,… (SDNV y SDV) t r e n I . N

Fósforo Inorgánico Disuelto (PO43-, (PO43-)n) Nitrógeno Inorgánico Disuelto (NH4+, NO3-, NO2-)

Caracterización del a ua Nutrientes. Ejemplo 

Tratamiento biológico:



M .O.  O2

CO2  H 2O  ....



Los microorganismos en el reactor son M.O. suspendida: SSVmicr.= 2400 mg SS/l Microorg.

C,H,O, N,P,…

D O .= 3409 m O l DBOlim susp micr.= 2727 mg O2 /l .=

POsusp micr.= 41 mg P/l

Caracterización del a ua Nitrógeno. Fracciones Nitrógeno total = NT Suspendida (NT susp )

Soluble (NT sol ) -

-

+

(NOsol)

(NOsusp)

NT = NT sol + NT susp = NKT + NO2-+ NO3NKT = NKTsol + NKTsusp = NO + NH4+ (N Kjenldahl Total) NO = NOsol + NOsusp (N asociado a la MO)

Caracterización del a ua Nitrógeno. Medida NTOTAL N-K enldahl N Orgánico Suspendido 





N-Nítrico

NH4+ NO2- NO3Soluble

N-NO3- = nitratos de la muestra filtrada, colorimetría N-NH4+= amonio de la muestra filtrada, colorimetría NT = Nitr geno total de la muestra sin filtrar, oxidación alcalina con persulfato (K2S2O8) Tsol

Caracterización de del a ua Ejercicios 


Agua 1: NO = 5 mg N/l (60 % susp.) =



Agua 2: NKTsoluble=0 mg N/l; NO3-=10 mg N/l



Agua 3: NKT = 10 mg N/l, NH4+ = 12 mg /l



+ = = NO = 1 mg N/l, NO3- = 1 mg N/l

NH4+ = 3 mg N/l

Caracterización de del a ua Fósforo. Fracciones 

Orto Ortofo fosf sfat atos os (PO (PO43-) 





Dis Dis onib onible less ara ara el met metabol abolis ismo mo sin sin de radac adació ión n previa En su mayoría proceden de fertilizantes agrícolas

Poli Polifo fosf sfat atos os (PO (PO43-)n  



Se hidrolizan a ortofosfatos Proc Procee ente entess e et eter ergen gente tes, s, aunq aunque ue su uso uso es cada vez menor Proviene de residuos de animales y alimenticios y está constituido por ácidos nucleicos, fosfolípidos y ATP

Caracterización de del a ua Fósforo. Fracciones Fósforo total = PT (mg P/l) Suspendida (P )

Soluble (P ) PO43-

P orgánico

P orgánico

sol

T

=

T sol

T susp

=

susp

4

-

PT sol = POsol + PO43PO = POsol + POsusp (P asociado a la MO)

Caracterización del a ua Fósforo. Medida P TOTAL Susp 



34

-

ORG

Soluble

P-PO43- = fosfatos de la muestra filtrada, colorimetría Otras formas de P por conversión a P-PO43 

Hidrólisis ácida: Poli-P → P-PO43Digestión ácida: 

Destruye la MO -

-

4

-







Agua 1: PT = 18 mg P/l (50 % suspendido) 3- = Agua 2: PO = 20 mg P/l, 40% suspendido SSV = 0 mg Agua 3: DQO = 0 mg/l, PO = 4 mg P/l

Caracterización del a ua Vertidos de EDARs urbanas Requisitos de vertido de EDARs Parámetro

Concentración

% reducción

DBO5

25 mg O2/l

70-90

mg SST

2

35 mg/l

90

Requisitos de vertido de EDARs en zonas sensibles Parámetro

10000-100000 h-e >100000 h-e

N total

15 mgN/l (70-80%) 10 mg N/l (=%)

P total

2 mg P/l (80%)

1 mg P/l (=%)











Microorganismos

Caracterización del a ua Cationes y aniones disueltos 

Origen:   



Contacto del agua con depósitos minerales Actividad de algas y bacterias Añadidos por el hombre

Principales especies iónicas presentes en el agua: Cationes Calcio (Ca2+) Magnesio (Mg2+) Sodio (Na+) Potasio (K+)

Aniones Bicarbonato (HCO3-) Sulfato (SO42-) Cloruro (Cl-) Nitrato (NO3-)


Ejemplo agua mineral: Ión (mg/l) 2+

Mg2+ Na+ K+ HCO3SO42Cl-

Aq , 3,0 50 18,0 -

Be

FV

La

SC

, , , , 0,3 9,7 8,8 25,1 2 3 13 2 48 52 1,1 6,7 149,0 105,0 285,8 16,4 17,3 21,3 0,8 16,2 7,9


Especies iónicas minoritarias presentes en el agua: Cationes Aluminio (Al3+) Amonio (NH4+) Boro (borato) (BO43-) Cobre (Cu2+) Hierro (Fe3+, Fe2+) anganeso n +

Aniones Bisulfato (HSO4-) Bisulfito (HSO3-) Carbonato (CO32-) Fluoruro (F-) Fosfatos (PO43-,HPO42-,H2PO4-) u uro Sulfito (SO32-)


Ej

Principales especies inorgánicas añadidas por el hombre Cationes Arsénico (As3+) Bario (Ba2+) Cadmio (Cd2+) Cromo (Cr +,Cr Plomo (Pb2+)

Aniones Cianuro (CN-)

+)

Zinc (Zn2+) 

e carac er zan por su tox c a para microorganismos, animales y plantas

Caracterización del a ua Conductividad 

Capacidad del agua para conducir la corriente eléctrica Conductividad (μS/cm) = Σ(Ci*Fi) Factor de conductividad Fi

ION Calcio (Ca2+) Ma nesio M Potasio (K+) Sodio (Na+)  

2+

2.60 3.82 1.84 2.13

Relacionada con los sólidos disueltos Medida: conductímetro

Caracterización del a ua Dureza 

Capacidad del agua para producir incrustaciones 

Dureza (meq/l) = [Ca2+] + [Mg2+] Tipo

Blanda Moderada Dura

(meq/l)

<1 1–3 3–6

Caracterización del a ua Dureza 

Problemas: 

Formación de incrustaciones en las conducciones de agua caliente Ca2+ + 2HCO3-  CaCO3(s) + CO2 + H2O



Aumento de la dosis de jabón

Caracterización del a ua pH y alcalinidad 

pH: mide la acidez o basicidad del agua

= 

+

Origen: ,



-

Problemas:  



Ej

Afecta al equilibrio químico Afecta a los tratamientos biológicos

Alcalinidad: Medida de la capacidad de una

disolución ara neutralizar un ácido

Alcal (mol/l)=[HCO3-]+2[CO32-]+[OH-]-[H+]











Microorganismos

Caracterización del a ua Microorganismos 

Problemas: 

Transmisión de enfermedades a través de

organismos patógenos presentes en el agua 





Protozoos, bacterias, virus, animales superiores ,

La presencia de microorganismos en grandes cantidades puede producir coloración y sabor

Aplicaciones:  

Tratamientos biológicos de aguas residuales Indicadores de contaminación fecal

(enfermedades)

los vertidos ->Test de toxicidad

Caracterización del a ua Microorganismos. Clasificación 

Taxonómica (según posición en la escala evolutiva): 



Trófica (según la fuente de C que utilizan):  



Especie /Género/Familia/Orden/Clase/Phylum Autótrofos (C inorgánico-CO2) Heterótrofos (C orgánico)

En función del aceptor de electrones que utilizan para la respiración  

Aero ios s o O2 Anaerobios 2 

Facultativos (si hay O2 lo utilizan sino otro)

Caracterización del a ua Trat. Biológicos. Microorganismos 

Tratamiento biológico por fangos activados

   

Bacterias Protozoos Metazoos Hongos y algas

Caracterización del a ua Trat. Biológicos. Microorganismos Bacterias: 80% de los microorganismos que participan en la depuración

Protozoos: Contribuyen a la depuración (10%). In ican un cu o ien formado

Nemátodos: Gusanos (enfermedades) Rotíferos: Indican buenos niveles de de uración Crustáceos: Buena calidad del agua

Caracterización del a ua Trat. Biológicos. Microorganismos Hongos: No participan en la depuración.

Algas: Proceso de depuración lagunaje.

N bajos

Microalgas

Virus: transmisión . Difíciles de eliminar del agua Virus Hepatitis B

Cianobacteria

Caracterización del a ua Contaminación fecal 



La concentración de bacterias fecales en el agua indica la posibilidad o no de transmitir enfermedades Método de recuento de bacterias: se realiza mediante su cultivo en un medio s lido o líquido º



Indicadores de contaminación fecal 

Escherichia coli

o ormes o a es: ermen an a ac osa a en un máximo de 48 horas. en un tiempo máximo de 24 horas.

º

Tema 2 Caracterización Del Agua

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