ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO DEL AGUA

ASIGNATURA : ANALISIS Y TRATAMIENTO DE AGUAS

ALUMNA : ORE DE LA CRUZ, WENDY

 

DOCENTE : JOYO ZAGA, JILMER

INTRODUCCIÓNEn nuestro planeta, el agua (H2O) es la única sustancia que coexiste abundantemente en los tres estados físicos posibles. Es nuestro único líquido común y el sólido pura más ampliamente distribuido, estando siempre presente en todas partes de la atmósfera suspendido en forma de partículas de hielo o sobre la superficie terrestre en diversos tipos de nieve y hielo. Es esencial para la vida; como importante reguladora de la temperatura corporal, como reactante y medio de reacción, como estabilizante de la conformación de biopolímeros, como probable inductora del comportamiento dinámico de macromoléculas, incluyendo sus propiedades (Enzimáticas) catalíticas y de otras formas ignoradas.

Pero el agua como principal componente de muchos alimentos; realiza una serie de tratamientos tanto industriales como domésticos, en el presente informe se desarrollaran los siguientes:

Color

Olor

Sabor

Turbidez

PH

Temperatura

Dureza Total

Cloro residual

OBJETIVOS

Realizar y desarrollar el análisis Físico – Químicos del agua

Desarrollar las técnicas a utilizar para el análisis físico químico del agua

Desarrollar los métodos a utilizar para el análisis físico químico del agua

Determinar las características organolépticas del agua

Determinar el pH y temperatura del agua.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Acidez pH:

La acidez de un agua es una medida de la cantidad total de substancias ácidas (H+) presentes en esa agua, expresados como partes por millón de carbonato de calcio equivalente. Se ha demostrado que un equivalente de un ácido (H+) es igual al equivalente de una base (OH-). Por lo tanto no importa si el resultado se expresa como ácido o como base y, por conveniencia, la acidez se reporta como el CaCO3 equivalente debido a que en muchas ocasiones no se sabe con exactitud que ácido está presente.

 

Alcalinidad:

Es una medida de la cantidad total de sustancias alcalinas (OH-) presentes en el agua y se expresan como partes por millón de CaCO3 equivalente. También se hace así porque puede desconocerse cuáles son los álcalis presentes, pero éstos son, al menos, equivalentes al CaCO3 que se reporte.

"La actividad de un ácido o un álcali se mide mediante el valor de pH. En consecuencia, cuanto más activo sea un ácido, menor será el pH y cuanto más activo sea un álcali, mayor será el pH.

Cloro Residual:

La concentración del cloro residual "libre", así como la porción relativa entre los cloros residuales "libre" y "combinado", son importantes cuando se practica la cloración q residual libre. En un determinado abastecimiento de agua aquella porción del cloro residual total "libre", sirve como medida de la capacidad para "oxidar" la materia orgánica. Cuando se práctica la cloración q residual libre, se recomienda que cuando menos, el 85 % del cloro residual total quede en estado libre.

La cloración es también un método relativamente eficiente como tratamiento correctivo, si se aplica en las cantidades adecuadas, adicionales a las que se requieren para propósitos de desinfección.

A veces se requieren tan grandes concentraciones de cloro, que se necesita de un decloración posterior para que no se presenten sabores ni olores de cloro en el agua. Una técnica de cloración relativamente reciente, incluye el uso de cloruro de sodio junto con la cloración ordinaria. En esta reacción se produce bióxido de cloro.

 

Tratamiento del H2O ante del uso Industrial (Físico o Químico):

La purificación del agua para uso industrial puede ser muy compleja o relativamente simple, dependiendo de las propiedades del agua cruda y del grado de pureza requerida. Se emplean muchos métodos y combinaciones de ellas, pero todos abarcan tres procesos básicos: tratamiento físico, químico y fisicoquímico.

 

Tratamiento Físico:

El tratamiento físico abarca los procesos mediante los cuales las impurezas se separan del agua sin producirse cambios en la composición de las sustancias. Los métodos mas comunes son sedimentación, colado y filtrado, destilación.

 

Sedimentación

En la sedimentación se aprovecha la acción que ejerce la fuerza de gravedad sobre las partículas más pesadas que el agua, que descienden depositándose sobre el fondo. Las aguas superficiales contiene diferentes cantidades de materia en suspensión y este método se emplea para clarificar el agua cruda, ya sea por sedimentación simple o mediante la adición de coagulantes químicos. Los recipientes donde se lleva a cabo este proceso se denominan tanque de sedimentación.

Colado y Filtrado:

Los coladores y filtros pueden utilizarse cuando se necesario eliminar sólidos suspendidos o flotantes en el agua, ya sea como paso adicional, después de la sedimentación, o cuando el espacio disponible no permite la instalación de depósitos de sedimentación.

Existen varios coladores de uso comercial, siendo los más comunes los de tela, malla metálica, tambor giratorio y disco giratorio. Los filtros de tela y malla metálica se utilizan cuando os materiales suspendidos son relativamente finos y están en concentraciones bajas.

Características del agua

GRUPOS DE PARÁMETROS PARA ANALIZAR

Olor: cuando la muestra de agua presenta olor siempre es signo de contaminación o de la presencia de materia orgánica en descomposición.

Es más frecuente en aguas residuales o de vertidos.

Las aguas potables no deben poseer ningún olor, salvo el característico del desinfectante (cloro), dentro de unos límites tolerables.

No deben tener olor ni en el momento de la toma de muestra, ni transcurridos 10 días en un recipiente cerrado a una temperatura de 26ºC.

Método oficial: 

Siempre se debe trabajar a la misma temperatura. Se pueden hacer ensayos en frío " 20ºC y en caliente 60ºC.

Con material limpio y exento de olor.

Para las diluciones se requiere agua inolora (destilado y filtro de carbón activo que absorbe olores)

Es difícil establecer el tipo de olor.

CARACTERES ORGANOLÉPTICOS:

Sabor: solo se deben degustar aguas cuyo origen garantice su seguridad para le bebida.

El sabor de una agua puede deberse a la presencia de sales minerales, de materia orgánica o de partículas de tierra en suspensión en el agua.

Ej. Sales minerales cloruros dan sabor salado, magnesio da sabor amargo, aluminio da sabor terroso.

Materia orgánica algas verdes dan sabor a hierba, actinomicetos (hongos) dan sabor terroso, algas verde-azuladas dan sabor a podrido.

Se mide con el mismo fundamento y procedimiento que el olor y se expresa como umbral de sabor. Existen “catadores de agua” entrenados para distinguir más de treinta sabores y olores diferentes. Las aguas potables deben tener sabor débil y agradable. También puede dar sabor el agente desinfectante (cloro) y se tolera dentro de ciertos límites.

• Color : No existe una relación directa entre color y grado de contaminación, pues al tratarse de un parámetro fuertemente influido por interferencias con otras sustancias coloreadas, es difícil su evaluación absoluta. Dado que muchas de las sustancias coloreadas se degradan con el tiempo, la determinación del color se debe realizar en las veinticuatro horas posteriores a la toma de muestra, conservándose las mismas refrigeradas (2-5 ºC) y en la oscuridad. La determinación del color se efectúa visualmente empleando luz diurna difusa sobre fondo blanco, o mediante el uso de un espectrofotómetro visible. El color que presenta el agua puede ser aparente (agua bruta) o verdadero (agua sin sólidos en suspensión).

Turbidez: se debe a la presencia de partículas de materia en suspensión o dispersas (arcillas, limos, partículas de sílice, materia orgánica)

Algunas de estas partículas se pueden eliminar por decantación o centrifugación, otras no.

Las aguas de pozos y manantiales suelen ser transparentes. Las aguas superficiales (ríos, gargantas) suelen ser turbias debido al arrastre de partículas insolubles.

En masas de agua (amblases, lagos, ríos, mares) la turbidez puede impedir el paso de luz a las capas inferiores deteriorando el desarrollo de vida en los fondos.

Las aguas turbias son rechazadas por el consumidor aunque reúnan condiciones sanitarias aceptables. Deben ser transparentes.

Unidad de medida: UNT (NTU). Unidad nefelométrica de turbidez.

La reglamentación española fija como límite máximo 6 UNT y como índice de calidad 1 UNT.

La medida de turbidez es fundamental tanto en ETAP como en EDAR.

Se analizan antes y después del tratamiento. Antes el análisis previo determina el coagulante que necesito para clarificarlos y es que la desinfección de aguas turbias mediante color es menos eficiente que en aguas transparentes, pues las partículas en suspensión engloban bacterias y virus que el cloro no puede destruir.

Existen varios métodos para determinarla. Algunos son de campo y otros de laboratorio.

Siempre se recomienda realizar la medida tan rápido como se pueda tras la toma de la muestra (tiempo máximo de conservación de la muestra 24 horas a 4ºC y en oscuridad)

Los métodos de campo se basan en medir la profundidad a la que un objeto determinado deja de ser visible.(hilo de platino: diámetro 1mm y longitud 25mm) (discos de porcelana blanca de 20cm de diámetro) (fluoroscopio: tubo transparente: 0,3cm de diámetro y longitud 1,5m, en un extremo transparente tiene un tapón blanco con una cruz negra, cuando no se ve la luz se mide la altura del agua)

En el laboratorio se pueden usar varios aparatos de medida que se basan en la dispersión de la luz( efecto Tyndall) y a la absorción de la muestra debida a esas partículas (opacimetría)

Método oficial: el de formacina o nefelometría.

Se compara la medida de la muestra en unas condiciones determinadas con la medida obtenida por unas disoluciones patrón en las mismas condiciones.

El aparato de medida es fotoeléctrico y se denomina turbidímetro.

Sustancia patrón es un polímero: formacina.

Se prepara una disolución madre de formacina que tiene 400 UNT y sólo se conserva un mes, a partir de ella se preparan diluciones (0-40 UNT)

Con ellas se traza una recta de calibrado del aparato y luego se mide la muestra.

Estas diluciones patrón son estables una semana, aunque es mejor utilizarlas recién preparadas. También existen patrones ya preparados para calibrar el turbidímetro que simplifican la medida.

CARACTERES FÍSICO-QUÍMICOS

Temperatura: La medida debe hacerse “in situ”. En una zona representativa de la masa de agua que se va a analizar. Se suele medir en zonas de corriente (no en aguas estancadas)

La temperatura influye en la solubilidad de sales y gases y así condiciona la medida de pH y conductividad. La solubilidad de sales suele aumentar con la temperatura y la de los gases disminuye cuando la temperatura aumenta.

La temperatura condiciona también el desarrollo de ciertas algas. El agua de consumo humano se recomienda entre 12ºC-25ºC aunque no existen límites de temperatura.

Para vertidos industriales se establece una temperatura máxima de 40ºC (en algunos casos hasta 50ºC) La normativa exige que cuando estos vertidos se devuelven a los cauces públicos la variación de temperatura no sea superior a 3ºC con respecto al valor nominal del cauce.

La medida en superficie se realiza con un termómetro graduado en décimas de grado y con protección antigolpes.

Se pueden usar también sondas electrónicas.

Para medir a distintas profundidades se usan termistores que tienen resistencias eléctricas.

Se suele toma también el valor del aire.

pH: mide la alcalinidad o acidez del agua (escala) Se recomienda la medida “in situ”.

pH = Valores de 0-14 pH 0-7 ácidas, pH 7-14 básicas.

En general, el pH de las aguas no presenta grandes variaciones y está alrededor de la neutralidad. El problema está en las aguas residuales o en los vertidos industriales que sí pueden dar valores extremos de pH.

Las aguas calcáreas tienen pH ligeramente básico.

Las aguas que discurran por terrenos pobres en calizas o pobres en silicatos tiene pH próximo a 7 o inferior.

Las aguas de ciertas regiones volcánicas suelen ser ácidas.

En la Reglamentación técnica Sanitaria (RTS) se establece el rango entre 6,5 y 9,2 de pH para aguas de consumo y como nivel de calidad pH = 7-8

Para las piscinas se establece un pH recomendado de 7,4 (que es el pH fisiológico)

Método oficial usando el peachímetro, electrodo de membrana de vidrio selectiva a iones hidrógeno. Se calibra el aparato y se introduce en la muestra; se suele agitar durante un tiempo y se mide cuando se estabiliza la lectura.

Se suele señalar la temperatura a la que se mide, pues influye en el valor del pH.

Otros métodos no oficiales tiras reactivas, papel indicador, indicadores líquidos, se genera un color que se compara con una escala.

Son métodos rápidos, fiables y muy usados en el trabajo diario.

Conductividad: capacidad de un material o de una disolución para transportar la corriente eléctrica.

La conductividad de un agua depende de la concentración y la naturaleza de los iones disueltos en ella, así como de la temperatura. Normalmente un aumento se sales supone un aumento de conductividad. Las aguas de pozos sobreexplotados, de terrenos salinizados o de vertidos industriales suelen presentar alta conductividad.

Se mide mediante un aparato: conductímetro o conductivímetro. Este aparato tiene un electrodo de platino-platinado y también un compensador de temperatura. El aparato establece una diferencia de potencial () entre las placas del electrodo y nos da la medida de conductividad por comparación con una disolución de KCl.

III. SUSTANCIAS NO DESEABLES Nitritos son las sales del ácido nitroso HNO2.

Son un estado de oxidación intermedia del nitrógeno.

Aparece como producto intermedio cuando el amonio se oxida a nitrato y también en la reducción de los nitratos. Estas reacciones redox se pueden producir en las EDAR en los sistemas de distribución del agua.

Se usan los nitritos como protectores contra la corrosión del agua en muchos procesos industriales, en las aguas naturales

La concentración de NO2- se puede utilizar como indicador de contaminación bacteriológica pues son las bacterias las responsables de la reducción del nitrato o nítrico o incluso a N2 gas.

En concentraciones elevadas originan metahemoglobinemia que consiste en la formación de metahemoglobina por oxidación de hierro de la hemoglobina .

La metahemoglobinemia no puede transportar el oxígeno a los tejidos.

Los nitritos oxidan al hierro de la hemoglobina en pH poco ácido o próximo a la neutralidad. Esto sucede en el estómago de los lactantes y de personas con aclorhidria gástrica. Los síntomas son palidez de la piel, cefaleas, vértigos, taquicardia y trastornos neurológicos.

Si el índice de metahemoglobinemia es superior al 70% puede producir la muerte.

El alto pH del estómago favorece la colonización por parte de bacterias que pueden reducir enzimáticamente los nitratos del agua a nitritos y así empezar a actuar sobre le hemoglobina.

Otro efecto no deseable de los NO2- es su combinación con las aminas secundarias de los alimentos y producir nitrosaminas muchas de ellas carcinogénicas.

Según RTS máximo 0,1mg/l.

Métodos de determinación:

Oficial espectrofometría, basado en la formación de color amarillo cuando reaccionan con ácido sulfanilico. = 435nm (410)

Otros métodos para realizar “in situ”: tiras reactivas, colorimetría en tubo, también hay espectrofometría de campo y reflectometría.

En el laboratorio el método es similar al oficial, mide a = 543nm

Amonio y amoniaco NH4+, NH3 gas.

Procede de la descomposición de la urea y de compuestos orgánicos (desaminación)

También pueden aparecer en vertidos industriales.

En algunas ETAP se añade amoniaco para que reaccione con Cl y formar cloro residual combinado.

Se pueden encontrar en aguas superficiales y en aguas residuales.

En aguas subterráneas su concentración suele ser baja porque las partículas y arcillas del suelo los absorben.

Su concentración junto con la de NO2- y NO3- y el nivel de coliformes fecales da una idea de la contaminación de origen fecal del agua.

Indican una degradación incompleta de la materia orgánica.

Concentraciones elevadas suponen un mayor aporte de oxígeno para la potabilización del agua y la hace más agresiva para las tuberías de cobre.

RTS se consideran valores máximos de 0,5mg NH4+/l.

Métodos de determinación:

Método oficial se basa en la formación de un complejo amarillo-pardo-rojizo del amoniaco con el reactivo de Nessler. = 435nm

Otros “in situ” son tiras reactivas, colorimetría en tubo, espectrofotometría de campo y reflectometría.

En el laboratorio con un electrodo selectivo de iones amonio, que es parecido al peachímetro.

Nitratos sales del ácido nítrico HNO3

Representan el mayor estado de oxidación del nitrógeno.

De forma natural aparecen en las aguas por solubilización de las rocas. Su valor no suele superar los 5mg/l. Pero también aparecen por oxidación de compuestos orgánicos nitrogenados. Pueden proceder de abonos y aguas residuales y entonces se alcanzan valores mucho mayores de concentración.

Son nutrientes de organismos autótrofos fotosintéticos y su aporte favorece el desarrollo de algas y provocan eutrofización del agua.

En concentraciones altas provocan sabores desagradables en el agua. También pueden ser reducidos a nitritos y producir metahemoglobinemia.

También se pueden combinar con aminas secundarias de origen alimenticio y producir nitrosaminas muchas de ellas cancerígenas.

El nivel guía de concentración de NO3- es de 25mg/l y el máximo 50mg/l

Métodos de determinación:

Método oficial espectrofotometría de UV = 220nm

Laboratorio cromatografía de iones (admitido como oficial) y método del salicilato sódico. Los nitratos forman un complejo con el salicilato de color amarillo. =420nm

Otros métodos “in situ” tiras reactivas, colorimetría en tubo, reflectometría, espectrofotometría de campo.

Oxidabilidad cantidad de oxígeno necesaria para oxidar la materia orgánica presente en el agua.

Método oficial permanganato en condiciones normalizadas.

Se define oxidabilidad al permanganato con el oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica presente en 1 litro de agua durante 10 minutos exactos. (valor similar a la DQO)

Se oxidan las sustancias reductoras presentes en el agua con KMnO4 (permanganato potásico) en medio ácido durante 10 minutos.

La reglamentación establece un máximo de 5mg/l (en O2) Un nivel guía de 2mg/l. Agua de calidad de 1-4mg/l.

TÉCNICASTÉCNICAS GENERALES DE ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO