ANÁLISIS DE AGUAS

INTRODUCCIÓN

El agua es un líquido anómalo porque

es una mezcla de 18 compuestos posibles derivados de los tres isótopos que presenta

cada uno de los átomos que componen su molécula, H2O: 1H, 2H y 3H para el hidrógeno

y 16O, 17O y 18O para el oxígeno. En la práctica es el agua ligera, peso molecular 18

g/mol, el componente más abundante.

su calor específico es elevado lo que conlleva la absorción de grandes cantidades de

calor con pequeñas variaciones de la temperatura lo que permite la regulación de ésta en

la Tierra.

tiene mayor densidad en estado líquido que en estado sólido, es decir, se expande al

solidificar alcanzando el máximo valor a 4ºC aproximadamente. Este dato, que podría

ser una nimiedad, es muy importante ya que el hielo sólido flota sobre el agua líquida y,

además, a partir de un cierto espesor actúa como aislante impidiendo la congelación

total de la masa de agua (los ríos se convertirían en glaciares) y la muerte de los seres

vivos, que se congelarían.

desde el punto de vista químico debería ser un gas a temperatura ambiente. Esto no es

así por la presencia de enlaces por puente de hidrógeno, los cuales también explican el

comportamiento señalado en el epígrafe anterior.

Además, tiene

1. elevada conductividad térmica

2. fuerte poder ionizante

3. elevada constante dieléctrica (aislante)

4. gran poder disolvente

Finalmente, el agua tiene la propiedad de producir la disociación electrolítica y la hidrólisis.

A todo lo anterior hay que añadir que es

la única sustancia que se encuentra sobre la Tierra en los tres estados

el componente mayoritario de los seres vivos en los que juega un papel fundamental.

Las propiedades anteriores, unidas a su abundancia y distribución hacen del agua el

compuesto más importante de la superficie terrestre.

Otros datos de interés

El agua es un compuesto esencial para la vida, hasta el punto de que ésta no sería

posible sin ella. Se utiliza en la alimentación de los seres vivos, en la agricultura, en la

industria, etc.

El agua es el medio en el que se producen la mayoría de las reacciones físicas químicas

y bioquímicas que son fundamentales para la vida.

El volumen de agua presente en los seres humanos depende de la edad y del tipo de

tejido. El contenido de ésta es superior en el hombre que en la mujer y el promedio está

en torno al 65%. Este volumen de agua sirve para transportar sustancias y como

regulador de la temperatura corporal. El aporte diario de agua ha de ser de unos 2 L

para compensar la pérdida por la orina, a través de la piel por sudoración, en el

intercambio respiratorio y por el intestino.

El principal factor de riesgo para numerosas intoxicaciones e infecciones es el

intercambio fisiológico del agua, siempre que ésta se encuentre alterada, mediante

contaminación, en sus parámetros físicos, químicos o biológicos. Dependiendo del uso

que se vaya a hacer, es de máximo interés controlar analíticamente la calidad del agua.

Pequeños cambios en la presencia de algunas sustancias pueden variar sensiblemente

las propiedades del agua, hacerlas inservibles y hasta peligrosas para la salud.

Abundancia

Para hacernos una idea he aquí unos datos:

• El volumen total de agua del planeta equivale a 1400 millones de km3. Si esta

cantidad cayese sobre España la cubriría con un espesor de 2800 km. El 90% no es

utilizable por los seres vivos por estar combinada en la litosfera. El 10% restante se

distribuye así: 97.6% en los océanos; 1.9% en los casquetes polares y glaciares y

sólo el 0.5% como agua dulce, la mayor parte (94% en los acuíferos). Por tanto,

sólo el 0.03% son aguas superficiales libres en la corteza terrestre.

• Cerca de 12000 km3 de agua, la mayor parte en forma de vapor, se encuentra en

cualquier momento en la atmósfera. Si todo este vapor se precipitase en forma de

agua en toda la Tierra, ésta sería cubierta en su totalidad por sólo 2.5 cm de altura.

• Cada día se evaporan o transpiran 1120 km3 de agua dentro de la atmósfera.

Las aguas subterráneas, que representan el 0,47 % de los recursos totales, juegan un

papel muy importante como reguladoras de las variaciones pluviométricas de un lugar. Los

acuíferos de aguas subterráneas aportan el 30% del caudal de los ríos, mientras que los

embalses sólo regulan el 15% de los caudales.

Existen dos tipos de acuíferos subterráneos:

1. acuíferos libres: cubiertos por terrenos permeables en los que existen fisuras y los

niveles que contienen pueden variar en función de la capacidad de recarga,

principalmente a través de la superficie. Son mejores reguladores de las variaciones

en las precipitaciones.

2. acuíferos cautivos: cubiertos por terrenos casi impermeables en los que el agua se

encuentra cautiva o presurizada, en cantidades poco variables. Son considerados

como minas de agua y su regeneración requiere cientos de años.

Hoy día, las reservas de agua explotables son las que están poco implicadas en el

ciclo del agua, acuíferos cautivos. Se descartan las que están implicadas en el ciclo

hidrológico, como lagos, ríos, embalses y aguas subterráneas poco profundas. La

explotación de los recursos no renovables se está llevando a cabo en zonas muy áridas con

recursos renovables escasos y muy explotados.

El agua de mar constituye el 97.6 % de los recursos de agua pero su uso está muy

restringido para la actividad humana dada su elevada concentración en sales: 3.5%. Los

porcentajes de los compuestos más abundantes son

2.7% de cloruro sódico

0.3% de cloruro magnésico

0.2% de sulfato magnésico

0.1% de sulfato cálcico

0.2% de otras sales.

Llama poderosamente la atención la ausencia de sales de potasio cuando su

solubilidad es igual o superior a la de la mayoría de sales presentes en el agua marina. Hay

varios motivos que lo explican, siendo el más importante su desaparición durante el proceso

que transcurre desde la disolución de los minerales por los agentes atmosféricos hasta su

llegada al mar, debido a que es uno de los principales nutrientes de los vegetales.

Las aguas naturales, bien sean superficiales o subterráneas, presentan unas

características determinadas que han sido compatibles con la vida vegetal y animal a lo

largo de los siglos. La progresiva contaminación debida a la industria, la agricultura o a las

aglomeraciones urbanas, cambia sustancialmente las propiedades del agua y comporta un

nivel de exigencia cada vez mayor en los sistemas de control.

Las filtraciones, los vertidos y la contaminación atmosférica (la lluvia ácida, por

ejemplo) han originado que, en muchos casos, el agua natural no sea agua potable. Esto ha

originado la necesidad de utilizar parámetros de control. Estos parámetros dependen de la

procedencia del agua y de su uso (consumo humano, uso industrial, vertidos, etc.).

El control de la calidad de las aguas incluye la problemática del muestreo (número

de muestras, frecuencia, lugares de muestreo), la conservación de las muestras, la selección

de los parámetros de control, la elección de los métodos analíticos y el control de calidad de

los análisis.

CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE LAS AGUAS

Las aguas naturales, al estar en contacto con diferentes agentes (aire, suelo,

vegetación, subsuelo, etc.), incorporan parte de los mismos por disolución o arrastre, o

incluso, en el caso de ciertos gases, por intercambio. A esto es preciso unir la existencia de

un gran número de seres vivos en el medio acuático que interrelacionan con el mismo

mediante diferentes procesos biológicos en los que se consumen y desprenden distintas

sustancias.

Esto hace que las aguas dulces pueden presentar un elevado número de sustancias

en su composición química natural, dependiendo de diversos factores tales como las

características de los terrenos atravesados, las concentraciones de gases disueltos, etc. Entre

los compuestos más comunes que se pueden encontrar en las aguas dulces están:

como constituyentes mayoritarios los carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros y

nitratos.

como constituyentes minoritarios los fosfatos y silicatos, metales como elementos traza

y gases disueltos como oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono.

El agua de lluvia presenta

los cationes: Na+, K+, Ca2+, Mg2+

los aniones: HCO3

−, Cl−, Br−, I−, SO4

2−, NO3

−, PO4

3−

y dióxido de carbono, oxígeno, ozono, nitrógeno, argón, etc.

La composición química natural de las aguas puede verse alterada por actividades

humanas: agrícolas, ganaderas e industriales, principalmente. La consecuencia es la

incorporación de sustancias de diferente naturaleza a través de vertidos de aguas residuales

o debido al paso de las aguas por terrenos tratados con productos agroquímicos o

contaminados.

Estas incorporaciones ocasionan la degradación de la calidad del agua provocando

diferentes efectos negativos como

la modificación de los ecosistemas acuáticos

la destrucción de los recursos hidráulicos

riesgos para la salud

incremento del coste del tratamiento del agua para su uso

daño en instalaciones (incrustaciones, corrosiones, etc.)

destrucción de zonas de recreo.

Las aguas contaminadas presentan compuestos diversos en función de su

procedencia: pesticidas, tensoactivos, fenoles, aceites y grasas, metales pesados, etc.

La composición específica de un agua determinada influye en propiedades físicas

tales como densidad, tensión de vapor, viscosidad, conductividad, etc.

Los parámetros de control se pueden agrupar de la siguiente manera:

Físicos

Características organolépticas

Color, olor, sabor

Elementos flotantes

Temperatura

Sólidos

Conductividad

Radioactividad

Químicos

pH

Materia Orgánica (Carbono orgánico total ,COT)

DBO

DQO

Nitrógeno y compuestos derivados (amoniaco, nitratos, nitritos, etc.)

Fósforo y compuestos derivados (fosfatos)

Aceites y grasas

Hidrocarburos

Detergentes

Cloro y cloruros

Fluoruros

Sulfatos y sulfuros

Fenoles

Cianuros

Haloformos

Metales

Pesticidas

Gases disueltos

Oxígeno

Nitrógeno

Dióxido de carbono

Metano

Ácido sulfhídrico

Biológicos

•Coliformes totales y fecales

Estreptococos fecales

Salmonellas

Enterovirus

Parámetros físicos

Color

Es el resultado de la presencia de materiales de origen vegetal tales como ácidos húmicos,

turba, plancton, y de ciertos metales como hierro, manganeso, cobre y cromo, disueltos o en

suspensión. Constituye un aspecto importante en términos de consideraciones estéticas. Los

efectos del color en la vida acuática se centran principalmente en aquellos derivados de la

disminución de la transparencia, es decir que, además de entorpecer la visión de los peces,

provoca un efecto barrera a la luz solar, traducido en la reducción de los procesos

fotosintéticos en el fitoplancton así como una restricción de la zona de crecimiento de las

plantas acuáticas.

Olor

Es debido a cloro, fenoles, ácido sulfhídrico, etc. La percepción del olor no constituye una

medida, sino una apreciación, y ésta tiene, por lo tanto, un carácter subjetivo. El olor

raramente es indicativo de la presencia de sustancias peligrosas en el agua, pero sí puede

indicar la existencia de una elevada actividad biológica. Por ello, en el caso de aguas

potable, no debería apreciarse olor alguno, no sólo en el momento de tomar la muestra sino

a posteriori (10 días en recipiente cerrado y a 20ºC).

Turbidez

Es una medida de la dispersión de la luz por el agua como consecuencia de la presencia en

la misma de materiales suspendidos coloidales y/o particulados. La presencia de materia

suspendida en el agua puede indicar un cambio en su calidad (por ejemplo, contaminación

por microorganismos) y/o la presencia de sustancias inorgánicas finamente divididas

(arena, fango, arcilla) o de materiales orgánicos. La turbidez es un factor ambiental

importante en las aguas naturales, y afecta al ecosistema ya que la actividad fotosintética

depende en gran medida de la penetración de la luz. Las aguas turbias tienen, por supuesto,

una actividad fotosintética más débil, lo que afecta a la producción de fitoplancton y

también a la dinámica del sistema. La turbidez del agua interfiere con usos recreativos y el

aspecto estético del agua. La turbidez constituye un obstáculo para la eficacia de los

tratamientos de desinfección, y las partículas en suspensión pueden ocasionar gustos y

olores desagradables por lo que el agua de consumo debe estar exenta de las mismas. Por

otra parte, la transparencia del agua es especialmente importante en el caso de aguas

potables y también en el caso de industrias que producen materiales destinados al consumo

humano, tales como las de alimentación, fabricación de bebidas, etc.

Sólidos en suspensión

Comprenden a todas aquellas sustancias que están suspendidas en el seno del agua y no

decantan de forma natural.

Temperatura

La temperatura de las aguas residuales y de masas de agua receptora es importante a causa

de sus efectos sobre la solubilidad del oxígeno y, en consecuencia, sobre las velocidades en

el metabolismo, difusión y reacciones químicas y bioquímicas. El empleo de agua para

refrigeración (por ejemplo en las centrales nucleares) conlleva un efecto de calentamiento

sobre el medio receptor que se denomina “contaminación térmica”. Su alteración suele

deberse a su utilización industrial en procesos de intercambio de calor (refrigeración).

Influye en la solubilidad de los gases y las sales. Temperaturas elevadas implican

aceleración de la putrefacción, con lo que aumenta la DBO y disminuye el oxígeno

disuelto.

Densidad

Las medidas de densidad son necesarias en aguas de alta salinidad para convertir medidas

de volumen en peso. Es práctica común medir volumétricamente la cantidad de muestra

usada para un análisis y expresar los resultados como peso/volumen (por ejemplo, mg/L).

Aunque ppm y mg/L sólo son medidas idénticas cuando la densidad de la muestra es 1,

para muchas muestras se acepta el pequeño error que se introduce al considerar que 1 ppm

es 1 mg/L.

Sólidos

De forma genérica se puede denominar sólidos a todos aquellos elementos o compuestos

presentes en el agua que no son agua ni gases. Atendiendo a esta definición se pueden

clasificar en dos grupos: disueltos y en suspensión. En cada uno de ellos, a su vez, se

pueden diferenciar los sólidos volátiles y los no volátiles.

La medida de sólidos totales disueltos (TDS) es un índice de la cantidad de sustancias

disueltas en el agua, y proporciona una indicación general de la calidad química. TDS es

definido analíticamente como residuo filtrable total (en mg/L) Los principales aniones

inorgánicos disueltos en el agua son carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos, fosfatos y

nitratos. Los principales cationes son calcio, magnesio, sodio, potasio, amonio, etc.

Por otra parte, el término sólidos en suspensión, es descriptivo de la materia orgánica e

inorgánica particulada existente en el agua (aceites, grasas, arcillas, arenas, fangos, etc.). La

presencia de sólidos en suspensión participa en el desarrollo de la turbidez y el color del

agua, mientras que la de sólidos disueltos determina la salinidad del medio, y en

consecuencia la conductividad del mismo.

Por último, la determinación de sólidos volátiles constituye una medida aproximada de la

materia orgánica, ya que a la temperatura del método analítico empleado el único

compuesto inorgánico que se descompone es el carbonato magnésico.

Conductividad

La conductividad eléctrica de una solución es una medida de la capacidad de la misma para

transportar la corriente eléctrica y permite conocer la concentración de especies iónicas

presentes en el agua. Como la contribución de cada especie iónica a la conductividad es

diferente, su medida da un valor que no está relacionado de manera sencilla con el número

total de iones en solución. Depende también de la temperatura. Está relacionada con el

residuo fijo por la expresión

conductividad (μS/cm) x f = residuo fijo (mg/L)

El valor de f varía entre 0.55 y 0.9.

Radiactividad

La contaminación radiactiva puede ser originada por los radioelementos naturales,

principalmente uranio, torio y actinio, y sus productos de descomposición, procedentes

tanto de fuentes naturales, como por las actividades humanas: pruebas de armamento

nuclear, operaciones relacionadas con la obtención de energía atómica, extracción de

minerales, generación de energía, usos industriales o en medicina, etc.

La mayoría de los compuestos radioactivos tienen muy baja solubilidad en agua y son

adsorbidos en las superficies de las partículas, por lo que los niveles de radiactividad en

aguas naturales son normalmente bajos. Por otra parte, las aguas superficiales presentan

unas concentraciones de estos compuestos más bajas que las aguas subterráneas.

Parámetros químicos

pH

Se define como el logaritmo de la inversa de la concentración de protones:

pH = log 1/[H+] = - log [H+]

La medida del pH tiene amplia aplicación en el campo de las aguas naturales y residuales.

Es una propiedad básica e importante que afecta a muchas reacciones químicas y

biológicas. Valores extremos de pH pueden originar la muerte de peces, drásticas

alteraciones en la flora y fauna, reacciones secundarias dañinas (por ejemplo, cambios en la

solubilidad de los nutrientes, formación de precipitados, etc.).

El pH es un factor muy importante en los sistemas químicos y biológicos de las aguas

naturales. El valor del pH compatible con la vida piscícola está comprendido entre 5 y 9.

Sin embargo, para la mayoría de las especies acuáticas, la zona de pH favorable se sitúa

entre 6.0 y 7.2. Fuera de este rango no es posible la vida como consecuencia de la

desnaturalización de las proteínas.

La alcalinidad es la suma total de los componentes en el agua que tienden a elevar el pH del

agua por encima de un cierto valor (bases fuertes y sales de bases fuertes y ácidos débiles),

y, lógicamente, la acidez corresponde a la suma de componentes que implican un descenso

de pH (dióxido de carbono, ácidos minerales, ácidos poco disociados, sales de ácidos

fuertes y bases débiles). Ambos, alcalinidad y acidez, controlan la capacidad de

tamponamiento del agua, es decir, su capacidad para neutralizar variaciones de pH

provocadas por la adición de ácidos o bases.

El principal sistema regulador del pH en aguas naturales es el sistema carbonato (dióxido

de carbono, ión bicarbonato y ácido carbónico).

Materia orgánica

La materia orgánica existente en el agua, tanto la que se encuentra disuelta como en forma

de partículas, se valora mediante el parámetro carbono orgánico total (TOC, total organic

carbon). Los compuestos orgánicos existentes en el medio acuático se pueden clasificar en

dos grandes grupos atendiendo a su biodegradabilidad, es decir, a la posibilidad de ser

utilizados por microorganismos como fuente de alimentación y para su medida se utilizan

los parámetros denominados DQO (Demanda Química de Oxígeno) y DBO (Demanda

Bioquímica de Oxígeno), que exponemos a continuación.

Demanda química de oxígeno DQO

Es la cantidad de oxígeno consumido por los cuerpos reductores presentes en el agua sin la

intervención de los organismos vivos. Efectúa la determinación del contenido total de

materia orgánica oxidable, sea biodegradable o no.

Demanda bioquímica de oxígeno DBO

Permite determinar la materia orgánica biodegradable. Es la cantidad de oxígeno necesaria

para descomponer la materia orgánica presente, por la acción bioquímica aerobia. Esta

transformación biológica precisa un tiempo superior a los 20 días, por lo que se ha

aceptado, como norma, realizar una incubación durante 5 días, a 20ºC, en la oscuridad y

fuera del contacto del aire, a un pH de 7-7.5 y en presencia de nutrientes y oligoelementos

que permitan el crecimiento de los microorganismos. A este parámetro se le denomina

DBO5.

Nitrógeno y derivados

Las formas inorgánicas del nitrógeno incluyen nitratos (NO3

−) y nitritos (NO2

−), amoníaco

(NH3) y nitrógeno molecular (N2). De forma natural, en el medio acuático, también se

producen compuestos orgánicos nitrogenados que contienen nitrógeno amínico o amídico,

constituyendo compuestos heterocíclicos tales como purinas y piridinas.

El amoníaco es un gas incoloro a presión y temperatura ambiente, con un olor picante

característico, que es altamente soluble en agua. Cuando se disuelve en agua se forman

iones amonio (NH4

+), estableciéndose un equilibrio químico entre ambas formas, la no

ionizada (amoníaco) y la ionizada (amonio). El término amonio total se refiere a la suma de

ambas especies. El amoníaco es tóxico para los peces.

La presencia de nitratos proviene de la disolución de rocas y minerales, de la

descomposición de materias vegetales y animales y de efluentes industriales. Tampoco

puede descartarse la contaminación proveniente del lavado de tierras de labor en donde se

utiliza profusamente como componente de abonos y fertilizantes.

En aguas residuales, su presencia es mínima habida cuenta del estado reductor de este

medio. Por el contrario, la producción de NO3

− en depuradoras de aguas residuales debe

tenerse en cuenta, pues se convierte en factor limitante del crecimiento en sistemas hídricos

si existe abundancia de fósforo, promoviendo fenómenos indeseables como la

eutrofización.

El nitrógeno Kjeldahl (NTK) mide la cantidad de nitrógeno amoniacal y de nitrógeno

orgánico. Indica el contenido proteínico del agua.

Fósforo y derivados

El fósforo elemental no se encuentra habitualmente en el medio natural, pero los

ortofosfatos, pirofosfatos, metafosfatos, polifosfatos y fosfatos orgánicamente unidos sí se

detectan en aguas naturales y residuales. El fósforo es considerado como un macronutriente

esencial, siendo acumulado por una gran variedad de organismos vivos.

Aceites y grasas

En este grupo se incluyen los aceites y las grasas que se encuentren en estado libre, ya sean

de origen animal, vegetal o mineral, destacando entre estos últimos por su especial

importancia los derivados del petróleo. La mayoría de estos productos son insolubles en el

agua, pero pueden existir en forma emulsionada o saponificada. Según su mezcla con los

hidrocarburos, dan un aspecto irisado al agua, así como un sabor y un olor particulares.

Hidrocarburos

Bajo la denominación de hidrocarburos se encuentran agrupados una serie de compuestos

cuya característica común es el presentar en su estructura átomos de carbono y de

hidrógeno. Entre todas estas sustancias, se pueden diferenciar dos grupos que presentan una

mayor importancia, los hidrocarburos derivados del petróleo y los hidrocarburos aromáticos

policíclicos (PAHs). Estos últimos son cancerígenos.

Detergentes

Como detergentes se designan a las sustancias que poseen unas importantes propiedades

limpiadoras. Se trata de productos complejos constituidos por uno o varios agentes

surfactantes, compuestos minerales (carbonatos, fosfatos, polifosfatos, perboratos),

frecuentemente asociados a materias orgánicas mejorantes, a enzimas y a secuestrantes. De

todos ellos, los más característicos son los surfactantes, productos químicos orgánicos que

reducen la tensión superficial del agua y de otros líquidos.

Cloro y cloruros

El cloro elemental es un gas amarillo-verdoso altamente soluble en agua. Cuando se

disuelve en ausencia de sustancias nitrogenadas (con la materia orgánica nitrogenada forma

cloraminas) u otros productos que puedan interferir, el cloro es rápidamente hidrolizado a

ácido hipocloroso (HOCl) y ácido clorhídrico (HCl). A su vez el ácido clorhídrico se

disocia fácilmente a iones hidrógeno y cloruro, mientras que el ácido hipocloroso, que es un

ácido débil, se disocia parcialmente en iones hidrógeno e iones hipoclorito (OCl−). Las

proporciones relativas de Cl2, HOCl y OCl−

en equilibrio (especies que en conjunto se

denominan cloro libre disponible) se encuentran controladas por el pH, la temperatura y la

fuerza iónica.

El cloro en agua reacciona fácilmente con las sustancias nitrogenadas para producir mono-,

di- y triaminas, N-cloraminas y N-cloramidas y otros compuestos N-clorados (conocidos en

conjunto como cloro disponible combinado).

Tanto las formas de cloro libre como las de cloro combinado participan en diversas

reacciones con compuestos orgánicos para generar productos clorados. El cloro que

permanece en agua después de un tratamiento se denomina cloro residual. El conjunto de

cloro libre y cloro combinado se nombra como cloro residual total (TRC total residual

chlorine). La medida de TRC se considera suficiente para definir las toxicidad sobre los

organismos acuáticos de agua dulce.

El ión cloruro se encuentra ampliamente distribuido en el medio ambiente, generalmente en

forma de cloruro sódico, potásico o cálcico. El gran inconveniente de los cloruros es el

sabor desagradable que comunican al agua. Son también susceptibles de ocasionar una

corrosión en las canalizaciones y en los depósitos, en particular para los elementos de acero

inoxidable.

Fluoruros

La mayoría de los fluoruros asociados con cationes monovalentes son solubles en agua,

pero aquellos formados con cationes divalentes son normalmente insolubles.

Sulfatos

El ión sulfato (SO4

2−) es la forma oxidada estable del azufre, siendo muy soluble en agua.

Sin embargo, los sulfatos de plomo, bario y estroncio son insolubles. El sulfato disuelto

puede ser reducido a sulfito y volatilizado a la atmósfera como H2S, precipitado como sales

insolubles o incorporado a organismos vivos. Los sulfatos sirven como fuente de oxígeno a

las bacterias, en condiciones anaeróbicas, convirtiéndose en sulfuro de hidrógeno. Pueden

ser producidos por oxidación bacteriana de los compuestos azufrados reducidos, incluyendo

sulfuros metálicos y compuestos orgánicos.

Fenoles

Los compuestos fenólicos pueden afectar a las especies piscícolas de diversas formas: por

toxicidad directa tanto a los peces como a los organismos que les sirven como alimento

(son extremadamente tóxicos) y por disminución de la cantidad de oxígeno disponible por

la elevada demanda de oxígeno de los compuestos.

Cianuros

Como cianuros se incluyen una serie de diversos compuestos orgánicos caracterizados por

el grupo −C≡N. Los gérmenes aerobios responsables de la depuración y los peces son

sensibles a un contenido de 0,1 mg/L de HCN.

Haloformos

Los derivados orgánicos de halógenos (C1, F, Br, I) presentes en el agua se clasifican con

el nombre de haloformos. Los compuestos que se han identificado más a menudo en agua

son los trihalometanos, así como también el tetracloruro de carbono y el dicloroetano.

Metales

Bajo este epígrafe se agrupan los compuestos constituidos por los diferentes elementos

metálicos, por lo cual las características de los mismos dependen, entre otros factores, del

metal que esté incorporado. Desde la perspectiva de los potenciales efectos que pueden

generar, quizás los de mayor importancia son los compuestos de mercurio y de cadmio.

El mercurio puede formar numerosas especies, algunas con una apreciable solubilidad

mientras que otras son bastante insolubles. La concentración de mercurio en medios

acuosos es relativamente pequeña, encontrándose normalmente unido a materia particulada

y al sedimento. El mercurio presenta una elevada toxicidad potencial, principalmente como

consecuencia de los procesos de bioacumulación.

En las aguas naturales el cadmio se encuentra normalmente en la forma divalente,

formando compuestos orgánicos e inorgánicos, principalmente como ión libre, cloruros y

carbonatos. Los carbonatos, sulfuros, e hidróxidos de cadmio presentan una baja

solubilidad en agua, mientras que la solubilidad del ión cadmio disminuye con el

incremento de pH porque se favorece la formación del hidróxido. El cadmio presenta una

toxicidad elevada con efecto acumulativo.

Pesticidas

Se clasifican según sus usos, en insecticidas, fungicidas, herbicidas, acaricidas,

nematocidas, rodenticidas, etc.

También pueden clasificarse atendiendo a sus características químicas. Además de

sustancias minerales (azufre, sulfato de cobre, arseniato de plomo y de calcio), se emplean

particularmente los compuestos orgánicos clorados, como son los insecticidas: DDT,

lindano, aldrín, dieldrín, etc; o los herbicidas derivados de fenoxiácidos. Entre los demás

compuestos orgánicos se encuentran principalmente los ésteres fosforados utilizados como

insecticidas (paratión, malatión, etc). Pero existen también compuestos orgánicos u

organometálicos, cuyas moléculas llevan incorporadas grupos funcionales muy variados:

derivados de la urea, de las triacinas, empleados como herbicidas, carbamatos y

ditiocarbamatos utilizados como fungicidas, etc.

En el medio acuático, la toxicidad de los pesticidas varía en función de su naturaleza y

según las especies y su estado de desarrollo (huevo, alevín, adulto), así como dependen del

medio en el que viven las especies piscícolas (contenidos en gases disueltos, temperatura y

pH). Para los peces, los insecticidas clorados son mucho más tóxicos (apróx. 100 veces)

que los derivados organofosforados. Los herbicidas son mucho menos tóxicos que los

insecticidas (2000 a 3000 veces menos). Considerados en su conjunto, los pesticidas

fosforados son mucho más tóxicos para el hombre y los mamíferos que los pesticidas

clorados.

Oxígeno disuelto

Es necesario para la vida de los peces y otros organismos acuáticos. El oxígeno es

moderadamente soluble en agua, dependiendo la solubilidad de la temperatura, la salinidad,

la turbulencia del agua y la presión atmosférica: disminuye cuando aumenta la temperatura

y la salinidad, y cuando disminuye la presión atmosférica. La solubilidad del oxígeno

atmosférico en aguas dulces, a saturación y al nivel del mar, oscila aproximadamente entre

15 mg/L a 0ºC y 8 mg/L a 25ºC.

MUESTREO

La toma de muestras de aguas es una faceta importante a considerar previa al análisis, pues

de nada servirá realizar determinaciones analíticas muy precisas si las muestras que llegan

al laboratorio no son representativas para los fines que se realiza el análisis. Los aspectos

principales objeto de atención en la toma de muestras son:

Parámetros de estudio

Serán enumerados los parámetros fisico-químicos, microbiológicos y toxicológicos

objeto de estudio. Por otra parte, se establecerá cuales de ellos serán determinados

in situ y cuales en laboratorio, en función de los objetivos del estudio y las

posibilidades técnicas en cada caso.

Tipo de muestras a recoger

Según los objetivos del estudio de los vertidos o cauces naturales y los recursos con

que se cuente se pueden recoger y analizar muestras únicas (sencillas); formadas

por diferentes submuestras tomadas en un mismo punto en diferentes momentos,

(muestras compuestas); muestras tomadas en diferentes puntos en un mismo

momento, (muestras integradas). Estas últimas tienen la ventaja de la reducción

del número de análisis para una misma precisión de estudio pero cuenta con la

desventaja de no registrar picos de contaminación y no ser utilizable para la

determinación de algunos parámetros (microbiológicos y gases disueltos).

Volumen de la muestra

Es esencial, en esta fase previa, la definición de la cantidad de muestra de aguas a

recoger. Esta debe ser suficiente para llevar a cabo todos los análisis y ensayos

previstos y realización de repeticiones en caso necesario (control de calidad,

contraste frente a disconformidades, etc.).

Número de muestras a determinar

Uno de los aspectos principales de la planificación de los trabajos de campo es la

elección adecuada del mínimo número de muestras a recoger y analizar para que el

muestreo del vertido de aguas residuales resulte estadísticamente representativo.

Diversos parámetros varían con el tiempo, por lo que si no pueden evaluarse in situ,

deben preservarse mediante aditivos. Los aditivos varían según el compuesto específico a

determinar por lo que puede ser necesario tomar varias muestras.

La temperatura, el pH y los gases deben determinarse inmediatamente en el lugar de

muestreo.

Muestreo en ríos

• Se efectúa 50 m antes del vertido

• En el vertido

• Después del vertido, en la zona de mezcla, 100 m (las aguas no se han mezclado

completamente con el cauce receptor)

• A distancias crecientes del vertido, hasta que la influencia del mismo no se manifieste

• No en remansos.

Muestreo en lagos

• Lejos de las orillas

• A profundidad variable

• Lejos del fondo para no incluir sedimentos.

Volumen muestra

• 2-4 litros

Envases

• Vidrio o polietileno

• Lavado con HCl 1N y H2O destilada

• Esterilización en autoclave.

El tiempo transcurrido entre el muestreo y el análisis ha de ser el mínimo posible.

Un método general de conservación es mantener la muestra a 4ºC en la oscuridad. La tabla

recoge, para diversos compuestos, el tiempo máximo que debe transcurrir entre la toma de

muestra y el análisis, así como el método de conservación.

Los métodos de conservación de muestras de agua son:

1.- Refrigeración a 4ºC

2.- H2SO4 (pH =2)

3.- H2SO4 (pH

4.- NaOH (pH =12)

5.- Congelación y oscuridad

6.- 20 mg/L HgCl2

7.- H3PO4

(pH

8.- Filtrar in situ

9.- HNO3 (pH

10.- 2 mL acetato de zinc 2N

Determinación Conservación Tiempo máximo

Acidez-alcalinidad Refrigeración a 4ºC 24 horas

Amonio Refrigeración a 4ºC o H2SO4 (pH =2) 24 horas

Carbono orgánico total Refrigeración a 4ºC o H2SO4 (pH =2) 24 horas

Cianuros Refrigeración a 4ºC o NaOH (pH =12) 24 horas

Cloro Inmediato

Cloruros 7 días

Color Refrigeración a 4ºC 24 horas

Conductividad Refrigeración a 4ºC 24 horas

DBO Refrigeración a 4ºC 6 horas

DQO H2SO4 (pH

Detergentes 20 mg/L HgCl2 24 horas

Dióxido de carbono Inmediato

Fenoles H3PO4

(pH

Fluoruros 7 días

Fosfatos disueltos Filtrar in situ y Refrigeración a 4ºC 24 horas

Fósforo total Refrigeración a 4ºC o H2SO4 (pH

Grasas y aceites Refrigeración a 4ºC y H2SO4 (pH

Metales HNO3 (pH

Nitratos Refrigeración a 4ºC o H2SO4 (pH

Nitritos Refrigeración a 4ºC y H2SO4 (pH

Olor Refrigeración a 4ºC Lo antes posible

Oxígeno disuelto Inmediato

Ozono Inmediato

pH Inmediato

Residuos Refrigeración a 4ºC 7 días

Sabor Inmediato

Sílice Refrigeración a 4ºC 7 días

Sulfatos Refrigeración a 4ºC 7 días

Sulfuros 2 mL acetato de zinc 2N 24 horas

Temperatura Inmediato

Turbidez Refrigeración a 4ºC Lo antes posible

SELECCIÓN DE PARÁMETROS DE CONTROL

La selección de parámetros a controlar en las aguas viene determinada en función de

la procedencia de éstas, su tratamiento y el destino final de las mismas.

Así, para aguas potables, deben determinarse caracteres organolépticos, físicoquímicos

y microbiológicos principalmente. Dentro de los caracteres físico-químicos están

fijados niveles de referencia para compuestos no deseables y tóxicos. La legislación

española establece un tipo de análisis mínimo, uno normal y uno completo, a realizar con

una frecuencia que depende del número de habitantes de la población abastecida.

Para aguas que garanticen la vida piscícola, los parámetros que se determinan son:

temperatura, pH, materia en suspensión, DBO5, fósforo total, nitritos, fenoles,

hidrocarburos, amoníaco, ión amonio total, cloro residual, zinc y cobre. En estas aguas se

distinguen dos tipos denominados S (salmonícolas) y C (ciprinícolas).

En aguas destinadas a cría de moluscos se determinan temperatura, pH, coloración,

materias en suspensión, salinidad, oxígeno disuelto, hidrocarburos, sustancias

organohalogenadas, metales (plata, arsénico, cadmio, cromo, cobre, mercurio, níquel,

plomo, zinc), coliformes fecales y sustancias que influyen en el sabor de los moluscos.

Para aguas dulces superficiales aptas para el baño se determinan pH, color, aceites

minerales, sustancias tensioactivas, fenoles, transparencia, oxígeno disuelto, residuos de

alquitrán y flotantes así como parámetros microbiológicos (coliformes totales y fecales,

estreptococos fecales, salmonellas y enterovirus).

En aguas residuales están fijados niveles máximos para diversas sustancias y en

particular para mercurio, cadmio, hexaclorociclohexano HCH, tetracloruro de carbono,

diclorodifeniltricloroetano DDT y pentaclorofenol.

Igualmente existe una lista de sustancias a controlar en los vertidos al mar desde

tierra.

Uno de los parámetros de medida in situ más importantes, sobre todo cuando se

trata de aguas residuales, es el caudal, ya que de él van a depender el diseño y cálculo del

plan de tratamiento de las mismas. Se entiende por caudal el volumen de agua por unidad

de tiempo, siendo muy importante conocer, así mismo, su variación a lo largo del día y

estacionalmente, sus máximos y mínimos y los valores punta que puedan producirse.

MÉTODOS ANALÍTICOS

Parámetros físicos

Color

Usualmente cuando se examina el agua, las primeras propiedades que se suelen considerar

son las siguientes: color, sabor y olor, características inherentes a ella.

El agua de uso doméstico e industrial tiene como parámetro de aceptación la de ser

incolora, pero en la actualidad, gran cantidad del agua disponible se encuentra coloreada y

se tiene el problema de que no puede ser utilizada hasta que no se le trata removiendo dicha

coloración.

Las aguas superficiales pueden estar coloreadas debido a la presencia de iones metálicos

naturales (hierro y manganeso), humus, materia orgánica y contaminantes domésticos e

industriales como en el caso de las industrias de papel, curtido y textil; esta ultima causa

coloración por medio de los desechos de teñido los cuales imparten colores en una amplia

variedad y son fácilmente reconocidos y rastreados.

Se pueden efectuar dos medidas de color en el agua: real y aparente. El color real del agua

natural es el que presenta cuando se ha eliminado la turbidez (filtrando o centrifugando),

siendo principalmente causado por materiales húmicos coloidales. Por el contrario, el color

aparente es determinado directamente de la muestra original (sin filtración ni

centrifugación), es debido a la existencia de sólidos en suspensión.

Para la determinación de color en el agua existen dos métodos:

1.- Método espectrofotométrico, que se usa principalmente en aguas industriales

contaminadas que tienen colores poco usuales, y que no pueden ser igualados por el método

colorimétrico.

El color se determina mediante un espectrofotómetro, cuyo esquema de funcionamiento se

recoge en la figura, a tres longitudes de onda distribuidas por el conjunto del espectro

visible: λ1 = 436 nm; λ2 = 525 nm y λ3 = 620 nm.

2.- El método del platino-cobalto: por comparación visual de la muestra con soluciones

coloreadas de concentraciones conocidas o discos de cristal de color calibrados

previamente con soluciones preparadas. La unidad para medición del color que se usa como

estándar, es el color que produce 1 mg/L de platino en la forma de cloroplatinato. La

relación de cobalto a platino, se puede variar para igualar el matiz. La proporción Pt-Co que

se utiliza en este método es normalmente la adecuada para la mayoría de las muestras. El

color puede cambiar con el pH de la muestra, por lo que es necesario, que al medir el color,

se reporte también el pH de la muestra. En caso necesario la muestra se centrifuga para

eliminar la turbidez. La comparación se realiza con las soluciones que tengan colores de 5,

10, y hasta 70 unidades contenidas en tubos nessler.

Material

1 gradilla para tubos nessler (tubos de colorimetría)

14 tubos nessler forma alta, de 50 mL

1 matraz aforado de 1 litro

Reactivos

Preparación de solución patrón de 500 unidades de color

Se disuelven 1.246 g de cloroplatinato de potasio K2PtCl6 (equivalente a 500 mg de platino

metálico) y 1 g de cloruro de cobalto(II) hexahidratado CoCl2.6H20 (equivalente a

aproximadamente 250 mg de cobalto matálico) en 100 mL de HCl concentrado, aforar a

1000 mL con agua destilada. La solución tiene un color estándar de 500 unidades Pt-Co.

Estandarización

En tubos Nessler se preparan soluciones patrón de color de 5 a 70 unidades de color con

ayuda de la siguiente tabla. Hay que proteger las soluciones evitando la evaporación y los

vapores de amoníaco, pues su absorción aumenta el color.

Almacenaje de la muestra

La muestra debe ser recolectada en envases de plástico y debe almacenarse en el

refrigerador. El análisis debe de llevarse a cabo en un lapso no mayor de 24 horas.

Campo de aplicación

Este método es aplicable a la totalidad de las muestras de agua potable.

Aguas contaminadas con ciertos desechos industriales, pueden producir colores poco

usuales, que no pueden ser igualados por las soluciones de comparación utilizadas en este

método.

Esta determinación es muy importante en agua de abastecimiento doméstico por razones

de higiene y salud.

Para aguas industriales, la importancia es por razones económicas. Ya que existen gran

cantidad de industrias en cuyos procesos requieren agua perfectamente limpia y clara, por

lo que, las aguas con color necesitan un tratamiento especial para su eliminación.

Se recomienda que para las aguas de uso doméstico no excedan de 20 unidades de color en

la escala platino cobalto.

Interferencias

La causa principal de interferencias en el color del agua es la turbiedad, la cual produce un

color aparente más alto que el color verdadero. Para eliminar la turbidez, se recomienda la

centrifugación, la filtración no se debe usar, ya que puede eliminar algo del color verdadero

además de la turbidez.

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES PATRÓN DE COLOR

mL de solución de 500 unidades diluida a

50 mL con agua destilada Color en unidades de platino-cobalto

0.5 5

1.0 10

1.5 15

2.0 20

2.5 25

3.0 30

3.5 35

4.0 40

4.5 45

5.0 50

5.5 55

6.0 60

6.5 65

7.0 70

Procedimiento

Se centrifuga el agua si es necesario y posteriormente se observa el color de la muestra,

llenando un tubo nessler hasta la marca de 50.0 mL y se procede a comparar con la serie de

estándares contenidos en tubos nessler del mismo tamaño.

Se deberán ver los tubos, verticalmente hacia abajo. Se ilumina la parte inferior de los

tubos, reflejando la luz por medio de una superficie blanca o especular.

Si el color de la muestra excede de 70 unidades, hay que diluir la muestra con agua

destilada en proporciones conocidas, hasta que su valor se encuentre en el ámbito de las

soluciones patrón.

Al final multiplicar por el factor de dilución correspondiente.

Cálculos

Calcular las unidades de color utilizando la siguiente fórmula:

Unidades de color = A x 50

V

donde

A es igual a las unidades de color de la muestra diluída.

V es el volumen en mL de muestra tomados para la dilución.

Hay que anotar también el valor del pH del agua.

Anotar los resultados de color en números enteros de acuerdo a la siguiente tabla:

Unidades de

color

Redondear al valor

más cercano a

1 a 50 1

51 a 100 5

101 a 250 10

251 a 500 50

Bibliografía

Standard methods for the examinatión of water and waste water publicado por APHA. 1995

Método para Determinación del color del agua 2120-B.

Standard methods for the examinatión of water and waste water publicado por la APHA.

Método 206/9-85. Método espectrofotométrico para determinar color en el agua. 1985.

Olor

Se cuantifica mediante un test de dilución hasta desaparición del olor.

Turbidez

El método más empleado para determinar la turbidez del agua es la nefelometría. Se basa

en que al incidir en una muestra de agua un rayo luminoso, las partículas en suspensión

dispersan parte de la luz que penetra en la muestra. Esa luz dispersada se recoge sobre una

célula fotoeléctrica provocando una corriente eléctrica en función de su intensidad y, por lo

tanto, del grado de turbidez de la muestra.

Nefelometría o turbidimetría. Turbidímetro de Jackson.

Unidades nefelométricas de formacina U.N.F. o unidades Jackson.

Temperatura

Existe una serie de métodos para medir la temperatura de forma continua. La medida de

este parámetro se puede hacer de manera sencilla y exacta mediante el empleo de sensores

basados en el cambio de la resistencia de un resistor metálico o de un termistor. La

termometría de resistencia se basa, pues, en el cambio en la resistencia de elementos

conductores y semiconductores metálicos como una función de la temperatura.

Termometría.

Unidades: ºC.

Densidad

Densímetro.

Unidades: g/mL.

Sólidos en suspensión

Para su determinación se filtra la muestra de agua bien homogeneizada a través de un papel

de filtro de 0.45 μm que se seca a peso constante a temperatura de 105ºC. El incremento de

peso del filtro antes y después de filtrar la muestra indicará el contenido en materias en

suspensión de la muestra problema.

Gravimetría. Filtración, secado a 105-110ºC y pesada.

Unidades: mg/L.

Sólidos. Residuo total

Gravimetría. Evaporación a 105-110ºC y pesada.

Unidades: mg/L.

Residuo fijo.

Gravimetría. Calcinación a 600ºC y pesada.

Unidades: mg/L.

Sólidos sedimentables

Sedimentación de la muestra en cono Imhoff, durante un tiempo determinado (2 horas).

Conductividad

La conductividad eléctrica de un agua es la conductancia de una columna de agua

comprendida entre dos electrodos metálicos de 1 cm2 de superficie separados entre sí 1 cm.

La medida se basa en el puente de Wheatstone, que utiliza como cero un galvanómetro o

una imagen catódica.

La conductividad específica, K, de un agua se define como la conductividad de una

columna de agua comprendida entre dos electrodos metálicos separados 1 cm.

Para la medida de la conductividad específica K, se mide la conductividad C de una

columna de agua entre dos electrodos de A cm2 separados 1 cm. Por definición:

C = K x (A/1)

Entonces

K = C x (1/A) = C x K1

donde

K1 es igual a 1/A = constante de la celda (cm−1)

C es la conductividad medida experimentalmente (ohm−1)

K es la conductividad específica (ohm−1 cm−1)

El efecto de la temperatura sobre la conductividad es muy complejo: por ejemplo, la

conductividad del agua del mar a 30ºC es casi el doble que a 0ºC. Por lo tanto, para poder

realizar comparaciones, es esencial que las medidas se corrijan para una temperatura de

referencia seleccionada, habitualmente 25ºC.

Tabla de cálculo de la mineralización a partir de la conductividad

Conductividad (μS/cm) Mineralización (mg/L)

Inferior a 50 1.365079 x conductividad (μS/cm) a 20ºC

Comprendida entre 50 y 166 0.947658 x conductividad (μS/cm) a 20ºC

Comprendida entre 166 y 333 0.769574 x conductividad (μS/cm) a 20ºC

Comprendida entre 333 y 833 0.715920 x conductividad (μS/cm) a 20ºC

Comprendida entre 833 y 10000 0.758544 x conductividad (μS/cm) a 20ºC

Superior a 10000 0.850432 x conductividad (μS/cm) a 20ºC

Radiactividad

Contadores de radiaciones: de centelleo, Geiger.

Parámetros químicos

pH

El método de medida más común es usar una celda electroquímica, consistente en un

electrodo indicador sensible a la concentración de protones, [H+], un electrodo de referencia

y la muestra (como electrolito de la celda). El potencial de la celda está relacionado con el

pH.

Electrometría. pHmetro. Determinación in situ.

Unidades pH.

Alcalinidad

La alcalinidad en el agua tanto natural como tratada, usualmente es causada por la

presencia de iones carbonatos (CO3

2–) y bicarbonatos (HCO3

–), asociados con los cationes

Na+, K+ Ca+2 y Mg+2.

Se aplica para la determinación de la alcalinidad de carbonatos y bicarbonatos, en aguas

naturales, domésticas, industriales y residuales. La medición de la alcalinidad, sirve para

fijar los parámetros del tratamiento químico del agua, así como ayudarnos al control de la

corrosión y la incrustación en los sistemas que utilizan agua como materia prima o en su

proceso.

La alcalinidad se determina por titulación de la muestra con una solución valorada de un

ácido fuerte como el HCl, mediante dos puntos sucesivos de equivalencia, indicados por

medio del cambio de color de dos indicadores ácido-base adecuados:

CO3

2–

-HCO3 y HCO3

–

-H2CO3

Cuando se le agrega a la muestra de agua indicador de fenolftaleína y aparece un color rosa,

esto indica que la muestra tiene un pH mayor que 8.3 y es indicativo de la presencia de

carbonatos.

Se procede a titular con HCl valorado, hasta que el color rosa vire a incoloro, con esto, se

titula la mitad del CO3

2–.

En enseguida se agregan unas gotas de indicador de azul bromofenol, apareciendo una

coloración azul y se continúa titulando con HCl hasta la aparición de una coloración verde.

Con esto, se titula los bicarbonatos (HCO3

–) y la mitad restante de los carbonatos (CO3

2–).

Si las muestras de agua tienen un pH menor que 8.3 la titulación se lleva a cabo en una

sola etapa. Se agregan unas gotas de indicador de azul de bromofenol, apareciendo una

coloración azul y se procede a titular con solución de HCl hasta la aparición de un color

verde con eso se titula los HCO3

–.

Na+ ] HCl ----->

K+ ] CO3

2− + HCl -----> NaCl + Na+ + HCO3

- ----> NaCl + H2CO3

CO2 + H2O

Ca2+ ]

Mg2+ ]

El color de la muestra, alta concentración de cloro y la formación de precipitados al titular

la muestra, interfieren, ya que pueden enmascarar el cambio de color del indicador.

El material necesario es:

2 Matraces volumétricos de 1000 mL

2 Matraces volumétricos de 100 mL

1 Cápsula de porcelana

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