INTRODUCCION
INTRODUCCION EL AGUA.En el estudio de los mtodos de anlisis
fsico, qumico y microbiolgico del agua y lquidos residuales, as
como de los diferentes mtodos de tratamiento, es conveniente
conocer acerca de los estados y formas de cmo se presenta el agua
en la naturaleza. As mismo, tambin conviene conocer las propiedades
fsicas y qumicas ms importantes del agua pura.
CLASIFICACION DE LAS AGUAS Y LIQUIDOS RESIDUALES.Es costumbre en
el campo del saneamiento Ambiental hacer una especie de divisin de
las aguas, tal como se encuentran en la naturaleza, denominadas
aguas blancas o no servidas, y las aguas residuales, conocidas
tambin como servidas o negras.NATURALES: Se denominan aguas
naturales, blancas o crudas, aquellas aguas que no han recibido uso
alguno, por lo que se consideran como disponibles en el ciclo
hidrolgico del agua, y las cuales pueden clasificarse de la manera
siguiente: Lluvia y nieve: El vapor de agua condensado como nubes,
puede precipitarse bajo la forma de lluvia o nieve. El agua en
estado de vapor condensado, es prcticamente pura, pero en la
precipitacin, absorbe gases y vapores presentes en la atmsfera,
adems de que arrastra partculas de polvo y humo, as como bacterias
y esporas diminutas de las plantas que se encuentran suspendidas en
el aire. La cantidad de estas impurezas, es de todas maneras
pequeas, siendo mayor al principio de la precipitacin que al final.
Superficiales: Cuando la lluvia cae sobre la tierra, parte corre
hacia los arroyos, lagunas, lagos y/o hacia el ocano. La calidad
del agua tomada de una fuente superficial depende: del carcter de
la hoya, de su geologa y topografa, de la extensin y naturaleza de
lo desarrollado por el hombre, de la poca del ao y de las
condiciones climatolgicas en el momento de la toma. La calidad del
agua de los arroyos y ros es generalmente ms variable y menos
satisfactoria que la de los lagos. El agua superficial proveniente
de reas densamente pobladas, est afectada por las descargas de
aguas residuales domsticas e industriales. Subterrneas: Parte del
agua de lluvia que corre sobre la superficie de la tierra, se
percola en el suelo y se vuelve agua subterrnea: durante su paso
por el suelo, el agua entra en contacto con sustancias tanto
inorgnicas como orgnicas. Algunas de estas sustancias son disueltas
rpidamente por el agua, otras en cambio se disuelven en base a las
sustancias que haya disuelto previamente el agua durante su
recorrido. Tal es el caso de las aguas que al contener dixido de
carbono disuelto, disuelven a los materiales calcreos, aumentando
as la alcalinidad y dureza del agua. Crudas: Las aguas crudas son
fundamentalmente aquellas aguas blancas que no han recibido
tratamiento alguno, por lo que la composicin qumica de las mismas,
es muy semejante a la que poseen en el recurso natural. En algunos
casos, como en las aguas subterrneas profundas, cuando estas llegan
a la superficie de la tierra, pierden por disminucin de la presin a
que estn sometidas, parte de los gases que contenan disueltos, lo
que altera en cierto grado, sus caracteres fsico-qumicos. Tratadas:
Cuando las aguas crudas son tratadas con el fin de ser
acondicionadas para un determinado uso, son consideradas entonces
como aguas tratadas: El proceso de potabilizacin, por ejemplo, es
un proceso de tratamiento aplicado a las aguas blancas crudas, para
hacerlas aptas para el consumo humano.
RESIDUALES: Las aguas denominadas residuales o servidas son
aquellas cuya calidad o composicin desde el punto de vista fsico,
qumico o microbiolgico ha sido alterada, en relacin a su condicin
original, o sea, antes de su uso. En base a este criterio, las
aguas residuales han sido divididas en domsticas o industriales.
Domsticas: Aguas residuales domsticas son aquellas que provienen
como aguas de desechos de viviendas, en las cuales se mezclan aguas
de lavado de todo tipo de enseres, junto con los desechos del
cuerpo humano, as como con todo tipo de lquido que es vertido en
las caeras sanitarias, para desembocar fcilmente en la red de aguas
cloacales. En algunos patios de ciertas viviendas. Industriales:
Aguas residuales industrializadas son las que han tenido algn uso
en plantas de procesos industriales, bien que forme parte de un
residuo propiamente dicho, que haya sido utilizada como agua para
lavado, o inclusive que haya sido utilizada como refrigerante
nicamente. Es lgico que dependiendo del uso que haya tenido, y la
naturaleza de la planta que la arroja como agua servida, as ser su
composicin, y de ello depender la calidad fsico-qumica y
microbiolgica de la misma.
COMPOSICION DE LAS AGUAS Y LIQUIDOS RESIDUALES.
La composicin de las aguas y lquidos residuales es estudiada o
expresada corrientemente desde dos puntos de vista: uno qumico y
otro biolgico. Desde el punto de vista qumico se considera la
composicin en base a los materiales y sustancias inorgnicas y
orgnicas que pueden estar en suspensin, en estado coloidal o en
solucin. Puesto que los compuestos inorgnicos disueltos estn
ionizados, se habla de iones positivos o cationes e iones negativos
o aniones, sin especificarse ninguna sustancia en particular. Desde
el punto de vista biolgico se consideran los virus y los
microorganismos animales, tales como los protozoarios, y vegetales,
tales como las bacterias y las algas. La composicin cualitativa y
cuantitativa vara, en el caso de las aguas naturales con la
localizacin de la fuente o cuerpo de agua (agua subterrnea o agua
superficial). En cuanto a las aguas residuales, depende si el
residuo es de origen domstico o industrial, y en este ltimo caso,
de la naturaleza de la industria.Aguas naturales: La composicin de
las aguas naturales, si es que no han recibido accin de lquidos
residuales, es ms homognea que la de stos; la mayor diferencia en
composicin existe en realidad entre las aguas superficiales y las
profundas. Aguas residuales: Las aguas residuales, adems de los
componentes que originalmente estn presentes en las aguas
naturales, y que no fueron eliminados totalmente en el tratamiento
previo a que generalmente se les somete antes de su uso (como son
por ejemplo, la potabilizacin, el ablandamiento, la
desmineralizacin), pueden contener compuestos inorgnicos y
orgnicos, as como microorganismos, dependiendo de la naturaleza del
residuo, si es por ejemplo, de origen domstico o industrial.
Entre los compuestos inorgnicos que pueden estar presentes en
los residuos lquidos, se pueden mencionar fundamentalmente cidos y
lcalis, amonaco, cloro libre, sulfuros, fosfatos, sales de metales
pesados como son el mercurio, el cobre, etc.En cuanto a los
compuestos orgnicos se pueden indicar carbohidratos, lpidos,
prtidos, detergentes, resinas, aceites minerales, aceites
esenciales, alquitrn, colorantes, mercaptanos, fenoles, cianuros,
pesticidas, etc.
Entre los agentes microbiolgicos se pueden incluir virus como
los de la poliomielitis y el de la hepatitis infecciosa; bacterias
como el vibrion (produce la clera) y la salmonella tifosa (produce
la fiebre tifoidea); protozoos como las amibas,, y nemtodos y sus
huevos.TOMA DE LA MUESTRA
REQUERIMIENTOS DE UNA MUESTRAEl requerimiento ms importante que
debe cumplirse para que una muestra sea satisfactoria, es que sea
representativa. Se dice de que toda muestra debe ser
representativa, sea, que debe ser idntica en composicin al agua o
lquido residual de donde fue tomada; es decir, que las
caractersticas fsico-qumicas de la muestra debe ser iguales a las
del agua o residuo muestreado, en el momento y sitio de la
toma.
CONSIDERACIONES SEGN EL OBJETO DEL ANLISIS.
En la planificacin de cualquier programa de muestreo es
necesario ante todo considerar el objeto del anlisis, para poder
establecer el tamao y nmero total de muestras, as como sitio,
frecuencia y mtodo de la toma. Tamao de la muestra: El tamao de la
muestra est ntimamente relacionado con la clase de anlisis que se
intente realizar; en general, puede decirse que 2 litros son
suficientes para cualquier anlisis fsico-qumico completo. Sin
embargo, para un anlisis bacteriolgico se necesita un volumen mucho
menor; se podra estimar que un volumen de 100 mL es un tamao
adecuado para un anlisis bacteriolgico. Cuando se trata de anlisis
de sustancias que estn en concentraciones muy bajas (orden de
trazas, por ejemplo), pueden necesitarse muchos litros, como es el
caso de la determinacin de pesticidas en el agua potable (si la
fuente de agua es un ro, lago o embalse), para lo cual son
necesarios tal vez varios miles de litros de agua, los que al ser
pasados por carbn activado, ste absorbe el pesticida, el cual
despus es extrado del carbn con un disolvente apropiado en forma de
solucin, en la cual se determina posteriormente la concentracin del
pesticida objeto del anlisis. En general, cualquier proceso de
concentracin de una o ms sustancias, implica el manejo de un
volumen inicial apreciablemente grande de muestra. Sitio de la
toma: La seleccin del sitio de muestreo debera ser realizada con
gran cuidado. Con el fin de seleccionar el o los sitios de
muestreo, es generalmente conveniente efectuar antes una inspeccin
de campo. En el caso del muestreo del agua de un cuerpo de agua
(ro, o lago, por ejemplo), se debera prestar atencin a las
descargas de lquidos residuales, dilucin debida a ros tributarios,
a cambios en la topografa de los alrededores, etc.En el caso de la
toma de muestras en una planta industrial, de igual manera se
debera realizar una inspeccin preliminar intensiva, para detectar
el nmero de descargas existentes. El sitio adecuado de la toma en
relacin a la seccin transversal de la tubera de descarga es de
vital importancia para obtener una muestra representativa,
particularmente cuando las tuberas de descarga son de gran dimetro.
Si se trata de una tubera colocada para la toma de las muestras, el
dimetro de ella debe estar con respecto al dimetro de la tubera de
descarga en la misma proporcin en que el gasto en la tubera para la
muestra est con respecto al de la tubera principal. Frecuencia de
la toma: En la frecuencia de la toma, adems del objeto del anlisis,
influye apreciablemente la variacin de la composicin del agua o
lquido residual que deber muestrearse. Existen dos tipos
principales de procedimientos de muestreo, utilizados comnmente en
el anlisis de aguas y lquidos residuales. En un primer tipo se
obtienen las muestras en forma instantnea y se analizan
aisladamente; en este tipo las muestras se obtienen en forma de
porciones simples. El segundo tipo se obtiene realizando un
muestreo en forma continua a travs de un determinado perodo de
tiempo, o mezclando una serie de muestras tomadas en forma de
muestras simples o discretas; en ambos casos se obtiene una muestra
denominada compuestas o acumulada. Una serie de muestras simples
tomadas a travs de un determinado perodo de tiempo, sirve para
determinar las variaciones en composicin del agua o lquido
residual, durante el perodo de tiempo en cuestin. Una muestra
compuesta en cambio, se puede realizar para determinar la
composicin media del agua o lquido residual muestreados. Los
perodos para la obtencin de muestras compuestas puede ser de 4, 8,
12 o 24 horas segn el propsito del anlisis. Nmero total de
muestras: El nmero total de muestras que deben tomarse, dependen en
cada caso del tipo de muestreo, as como de la frecuencia de la
toma, aunque en algunos casos puede ser el nmero total de muestras
lo que determine la frecuencia de la toma, pues esto depender de la
capacidad con que puede realizarse la toma, as como de la capacidad
con que pueda realizarse el anlisis, sobre todo si se trata de un
anlisis fsico-qumico completo. Si se trata de pocos parmetros, los
que deben ser analizados, tal compromiso no ser crtico, y al no
existir lmite en el nmero total de muestras, este no ejercer
limitaciones sobre la frecuencia con que deberan tomarse las
mismas. Mtodos de la toma: La muestra puede ser tomada directamente
en el recipiente en el cual ser transportada al sitio en donde se
efectuarn los anlisis. El envase podr ser de material plstico o de
vidrio con una buena tapa, y adems debe estar perfectamente limpio.
En el momento de la toma se debe enjuagar dos o tres veces con el
lquido que ser muestreado. Si la muestra se tomara de un grifo, ste
se debe abrir y dejar salir el lquido durante unos segundos; adems
a la boca del grifo se le debera eliminar cualquier material que
pudiera contaminar la muestra en el momento de la toma.Si la
muestra debe tomarse en un cuerpo de agua a cierta profundidad (no
superficialmente), se deber utilizar un sistema que permita
destapar el recipiente en el sitio en el cual se desea tomar la
muestra; un sistema de tal naturaleza puede ser construido o
adquirido en casas especializadas que lo ofrecen en el mercado.
Existen algunos equipos ofrecidos por las casas especializadas, con
los cuales adems de tomar la muestra a la profundidad deseada, es
posible medir en situ algunos parmetros tales como temperatura,
conductividad, pH y oxgeno disuelto, los valores de los cuales se
registraran en la superficie.Otro sistema de tomar una muestra
profunda, es bombearla a la superficie con una bomba, en donde es
envasada y transportada para su anlisis. Estos dos casos, como se
han descrito, son considerados como mtodos o tcnicas manuales de
muestreo. Sin embargo, un sistema de bombeo puede ser automatizado,
y en este caso se habla de un mtodo automtico de la toma, pues con
este mtodo de la muestra puede ser tomada automticamente a
intervalos deseados, lo cual permite obtener una porcin simple,
pero tambin es posible obtener una muestra compuesta o acumulada,
bien que la muestra se tome en forma de porciones simples a
intervalos regulares de tiempo y se mezclen, o que se tome en forma
continua. En el caso de lquidos residuales, la muestra compuesta
debe ser tomada de tal manera que el volumen de la misma guarde
relacin con el gasto del lquido que se est muestreando; esta
situacin implicara, por supuesto, el diseo de un sistema de
muestreo muy sofisticado.Finalmente, algunas veces la muestra debe
ser tomada bajo presin, para lo cual se han diseado equipos que
permiten realizarlo; adems en algunos casos es posible conservar la
muestra sin que se produzca la prdida de los gases que pudieran
escapar debido al cambio de presin. En este caso la muestra tomada
e esa forma, sera ms representativa de la fuente de donde fue
tomada.
DATOS PARA LA IDENTIFICACIN DE CADA MUESTRA.
En todo buen sistema de muestreo, se debe efectuar lo mejor
posibles una identificacin de cada muestra. Adems, se debe
identificar la fuente de donde fue tomada, as como las condiciones
donde fue tomada. Esto es particularmente importante en muestreo de
campo, o en plantas en donde se realice un muestreo intensivo que
origine un nmero grande de muestras, que pueden provenir de
diversas fuentes y de diversas condiciones. Dos ejemplos de
identificacin de muestras, son los que se presentan a continuacin,
uno para aguas superficiales, y otro para aguas profundas (aguas de
pozo):AGUAS SUPERFICIALESAGUAS DE POZO.
Numero de la muestra.
Fecha de la toma.
Hora de la toma.
Nombre del cuerpo de agua.
Nombre del sitio de la toma.
Condiciones climatolgicas en el momento de la toma.Temperatura
del agua.
Nombre del que la toma.
Cualquier otro dato que pueda ayudar a la interpretacin del
anlisis fsico-qumico.Numero de la muestra.
Fecha de la toma.
Hora de la toma.
Localizacin geogrfica y poltica.Sitio de la toma.
Temperatura del agua.
Apariencia en el momento de la toma.
Profundidad del pozo.
Dimetro de la tubera.
Cualquier otro dato que pueda ayudar a la interpretacin del
anlisis fsico-qumico.
En algunos casos puede ser de inters anotar ciertas
caractersticas, como son por ejemplo, el tipo de flujo y el valor
del gasto, cuando se trata de cursos de aguas pequeas o de
descargas a travs de tuberas.
PRECAUCIONES PREVIAS AL ANLISIS.
Puede decirse que en general mientras menos transcurra entre la
toma de la muestra y la realizacin de los anlisis, mayor
confiabilidad se puede tener en los resultados de los mismos. Como
ya se mencion anteriormente en el caso de ciertos parmetros
(ejemplo, pH y oxgeno disuelto) que empiezan a variar desde el
momento de la toma de la muestra, deben ser determinados lo antes
posible, una vez tomada la muestra. Sin embargo como para estos
parmetros existe la posibilidad del anlisis en situ, ellos podran
ser determinados en la misma fuente en donde se ha de efectuar la
toma. En el caso de que ello no sea posible, puede efectuarse una
determinacin de campo, haciendo uso de las tcnicas y equipos
recomendados para ello. Existen tcnicas o mtodo de campo para la
determinacin de la mayora de los parmetros fsicos-qumicos, los
cuales pueden ser implementados si es necesario, como por ejemplo,
si es el traslado al laboratorio tomar un tiempo apreciablemente
grande. Con ciertos parmetros (por ejemplo, el oxgeno disuelto) se
puede proceder a efectuar lo que se conoce como fijacin, que
consiste en agregar parte de los reactivos a la muestra, en
instantes posteriores a su toma, para proceder luego a la
finalizacin de la determinacin, sin importar el tiempo que
transcurra como puede ser por ejemplo, una titulacin realizada en
el laboratorio, en este caso el valor del parmetro no sufre
alteracin.Ejemplos de parmetros que pueden sufrir modificaciones
son los siguiente: la temperatura, la cual puede cambiar
rpidamente; el pH, el cual puede variar significativamente en pocos
minutos; gases disueltos, los que pueden emerger (oxgeno, dixido de
carbono, sulfuro de hidrgeno y cloro, por ejemplo). Por esta razn
estos parmetros deberan ser determinados en situ o en el campo. Con
la modificacin del pH, la alcalinidad y el contenido de CO2 puede
precipitarse carbonato de calcio, originndose un descenso en la
dureza clcica y total; el color, la turbidez y el olor, los cuales
pueden aumentar, disminuir, cambiar de cualidad; el cloro residual
es convertido a cloruro; la actividad microbiolgica puede ser
responsable por cambios en las concentraciones de nitrgeno
amoniacal, nitritos y nitratos; disminucin del contenido de
fenoles; modificacin del valor de la demanda bioqumica de oxgeno;
as como de la reduccin de los sulfatos o sulfuros; el in ferroso,
el yoduro, el sulfuro y el sulfito pueden oxidarse.Las
preocupaciones previas al anlisis pueden ser discriminadas en
cuidado en el transporte y cuidado en el laboratorio.
Cuidado en el transporte: El cuidado en el transporte o el
cuidado en el almacenamiento, depender del tiempo que transcurra
entre la toma de la muestra y la realizacin de los anlisis. Es
imposible establecer inequvocamente cuanto tiempo debe transcurrir
como mximo, entre el momento de la toma de la muestra y el de la
realizacin de los anlisis; esto depende del carcter de la muestra,
de la naturaleza del anlisis que debe ser efectuado, y de las
condiciones del almacenamiento.Los cambios causados debido a la
actividad microbiana, pueden ser retardadas apreciablemente, si la
muestra se mantiene al abrigo de la luz y se refrigera (a 3-4o C)
hasta cuando sea analizada. Los lmites mximos siguientes, ha sido
sugeridos como razonables para muestras a las que se le deben
practicar anlisis fsicos-qumicos:
Aguas no
contaminadas.....................................................72
horas.
Aguas ligeramente
contaminadas......................................48 horas.
Aguas
contaminadas..........................................................12
horas.El tiempo transcurrido entre la toma de la muestra y la
realizacin del anlisis debera ser registrado en el informe. Si las
muestras son preservadas mediante el agregado de algn cido u otro
germicida, ellas pueden ser almacenadas durante un perodo mayor de
tiempo que los indicados anteriormente, pero no es posible
establecer recomendaciones especficas. En el informe de laboratorio
se debera especificar el nombre del preservativo, si alguno hubiera
sido agregado.Es lgico que la probabilidad de la alteracin de
algunos parmetros, durante el perodo previo al anlisis, sea mayor
en unos que en otros. En el caso de ciertos cationes, existe la
posibilidad de una modificacin de la concentracin debido a fenmenos
de adsorcin o de intercambio inico con las paredes de los
recipientes de vidrio. Tal es el caso como los iones de aluminio,
cadmio, cobre, cromo, hierro, manganeso, plata, plomo y zinc. Para
evitar la influencia del tiempo, en los resultados de los anlisis
para estos cationes, en caso de que no se pueda de disponer de
recipientes de plstico, se debe tomar una muestra aparte y esta
debe ser acidificada con cido clorhdrico o cido ntrico, hasta un pH
aproximadamente igual a 3,5, con el fin de minimizar la
precipitacin y adsorcin en las paredes del recipiente. El examen
bacteriolgico de cualquier muestra, debera ser iniciado
inmediatamente despus de la toma de la misma. Si embargo, tal
requerimiento raras veces puede ser cumplido, por lo que debe ser
establecida una recomendacin que posea un mayor carcter prctico.
Por lo tanto, se recomienda que el anlisis se comience 1 hora
despus de la toma; en todo caso el tiempo mximo que debe
transcurrir entre la toma y el anlisis no debe ser superior a 30
horas. Durante este perodo, la temperatura de la muestra debera ser
mantenida lo ms cercana posible a la fuente de donde fue tomada la
muestra en el momento de la toma. Tanto la temperatura, como el
tiempo de almacenamiento, deberan ser registrados y utilizados en
la interpretacin de los resultados de los anlisis. Cuando las
condiciones obligan circunstancialmente a almacenar las muestras
para examen bacteriolgico durante un lapso de tiempo mayor a las 24
horas, se debera considerar la posibilidad de realizar un anlisis
de campo para las muestras en cuestin. Cuidado en el laboratorio:
El cuidado de la muestra al llegar sta al laboratorio, est
relacionado con las medidas que se deben tomar para que no se
produzca ninguna alteracin de la misma. As, por ejemplo, la muestra
no debe ponerse en contacto con ningn ambiente en el cual existan
vapores o gases que puedan ser absorbidos, como seran el HCl, el
NH3, el SO2 y SO3, etc. As mismo, debe evitarse cualquier otro tipo
de contaminacin que pueda cambiar el valor de los parmetros que
sern evaluados en el anlisis de la muestra.
DETERMINACIN DE LOS PARMETROS FISICOSLa determinacin de los
parmetros fsicos en el anlisis de aguas y lquidos residuales,
implica la evaluacin de una serie de caractersticas que pueden ser
conferidas por una serie de sustancias de naturaleza muy diferente,
es decir, que no se efecta la cuantificacin de ninguna sustancia en
particular. Entre los parmetros fsicos pueden incluirse,
generalmente, tambin los organolpticos, que son aquellos en los
cuales la determinacin se basa en una apreciacin realizada mediante
los rganos de los sentidos, y para los cuales no es posible
establecer unidades que permitan efectuar una evaluacin
cuantitativa de los mismos, como es el caso de la apariencia, el
olor y el sabor.TEMPERATURA.
Concepto: Es una propiedad intensiva que indica el nivel trmico
de cualquier material.
En relacin al valor de la temperatura en las aguas naturales y
aguas residuales, puede establecerse lo siguiente:
Aguas superficiales: La temperatura de las aguas superficiales
(ros, lagos, etc.) es mayor en la parte superior de las mismas,
debido a la absorcin por parte de la masa de agua de la energa
calrica y radiante existente en la atmsfera. Aguas profundas o
subterrneas: La temperatura de esta agua, depende de la
profundidad. El incremento en la profundidad para que la
temperatura se incremente en un grado centgrado (el grado
geotrmico), vara entre 15 y 50 metros, siendo el promedio de 33
metros. Aguas residuales: En general, puede decirse que la
temperatura de las aguas residuales es superior a la de las aguas
de abastecimiento; en algunos casos es mucho mayor, como es el caso
de las aguas utilizadas en procesos de refrigeracin.
CONDUCTIVIDAD ELCTRICA.Concepto: La conductividad elctrica de
cualquier material, es .una medida de la capacidad de dicho
material para conducir la corriente elctrica. En el caso de los
electrolitos, conocidos tambin como conductores de segunda clase,
la conductividad elctrica se debe a la presencia de iones. La
conductividad elctrica de los electrolitos, depende por lo tanto de
la concentracin y naturaleza de los iones presentes, as como de la
temperatura.
Cualquier solucin acuosa de sustancias que se hayan disociado,
originando iones, conducir por tanto la corriente elctrica. En un
campo de corriente directa, los iones positivos (cationes) se
dirigen hacia el electrodo negativo (ctodo), mientras que los
negativos (aniones) se dirigen al electrodo positivo (nodo). La
mayora de los compuestos inorgnicos (cidos, bases y sales) son
buenos conductores. Por el contrario, la mayora de los compuestos
orgnicos (alcoholes, azcares, etc.), los cuales no se disocian en
solucin acuosa, no son conductores, o en todo caso, muy malos
conductores.En la prctica la determinacin de la conductividad
elctrica de un electrolito se refiere a la determinacin de la
conductividad especfica, L, (inverso de la resistividad especfica,
P) que es en realidad la conductividad de 1 cm3 de solucin, la cual
se expresa en mhos/cm.El agua recin destilada posee una
conductividad especfica que vara entre 0,5 y 2 micromhos/cm, la
cual despus de haber sido almacenada durante varias horas, y
elevada hasta un valor que oscila entre 2 y 4 micromhos/cm. La
conductividad del agua destilada se debe principalmente a la
absorcin del CO2 atmosfrico, y, en menor grado, a la absorcin del
NH3 presente tambin en la atmsfera en pequesimas cantidades.La
mayora de las aguas crudas y las potabilizadas poseen una
conductividad especfica que vara entre los 50 y 500 micromhos/cm,
aunque algunas ms mineralizadas estn comprendidas entre los 500 y
los 1.000 micromhos/cm, y algunas veces pueden alcanzar un valor ms
alto.Con respecto a las aguas residuales domsticas puede decirse,
que ellas poseen una conductividad que refleja el valor del agua de
la fuente de abastecimiento, que sirve al sector de donde provienen
las aguas servidas.En el caso de los residuos industriales, se
pueden encontrar residuos cuya conductividad supera a los 10.000
micromhos/cm.Aplicaciones de la determinacin de la
conductividad:
1.- Sirve para adquirir un indicio de la cantidad total de
slidos disueltos que poseen las aguas naturales, puesto que la
medida de la conductividad es rpida, no destruye la muestra y posee
una buena precisin; por prctica se sabe que la conductividad
especfica de un agua, vara directamente con la cantidad de slidos
totales disueltos, lo que se explica en base a que las sustancias
que se disolvieron se disociaron en iones.
La cantidad de materia inica (expresada en mg/L) disuelta,
presente en una muestra de agua, puede ser estimada en la mayora de
los casos, multiplicando la conductividad especfica expresada en
micromhos por un factor emprico. Este factor vara entre 0,55 y 0,7;
el cual depende de la naturaleza de los componentes disueltos y de
la temperatura a la cual se realiza la medicin. Generalmente se
requiere un factor mayor de 0,7 para aguas salinas y menor de 0,55
para aguas cidos o alcalinas.En algunas aguas, es posible obtener
un valor aproximado de los aniones o cationes, expresados en
miliequivalentes/L, dividiendo por 100, el valor de la
conductividad especfica expresada en micromhos/cm.
2.- Es la base de uno de los mtodos de control del anlisis de
aniones y cationes realizado en aguas naturales, es decir, que del
conocimiento de la concentracin de cada in, y de la conductividad
que aporta cada uno de ellos, se puede establecer una correlacin o
comparacin entre la conductividad as determinada o calculada, y la
determinada experimentalmente mediante el puente de Wheatstone.
3.- Sirve como mtodo de control de la calidad del agua
destilada, la cual no debe poseer, si es de buena calidad, una
conductividad especifica mayor de 1 micromhos/cm.
4.- Se puede utilizar para detectar variaciones en la
concentracin de slidos minerales disueltos presentes en aguas
crudas o en aguas residuales. En el caso de las aguas contaminadas
de algunos ros, y en el de algunos residuos industriales, se pueden
encontrar variaciones diarias apreciablemente grandes de la
conductividad.APARIENCIA.Concepto: La apariencia de un agua es el
aspecto que presenta una muestra de la misma en un recipiente de
vidrio, que est completamente transparente. La apariencia depende
del color de las sustancias disueltas, as como del color y tamao de
las partculas en suspensin.Determinacin de la apariencia: La
apariencia de un agua se determina por observacin simple y directa,
y se expresa en base a una descripcin corta y concisa de lo
examinado, sirvindole de gua al analista, solamente la experiencia
de haber observado, comparado y clasificado muchas muestras de
agua. La apariencia debe ser el parmetro que se determine en primer
trmino al llegar la muestra al laboratorio.Comenzando con las aguas
cuya apariencia es parecida a la del agua destilada, las
descripciones empleadas se expresan conforme se enumeran a
continuacin:
1.- Clara y brillante.
2.- Clara con partculas.
3.- Ligeramente turbia.
4.- Turbia.
5.- Muy turbia.
Se puede expresar el tamao, apariencia y color de las partculas,
las cuales pueden ser simplemente arena de diversos grados de
finura u otras partculas minerales u orgnicas, compuestos de
hierro, restos de vegetales, etc. En la determinacin de la
apariencia es muy importante describir el color de la muestra, as
como el grado relativo de opalescencia y turbidez. En las aguas
naturales o contaminadas en alguna forma, se encuentran desde el
gris hasta el negro, y toda la gama de colores y sus combinaciones,
desde el opalescente amarillo hasta el rojo y el azul.Aplicaciones
de la determinacin de la apariencia:1.- En primera instancia sirve
como gua del grado de potabilidad (agua apta para el consumo
humano); as un agua clara y brillante (como es generalmente el agua
de pozo profundo) es en general ms segura, desde el punto de vista
sanitario, que un agua turbia, aunque no siempre esto es as.
2.- En el caso de los cuerpos de agua superficiales, la
comparacin entre la apariencia del agua tomada en diferentes
sitios, sirve para realizar una estimacin del grado de contaminacin
relativo entre los diferentes puntos.
3.- La apariencia de un lquido residual, puede servir como
indicio del potencial contaminador del mismo, si l es descargado
directamente al cuerpo de agua.OLOR.
Concepto: Desde el punto de vista fisiolgico, los sentidos del
olfato y del gusto estn ntimamente relacionados, puesto que las
clulas olfativas y las papilas gustativas detectan estmulos
simultneos y complementarios de tal manera que la percepcin
organolptica de olor y sabor se confunden generalmente con una
sola. As, por ejemplo, el agua sulfhdrica que aparentemente tiene
un sabor muy desagradable, en realidad lo que ocurre no es que sabe
mal, sino que huele mal. Tambin es significativo el gesto de
taparse la nariz para ingerir algo que no gusta (alimento,
medicina, etc.).
As pues, cuando se quiere gustar algo, se debe indefectiblemente
olerlo, lo que no ocurre en sentido contrario. Por eso son
preferibles, desde el punto de vista de las observaciones medidas,
las determinaciones del olor a las del sabor, por ser mucho ms
significativo oler que probar.El olor es pues una respuesta
fisiolgica al sentido del olfato, y se debe a la presencia en el
agua y lquidos residuales de diversas sustancias con carcter
voltil, tanto inorgnicas (como por ejemplo, el cloro, el amonaco,
el sulfuro de hidrgeno), como orgnicas (por ejemplo, el fenol),
algunas de las cuales poseen olores muy caractersticos, como es el
caso del olor a huevos podridos del sulfuro de hidrgeno. Ciertos
olores muy desagradables pueden ser causados por esencias liberadas
en pequesimas cantidades por microorganismos vivos (algas, hongos,
bacterias, etc.).Las aguas negras domsticas recin formadas, son
prcticamente inodoras, pero cuando empiezan a descomponerse huelen
fuertemente a podrido, como el sulfuro de hidrgeno, indol, escatol,
putrescina, etc. Igualmente pueden liberarse productos mal olientes
en la descomposicin de los vegetales, en el desove de los peces,
etc.En el caso de los residuos industriales, algunos de ellos
poseen olores caractersticos debido a la presencia de ciertos
compuestos, como son los que estn presentes en los productos
derivados del alquitrn, en los provenientes de los procesos de
fermentacin, etc.Respecto a la cantidad de sustancias necesarias
para producir olor a sabor, en general bastan vestigios no
determinables por los mtodos clsicos de anlisis (habra que efectuar
una extraccin), para producir olor o sabor desagradables, solo
perceptibles por el sentido del olfato. As, por ejemplo, al clorar
el agua, se pueden producir algunas veces olores tan intensos
(debido a compuestos formados de la reaccin del cloro con
compuestos orgnicos), que basta una parte en mil millones para que
sea detectable.Determinacin del olor: La determinacin del olor
puede efectuarse de una manera nicamente cualitativa, el tratar de
expresar su parecido con alguno de una serie de olores utilizados
como referencia, como son los indicadores de la tabla N IV.Tabla N
IV.- DESCRIPCIN CUALITATIVA DEL OLOR.
Aromtico Trreo:
Balsmico Tierra hmeda.
Qumico: Tierra vegetal.
Cloro libre. Turba.
Hidrocarburos. Fecaloide.
Medicamentoso. Hierba.
Sulfuroso. Mohoso.
Desagradable: Pantano.
Pescado. Vegetal:
Chiquero. Caa de azcar.
Sptico. Mosto
Aplicaciones de la determinacin del olor: La principal aplicacin
de la determinacin del olor es el agua para el consumo humano o
agua potable, sobre todo a la que proviene del tratamiento de agua
de cuerpos a aguas superficiales (ros, lagos, represas), las que
puede contener en algunos casos sustancia odorferas, y que pueden
ser eliminadas mediante el tratamiento con carbn activado, si es
que ellas no fueron eliminadas totalmente en el proceso de
desinfeccin.En el caso de las subterrneas profundas, al contrario
de las aguas superficiales, ellas no poseen en general olores
apreciables, aunque en algunos casos pueden poseer olor a sulfuro
de hidrgeno, o a herrumbre (compuestos de hierro).En Agua potable,
La organizacin Mundial de la Salud en sus Normas Internacionales
para el agua Potable establece que el olor de esta sea inobjetable.
En general se recomienda que el nmero umbral no sea superior a
3.SABOR.Concepto: El sabor es una respuesta fisiolgica al sentido
del gusto. Aunque el sabor est ntimamente ligado al olor (cuando
este es producido por sustancias voltiles, tales como cloro, fenol,
esencias, etc.), algunas sustancias inorgnicas disueltas, puedan
dar sabor al agua sin producir olor alguno. Por ejemplo, las sales
de Cobre, Zinc, Hierro, etc., pueden provocar un sabor metlico. Los
cloruros y los sulfatos de los metales alcalinos en concentraciones
altas, pueden conferir un sabor salado o salino.En realidad se
considera que solo existen cuatro sabores bsicos que son: cido,
salado, dulce y amargo; los otros sabores no son ms que aparentes,
y se deben a la mezcla de los bsicos.Tanto los sabores como los
olores, se encuentran principalmente en las aguas superficiales, no
encontrndose en general en las aguas de pozo profundos, y si se
perciben, suele ser en intensidades muy bajas. Tales sabores y
olores son producidos principalmente por sulfuro de hidrgeno,
compuestos de hierro, etc.
Aplicaciones de la determinacin del sabor: Al igual que en el
caso del olor, la mayor aplicacin de la determinacin del sabor, es
en el agua para consumo humano, particularmente si la fuente de
abastecimiento es un cuerpo de agua superficial.
SLIDOS.Concepto: Slidos totales: Estrictamente hablando, toda la
materia, con excepcin del agua contenida en el agua potable, aguas
contaminadas, lquidos cloacales, residuos industriales y lodos
provenientes de los procesos de tratamiento, es considerada como
slidos o materia slida. Sin embargo, la definicin ms generalizada
de slidos, se refiere a la materia que permanece como residuo
despus de la evaporacin y desecado a 103-105 C. Todos los
materiales que poseen una presin de vapor significante a tal
temperatura, se pierde por lo tanto, durante los procesos de
evaporacin y desecado. En el residuo slido quedan remanentes
nicamente aquellos materiales presentes en la muestra, que poseen
una presin de vapor despreciable a los 105 C; estos slidos se
designan como slidos totales. Slidos filtrables y slidos
no-filtrables: Los slidos totales pueden a su vez subdividirse en
slidos filtrables y slidos no filtrables. Antiguamente, y todava
hoy en da, algunos utilizan los trminos slidos disueltos y slidos
suspendidos que corresponden respectivamente a los filtrables y no
filtrables. Sin embargo, se considera que estos ltimos poseen un
carcter ms preciso, an cuando todava tales residuos no son bien
identificables, debido a que la separacin de ellos depende de un
nmero de variables, algunas de las cuales solo pueden ser
controladas con dificultad. Entre los factores que influyen en la
separacin se pueden mencionar: la naturaleza fsica y qumica de los
materiales en suspensin, el tamao del poro del filtro, el valor del
rea y el grosor del material filtrante, as como el estado fsico y
cantidad de los materiales depositados sobre ste. Es conveniente
sealar adems, que un mtodo diseado para controlar todos estos
factores, no sera til desde el punto de vista de la aplicacin
prctica. Por lo tanto, debe considerarse que las determinaciones de
los slidos presentes en aguas y lquidos residuales, no pueden estar
sujetas a los criterios comunes de exactitud. Por ello es que los
varios tipos de residuos se definen arbitrariamente en base a los
mtodos utilizados para su determinacin, y estos representan para el
momento, aproximaciones prcticas a las que seran de lo contrario,
operaciones sumamente complicadas para su implementacin.
a) La temperatura a la cual se deseque el residuo influye
apreciablemente en el valor de los resultados, puesto que la prdida
de peso debido a la volatizacin de la materia orgnica, al agua
ocluida mecnicamente, al agua de cristalizacin, y a gases
provenientes de la descomposicin qumica inducida por el calor, as
como la ganancia de peso debida a algn proceso de oxidacin, depende
del valor de la temperatura, as como del perodo de calentamiento.
Por estas razones, se deben tomar precauciones para seleccionar la
temperatura de desecado, y el analista debera estar familiarizado
con el efecto probable de cada una. b) En los residuos desecados a
103 -105 C, puede esperarse que quede retenida no solo el agua de
cristalizacin, sino tambin el agua ocluida mecnicamente. La prdida
de CO2 provendr de la conversin de algunos bicarbonatos a
carbonatos. La prdida de materia orgnica debido a la volatizacin
ser muy pequea a esta temperatura, si es que ello ocurre. Debido a
que la expulsin del agua ocluida se hace difcil a 103 105 C, la
obtencin del peso constante es una operacin lenta.c) Los residuos
que se desequen a 179-181C, perdern casi toda el agua ocluida
mecnicamente, pero algo del agua de cristalizacin puede permanecer,
sobre todo si existen sulfatos presentes. La materia orgnica se
pierde por volatilizacin, pero no totalmente. Algunos bicarbonatos
pueden ser convertidos a carbonatos, y estos pueden ser
descompuestos parcialmente a xidos o sales bsicos. As mismo,
algunos cloruros y nitratos pueden volatizarse. En general, puede
decirse que la evaporacin y desecado de muestras de aguas a 179 181
C conduce a valores para el residuo total, que estn ms prximos a
aquellos obtenidos a travs de la suma de las sales minerales
determinadas en forma individual, que a temperaturas ms bajas.
Slidos voltiles y slidos fijos: Estos slidos se obtienen a partir
de los slidos Totales, mediante ignicin a 600 C durante 15 20
minutos. Puede considerarse que la prdida de materia por
volatilizacin permite realizar solo un estimado del contenido de
materia orgnica presente inicialmente en la materia sometida a
ignicin. Slidos suspendidos voltiles y fijos: Estos slidos se
obtienen a partir de los slidos no filtrables (suspendidos),
mediante ignicin a 600 C durante 15 a 20 minutos. Puede
considerarse que la prdida de materia por volatilizacin permite
realizar solo un estimado del contenido de materia orgnica presente
inicialmente en la materia sometida a ignicin, La evaluacin del
contenido de materia orgnica puede ser obtenida con una mejor
aproximacin, con la determinacin de las demandas bioqumica y qumica
de oxgeno. Slidos sedimentables: Este trmino es aplicado a slidos
que se decantan o sedimentan en condiciones de reposo, debido a la
influencia de la gravedad.TURBIDEZ.Concepto: El trmino turbidez es
aplicado a las aguas que contienen materia en suspensin, la cual
interfiere con el paso de la luz a travs de las mismas, lo que da
lugar a que la profundidad visual sea restringida. La turbidez
puede ser causada por una gran variedad de materiales en suspensin,
tales como arcilla, limo, sales de hierro, materia orgnica
finamente dividida, plancton y otros organismos microscpicos, todos
los cuales pueden variar en tamao, desde dispersiones en estado
coloidal, hasta partculas relativamente gruesas, lo que depende del
grado de turbulencia. En los lagos o en otros cuerpos de agua, en
donde las aguas estn relativamente tranquilas, la mayora de la
turbidez es causada por materiales en estado coloidal y partculas
extremadamente pequeas. En cambio, en los ros con flujo continuo
del agua, la mayora de la turbidez es debida a la suspensin de
partculas relativamente gruesas. En la determinacin de la turbidez
debe quedar claramente entendido, que la turbidez es una expresin
de las propiedades pticas de una muestra, lo que da lugar a que la
luz sea reflejada y absorbida, antes que transmitida en lnea recta
a travs de la muestra.
Aplicaciones de la determinacin de la turbidez:
En el proceso de potabilizacin del agua: En el proceso de
potabilizacin del agua, la determinacin de la turbidez obedece a
dos razones importantes, que son:
1) Esttica: Los consumidores del agua potable esperan y tienen
el derecho, a exigir un agua potable libre de turbidez. Cualquier
turbidez en el agua potable, es asociada automticamente con una
posible contaminacin con aguas residuales, y con un dao potencial a
la salud pblica causada por ellas.2) Filtrabilidad: La filtracin
del agua se hace ms dificultosa y ms costosa, a medida que se
incrementa el valor de la turbidez: En el control de contaminacin
de las aguas superficiales: En este caso, pueden mencionarse tres
aspectos importantes que son:
1) Esttico: Este aspecto est relacionado principalmente con el
uso del agua con fines recreacionales, pues el agua de lagos, ros,
etc., con una alta turbidez es objetada por los usuarios o
baistas.
2) Penetracin de la luz: La turbidez disminuye la penetracin de
la luz en los cuerpos de agua, lo que da lugar a la disminucin de
la fotosntesis realizada por los organismos vegetales existentes en
los mismos, trayendo como consecuencia una disminucin en el grado
de oxigenacin del agua, lo que es perjudicial para la biota
acutica, adems de que disminuye la capacidad de autopurificacin de
los cuerpos de agua en cuestin.
3) Visibilidad: El aumento de la turbidez en los cuerpos de
agua, dificulta la visibilidad de los organismos que viven en
ellos, lo que puede dar lugar entre otras cosas, a que se dificulte
la captura de los alimentos por parte de algunos organismos,
alterndose por lo tanto en cierta forma, el hbitat natural de
estos. COLOR.Concepto: El color es la tonalidad variable, ms o
menos detectable, que presentan todas las aguas y que depende de
circunstancias muy variadas. En el color de las aguas se debe
diferenciar entre color aparente y color real. El color aparente se
debe a la presencia, tanto de materiales en suspensin, como de
materiales que estn disueltos, y/o en estado coloidal. En cambio,
el color real es el causado nicamente por los materiales disueltos,
y/o en estado coloidal.
El color de las aguas se debe a una gran cantidad de materiales
de naturaleza muy variable, tanto orgnica como inorgnica, pudiendo
originar una, o el conjunto de ms de una de ellas, la gran variedad
de tonos que es posible observar en las aguas naturales y lquidos
residuales. As, por ejemplo, el color caf amarillento o pardo
presente en las aguas naturales es producido por materia orgnica
compuesta por taninos, cido hmico y humatos (tal como el humato
frrico) provenientes de residuos vegetales, tales como hojas,
trozos de madera y turba, con lignina en diferentes estados de
descomposicin. El color verde se debe a la riqueza del agua en
fitoplancton. El hierro y el manganeso que estn presentes en
ciertas aguas, confieren al agua un color pardo rojizo
caracterstico. Las aguas residuales domsticas frescas poseen un
color gris, el cual va pasando a oscuro e incluso a negro, a medida
que va pasando el tiempo. En lo que respecta a los residuos
industriales, los colores pueden ser apreciablemente variables, lo
que depende de la naturaleza de las sustancias y materiales
presentes en tales residuos. En general puede decirse que las aguas
de pozos profundos son incoloras en la mayora de los casos; es en
las aguas superficiales y de pozos poco profundos, en las cuales se
encuentran principalmente color.Aplicaciones de la determinacin del
color: En el proceso de potabilizacin del agua: En el caso del
color, su determinacin en el proceso de potabilizacin es importante
por dos razones:1) Esttica: Es sabido por todos que los
consumidores de agua potable objetan cualquier color apreciable a
simple vista en pequeas porciones de agua, an cuando est
sanitariamente apta, pues lo asocia con cualquier contaminacin
posterior al tratamiento del agua, o que ste ltimo proceso no haya
sido suficientemente eficiente.2) Uso industrial: Puesto que
muchsimas industrias utilizan agua potable en sus procesos y
operaciones, un color apreciablemente alto sera perjudicial para
muchas de ellas, como por ejemplo, en las fbricas de papel,
lavanderas, etc.
En el control de contaminacin de las aguas superficiales: Al
igual que en el caso de la turbidez, aqu pueden mencionarse los
aspectos siguientes:1) Esttico: El agua de lagos, ros, etc., Sera
objetada por parte de los baistas cuando ella es utilizada con
fines recreacionales, si en ella se observa un color muy diferente
al de las aguas naturales, lo que asociaran con una contaminacin
por parte de un residuo industrial, lo cual es muy probable en la
mayora de los casos.
2) Penetracin de la luz: En este caso, la penetracin de la luz
en los cuerpos de agua se vera interferida por la presencia en el
agua de materias colorantes, debido a la absorcin de parte de la
luz que incide en la superficie del agua. Los colores absorbidos
del espectro, dependen del color de la, o las sustancias que estn
confiriendo el color al agua. Como ya fue mencionado en el caso de
la turbidez, la falta de luz en los cuerpos de agua restringen la
fotosntesis por parte de los organismos fotosintticos, lo que da
lugar a una disminucin en el grado de oxigenacin del agua, y las
consecuencias que ello acarrea.DETERMINACION DE LOS PARAMETROS
QUIMICOS
La determinacin de los parmetros qumicos implica una evaluacin
cuantitativa de una serie de especies qumicas, entre las cuales
figuran ciertos aniones y cationes (iones metlicos), as como
algunas sustancias en estado molecular (detergentes, fenoles,
etc.). Entre los parmetros qumicos existen, al igual que en el caso
de los fsicos, algunos inespecficos, como son por ejemplo, la
acidez, las demandas bioqumica y qumica de oxgeno los aceites y la
grasa y los cidos voltiles, en los cuales no estn identificados las
especies qumicas que puedan estar involucradas en la expresin del
parmetro.Se sobreentiende que en la determinacin de los parmetros
qumicos se debe practicar un anlisis qumico cuantitativo, el cual
puede estar basado en un mtodo gravimtrico, volumtrico o
colorimtrico, a alguno instrumental, y que son los recomendados
como mtodos estndares en las ediciones de los Standard Methods; de
esos cuatro tipos, los colorimtricos son los ms ampliamente usados,
debido a la rapidez de su implementacin. pH.
Concepto: El trmino pH es un trmino utilizado casi
universalmente para expresar la intensidad de la condicin cida o
alcalina de una solucin. Es una manera de expresar la concentracin
de los iones hidrgeno, o ms exactamente, la actividad de los
mismos. El concepto de pH est ntimamente relacionado con la
concentracin de iones H+ y OH- provenientes de la ionizacin de las
molculas de agua, entre las cuales se establece un equilibrio: H2O
H+ + OH-. En realidad los iones H+ no estn libres en la solucin,
sino que inmediatamente despus de su formacin, se unen a una
molcula de agua a travs de un puente de hidrgeno, para formar el in
H3O+ (in hidronio), o sea, que el equilibrio se representara
as:
2 H2O H3O+ + OH-
Fue el bioqumico dans Srensen quien propuso el concepto de pH
para expresar la concentracin de los iones hidrgeno o hidronio, o
sea, la acidez. El pH se define como el logaritmo de la
concentracin de iones hidrgeno, que es lo que se conoce tambin como
acidez actual, y est dado por la expresin:
pH = - log [H+]En el agua pura a 25 C, se tiene que [H+] = [OH-]
= 10-7 moles/L. De aqu se deduce que a:
pH = 7el medio es neutro pH < 7el medio es cido
pH > 7el medio es alcalino
El pH de cualquier solucin acuosa depende por lo tanto del
predominio de los iones H+ sobre los OH-, o viceversa, lo que
depende de la naturaleza de las sustancias disueltas en el agua,
pues del resultado neto de la reaccin entre los iones que se forman
en la solucin acuosa, se originar el carcter cido, neutro o
alcalino que poseer la solucin una vez formada.La mayora de las
aguas naturales poseen un pH que est comprendido en el rango entre
4 y 9: Sin embargo, la mayora son alcalinas debido a la presencia
de iones carbonato (CO3=) y bicarbonato (HCO3-). Cualquier valor
del pH que sea menos de 4 o mayor de 9, es causado generalmente por
la presencia de residuos industriales que pueden haber sido
descargados a los cuerpos de agua.Determinacin del pH: La
determinacin del pH puede realizarse haciendo uso de un mtodo
colorimtrico, o de uno electromtrico o potenciomtrico, segn sean
las posibilidades econmicas, los objetivos de la determinacin, as
como la naturaleza de la solucin acuosa (natural, blanca o
residual).A continuacin se presenta una tabla con ejemplos de
indicadores. Tabla VI.- Ejemplo de indicadoresIndicadorColor
cidoColor bsicoRango de pH
Azul de timol (cido)RojoAmarillo1,2 2,8
Anaranjado de metiloRojoAmarillo - Anaranjado3,1 4,6
Verde de bromocresolAmarilloAzul3,8 5,4
Rojo de metiloRojoAmarillo4,4 6,2
TornasolRojoAzul4,5 8,3
Azul de bromotimolAmarilloAzul6,0 7,6
Rojo de fenolAmarilloRojo6,8 8,4
Azul de timol (bsico)AmarilloAzul8,0 9,6
FenolftalenaIncoloroRojo8,2 9,8
TimolftalenaIncoloroAzul9,3 10,5
ACIDEZ.-Concepto: La acidez de un agua se debe a la presencia en
ella, tanto de iones H+ libres (acidez actual dada por el pH), como
a la de sustancias capaces de liberar protones directamente a
partir de sus molculas, como son las de los cidos dbiles inorgnicos
(tal como el cido carbnico) y orgnicos (tal como el cido tnico), o
indirectamente consecuencia de su reaccin con el agua, como son el
CO2 y sales hidrolizables, como por ejemplo, el Fe2(SO4)3 y/o el
Al2(SO4)3, tal como se indica en las reacciones:CO2 + H2O HCO3- +
H+Al+3 + 3 H2O Al(OH)3 + 3 H+
La acidez debida a la capacidad de liberar protones se conoce
como acidez potencial; el concepto de acidez incluye por
consiguiente, tanto a la acidez actual como a la acidez
potencial.
La acidez de las aguas naturales proviene, principalmente del
CO2, el cual penetra a ellas por absorcin del que est presente en
la atmsfera; sin embargo, ello slo ocurre, cuando la presin parcial
del CO2 en el agua es inferior a la del mismo gas en la atmsfera.
El CO2 disuelto en las aguas naturales tambin puede provenir de la
oxidacin biolgica de las sustancias orgnicas, particularmente la
presente en aguas contaminadas. En tales casos, si la actividad
fotosinttica es limitada, la presin parcial del CO2 en el agua
puede exceder a la de la atmsfera, y en este caso este gas se
escapar a la misma. De aqu puede concluirse, que las aguas
naturales estn continuamente absorbiendo o liberando CO2, con el
fin de mantener el equilibrio en la atmsfera.
Muchas aguas residuales poseen acidez debido a cidos minerales,
particularmente aquellos provenientes de la industria metalrgica y
de la produccin de materiales orgnicos sintticos. Ciertas aguas
naturales tambin pueden contener acidez mineral. Puesto que las
aguas del drenaje de minas abandonadas y las de lluvia que corren
sobre ciertos minerales apilados contendrn cantidades
significativas de H2SO4, si azufre libre o sulfuros son arrastrados
por tales aguas. La conversin de estos materiales a cido sulfrico y
sulfatos es llevado a cabo por cierto grupo de bacterias denominado
bacterias del azufre en condiciones aerbicas:
2S + 3 O2 + 2 H2O 2 H2SO4 FeS2 + 3 O2 FeSO4 + H2SO4
La acidez mineral tambin puede provenir de sales de metales
pesados, particularmente de aquellos iones trivalentes, tales como
el Fe+3 y el Al+3, los que se hidrolizan en el agua, originando tal
tipo de acidez. Muchos residuos industriales tambin pueden contener
cidos orgnicos.Determinacin: Tanto la acidez debida al CO2, como la
debida a los cidos minerales u orgnicos, se determinan mediante
titulacin con una solucin estndar de lcali. Puesto que la acidez es
expresada bajo la forma de mg/L de CaCO3, generalmente la solucin
titulante alcalina, que generalmente es de NaOH, se prepara 0,02 N
(0,02 = 1/50, en donde 50 es el peso equivalente del CaCO3), con lo
cual 1 mL de NaOH 0,02 N, equivale a 1 mg de CaCO3. La acidez se
calcula luego a partir de la frmula:Acidez en mg/L de CaCO3 =
EMBED Equation.3 en donde: V ml = Volumen en ml del NaOH
necesario para alcanzar el punto final de la neutralizacin.
Acidez mineral: La acidez mineral (cidos fuertes) puede ser
determinada titulando la muestra hasta pH 4,5 utilizando anaranjado
de metilo (heliantina) como indicador. Acidez de cidos dbiles La
neutralizacin desde pH 4,5 hasta pH 8,3, que es debida a los cidos
dbiles, puede llevarse a cabo usando fenolftalena como indicador.
Acidez total: La acidez debida a todos los agentes que puedan
originar acidez, se conoce como acidez total, y puede ser
determinada titulando hasta pH 8,3 en presencia de fenolftalena
como indicador; la acidez total se conoce tambin como acidez
fenolftalenica. Acidez debida al CO2: La acidez debida al CO2 puede
ser determinada a partir de dos titulaciones en presencia de
fenolftalena: una en fro y la otra en caliente (a ebullicin para
expulsar el CO2); la diferencia es debida al CO2.En el caso de que
la acidez deba ser determinada en aguas naturales contaminadas con
colorantes, o en residuos industriales coloreados, cuyos colores
interfieran con la deteccin del punto de viraje, tanto de la
heliantina, como el de la fenolftalena, se debe efectuar la
titulacin con la ayuda de un medidor de pH, lo que se conoce como
valoracin o titulacin potenciomtrica. En una titulacin de esta
naturaleza, el lcali se agrega en incrementos de volumen de 0,5 mL,
y se mide el pH despus de cada agregado, La representacin grfica de
los valores de pH colocados en la ordenada, y los valores
acumulados del lcali titulante, da lugar a una curva cuyo punto de
inflexin corresponde al volumen del lcali necesario para la
neutralizacin, en caso de que se hubiera realizado la titulacin en
presencia de heliantina o fenolftalena como
indicador.Interferencias: La principal interferencia en la
determinacin de la acidez, se debe a la presencia de cloro residual
libre (HClO ClO-), el cual puede decolorar el anaranjado de metilo;
esto puede ser evitado mediante el agregado a la muestra de 1 gota
de tiosulfato de sodio 0,1 Normal.Aplicaciones de la determinacin
de la acidez: La determinacin de la acidez en aguas y lquidos
residuales, est relacionada con el conocimiento de la cantidad de
agente neutralizante necesario para llevar el agua o residuo en
cuestin hasta un determinado valor de pH. Un ejemplo se tiene en el
hecho de que la mayora de los residuos industriales que poseen
acidez mineral, deben ser neutralizados antes de ser tratados o
descargados en los cuerpos de agua o alcantarillado.
ALCALINIDAD.Concepto: La alcalinidad de un agua puede definirse
como la capacidad de la misma para aceptar protones, o tambin es la
capacidad para consumir o neutralizar cidos. La alcalinidad de las
aguas naturales se debe principalmente a sales de cidos dbiles y
bases fuertes tambin pueden estar presentes. La mayor parte de la
alcalinidad se debe a los bicarbonatos, puesto que ellos se forman
en cantidades apreciables por la accin del CO2 sobre los materiales
alcalinos presentes en el suelo. Otras sales de cidos dbiles, tales
como boratos, silicatos y fosfatos, pueden estar presentes en
pequeas cantidades.Un pequeo nmero de cidos orgnicos que son
altamente resistentes a la oxidacin biolgica (como por ejemplo, el
cido hmico), forman sales que contribuyen a la alcalinidad de las
aguas naturales. En aguas contaminadas, o en aguas en condiciones
anxicas (sin O2), se pueden formar sales de cidos dbiles, como son
el actico y el propinico, las cuales aumentaran tambin la
alcalinidad de las aguas.En ciertas condiciones, las aguas
naturales pueden contener una cantidad apreciable de alcalinidad
carbontica e hidroxdica. Esta condicin se da particularmente en
aguas superficiales, cuando en ellas ha habido reproduccin excesiva
de algas; las algas consumen con una intensidad tal el CO2 libre y
combinado presente en el agua, que el pH del agua puede alcanzar un
valor comprendido entre 9 y 10. Aquellas aguas tratadas qumicamente
para ablandarlas (eliminarles la dureza, es decir, los iones Ca+2 y
Mg+2), por el mtodo de la cal soda (hidrxido de calcio y carbonato
de sodio), tambin poseen alcalinidad carbontica e hidroxdica.Aunque
muchas sustancias puedan contribuir a la alcalinidad del agua, en
el caso de las aguas naturales, la mayor proporcin de la
alcalinidad se debe a tres iones, los que ordenados por el grado de
influencia en el pH son: el hidroxilo (OH-), el carbonato (CO3=) y
el bicarbonato (HCO3-); la mayora de las veces, desde un punto de
vista prctico, la alcalinidad de las aguas naturales debida a otros
iones es insignificante y puede ser ignorada.La alcalinidad de las
aguas residuales se debe, principalmente, a sales de cidos dbiles
con base fuerte, o a bases fuertes, y tales sustancias actan como
amortiguadores, es decir que impiden la disminucin del pH, cuando a
tales aguas se les agregan porciones de cidos; la alcalinidad
representa, por lo tanto, un potencial amortiguador, y en tal
sentido se usa comnmente en el tratamiento de aguas
residuales.Determinacin de la alcalinidad: La alcalinidad se
determina volumtricamente mediante titulacin con H2SO4 0,02 N, y se
reporta al igual que la acidez, como mg/L de CaCO3. Aquellas
muestras que posean un pH superior a 8,3, la titulacin debe ser
realizada en dos etapas: la primera se lleva a cabo utilizando
fenolftalena, y se agrega el cido titulante hasta que este
indicador cambie su color rosa a incoloro; luego se cubre la
segunda etapa, agregando el cido en presencia de heliantina,
conducindose la titulacin hasta lograr el color naranja del
indicador, lo que ocurre a pH alrededor de 4,5. Cuando el pH de la
muestra es inferior a 8,3, la titulacin se cumple en una sola
etapa, utilizando el anaranjado de metilo como indicador.La
escogencia de los valores de pH 8,3 y 4,5, como puntos finales para
la primera y la segunda etapa, respectivamente, obedece a las
reacciones siguientes:
OH- + H+ H2O pH 8,3 (en realidad es 7)
CO3= + H+ HCO3- pH 8,3
En la prctica de estas dos reacciones es posible que ocurra slo
una, o ambas, segn la naturaleza de la alcalinidad de la
muestra:
HCO3- + H+ H2CO3 pH 4,5
En el caso de la segunda etapa, el punto final de la titulacin
depende de la concentracin inicial del in HCO3- en la muestra. El
valor del pH que corresponde al punto final para esta segunda
etapa, est dado por la ecuacin:
pH = 3,2 - log [HCO3-]As por ejemplo, una concentracin de HCO3-
0,01 molar que corresponde a una alcalinidad igual a 500 mg/L como
CaCO3, presenta un pH en el punto de equivalencia igual a 4,2.
Estas consideraciones requieren que el H2CO3 o el CO2 formados a
partir del HCO3-, durante la titulacin con el cido, no se escapen
de la solucin. Puesto que esto es difcil de evitar, el pH real del
punto final estequiomtrico de la determinacin de la alcalinidad es
mejor determinarlo electromtrica o potenciomtricamente. Esta
observacin es particularmente importante en aguas naturales, en
donde la alcalinidad total es la sumatoria de los efectos
resultantes de las sales de los cidos dbiles, de los cuales el
bicarbonato es slo uno. El pH verdadero puede ser tomado entonces,
del punto de inflexin en la curva de neutralizacin. El mtodo de la
titulacin potenciomtrica es adems importante, cuando se trata de
determinar la alcalinidad de residuos industriales, cuyo color
impida la deteccin del punto final haciendo uso de
indicadores.Expresin de la alcalinidad:
Alcalinidad fenolftalenica: La alcalinidad adems de que se
expresa como mg/L de CaCO3, tambin es costumbre discriminarla como
alcalinidad fenolftalenica y alcalinidad total. Si se observan las
curvas individuales de neutralizacin para una base fuerte
(alcalinidad hidroxdica) y para el carbonato de sodio, se encontrar
que prcticamente todo el hidrxido habr sido neutralizado cuando el
pH haya alcanzado el valor de 10, y que el carbonato ha sido
convertido en bicarbonato, cuando el pH alcance un valor aproximado
a 8,3. En una mezcla que contenga tanto hidrxido, como carbonato,
el carbonato modifica la curva de neutralizacin en tal grado, que
solo aparece el punto de inflexin que ocurre a pH 8,3. Debido a
esto, ha llegado a constituirse una costumbre, expresar la
alcalinidad determinada utilizando fenolftalena como alcalinidad
fenolftalenica. Esta expresin es ampliamente utilizada hoy en da en
el campo del tratamiento de las aguas residuales, y adems tambin es
utilizado con cierta frecuencia en la expresin de los resultados de
los anlisis de agua. Alcalinidad total: Si en una muestra que
contena originalmente, tanto alcalinidad hidroxdica, como
carbontica, es neutralizada una vez alcanzado el punto de
neutralizacin con la fenolftalena (pH 8,3), el bicarbonato formado
reacciona con el cido para convertirse en cido carbnico. Se puede
decir, que la reaccin ha ocurrido en un 100 %, cuando el pH ha
llegado aproximadamente a 4,5. La cantidad de cido requerido para
neutralizar todo el hidrxido y todo el carbonato, o todo el
carbonato y todo el bicarbonato que puedan estar presentes en una
muestra, cuando se ha alcanzado un pH aproximado a 4,5, constituye
la alcalinidad total. En este caso debe recordarse, que en la
determinacin de la alcalinidad total, el pH del punto final
estequiomtrico est relacionado ntimamente con el valor de la
concentracin original de la alcalinidad carbontica presente en la
muestra, tal como lo expres anteriormente.Cualquiera que sea la
manera como se desea expresar la alcalinidad, fenolftalenica total,
la expresin del clculo est dada por la frmula:Alcalinidad como mg/L
de CaCO3 =
Clculo de las diferentes formas de alcalinidad: Cuando se
realizan anlisis de aguas es frecuente la necesidad de conocer las
formas y cantidades de la alcalinidad, Esta informacin es
particularmente necesaria en el proceso de ablandamiento del agua,
as como en el anlisis de aguas para calderas. Es costumbre calcular
las cantidades de la alcalinidad hidroxdica, carbontica y
bicarbontica de la informacin obtenida a partir de las curvas de
neutralizacin de bases fuertes y de la del carbonato de sodio.
Existen tres procedimientos comnmente utilizados para realizar
estos clculos:1) Clculo a partir de las determinaciones de la
alcalinidad nicamente
2) Clculo a partir de las determinaciones de la alcalinidad y de
la medida del pH.
3) Clculo a partir de las ecuaciones de equilibrio.El primer
procedimiento es el mtodo clsico y est basado en las relaciones
empricas, aplicadas al clculo de las diversas formas de
alcalinidad, a partir de las alcalinidades fenolftalenica y total.
Este mtodo es utilizado generalmente por los prcticos y personas
que no conocen los conceptos fundamentales de la qumica involucrada
en tales clculos. Los resultados obtenidos haciendo uso de este
mtodo poseen slo un carcter aproximado, cuando el pH de las
muestras es mayor de 9. Por lo tanto, en ciertas operaciones, tales
como, ablandamiento del agua dura, control de la corrosin y
prevencin de la formacin de incrustaciones, en las que generalmente
se eleva el valor del pH, y es al mismo tiempo muy importante
conocer con buena exactitud el valor de la concentracin de las
especies involucradas en la alcalinidad, a cualquier valor del pH,
se hace necesario efectuar el clculo de las formas de alcalinidad,
haciendo uso del segundo o tercero de los procedimientos
mencionados anteriormente.El segundo procedimiento permite obtener
resultados suficientemente exactos, para la mayora de los propsitos
prcticos; este procedimiento hace uso tambin de las alcalinidades
fenolftalenica y total. Adems, es imprescindible una medida exacta
del pH inicial, para efectuar el clculo directo de la alcalinidad
hidroxdica. En el tercer procedimiento, se utilizan las diversas
ecuaciones del equilibrio del cido carbnico, para el clculo de las
concentraciones de las diferentes formas de alcalinidad. Este mtodo
permite obtener resultados razonablemente exactos, para la mayora
de los constituyentes de la alcalinidad, an cuando ellos estn en el
orden de la fraccin de mg/L, siempre y cuando la medicin del pH sea
realizada con una buena exactitud. Algunas veces es importante la
determinacin exacta de los constituyentes, aunque ellos estn en
concentraciones bajas, Por ello es necesario, adems de la
determinacin de la alcalinidad total y del pH, efectuar una
determinacin de los slidos disueltos con el fin de corregir la
actividad inica, as como la temperatura, la cual permite
seleccionar el valor de la constante de equilibrio adecuada. A
continuacin se expondrn los dos primeros procedimientos:Clculo a
partir de las determinaciones de la alcalinidad nicamente: En este
procedimiento se determinan, primeramente, los valores de las
alcalinidades fenolftalenica y total, a partir de ellas se calculan
las tres formas de alcalinidad: hidroxdica, carbontica y
bicarbontica: esto se puede realizar en base al hecho de la asuncin
(incorrecta) de que las alcalinidades hidroxdica y carbontica no
pueden coexistir simultneamente en la misma muestra; en realidad
existen en las cantidades que se necesitan para dar cumplimiento a
los valores de las constantes de equilibrio del cido carbnico y la
del producto inico del agua. Tal consideracin permite la existencia
posible de slo cinco situaciones posibles, que son las siguientes:
1) hidrxido solamente; 2) carbonato solamente; 3) bicarbonato
solamente; 4) hidrxido y carbonato; 5) carbonato y
bicarbonato.Anteriormente ya se hizo alusin a que de las curvas de
neutralizacin se puede deducir que, la neutralizacin del hidrxido
es casi completa en el momento en que ha sido agregado suficiente
cido para que el valor del pH desciende hasta 8,3, as que como el
carbonato ha sido neutralizado exactamente hasta la mitad, cuando
el pH ha alcanzado tal valor. Si la neutralizacin se contina hasta
alcanzar el valor de 4,5 para el pH, slo se necesita una cantidad
despreciable, en el caso del hidrxido, y cuando retrata de
carbonato, es necesaria otra cantidad igual del cido, que la que se
necesit para alcanzar el valor de 8,3. Estas relaciones son las
nicas necesarias para saber que formas y cuanto est presente de
cada una en una muestra alcalina. A continuacin se presentarn los
casos posibles: Hidrxido solamente: Las muestras que contienen
alcalinidad hidroxdica nicamente, poseen generalmente un pH
superior a 10. La titulacin termina esencialmente en el punto final
de la fenolftalena (pH 8,3). En este caso la alcalinidad hidroxdica
es igual a la alcalinidad fenolftalenica, y esta a su vez es igual
a la alcalinidad total. Carbonato solamente: Las muestras que
poseen alcalinidad carbontica solamente, poseen un pH igual o mayor
a 8,5. la titulacin hasta el punto final de la fenolftalena (pH
8,3) es exactamente igual a la mitad de la alcalinidad total: En
este caso la alcalinidad carbontica es igual a la alcalinidad
total. Bicarbonato solamente: Las muestras que contienen
alcalinidad conferida por bicarbonatos solamente, poseen un pH
igual o inferior a 8,3; generalmente es inferior a 8,3. En este
caso la alcalinidad fenolftalenica es igual a cero, y la
alcalinidad bicarbontica es igual a la alcalinidad total. Hidrxido
y carbonato: Las muestras que contienen alcalinidad hidroxdica y
carbontica poseen un pH alto; generalmente superior a 10. de la
composicin se deduce que la alcalinidad fenolftalenica es mayor que
la mitad de la alcalinidad total, puesto que la alcalinidad
fenolftalenica corresponde a OH- + CO3=, y en cambio la mitad de la
total corresponde a OH- + CO3=. Carbonato y bicarbonato: Las
muestras que contienen carbonato y bicarbonato poseen un pH mayor
que 8,3, pero generalmente menor que 11. Para esta composicin se
tiene que la alcalinidad fenolftalenica es menor que la mitad de la
alcalinidad total, ya que la alcalinidad fenolftalenica es menor
que la mitad de la alcalinidad total, ya que la alcalinidad
fenolftalenica, incluye nicamente CO3=, y la alcalinidad total
HCO3- + CO3=.En la tabla VII se presentan las relaciones entre las
alcalinidades, y el clculo para cada una de las formas alcalinas y
que pueden encontrarse en las cinco situaciones posibles:TABLA
VII.- Relaciones de alcalinidad.
ComposicinRelacionesHidrxidomg/L CaCO3Carbonatomg/L
CaCO3Bicarbonato
mg/L CaCO3
HidrxidoF = TF o T00
CarbonatoF = T02 F o T0
BicarbonatoF = 000T
Hidrxido +
CarbonatoF > T2 F - T2 (T - F)0
Carbonato +
BicarbonatoF < T02 FT - 2 F
En la tabla anterior, f y T pueden representar las alcalinidades
fenolftalenica y total, respectivamente, o tambin los volmenes del
cido que corresponden a dichas alcalinidades, y los cuales pueden
ser utilizados para el clculo de las formas alcalinas, utilizando
las relaciones indicadas.Clculo a partir de las determinaciones de
la alcalinidad y la medida del pH: Para hacer uso de este
procedimiento es necesario determinar as mismo las alcalinidades
fenolftalenica y total, pero adems se debe medir tambin el pH de la
muestra, realizada con una buena exactitud.
Alcalinidad hidroxdica: Antes que todo, debe calcularse la
alcalinidad hidroxdica, a partir del conocimiento del valor del pH.
Puesto que una concentracin de OH- = 1 Molar (pOH = 0 y pH = 14),
equivale a una alcalinidad igual a 50.000 mg/L como CaCO3, la
alcalinidad hidroxdica est dada por la expresin:Alcalinidad
hidroxdica = 50.000 x 10 (pH - pKw)El valor de Kw vara con la
temperatura, por lo que es necesario conocer la temperatura de la
muestra, a fin de que se utilice el valor correcto de pKw. As, a 24
C es de 14,0, y vara entre 14,94 a 0 C a 13,53 a 40 C. Si se desea
una mayor exactitud, es necesario determinar adems los slidos
disueltos para corregir la actividad inica, aunque en la mayora de
los casos la correccin no es significante desde el punto de vista
prctico. Con el fin de facilitar la determinacin de la alcalinidad
hidroxdica, a partir del pH, la temperatura y los slidos disueltos,
ha sido preparado un monograma, el cual es posible encontrarlo en
las ediciones de los Standard Methods. Alcalinidad carbontica: Una
vez que ha sido determinado el valor de la alcalinidad hidroxdica,
es posible utilizar el procedimiento empleando el mtodo anterior
para calcular la alcalinidad carbontica y bicarbontica. As se
tiene:Alcalinidad carbontica = 2 (alcalinidad fenolftalenica -
alcalinidad hidroxdica)
Alcalinidad bicarbontica: La titulacin desde el punto final de
la fenolftalena (8,3) hasta el punto final de la heliantina,
permite determinar la alcalinidad debida a CO3= + el HCO3-, lo que
significa la alcalinidad debida a la mitad de la alcalinidad
carbontica, ms la debida a toda la alcalinidad bicarbontica. Se
considera tambin que la alcalinidad bicarbontica representa la
alcalinidad remanente despus que las alcalinidades hidroxdica y
carbontica han sido sustradas a la alcalinidad total. En base a
esto se puede establecer que:Alcalinidad bicarbontica = alcal.
Total - (alcal. hidroxdica + alcal. carbontica)
Aplicaciones de la determinacin de la alcalinidad: Puesto que el
pH debe ser controlado en muchas etapas del proceso de
potabilizacin del agua, as como en el tratamiento de residuos
lquidos, el conocimiento del valor de la alcalinidad permite
estimar el gasto de la materia acidificante necesaria, para llevar
una determinada cantidad de agua o lquido residual, a un valor de
pH deseado. Por otra parte, la cantidad de los materiales
utilizados en los procesos de coagulacin, ablandamiento y control
de corrosin de las aguas, dependen del grado de alcalinidad de las
mismas, por lo que es necesario determinar sta, antes de llevar a
cabo tales procesos.
DUREZA.Concepto: Originalmente el trmino dureza de las aguas se
utiliz, para expresar la capacidad de la misma de dar lugar a un
precipitado con el jabn, lo que trae como consecuencia que se
requiera una cantidad considerablemente alta de ste para que se
produzca una espuma persistente. La dureza de las aguas se debe en
realidad a la presencia en ellas de ciertos cationes, tales como
Ca+2 y Mg+2, pero tambin se pueden incluir, aunque en menor grado,
ciertos iones como son, por ejemplo, Sr+2, Fe+2, Mn+2, Zn+2, H+; en
algunos casos tambin podran ser considerados como iones que
originan dureza el Al+3 y el Fe+3. Sin embargo, la solubilidad de
estos dos ltimos iones en las aguas naturales, debido al pH neutro
o ligeramente alcalino de estas, es prcticamente despreciable. Los
aniones considerados en el caso de la dureza HCO3-, SO4=, Cl-, NO3-
y SiO3=. La dureza del agua proviene del contacto de la misma con
el suelo y formaciones rocosas. El agua de lluvia al caer sobre la
superficie terrestre es capaz de disolver gran cantidad de slidos,
que son los que estn presentes en muchas aguas naturales. La
capacidad disolvente del agua la adquiere en el suelo, en el cual
se libera una gran cantidad de CO2, producindose H2CO3, el cual al
ponerse en contacto con materiales alcalinos, particularmente
piedra caliza (CaCO3), es atacada de acuerdo a la reaccin:
CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2
Insoluble solublePuesto que la caliza no es CaCO3 puro, sino que
adems estn presentes impurezas tales como sulfatos, cloruros y
silicatos, al estar estos expuestos a la accin disolvente del agua,
tambin pasan a solucin.Cuando los cationes que causan dureza se
encuentran en solucin, ellos reaccionan con los jabones de sodio
(jabones duros para lavar) y de potasio (jabones blandos de
tocador), originndose un jabn insoluble. La reaccin, utilizndose el
in Ca+2 como ejemplo sera:2 R COONa + Ca+2 (R COO)2Ca + 2 Na+En la
cual el radical R COO corresponde a uno de los cidos orgnicos
saponificables, tales como el esterico, el palmtico y el
oleico.Otras caractersticas de las aguas duras es la de que dan
lugar a la formacin de escamas o incrustaciones en el interior de
tuberas de agua caliente, en los intercambiadores de calor y
calderas, as como todos aquellos equipos en los cuales la
temperatura se eleva considerablemente. Una reaccin que puede
explicar tal fenmeno es la siguiente:
Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
Soluble
Insoluble
Finalmente, otra caracterstica de las aguas duras, aunque quizs
de menor importancia, es que las aguas que son apreciablemente
duras, no son aptas para el crecimiento de legumbres, ya que los
cationes que originan la dureza dan lugar a la formacin de pectatos
insolubles que impiden la coccin.
Tipos de dureza: Por razones de conveniencia, sobre todo para el
ablandamiento (eliminacin de la dureza) por el mtodo de la cal
soda, la dureza acostumbra dividirse de acuerdo a los aniones que
estn presentes, en dureza temporal y dureza permanente. La dureza
temporal es debida a bicarbonatos (dureza carbontica), los cuales
por calentamiento se transforman en carbonatos insolubles, de aqu
el nombre de temporal que se le asigna a la dureza carbontica. Por
el contrario, la dureza debida a otros iones, o sea, la no
carbontica, no se precipita por calentamiento, por lo que recibe el
nombre de dureza permanente o incrustante, debido a que al
evaporarse el agua se forman incrustaciones muy duras se adhieren
fuertemente a la superficie del metal.Determinacin de la dureza: Al
igual que la acidez y la alcalinidad, la dureza es expresada como
mg/L de CaCO3. A travs de tiempo han sido propuestos muchos mtodos
para su determinacin, de los cuales los tres siguientes son los que
han tenido mayor vigencia. Mtodo del clculo: El mtodo ms exacto
para la determinacin de la dureza es el basado en el clculo de la
misma, a partir de la concentracin de los iones, en el caso de que
se haya efectuado un anlisis completo del agua en cuestin. Para la
realizacin del clculo, se divide la concentracin de cada in que
origina dureza, expresada como mg/L, por su peso equivalente, para
obtenerse el nmero de miliequivalentes por litro del in en cuestin;
luego se multiplica por 50, que es el equivalente del CaCO3,
obtenindose as la dureza originada por el in, expresada como mg/L
de CaCO3. De esta manera se hara igual para todos los iones
diferentes que produzcan dureza, cuya concentracin se conozca,
realizndose al final la suma con el fin de determinar la dureza
total; con este mtodo es posible expresar, si se desea, las durezas
en forma parcial, especificndose el in en cada caso. As, por
ejemplo, se puede hablar de dureza clcica, dureza magnsica, etc.
Este mtodo se prefiere cuando es posible un anlisis completo, pero
desafortunadamente tal anlisis no es realizado en forma rutinaria,
sino en forma exploratoria. Mtodo del jabn: El mtodo del jabn
constituye uno de los mtodos ms antiguos para la determinacin de la
dureza. En realidad es una medida del potencial de un agua para
precipitar jabn, el cual se implementa agregando una solucin
jabonosa de ttulo conocido en CaCO3 (por ejemplo, 1 mL de jabn,
equivalente a 1 mg/L de CaCO3), sobre un volumen conocido de
muestra, hasta obtener por agitacin, una espuma persistente, lo que
indica el punto final de la titulacin. Luego se calcula el nmero de
miligramos de CaCO3 que corresponderan a 1 litro de la muestra.
Este mtodo del jabn para la determinacin de la dureza es de
naturaleza emprica, por lo que carece de precisin y exactitud: Sin
embargo, a pesar de todo, es capaz de producir resultados
razonables, si es utilizado por analistas con experiencia. Este
mtodo del jabn ha sido reemplazado ampliamente por el de la
titulacin con agentes acomplejantes (EDTA, por ejemplo), cuando se
requieren resultados ms precisos, sin embargo, todava puede ser
utilizado como mtodo de control y como mtodo de campo. Este mtodo
implica el uso de soluciones de la sal sdica del cido etilen
diamino tetractico. Mtodo del EDTA: Este mtodo implica el uso de
soluciones del cido etilen diamino tetractico o sus sales sdicas,
como agentes titulantes:
HOOCCH2 H H CH2COOH
N C C N
HOOCCH2 H H CH2COOH
cido etilen diamino - tetractico
NaOOCCH2 H H CH2COONa
N C C N
NaOOCCH2 H H CH2COONa
cido etilen diamino tetractico de sodioEstos compuestos,
representados generalmente como EDTA, son agentes quelantes (forman
compuestos tipo quelatos) y forman complejos estables con los iones
Ca+2 y Mg+2, y otros iones divalentes que causan dureza, tal como
se muestra en la ecuacin: M+2 + EDTA (M . ETDA) complejo
El xito del uso del EDTA para la determinacin de la dureza,
depende de la posibilidad del uso de un indicador que indique la
presencia del EDTA en exceso (punto final de la titulacin).
El colorante conocido como negro de Eriocromo T, sirve como un
indicador excelente para indicar el exceso de EDTA, o lo que es lo
mismo, que todos los iones que causan la dureza han sido
acomplejados. Cuando una pequea cantidad de este indicador, el que
posee un color azul en soluciones diluidas, es adicionado a una
solucin acuosa que contiene iones Ca+2 y Mg+2 a un pH de 10,0 0,1,
la solucin adquiere un color vino rojizo. Si luego el EDTA es
agregado como titulante, los iones Ca+2 y Mg+2 sern acomplejados.
Una vez que se ha agregado suficiente cantidad de EDTA como para
acomplejar todos estos iones, la solucin cambia de vino rojizo a
color azulado; este es el punto final de la titulacin. Lo que
ocurre en realidad es que el complejo entre el EDTA y los iones
Ca+2 y Mg+2 es ms fuerte o estable, que el complejo formado entre
estos iones y el indicador Negro de Eriocromo T. El in Mg+2 debe
estar presente para que se obtenga un punto final satisfactorio en
la titulacin; esto se logra en la prctica, adicionando una pequea
cantidad de sal magnsica del EDTA disuelta de una solucin
amortiguadora de pH 10,0, agregada para llevar la muestra que debe
ser analizada a este valor de pH. Utilizando in Ca+2 como ejemplo,
el proceso puede ser resumido con las ecuaciones siguientes:Ca+2 +
Negro de Eriocromo T (Ca.Negro de Eriocromo T)
Color azulado
Complejo vino rojizo
Ca+2 + EDTA (Ca EDTA)
Complejo incoloro
(Ca Negro de Eriocromo T) + EDTA (Ca EDTA) + Negro de E. C. T.
Complejo vino rojizo complejo incoloro color azulado
La agudeza del punto final de la titulacin aumenta con el
incremento en el valor del pH. Sin embargo, este no se puede
incrementar indefinidamente, debido al riesgo de que puedan
precipitar el CaCO3 o el Mg(OH)2, y a los cambios en la tonalidad
de los colores a valores altos de pH. El valor del pH de 10,0 0,1
recomendado para ste mtodo, representa un compromiso satisfactorio.
As mismo, el tiempo de la titulacin no debe ser mayor de 5 minutos,
para minimizar la tendencia a la precipitacin del CaCO3.En algunos
casos es necesario el contenido de la dureza clcica y de la dureza
magnsica. Si se considera que los iones Ca+2 y Mg+2 son los que
originan prcticamente el 100 % de la dureza, es posible, una vez
determinada la dureza total utilizando el Negro de Eriocromo T,
determina luego la dureza clcica, para averiguar posteriormente la
magnsica a partir de una simple diferencia:Dureza magnsica = Dureza
total - Dureza clcicaLa determinacin de la dureza clcica se puede
efectuar utilizando el mismo mtodo de la titulacin con EDTA, pero
utilizando un indicador que permita detectar mejor el punto final
de la titulacin de los iones Ca+2 . Entre los muchos indicadores
que se han propuesto, existe uno que es el ms comnmente usado y que
se conoce como murexida, el cual cambia de color rosado a prpura,
siendo ste ltimo el que indica el punto final de la titulacin. En
la determinacin de la dureza clcica, para evitar que el Mg+2 y
otros iones sean titulados con el EDTA, es necesario llevar el pH
de la muestra, hasta un valor comprendido entre 12 y 13 (utilizando
NaOH, por ejemplo), con lo que todos los iones que originan dureza,
con excepcin de los iones Ca+2, precipitan bajo la forma de
hidrxidos. Clculos: Con el fin de facilitar los clculos, es
costumbre preparar la solucin de EDTA = 0,02 N, de tal manera que 1
de esta solucin equivale a 1 mg/L de CaCO3, luego se aplica la
frmula:
Dureza como mg/L CaCO3 =
Interferencias: Con ste mtodo del EDTA interfieren algunos iones
metlicos, dando lugar a que el punto final sea detectado ms
difcilmente. La accin de tales interferencias puede ser reducida,
si se agregan a la muestra antes de efectuar la titulacin con el
EDTA, ciertos inhibidores, tales como el cianuro y la
hidroxilamina. Aplicaciones de la determinacin de la dureza: La
determinacin de la dureza de las aguas se realiza con tres fines
principales: uno est relacionado con el uso del agua en el ambiente
domiciliario, el otro corresponde al uso del agua en procesos
industriales, y el tercero con el tratamiento de eliminacin de la
dureza o ablandamiento. Uso domstico: Un aspecto fundamental de la
dureza en el agua destinada para uso domiciliario es el que los
jabones de sodio y potasio son solubles y son sustancias
tensoactivas (disminuyen la tensin superficial del agua), lo que da
lugar a la formacin de espuma, la que es capaz de englobar
partculas de grasa, de polvo, etc., efectundose la limpieza. Por lo
tanto, la precipitacin de un jabn insoluble, trae como consecuencia
la inhibicin de las propiedades limpiadoras del jabn originalmente
soluble. Como puede deducirse, el uso del agua dura para el lavado,
obliga al empleo de una mayor cantidad de jabn, lo que repercute
negativamente en la economa del usuario. An cuando hoy en da, con
el advenimiento de los detergentes sintticos tal desventaja en el
uso del agua dura es de menor cuanta, todava existen operaciones
que se realizan con jabones, adems del uso diario relacionado con
la higiene personal. Uso industrial: Esta aplicacin del agua est
muy limitada en algunos casos, por el valor de la dureza, segn las
funciones que ella ha de cumplir en el proceso industrial en
cuestin. Tal limitacin est relacionada con la propiedad del agua
dura de formar incrustaciones sobre las superficies metlicas, lo
que puede traer como consecuencia una serie de inconvenientes en la
planta en la cual se est usando. Un ejemplo de esto es el uso del
agua en calderas, que es en donde la dureza del agua toma una
importancia ms crtica, debido al taponamiento de los tubos en los
cuales se produce el vapor. Ablandamiento: El proceso de
ablandamiento puede ser llevado a cabo por el mtodo conocido como
de la cal soda(hidrxido de calcio y carbonato de sodio), o por
medio del uso de resinas intercambiadoras de iones. En el mtodo de
la cal soda, no slo es necesario conocer el valor de la dureza
total, sino tambin se necesita saber lo que representa la dureza
clcica y la dureza magnsica, en lo que se refiere a los cationes
que la originan. Pero adems tambin es imprescindible conocer los
valores de las durezas temporal y permanente, pues la primera es
eliminada con el Ca(OH)2, y la segunda con el Na2CO3. El
conocimiento de estos dos tipos de dureza se logra a partir del
valor de la alcalinidad, puesto que la dureza temporal se conoce
tambin como dureza carbontica, y la permanente como no carbontica.
En base a esto se pueden establecer las relaciones
siguientes:Relacin Dureza total - AlcalinidadValor Dureza
Carbonatica
Cuando la dureza total = alcalinidadDureza carbontica =
alcalinidad = dureza total
Cuando la dureza total > alcalinidadDureza carbontica =
alcalinidad
Cuando la dureza total < alcalinidadDureza carbontica =
dureza total
Criterios de control para las diferentes clases de aguas: Existe
una tabla que permite efectuar una clasificacin relativa de las
aguas, de acuerdo al contenido de la dureza total, que es la
siguiente:0 - 50 mg/Lsuave
50 - 100 mg/LModeradamente suave