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Muestreo y calidad de aguas

Taller de Preparación de la Muestra para Análisis - 2020

1- Agua y contaminación:

Contaminación del agua

Calidad del agua

Criterios de clasificación del agua

2- Parámetros de calidad del agua

¿Qué son?

Análisis de cada parámetro

Videos tipos de muestras: simples, compuestas o integradas

Créditos

Ambientes acuáticos

Agua y contaminación

01

Ambientes acuáticos

Agua salada. Océanos.

Agua dulce:

Aguas superficiales (ríos, arroyos, cañadas, lagunas, embalses, bañados)

Aguas subterráneas (napa freática, acuíferos)

Contaminación del agua

TÓXICO

  • Cualquier agente físico o químico capaz de producir un efecto adverso en la salud.
  • Todos los agentes físicos y químicos son tóxicos potenciales ya que su acción depende de la dosis y de las condiciones individuales de salud y del ambiente.

CONTAMINANTE QUÍMICO

  • Sustancia o producto químico que está biodisponible en una determinada concentración en los ecosistemas y que es capaz de producir efectos adversos a corto y largo plazo para los seres vivos expuestos al mismo.

Biodisponible – es la fracción del tóxico activo que efectivamente produce efecto adverso en el organismo o ambiente.

  • Los factores que modifican la biodisponibilidad son:
    • pH,
    • solubilidad,
    • especiación,
    • estabilidad en el medio,
    • temperatura, etc.

CONTAMINACIÓN:

Introducción en el ambiente acuático de sustancias productoras de efectos deletéreos que pueden causar daños a los recursos vivientes, riesgos para la salud humana, obstáculos para las actividades acuáticas incluida la pesca, deterioro de la calidad del agua para consumo y reducción de los medios de recreo (FAO). Se afecta la posibilidad de un uso por alteraciones de la calidad.


FUENTES DE CONTAMINACIÓN:

Se pueden clasificar en puntuales y difusas:

Fuentes puntuales de contaminación:

Descarga de contaminantes en puntos fijos de los cursos de agua a través de tuberías o canales.

  • Fáciles de identificar, monitorear y regular.
  • Fábricas, industrias, saneamiento, lixiviados.

Fuentes difusas de contaminación:

Provienen de extensas superficies de tierra que descargan contaminantes sobre un gran área de aguas superficiales y por filtración a aguas subterráneas.

  • Escorrentía de campos de cultivo, bosques, áreas urbanas, contaminación atmosférica.
  • Su control es más difícil porque se desconoce el punto de entrada a los cursos de agua.
  • Énfasis en prevención y educación.


TIPOS DE CONTAMINACIÓN:

El siguiente esquema indica para cada tipo de contaminación qué usos se le puede dar a la fuente de agua, cuáles son las fuentes de dicha contaminación y qué parámetros se pueden analizar en cada caso.


ContaminaciónUsosFuenteParámetros
Orgánica

Recreación, vida acuática, riego, abastecimiento.

Industrias, saneamiento.

DBO, DQO y OD

PatógenaRecreación, riego.Saneamiento, tambos, frigoríficos.Coliformes fecales
FísicaAbastecimiento, vida acuática, recreación, riego.Industria, alcantarillados, asentamientos,T, pH, SST.
TóxicaAbastecimiento, vida acuática, riego.Industria, agricultura, alcantarillados, lixiviados.Metales, tóxicos orgánicos.
EutróficaAbastecimiento, vida acuática, recreación.Fertilizantes, alcantarillado.Algas, fósforo.

Calidad del agua

No es un término absoluto, depende del uso o actividad a la que se destina.

Es importante para la salud pública, calidad de vida y para la salud de los ecosistemas acuáticos.

+ info

PARÁMETROS DE CALIDAD BÁSICOS

  • Temperatura
  • pH
  • Dioxígeno disuelto
  • Turbidez

¿Qué es la calidad del agua?

Es el estado del agua en relación a los valores de un conjunto de parámetros biológicos, químicos y físicos asociados a una fuente particular de agua. Estos parámetros incluyen:

  • olor,
  • color,
  • turbidez,
  • temperatura,
  • salinidad,
  • contenido de dioxígeno,
  • contenido de fosfato,
  • nitrato y nitrito,
  • microorganismos presentes,
  • metales,
  • toxinas,
  • entre otros.

Los valores requeridos de los parámetros de calidad del agua dependen del uso que se le dé a ese recurso.

¿Por qué medir la calidad del agua?

La calidad del agua determina su condición de agua potable, la aptitud para su uso con fines recreativos, de riego o cualquier otra finalidad. La medición de parámetros relacionados con la calidad de agua permite saber si el agua que se utiliza con un fin determinado cumple con las condiciones requeridas.

¿Qué normas regulan la calidad del agua en el Uruguay?

El Decreto 253/79 contiene un conjunto de normas que tienen el objetivo de prevenir la contaminación ambiental mediante el control de la contaminación de aguas. Estas normas establecen los límites aceptables para muchos parámetros de calidad del agua.

Contamos también con el “Plan Nacional de Aguas”, un documento que establece los lineamientos generales para la gestión integrada y sustentable del agua en nuestro país, y la norma UNIT 833:2008, que regula los parámetros para el agua potable.

¿Por qué es importante involucrarse en un programa de monitoreo de aguas?

El monitoreo es una herramienta que permite hacer un seguimiento de los parámetros de calidad del agua con el fin de detectar los cambios producidos por causas naturales y de origen antropogénico (causadas por el hombre), pudiendo, con un registro adecuado, detectar los problemas en forma temprana. Esta información podrá ser utilizada para corregir desbalances existentes y prevenir la contaminación futura.

Al involucrarte en esta actividad podrás aprender sobre el valor de los recursos acuáticos, los diferentes tipos de contaminación que los impactan y las acciones que se pueden tomar individual y colectivamente para protegerlos.

¿Cómo elegir las fuentes de agua?

En este proyecto realizaremos el monitoreo de fuentes de aguas superficiales y subterráneas.

  • Aguas superficiales son aquellas que se encuentran sobre las placas continentales (ríos, arroyos, lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, etc.) que se producen por el deshielo, las precipitaciones o por el afloramiento de aguas subterráneas.
  • Las aguas subterráneas son las que se alojan en los acuíferos bajo la superficie de la tierra. Nos interesa que elijas fuentes de agua que sean relevantes para la vida de las personas de cada comunidad, ya sea por su uso deportivo o recreativo, por su importancia turística o por ser suministro de agua potable o de riego.

Clase 1

Clase 2

Clase 3

Clase 4

Criterios de clasificación de aguas según decreto 253/79

Aguas destinadas o que puedan ser destinadas al abastecimiento de agua potable a poblaciones con tratamiento convencional.

Aguas destinadas a la preservación de los peces en general y de otros integrantes de la flora y la fauna hídrica, o también aguas destinadas al riego de cultivos cuyo producto no se consume en forma natural o en aquellos casos que siendo consumidos en forma natural se apliquen sistemas de riego que no provocan el mojado del producto.

a)   Aguas destinadas al riego de productos agrícolas que se consumen en forma natural, cuando estas son usadas a través del sistema de riego que provocan el mojado del producto;
b)   Aguas destinadas a recreación por contacto directo con el cuerpo humano.

Aguas correspondientes a los cursos o tramos de cursos que atraviesan zonas urbanas o suburbanas que deban mantener una armonía con el medio, o también aguas destinadas al riego de cultivos cuyos productos no son destinados al consumo humano en ninguna forma.

Artículo N° 5 del Decreto 253/79. Clasificación de los cursos de agua.

Las características de los cursos o cuerpos de agua del país serán, de acuerdo a su clasificación, las siguientes:

PARÁMETRO / ESTÁNDAR

Clase 1

Clase 2 a

Clase 2 b

Clase 3

Clase 4

Olor

No perceptible

Materiales flotantes y espumas no naturales

Ausentes

Color no natural

Ausente

Turbiedad Máximo (Unidades Nefelométricas de Turbiedad)

50 UNT

50 UNT

50 UNT

50 UNT

100 UNT

pH

entre 6,5 y 8,5

entre 6,5 y 9,0

entre 6,5 y 8,5

entre 6,5 y 8,5

entre 6,0 y 9,0

OD (Oxígeno disuelto) (mg/L)

Mín. 5

Máx. 5

Mín. 5

Mín. 5

Mín. 2,5

DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno) (mg/L)

Máx. 5

Máx. 10

Máx. 10

Máx. 10

Máx. 15

Aceites y grasas

Virtualmente ausentes

Máx. 10 mg/L

Detergentes (medidas como sustancias activas al azul de metileno)

Máx. mg/L en LAS

0,5

1,0

1,0

1,0

2,0

Sustancias fenólicas

Máx. mg/L en C6H5OH

0,001

0,2

0,2

0,2

-

Amoníaco libre

Máx. mg/L en N

0,02

-

Nitratos

Máx. mg/L en N

10

-

Fósforo total

Máx. mg/L en P

0,025

-

Sólidos suspendidos totales Máx. mg/L

-

700

-

-

-

Relación de absorción de sodio (RAS)

-

Máx. 10

-

-

-

Coliformes fecales

No se deberá exceder el límite de 2000 CF/100 mL en ninguna de al menos 5 muestras debiendo la medida geométrica de las mismas estar por debajo de 1000 CF/1100 mL

No se deberá exceder el límite de 2000

CF/100 mL en ninguna de al menos 5
muestras debiendo la medida

geométrica de las mismas estar por debajo
de 1000 CF/100 mL

No se deberá exceder el límite de 1000 CF/100 mL en ninguna de al menos 5 muestras debiendo la medida geométrica de las mismas estar por debajo de 500 CF/100 mL

No se deberá exceder el límite de 2000 CF/100 mL en ninguna de al menos 5 muestras debiendo la medida geométrica de las mismas estar por debajo de 1000 CF/100 mL

No se deberá exceder el límite de 5000 CF/100 mL en al menos el 80% de por los menos 5 muestras

Cianuro

Máx. mg/L

0,005

0,05

Arsénico

Máx. mg/L

0,005

0,05

0,005

0,005

0,1

Boro Máx. mg/L

-

0,5

-

-

-

Cadmio Máx. mg/L

0,001

0,001

0,005

0,001

0,01

Cobre Máx. mg/L

0,2

0,2

0,2

0,2

1

Cromo total

Máx. mg/L

0,05

0,005

0,05

0,05

0,5

Mercurio

Máx. mg/L

0,0002

0,002

Níquel Máx. mg/L

0,02

0,002

0,02

0,02

0,2

Plomo Máx. mg/L

0,03

0,05

Zinc Máx. mg/L

0,03

0,3

Parámetros de calidad del agua

02

¿Qué son?

Los parámetros de calidad del agua son medidas físicas, químicas o biológicas que proporcionan información del estado de calidad de las aguas que se están estudiando. Los valores que toma cada uno de los parámetros en relación a los valores establecidos como aceptados puede utilizarse para evaluar la aptitud del agua para determinado fin y tomar decisiones con respecto a la gestión del recurso.

+ info

Las distintas fuentes de agua son sistemas complejos que contienen muchas variables cuantificables que pueden servir de indicadores de la calidad del agua. Obviamente, medirlas todas resulta impracticable, por lo que fue preciso tomar la decisión de qué características de este sistema complejo medir.

Esta decisión se tomó en base a:

  • la relevancia de alguno de los parámetros en relación a su impacto ambiental en nuestro medio,
  • a la disponibilidad de materiales y métodos para su medición y
  • a la complejidad de las técnicas a utilizar.

Temperatura

Turbidez

pH

Dureza

Conductividad

Dioxígeno disuelto

Materia orgánica

N y P

Temperatura:

La temperatura es una magnitud relacionada con la energía térmica de un sistema, en este caso el agua. Esa energía térmica se relaciona con la velocidad a la que se mueven, rotan y vibran las moléculas de agua en el seno del líquido. Cuanto mayor es la temperatura, más rápido se mueven. La temperatura se puede medir fácilmente con un termómetro y el valor de la magnitud se expresa en general en grados Celsius (ºC).

Los organismos acuáticos son sensibles a los cambios de temperatura y muchos de ellos necesitan un cierto intervalo de temperatura para poder vivir. Además, conocer la temperatura del agua puede ayudar a predecir otras condiciones de la misma.

Por ejemplo, cuando la temperatura del agua está más baja, la concentración de dioxígeno disuelto es en general más alta y por lo tanto el agua va a poder soportar la vida acuática con más facilidad. Esto se debe a que el dioxígeno, al igual que todos los gases, disminuye su solubilidad al aumentar la temperatura, o sea, que el dioxígeno se disuelve más en agua a baja temperatura que en agua tibia. Asimismo, en el agua tibia aumentan las tasas metabólicas de los organismos acuáticos, que consumen aún más dioxígeno del agua, disminuyendo todavía más la concentración de dioxígeno disponible.

Turbidez:

La turbidez es una medida de la falta de transparencia del agua. Los niveles altos de turbidez pueden ser causados por partículas suspendidas en el agua como tierra, sedimento, basura o plancton.

La importancia de este parámetro se relaciona con que un exceso de partículas sólidas puede bloquear la luz solar y evitar que las plantas y otros seres vivos fotosintéticos obtengan la energía que necesitan para hacer la fotosíntesis.

La disminución de la fotosíntesis causa también una disminución de la concentración de dioxígeno que se genera, disminuyendo la disponibilidad de esta sustancia esencial para la vida de muchos organismos.

pH:

El pH es una medida de la acidez de una muestra. La escala de pH va del 0 al 14 y se mide en unidades de pH. Las muestras con un pH menor a 7 se consideran ácidas y aquellas con valores de pH mayores a 7, básicas. Cuando el pH de una muestra es igual a 7 decimos que el pH es neutro.

Según la reglamentación vigente en nuestro país (decreto 253/79) el pH del agua puede variar en el rango de 5,5 a 9,5 dependiendo del uso que se le dé a ese recurso (consumo humano, recreación, riego).

Las aguas con pH menor a 5 y mayor a 9.5 no soportan la vida de especies animales ni vegetales.

El pH puede medirse utilizando sustancias químicas cuyo color cambia al variar la acidez del agua. A estas sustancias se las llama indicadores de pH por su capacidad de indicarnos mediante el color que adquieren, el valor de pH (acidez o basicidad del medio).

Dureza:

Se denomina dureza del agua a la concentración de minerales que hay en una determinada muestra de agua, principalmente sales de calcio y magnesio. El agua denominada comúnmente como “dura” tiene una elevada concentración de estos iones metálicos y el agua “blanda” contiene muy baja concentración.

Podemos reconocer las aguas duras porque en general son aguas con las que es difícil hacer espuma al agregarles jabón. También forman depósitos de color blanco en los recipientes que usamos para hervirla.

La alta dureza de las aguas para consumo humano puede generar problemas de salud como la formación de cálculos renales.

La presencia de sales de magnesio y calcio en el agua depende fundamentalmente de las formaciones geológicas, de las rocas, que atraviesa el cauce de agua.

La dureza del agua suele medirse en mg CaCO3/L (miligramos de carbonato de calcio por litro) o ppm de CaCO3 (partes por millón de carbonato de calcio).

Según el contenido de CaCO3 el agua puede clasificarse según su dureza

mg/L CaCO3

Tipo de agua

0 - 70

Muy blanda

70 - 140

Blanda

140 - 210

Media

210 - 320

Dura

320 - 530

Muy dura

> 530

Extremadamente dura

Dioxígeno disuelto:

Al igual que los animales que viven en tierra, los animales que viven en el agua necesitan dioxígeno para respirar. El dioxígeno es una sustancia molecular que se encuentra en el aire en estado gaseoso.

El dioxígeno disuelto en el agua proviene de la disolución del dioxígeno del aire, a través de la difusión desde la atmósfera o de fenómenos de aireación. Este proceso de aireación tiene lugar cuando el agua se mezcla con el aire. Tales mezclas se dan en las olas, las cascadas y en zonas de rápidos y aguas agitadas.

La cantidad de dioxígeno disuelto también está afectada por las especies que viven en el agua. De la misma forma que la fotosíntesis de las plantas terrestres añade dioxígeno al aire que respiramos, la fotosíntesis de las plantas acuáticas contribuye al dioxígeno disuelto en el agua. Asimismo, cuando las aguas albergan una gran cantidad de seres vivos que consumen dioxígeno, la concentración de éste disminuye.

La cantidad de dioxígeno disuelto en el agua determina qué especies pueden vivir allí, ya que algunos seres vivos requieren niveles más altos de dioxígeno.

Los factores fisicoquímicos que afectan la solubilidad del dioxígeno son la temperatura y salinidad del agua y la presión atmosférica.

  • El agua a baja temperatura puede disolver más dioxígeno que el agua más templada. Por ejemplo, a 25º C la solubilidad del dioxígeno es de 8,3 mg/L, mientras que a 4˚ C la solubilidad es 13,1 mg/L.
  • La concentración de dioxígeno también depende de la altitud. El agua contiene menos dioxígeno disuelto en lugares más altos donde hay menor presión atmosférica.
  • La solubilidad del dioxígeno también decrece con el incremento de la salinidad.

La concentración de dioxígeno suele expresarse en ppm, que se lee “partes por millón”. Por ejemplo, 1 ppm significa que hay 1 mg en un millón de mg, es decir en 1 kg. En general, un nivel de dioxígeno disuelto de 9-10 ppm se considera óptimo para la vida. A niveles de 4 ppm o menos, algunas poblaciones de peces y macroinvertebrados empezarán a morir. Otros organismos tienen mayor capacidad de supervivencia en agua con niveles bajos de dioxígeno disuelto (por ejemplo, los gusanos de lodo y las sanguijuelas).

Los niveles más bajos de dioxígeno disuelto pueden encontrarse en áreas donde el material orgánico (plantas muertas y materia animal) está en descomposición. Las bacterias requieren dioxígeno para descomponer esos desechos orgánicos y, por lo tanto, despojan el agua de dioxígeno. Las áreas cercanas a las descargas de aguas negras a veces tienen niveles bajos de oxígeno disuelto debido también a este efecto.


Nivel de oxígeno disuelto (ppm)

Calidad del agua

0 - 4,0

Mala

4,1 - 7,9

Aceptable

8,0 - 12,0

Buena

> 12,0

Repite la prueba

(el agua pudo airearse artificialmente)

Conductividad:

La conductividad es una medida del grado en el que una sustancia deja pasar la corriente eléctrica a través de ella. Para que una sustancia conduzca debe tener partículas cargadas (electrones o iones) que puedan moverse a través de la sustancia cuando se la somete a una diferencia de potencial (voltaje).

La conductividad se mide con un conductímetro. La unidad de medida utilizada comúnmente es el “Siemens por cm” (S/cm), en millonésimas (10E-6) de unidades, es decir micro Siemens por cm (μS/cm).

Los metales son muy buenos conductores de la corriente debido a la presencia de electrones que pueden moverse a lo largo del metal. El agua pura, al ser una sustancia que no tiene electrones libres ni iones, no conduce la corriente.

Las aguas naturales sí conducen la corriente ya que contienen iones disueltos que se pueden mover. Los iones provienen de los minerales originalmente presentes en las rocas que se van disolviendo con el tiempo en el agua a medida que recorren la superficie de la corteza terrestre.

La conductividad en general aumenta con la temperatura (los iones tienen más energía y se mueven más) y con la concentración de sales o concentración iónica (hay más iones).

Para una temperatura dada, la conductividad de las aguas naturales depende de la concentración de iones disueltos en ella, entonces, la conductividad es una medida (indirecta) de la concentración de iones que tiene una muestra de agua.

El calcio y el magnesio son iones muy abundantes, por lo tanto, la conductividad se relaciona con la dureza.

Debido a que la conductividad aumenta con la concentración iónica, la relación entre conductividad y la cantidad total de iones disueltos puede aproximarse a la siguiente igualdad:

2 μS/cm = 1 ppm (o mg/L de CaCO3)

Algunos conductímetros tienen la posibilidad de convertir automáticamente el valor de conductividad eléctrica en ppm, dando una lectura directa de la concentración de sólidos disueltos (usualmente indicada como TDS por la sigla de “total disolved solids”, en inglés).

Nitrato y nitrito:

El nitrógeno es un nutriente importante para el desarrollo de los animales y las plantas acuáticas. Por lo general, en el agua se lo encuentra formando predominantemente nitrato (NO3-).

El nitrato (NO3-) es la especie derivada del nitrógeno más relevante y representa una fuente de nutrientes importante para organismos acuáticos. Los nitratos, al igual que los fosfatos, pueden originar el fenómeno de eutrofización si su concentración aumenta mucho en el agua.

La concentración de nitrito (NO2-) es importante particularmente en el agua de consumo humano. El nitrito puede reaccionar con algunas sustancias en nuestro organismo y llevar a la formación de compuestos potencialmente cancerígenos. Las altas concentraciones de nitritos en el agua utilizada para preparar los alimentos de niños muy pequeños pueden llevar al desarrollo de una condición llamada metahemoglobinemia, dada por un cambio en la hemoglobina que disminuye su capacidad para transportar el dioxígeno en la sangre.

El uso excesivo de fertilizantes nitrogenados así como la contaminación causada por la acumulación de excremento humano y animal pueden contribuir a elevar la concentración de nitrato y nitrito en las aguas superficiales.

Fosfato:

Los compuestos de fósforo (mayoritariamente fosfatos) junto con los compuestos de nitrógeno, son nutrientes fundamentales de todos los seres vivos, de forma que contenidos anormalmente altos de estos iones en las aguas pueden producir un crecimiento incontrolado de la biomasa acuática (eutrofización), generando problemas de crecimiento de algas indeseables en embalses y lagos con acumulación de sedimentos.

Las principales fuentes de fosfato de las aguas superficiales son los detergentes de las aguas residuales domésticas y los cultivos que usan fertilizantes que contienen fosfato.

Materia orgánica:

La cantidad de materia orgánica presente en las aguas es un dato importante para conocer la calidad de las mismas, siendo uno de los parámetros que limitan su calificación como potables. Por la dinámica natural de aporte de sustancias al medio hídrico todas las aguas pueden tener un cierto contenido de materia orgánica, incluso las de consumo.


Los métodos de análisis más utilizados para la materia orgánica en conjunto se basan en su capacidad de oxidarse, ya que siempre es posible oxidar el C de los compuestos orgánicos (con mayor o menor facilidad) hasta dióxido de carbono. Para dicha oxidación se emplean distintos reactivos como el dicromato (para aquellas aguas contaminadas, con DQO > 30-50 mg/L) o el permanganato de potasio (para aquellas aguas poco contaminadas). De hecho lo que se oxida es la materia oxidable ya sea orgánica o inorgánica (reductores inorgánicos tales como sales de hierro (II), sulfuros o nitritos, que pueden contribuir ligeramente a la materia oxidable).

+ info

¿Qué tipo de muestra debemos recoger?

Comúnmente se aplican tres métodos para obtener muestras.

  • La muestra simple es la que se toma en un tiempo y lugar determinado para su análisis individual.
  • La muestra compuesta es la obtenida por mezcla y homogeneización de muestras simples recogidas en el mismo punto en diferentes tiempos.
  • La muestra integrada es la obtenida por mezcla y homogeneización de muestras simples tomadas en diferentes puntos simultáneamente.

El muestreo in situ consiste en realizar la medida directamente del sistema material.

Referencias bibliográficas

Imágenes

Videos

Recurso elaborado por Prof. Anarella Gatto en base a presentación diseñada por Prof. Mariana Carlomagno en 2019.

  • FQ. Investigadores del agua. Guía del proyecto. Recuperado de: http://www.qdm.fq.edu.uy/agua/ y https://agua.netlify.com/tutoriales
  • Decreto N° 253/979. Recuperado de: www.impo.com.uy/bases/decretos/253-1979

  • OD. Recuperado de: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/af/Winkler_Titration_Prior_Titration.jpg/180px-Winkler_Titration_Prior_Titration.jpg
  • Conductímetro: https://www.biosistemas.com.uy/files/styles/node_product_full/public/product/images/dec-2.jpg?itok=jyAHrHYX

  • pH-metro: https://www.directindustry.es/prod/oakton/product-28322-1607365.html

  • Tirillas de nitratos, nitritos y fosfato. Recuperado de: http://imasd.fcien.edu.uy/difusion/educamb/propuestas/red/curso_2007/cartillas/tematicas/nitrato_nitrito.pdf
  • Temperatura del agua. Recuperado de: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:River_water_sample_collection_measure_temperature.jpg
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