CARACTERIZACION DE LA CALIDAD DEL AGUA

El Agua en la NaturalezaEl agua es vital como el aire; sin embargo la tercera parte de la población del mundo vive en países donde su suministro no satisface la demanda: mas de mil millones de personas carecen de agua potable y estas cifras aumentarán espectacularmente en los próximos 25 años. El agua dulce accesible de los lagos, ríos y mantos acuíferos, es inferior al 0.1% del total. Ya hemos extraído más de la mitad de ella, y más de la mitad de las grandes cuencas del mundo sufren hoy la sobreexplotación y los conflictos políticos.

Se estima que cada par de minutos unos 6 niños de todo el mundo mueren por falta de agua limpia; más de 9000 personas por día mueren victimas de diarrea, cólera y otras enfermedades que se diseminan por el agua contaminada o por la falta de agua para una higiene adecuada. A pesar de que el agua potable es necesaria para la vida y un derecho fundamental, cada día es mas difícil obtenerla debido a la contaminación y las demandas de una población en aumento. Ni siquiera las países industrializados son ajenos a este problema.

Resulta más preocupante el envenenamiento y la sobreexplotación del agua subterránea, la principal fuente de agua potable para casi la tercera parte del mundo, que pueden tardar cientos de miles de años en recargarse y purificarse.

KOICHIRO MATSUURA, Director General KOICHIRO MATSUURA, Director General de la UNESCO, indicó que de la UNESCO, indicó que “De todas las “De todas las crisis sociales y naturales que debemos crisis sociales y naturales que debemos afrontar los seres humanos, la de los afrontar los seres humanos, la de los recursos hídricos es la que más afecta a recursos hídricos es la que más afecta a nuestra propia supervivencia y a la del nuestra propia supervivencia y a la del planeta” planeta”

Distribución del agua sobre la superficie terrestre

El Ciclo HidrológicoEl agua se encuentra sobre la superficie de la tierra, en los océanos, glaciares, lagos, ríos, suelo, aire en el orden de 1.36 billones km3 de agua, distribuida con 97,5% de océanos, 2,5% otras fuentes y sólo 0,001% de vapor de agua se encuentra en la atmósfera. El continuo intercambio de agua entre los océanos, atmósfera y continentes, se conoce como el ciclo hidrológico, que es un gigantesco sistema generado por la energía del Sol, que evapora el agua desde los océanos y los transporta a grandes distancias.

La condensación del vapor forma las nubes que producen la precipitación, que luego cae en los océanos y los continentes. Desde los continentes fluye también hacia los océanos en gran parte desde los ríos, donde nuevamente se evapora cerrándose un ciclo que se repite continuamente.

Una vez que el agua cae en tierra, la parte que no fluye hacia los océanos, la absorbe la tierra moviéndose hacia el fondo y los lados, donde se filtra hacia los lagos y ríos y de aquí otra vez al océano.

Cuando cae más lluvia que la capacidad de infiltración del suelo, el exceso fluye hacia ríos y lagos. Parte del agua infiltrada es absorbida por las raíces de las plantas y luego liberada por las hojas a la atmósfera en un proceso llamado transpiración, y otra porción se acumula en una zona de saturación para formar depósitos de agua subterránea que abastecen a pozos y manantiales, y mantienen el flujo de algunos arroyos o vertientes durante los periodos de sequía.

Aunque la cantidad de vapor de agua es una pequeña fracción del total de agua en el sistema, la cantidad absoluta es enorme: 380.000 km3, si se concentrara sería suficiente para cubrir toda la Tierra con una profundidad del orden de un metro. El balance de agua promedio global arroja los siguientes valores numéricos: evaporación desde los océanos 320.000 km3 y desde los continentes 60.000 km3, precipitación sobre los océanos 284.000 km3 y sobre los continentes 96.000 km3.

Como la cantidad total de vapor de agua en la atmósfera no cambia, la precipitación media anual sobre la Tierra debe ser igual a la cantidad de agua evaporada. Pero en los continentes la precipitación excede a la evaporación, inversamente en los océanos la evaporación excede a la precipitación. Como el nivel de agua en los océanos no disminuye, el exceso de agua de 36.000 km3 sobre los continentes, escurre desde los ríos hacia los océanos y balancea el déficit de lluvia sobre los océanos.

Esquema del Ciclo Hidrológico

Impurezas más frecuentes encontradas en las aguas naturales

Origen ImpurezasDisueltas

Coloidales En suspensión Gases

Contacto del agua con mineralessuelos, rocas

Calcio, Bicarbonatos, Fierro, Carbonatos, Magnesio, Cloratos, Manganeso, Nitratos, Potasio, Fosfatos, Sodio, Silicatos, Zinc, Sulfatos

Arcilla SiliceOxido de fierroOx. De aluminioDioxido de Magnesio

Arcilla, Limo, Arena

Gas Carbónico

Atmósfera, lluvia Hidrógeno (H+), Bicarbonatos, Cloruros, Sulfatos

Polvo, Polén Gas Carbónico, Nitrógeno, Oxígeno, Dioxido de Azufre

Descomposición de materia orgánica en el medio ambiente

Amoniaco, cloruros, Hidrógeno (H+), Nitratos, Sodio, Nitratos, Sulfitos, Radicales orgánicos

Color de origen Vegetal, Residuos

Suelo orgánico, Residuos orgánicos

Amónico, Gas Carbónico, Gas Sulfuhidrico, Hidrógeno, MetanoNitrógeno, Oxígeno

Organismos Vivos

BacteriasAlgas Virus

Algas, Zooplancton, Peces

AmónicoGas CarbónicoMetano

Fuentes Antropogénicas

Iones inorgánicos, Metales pesados, Moléculas orgánicas, Color

Organoclorados, Colorantes, Bacterias, Virus

Sólidos, Inorgánicos, Compuestos Orgánicos, Aceites y grasas

Cloro, Dioxido de azufre

Composición del agua de lluvia

• El agua en estado líquido en la atmósfera tiende a disolver hasta el nivel de saturación todos los gases de la atmósfera. Además de eso, material fraccionado como fragmentos minerales levantado del suelo por el viento, cenizas de origen volcánico o sales provenientes de la agitación del océano también están presentes en la atmósfera y pueden actuar como núcleos de condensación para el vapor de agua a ser disueltos por las precipitaciones.

• La composición de la lluvia varía con la ubicación geográfica, con las condiciones meteorológicas, con la presencia o no de vegetación y presencia de contaminantes. Cerca al océano, el agua de lluvia presenta elementos como Na, K, Mg, Cl y Ca. Lejos de la costa, los elementos presentes son partículas de suelo que pueden contener Si, Al, Fe y elementos cuya emisión es de origen biológico como N, P y S. En áreas como centros urbanos y polos industriales presencia de contaminantes del aire como SO2, NOx, de plomo, zinc y otros.

Elemento Concentración Media (a)

Muestra 1 (b) Muestra 2 (c)

NaK

MgCaCl

SO4

NO3

NH4

pH

12.41.01.21.1

13.75.12.1--

5.0

75.02.78.64.189.212.74.95.34.7

13.22.11.81.414.08.35.50.85.0

Observación: Los valores de las concentraciones están en moles/l

(a) Media de las 33 muestras colectadas

(b) Muestra colectada próximo a la zona de influencia marina.

(c ) Muestra colectada próximo a la zona donde la composición del agua de lluvia sufre influencia de origen terrestre

Composición de agua de lluvia en la cuenca Amazónica

• La reacción de algunos gases en la atmósfera como dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno (NOx) con el agua forma ácidos que llevan a la disminución del pH del agua de lluvia. Si tuviéramos agua destilada saturada como CO2, el pH de esa solución será de 5.6. Se dice por lo tanto que el pH de la lluvia tiende a ser siempre ácido y, se ha verificado asimismo que en regiones inalteradas los valores de pH son alrededor de 5.0. En regiones contaminadas, se puede llegar a valores como 3.5 cuando se tiene el fenómeno de “lluvia ácida”.

• El resultado del análisis químico del agua de lluvia depende de cómo la muestra fue recolectada. La composición del agua de lluvia tiene gran influencia sobre la calidad de las aguas superficiales. La lluvia puede contribuir con una serie de elementos traídos de otras regiones como nitratos traídos de regiones cubiertas por vegetación, sales marinas, o llevar los contaminantes ácidos para regiones alejadas de polos industriales, como, por ejemplo, la acidificación de lagos en Canadá como resultado de la polución del aire generada en la región Noreste de los Estados Unidos.

Composición de Aguas Superficiales

• El agua de lluvia al escurrir sobre el suelo, inicia un proceso de disolución y arrastre del material del suelo hasta los ríos y océanos. Impurezas encontradas en las aguas superficiales incluyen iones como Ca, Mg, Na, K, bicarbonatos, cloratos, sulfatos, nitratos y trazas de Pb, Cu, As, Mn, compuestos orgánicos. Pueden incluir residuos de áreas agrícolas y de efluentes domésticos e industriales como ácidos húmicos, detergentes, pesticidas, etc.

• La calidad de las aguas superficiales depende del clima y de la litología de la región, de la vegetación circundante, del ecosistema acuático y de la influencia del hombre. El clima influye en la distribución de la lluvia y otros fenómenos que inciden en el proceso de descomposición de las rocas y erosión del suelo y, dependiendo del tipo de roca, aparecerán aquellos elementos que forman parte de su composición. El clima también influye en el tipo de vegetación existente en la región y, por lo tanto en la calidad natural del agua.

• Los seres vivos presentes en el agua, también alteran su composición. Las algas hacen fotosíntesis consumiendo CO2 del agua y liberando O2. Un ciclo diario bien definido indica la fluctuación del pH del agua, lo mismo sucede con las concentraciones de carbonato y bicarbonato del Calcio, por ejemplo debido al proceso de producción y consumo de CO2. Las plantas acuáticas utilizan nutrientes disueltos en el agua. Toda la cadena alimenticia es sustentada con base en el contenido de nutrientes presentes y consecuentemente tales concentraciones regulan la productividad del ecosistema.

• La acción antropogénica sobre el medio acuático es tal vez la responsable por las mayores alteraciones en la composición del agua. Los ríos se están convirtiendo en depósitos de desperdicios por muchos años, alterando profundamente el estado natural del medio acuático. Los sistemas de desagües urbanos lanzan efluentes orgánicos, las industrias una serie de compuestos sintéticos y metales pesados, la agricultura es responsable por la presencia de pesticidas y exceso de fertilizantes en el agua. Las alteraciones de la calidad del agua representan una de las mayores evidencias del impacto de las actividades humanas sobre la biosfera.

Composición del Agua Subterránea

• La composición química del agua subterránea es altamente dependiente de la litología del acuífero, toda vez que el tiempo de exposición del agua a la roca es mayor que para aguas superficiales. El movimiento del agua en el suelo es bastante lento y reacciones de solución, precipitación, adsorción e intercambio iónico ocurren en las películas que el agua forma con las superficies minerales.

• Durante la percolación, el agua atraviesa la zona no saturada y, durante ese movimiento puede presentar tenores de soluto superiores a los del acuífero, y la variación de la calidad del agua con la profundidad es función de la litología de las diversas capas que el agua atraviesa. El movimiento del agua y sus solutos a través de la zona no saturada ha sido estudiado exhaustivamente debido a que es el medio de penetración de contaminantes en las reservas de agua subterránea.

• La contaminación de acuíferos es más preocupante que las aguas superficiales, dado que estas rápidamente se renuevan y se recuperan una vez que termina el lanzamiento de efluentes. En el caso de niveles subterráneos, puede ser tan lento la recuperación de la calidad que muchas veces se da el acuífero como perdido. Esta contaminación se puede dar a partir de infiltración de fosas sépticas, disposición final de residuos sólidos como los rellenos sanitarios. La agricultura contribuye con la contaminación por agrotóxicos, nitratos, impurezas de los fertilizantes o por la lixiviación de los suelos salinos irrigados.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL AGUA

Color

• El color verdadero o real es causado por materiales disueltos y coloides. La diferenciación entre el color verdadero y el color aparente, que es adicionado por la turbidez, está dado por el tamaño de las partículas, esto es, podemos indicar que partículas con diámetro superior a 1.2 m causan turbidez inferior y partículas coloidales y sustancias disueltas, causan color.

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100

Sólidos disueltos

Rango del Microscopio Electrónico

Rango del Microscopio Normal

Sólidos en Suspensión

Sólidos Coloidales

Virus Bacterias

Algas

Sedimentable

Tamaño de Partículas en el Agua

• El color verdadero, de aguas naturales, es medido en unidades de color dadas por la escala de platino-cobalto o escala de Hazen (Standard Methods, 1985). La escala de colores varía desde un amarillo pálido hasta el marrón oscuro, y es hecha por comparación visual de la muestra con una solución patrón de cloruro de cobalto y cloroplatinato de potasio. Esta solución patrón posee color equivalente a 500 unidades. Actualmente se utilizan discos de vidrios coloridos en la escala de Hazen para la comparación visual.

• El color puede ser determinado por espectrofotometría, en función de la longitud de onda dominante en la transmisión de la luz, cubriendo todo el espectro luminoso y no solo tonos amarillos y marrones.

• Las aguas naturales poseen color que varia entre 0 y 200 unidades, por encima de eso corresponden a aguas con altos contenidos de materia orgánica disuelta. Coloración por debajo de 10 unidades es casi no perceptible. En sistemas urbanos, son aceptables valores de hasta 75 unidades de color.

Turbidez

• La turbidez es una alteración de la penetración de la luz provocada, por partículas, el plancton, bacterias, arcillas y limos en suspensión. La limpidez del agua es importante cuando el agua se destina a consumo humano o en ciertos procesos industriales.

• El turbidímetro de vela de Jackson es el método patrón para la medida de turbidez y consiste, esencialmente de una vela patrón y un tubo de vidrio calibrado. Es un método visual que se basa en la determinación de la altura de una columna de suspensión que hace con que la imagen de llama de vela patrón se torne indistinta contra la iluminación general del fondo, cuando es observada verticalmente a través de la muestra. La turbidez de la muestra se mide en unidades Jackson de turbidez (UJT): 1 UJT es producida por 1 mg de Si O2 en suspensión en 1000 ml de agua destilada.

• El turbidímetro de Jackson no lee valores de turbidez por debajo de 25 UJT porque partículas muy pequeñas no dispersan la luz de la franja amarillo–rojo del espectro, que corresponde a la llama de la vela. Por lo que es necesario emplear otros métodos más sensibles como los nefelométricos, que consisten en un nefelómetro con una fuente de luz de Tungsteno iluminando la muestra y detectores fotoeléctricos capaces de detectar la luz que es dispersada en un ángulo de 90º con la luz incidente. La turbidez medida está dada en unidades nefelométricas de turbidez (UNT) comparable a la UJT.

• No existe ningún turbidímetro capaz de reproducir fielmente los valores del turbidímetro de Jackson para todas las franjas de turbidez, debido a las diferencias en los sistemas ópticos. Se recomienda que aguas naturales que poseen turbidez de hasta 100 UNT puedan ser utilizadas para abastecimiento urbano. Valores de turbidez hasta ese límite pueden ser removidas por tratamiento convencional de agua. El agua tratada debe tener turbidez inferior a 5 UNT debido a que muchas veces el material en suspensión impide que microorganismos patógenos entren en contacto con la sustancia desinfectante.

• El disco Secchi es utilizado para medir la transparencia de un cuerpo de agua y consiste de un disco de 20 cm de diámetro, dividido en cuatro partes con los colores negro y blanco. Se introduce el disco en el agua hasta que no sea posible divisarlo: esta es la profundidad Secchi, importante parámetro en el estudio de lagos para indicar la profundidad en la cual ya se extinguió el 95% de la luz que penetra en el agua. Se admite que la zona de luz donde la fotosíntesis es posible, corresponde a 3 veces la profundidad Secchi aproximadamente.

Olor

• El olor es una característica estética perjudicial al consumo del agua y para recreación. El olor o sabor del agua son originadas por la descomposición de la materia orgánica, actividad biológica de microorganismos o residuos industriales. Detectar el olor y cuantificarlo es muy difícil pues depende, exclusivamente de la sensibilidad del olfato humano. Esa sensibilidad varia mucho de individuo a individuo y tiende a disminuir con una constante exposición.

Sólidos

• De acuerdo a su tamaño los sólidos, pueden clasificarse en sólidos en suspensión y disueltos. La separación entre ambos se hace utilizando una membrana filtrante con poros iguales a 1.2 m. Cualquier partícula que pase es considerada disuelta y aquella que queda retenida es considerada en suspensión.

• Químicamente, los sólidos pueden ser clasificados en volátiles y fijos. Sólidos volátiles son aquellos que se volatilizan a temperaturas inferiores a 65 ºC.

• La concentración de sólidos disueltos totales en nuestras de aguas superficiales dan idea de las tasas de desgaste de las rocas por lo que la litología de la región se puede caracterizar a través de los iones presentes en el agua. La salinidad también está incluida como sólidos disueltos totales.

• El exceso de sólidos disueltos en el agua puede causar alteraciones de sabor y problemas de corrosión. Para consumo, se permite un valor máximo de 500 mg/l de sólidos disueltos totales y en riego el exceso de sólidos disueltos puede llevar a graves problemas de salinidad del suelo.

Temperatura, Calor Específico y Densidad• La temperatura influye los procesos

biológicos, reacciones químicas y bioquímicas que ocurren en el agua, así como la solubilidad de gases disueltos.

• El ecosistema acuático está adaptado solo a pequeñas variaciones de Tº. Su alto calor específico hace que los cuerpos de agua sean excelentes reguladores térmicos.

• La variación de la densidad del agua con la Tº presenta una anomalía que trae diversas ventajas al ecosistema; en lagos genera patrones de circulación característicos.

Conductividad (CE)

• La conductividad eléctrica del agua está determinada por la presencia de sustancias disueltas que se disocian en aniones y cationes; es la capacidad del agua de transmitir la corriente eléctrica en micromhos/cm a una temperatura dada o su equivalente en el sistema internacional de unidades, el microsiemens/cm. Para una concentración iónica dada, la conductividad aumenta con la temperatura. Generalmente un aumento de 1°C en la temperatura de la solución, corresponde a un aumento de 2% en la conductividad.

• El agua pura posee CE bien baja, apenas centésimos de micromhos/cm a 25 °C. A medida que aumenta la concentración iónica, la CE de la solución aumenta. La CE para agua de lluvias varían entre 12 y 30 microhoms/cm. La CE de las aguas superficiales y subterráneas pueden variar desde 50 micromhos/cm, en lugares de precipitación pobre en solutos y litología de rocas resistentes, hasta los valores de 50,000 microhoms/cm, que es la CE del agua de mar.

CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL AGUA

La caracterización química:• Clasificar el agua por su contenido mineral.

Caracterizar el grado de contaminación y origen o naturaleza de los principales contaminantes o sus efectos.

• Tipificar casos de cargas o picos de concentración de sustancias tóxicas e indicar las principales fuentes.

• Evaluar el equilibrio bioquímico necesario para el mantenimiento de la vida acuática y emular las necesidades de nutrientes tales como compuestos de nitrógeno, fósforo, Sílice, etc.

De manera general, la calidad química del agua puede ser evaluada por su contenido orgánico, por su fuerza iónica, por su agresividad provocada por gases disueltos, por la existencia de nutrientes relacionados con la productividad primaria, por la presencia de micronutrientes y trazas de metales, por la presencia o ausencia de compuestos orgánicos sintéticos, solventes, aromáticos polinucleados, modificadores de tensión superficial, etc., y por su contenido radioactivo (Lerman, 1988).

Elementos esenciales para la vida acuática

Elemento Función Biológica de Ocurrencia

HidrógenoCarbonoOxígenoNitrógenoFósforoSíliceCalcioMagnesioSodioPotasioBoroFlúorYodoAzufreClorurosSelenio Molibdeno CobaltoFierro Manganeso Cromo, Cobre Zinc, Vanadio

Constituyente de casi toda materia orgánicaElemento básico de compuestos orgánicosPresente en muchos compuestos orgánicos, necesario a la respiración.Componente de aminoácidos y derivadosUsado en la formación de compuestos ricos en energía; huesos y dientesMaterial estructural de diatomáceasHuesos, enzimas, soluciones electrolíticas biológicas enzimas, clorofilasAcción nerviosa, soluciones electrolíticas biológicasAcción nerviosa, soluciones electrolíticas biológicasNecesario para algas y plantasFortalecimiento de los dientesHormonas de las tiroidesAminoácido, proteínasAcción nerviosa, electrolitos biológicosAcción del hígado, plantasEnzimasEnzimasEnzimas, actividades respiratorias, procesos biológicos REDOXEnzimasEnzimasEnzimas

Evaluación del contenido orgánico

El contenido de materia orgánica en el agua, sea natural o introducido por el hombre, puede ser estimado a través de los siguientes parámetros:

• Demanda Bioquímica de oxigeno (DBO)

• Demanda Química de Oxigeno (DQO)• Carbono Orgánico Total (COT)• Sólidos suspendidos Volátiles (SSV)

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

Evalúa la cantidad de oxígeno disuelto (OD) en mg O2/l, que será consumida por los organismos aerobios al degradar la materia orgánica. La prueba es realizada a la temperatura de 20 ºC durante 5 días, en la oscuridad, sin fuente externa de OD, con diluciones y cultivos apropiados. Por durar 5 días, los resultados son expresados en términos de DBO5, a 20 ºC. Después de este tiempo, 67 a 75% de la DBO última es satisfecha, para la mayoría de las aguas residuales domésticos.

La DBO se divide en demanda carbonada y demanda nitrogenada. Los organismos inicialmente utilizan el OD para transformar el carbono en CO2 y posteriormente para transformar compuestos nitrogenados en nitritos (NO2) y nitratos (NO3). La DBO nitrogenada ocurre después de 10 días de prueba, en promedio.

A través de la DBO se estima la carga orgánica de cuerpos de agua, de efluentes, y las necesidades de aireación para degradarlas en plantas de tratamiento de aguas servidas.

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

• La DQO es otro examen indirecto de medida, por el cual se evalúa la cantidad de OD (mg O2/l) consumidos en medio ácido para degradar la materia orgánica, biodegradable o no.

• La prueba o análisis tiene duración de 2 a 3 horas, contra 5 días de la DBO5. Existen algunas interferencias como nitratos, piridinas y compuestos reducidos de fierro que pueden enmascarar la prueba de aguas naturales. Esta prueba ha sido empleado principalmente para la caracterización de efluentes industriales.

Carbono Orgánico Total (COT)

Estima la cantidad de carbono orgánico (mg/l) existente en una muestra líquida, sin distinguir si es materia biodegradable o no. La prueba dura cerca de 2 minutos, y el método consiste en quemar la materia orgánica a 900 ºC con oxígeno puro y detectar el CO2 generado por espectrofotometría de infrarrojo. Otro método consiste en oxidar la materia orgánica en frío y detectarla por ultravioleta.

Sólidos suspendidos volátiles (SSV)

Son utilizados en la caracterización de muestras líquidas y sólidas para verificar la posibilidad de degradación anaerobia de los sólidos en suspensión. Ha sido empleado para efluentes, lodos de estación de tratamiento de aguas servidas y más recientemente, para estimar el contenido orgánico de sedimentos de fondo en cuerpos de agua (Ned y Brown, 1982).

Relación entre DBO/DQO/COT/SSVAguas naturales con DBO mayor que 10 mg/l son propicias a la vida acuática en ambientes lénticos. Por otro lado, DQO hasta 30mg/l favorecen la biota acuática en ambientes lóticos. Aguas cristalinas tienen valores de COT entre 1 y 3 mg/l, muestras filtradas de efluentes de lagunas de estabilización, de aguas servidas domésticos, tiene valores medios de 5 mg/l; aguas de lluvia contienen, en zonas rurales, de 4 a 7 mg/l, resultando en cargas anuales de 60 a 100 kg COT/ha/año para una precipitación media de 1,600 mm.

La relación DQO/DBO para aguas residuales debe ser menor que 5 a 7, para considerarlo biodegradable. En aguas naturales esto puede variar entre 7 y 20, dependiendo del contenido de aceites y grasas, detergentes, etc. Relaciones de COT/DBO variando entre 3 a 10 muestran que la materia orgánica existente en un determinado cuerpo de agua es muy poco biodegradable. Si la relación SSV/DBO fuese entre 10 a 30, puede indicar que los sólidos orgánicos, para ser degradados, necesitan de grandes tiempos de detención.

Oxígeno DisueltoTodos los organismos vivos dependen de una forma u otra del oxígeno para mantener los procesos metabólicos de producción de energía y de reproducción. El oxígeno es un gas muy poco soluble en agua, variando la solubilidad entre 14.6 mg/l a 0 ºC hasta 7.6 mg/l a 30 ºC, dependiendo de la presión (altitud) y sales disueltas. En aguas contaminadas, la cantidad de oxígeno disuelto en agua es aún menor que en condiciones naturales. La razón de saturación de O2 en agua contaminada y agua limpia es de 0.80.

En el tratamiento de aguas residuales, el oxígeno disuelto es un factor que determina si los cambios biológicos serán realizadas vía aerobia o anaerobia. También en cuerpos de agua, las medidas de OD son vitales para el mantenimiento de condiciones oxidantes (aerobias) para degradar la materia orgánica y para mantener, por ejemplo, el fósforo en el sedimento de lagos. En ausencia de OD en el fondo de lagos, los nitratos serán fuente de OD para bacterias facultativas, manteniendo así condiciones oxidantes junto a los sedimentos.

Evaluación del contenido Iónico

Los principales iones caracterizados en aguas y efluentes son calcio, magnesio, sodio, potasio, silicatos, sulfatos, cloruros carbonatos y bicarbonatos. Nitritos, nitratos y fosfatos son evaluados como nutrientes. Los iones se pueden combinar entre sí, con metales, dependiendo de la constante ionización, precipitación, etc., y del pH. El pH es un indicador de la química de las aguas. Los criterios de protección de la vida acuática fijan el pH entre 6 y 9.

Muchos peces y otros animales acuáticos pueden sobrevivir a valores de pH menores que 5.0, pero a este pH los metales se solubilizan muy fácilmente, aumentando las posibilidades de toxicidad. Por encima de pH 6.0 hay una mejora en la pesca y en la agricultura. Aguas de piscina necesitan un pH en torno de 7.3 para protección de los ojos de los usuarios. Para efecto de comparación, las lluvias pueden tener la alcalinidad variando entre 20 y 25 mg CaCO3/l y la acidez variando entre 10 y 20 mg CaCO3/l.

Evaluación de la Agresividad NaturalAlgunos gases, el oxígeno, o gas carbónico y el gas sulfídrico, disueltos en agua, pueden producir compuestos que atacan las estructuras. Además de eso, bajo atmósfera reductora, en el fondo de lagos, represas y ríos contaminados, hay formación de gases ácidos y de ácidos orgánicos volátiles, generados bajo condiciones anaerobias, que pueden potenciar la agresividad de agua natural. Para estimar la agresividad potencial de aguas, se puede utilizar índices como el de Larson y de Langelier entre otros.

El índice de Larson (IL) es utilizado para verificar la corrosión potencial de aguas, en el rango de pH entre 7 y 8, bajo condiciones aerobias. Aguas con IL en torno de 0.1, no tiene tendencias corrosivas. El índice de Langelier o índice de saturación (IS), se usa para evaluar la tendencia de precipitación o disolución de carbonato de calcio. Aguas agresivas disolverán el carbonato de Ca para 6.5<pH<9.5. Si IS>0, habrá precipitación de carbonato de calcio y el agua será incrustante. Si IS<0 habrá disolución del carbonato indicando agua agresiva.

Productividad por NutrientesCuando se evalúa la productividad y las chances de eutrofización de un cuerpo de agua, se debe recordar que los iones nitrato y fosfato son normalmente los nutrientes limitantes, pero además hay otros factores que interfieren en la productividad como la turbidez, los sólidos en suspensión, el color, la profundidad trofogénica, etc. Altas concentraciones de sólidos en suspensión hacen daño a los peces, afectan organismo bentónicos, reducen el paso de luz solar y desequilibran las cadenas tróficas.

El cambio del fondo rocoso para fondo limoso o lodoso extermina sistemas productivos bentónicos, cubre el lugar de postura de huevos y sofoca los huevos por el bloqueo del paso de oxígeno disuelto. De acuerdo a experiencias, 3 cm de lodo son suficientes para causar los daños mencionados. La presencia de fierro, aluminio, calcio y otros coagulantes naturales, ayudan a precipitar parte del fosfato en solución, aumentando la concentración disuelta y las posibilidades de eutrofización.

Un nivel de fosfato de 0.02 mg/l previene la floración de algas, pero menores que 0.003 mg/l indican nichos ecológicos deficientes en fósforo. La razón entre nitrógeno inorgánico y fosfato, en aguas naturales, puede variar entre 15 y 40 (mg/l). Por debajo de 15, hay un exceso de fósforo; por encima de 40 puede haber Demanda Bioquímica de Oxígeno nitrogenada. Un parámetro que estima la productividad de algas es la clorofila A. Para niveles de fosfato mayores que 5 mg/l, la relación clorofila A/ fosfato total, mayor que 10, indica fuerte contaminación por nutrientes.

Clasificación de ambientes acuáticos en relación a la productividad de nutrientes

Productividad Nitrato(mg/l)

Fosfato(mg/l)

Muy bajaModeradamente bajaModeradamente altaAltaMuy alta

0.20.2 – 0.4

0.3 – 0.650.5 – 1.5

1.5

0.0050.005 – 0.0100.010 – 0.0300.030 – 0.100

0.100

Evaluación de Metales Pesados

Una serie de daños a la salud humana y al medio ambiente están asociados a la mayor o menor concentración de metales pesados. En la siguiente tabla se muestran los principales, algunas fuentes y posibles efectos en la salud.

El cadmio en concentraciones bajas como 0.36g/l causa disturbios de reproducción de peces.

Metales pesados, fuentes y posibles efectos en la salud

Elementos Fuente Efectos

SelenioMercurioBerilioCadmio CobrePlomo CromoZincAluminioManganeso

Carbón, Petróleo, AzufreCarbón, Baterías Eléctricas, otras industriasCarbón, Industria Nuclear, Combustible de Misiles, MineralesCarbón, Minerales de Zinc, Lonas de freno, humo de cigarroCaños de agua, control de algas, IndustriaDescarga de cañosAcabado de metales, curtiembresAcabado de metales, Minerales, carbónAbundante en la costra terrestreMinería y metales

Cáncer en ratones y caries en animalesDaños nerviosos, Muerte Envenenamiento agudo y crónico, cáncerEnfermedades cardiovasculares, Hipertensión.Daños del hígado, Tóxico a las plantasDaños al cerebro, ConvulsionesPosible carcinogénicoEfectos en el pulmónTóxico a las plantasRelativamente no tóxico

Compuestos Orgánicos Sintéticos

Dentro de los principales se destacan por su utilización y por daños a la salud humana y al medio ambiente, a pesar de la baja concentración, los productos químicos usados en la agricultura, solventes orgánicos, aromáticos y alifáticos, aromáticos polinucleados y modificadores de la tensión superficial. (UNESCO, 1978).

Muchos de esos compuestos son resistentes a la biodegradación en medio líquido, otros son altamente bioacumulables en las cadenas tróficas superiores, y algunas centenas de ellos provocan mutaciones y carcinogenicidad son generados por la industria petroquímica, carbón, plástico, en la fabricación de tintes, etc. Los productos agrícolas, los pesticidas, se dividen en insecticidas, fungicidas, bactericidas, herbicidas, nematicidas y redenticidas.

Los herbicidas más famosos llevan 20 y hasta 300 días para biodegradarse en el agua. Un contaminante en la fabricación de estos herbicidas es la dioxina o agente naranja, causador de cáncer en persona que aplican el producto.

Insecticidas famosos son los organoclorados grupo aldrin, DDT, DDE, extremadamente persistentes en el ambiente. También fosforados y carbonatos forman parte de la lista de insecticidas, actuando sobre el sistema nervioso, matando por asfixia.

El pentaclorofenol, un preservante de madera, es altamente carcinógénico. Los aromáticos polinucleados derivados de la quema o gasificación del carbón más importantes son el naftaleno, antraceno, fenantreno, benzo pireno, ácidos aromáticos, piridinas, anilinas, etc., compuestos muy poco biodegradables asociados al cáncer. El bensopireno es un procarcinogénico. Se transforma en carcinogénico por la acción de las enzimas del hígado humano.

Evaluación de la RadioactividadLa radioactividad puede ser absorbida por el consumo directo del agua o de productos agrícolas y de la biota acuática, que a su vez pueden bioacumular materiales radioactivos. Las aguas, superficiales y subterráneas pueden adquirir radioactividad, pasando a través de fuentes naturales de minerales radioactivos y actividades humanas como prueba de bombas atómicas y de hidrógeno, efluentes de operaciones industriales nucleares, enriquecimiento de uranio, laboratorios, plantas nucleares, etc.

Los productos que más preocupan en términos biológicos son C14, Sr90, I131, Cs137, e isótopos de larga vida tales como: Ka, Th, U, Pu. La radioactividad es una propiedad inherente a los isótopos en cuestión, por lo tanto, los niveles de concentración sólo son reducidos por:

• Disolución con agua o isótopos estables.• Remoción física o química de elementos

radioactivos para almacenamiento.• Decaimiento natural de la radioactividad.

Radioisótopos emiten partículas y/o radiación electromagnética de los siguientes tipos:

Partículas Alfa: núcleos de helio de alta velocidad, altamente dañinas, no penetrantes.Rayos X y Gamma: formas de radiación electromagnética de ondas cortas. Penetran profundamente en los materiales y son menos dañinas que partículas Alfa y Beta.Partículas Beta: electrones negativos de alta velocidad. Penetración y daños moderados.Neutrones: partículas sin carga, altamente penetrantes y dañinas.

La dosis máxima permisible recomendada para trabajadores de la industria nuclear es de 5 rem/año. Los efectos en el hombre pueden ser: Efectos somáticos, aquellos que causan daños al individuo, tales como anemia, fatiga, pérdida del cabello, cataratas, heridas, cáncer, etc. Efectos genéticos, influyen en cambios hereditarios por mutaciones en la reproducción de células. Por las altas energías envueltas y localizadas, reaccionaran con proteínas, desactivarán enzimas, inhibirán la división celular y podrán ocasionar otros daños a la célula.

Aspectos Biológicos

Las condiciones esenciales al desarrollo de vida autótrofa son: la presencia de luz, como fuente básica de energía para la fotosíntesis, la presencia de gas carbónico, como fuente de carbono para elaboración de compuestos orgánicos en esa misma reacción; la presencia de cerca de 20 elementos químicos indispensables para la formación de las estructuras celulares de los organismos acuáticos.

Dado el alto poder de solubilización las aguas naturales, contienen carbono y los demás elementos indispensables en cantidades suficientes para garantizar una alta productividad de seres vivos, con excepción de los elementos N y P. Además muchas aguas poseen poca transparencia para permitir la penetración de cantidad de luz suficiente a la fotosíntesis. Como factor adicional es necesario la presencia de cierta cantidad de calor para mantener la Tº a niveles adecuados; aguas con temperaturas menores a 10 ºC son poco productivas.