ANÁLISIS DE AGUAS

TEMA 10
ANÁLISIS DE AGUAS
ANÁLISIS DE AGUAS
♦ CARACTERES ORGANOLÉPTICOS
♦ CARACTERES FISICOQUÍMICOS
♦ DETERMINACIÓN DE ANIONES
♦ DETERMINACIÓN DE CATIONES
♦ COMPONENTES NO DESEABLES
♦ COMPONENTES TÓXICOS
♦ RADIACTIVIDAD
♦ AGUAS RESIDUALES Y VERTIDOS: OTROS ANÁLISIS DE INTERÉS
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CARACTERES ORGANOLÉPTICOS
Olor-sabor
Color
Turbidez
Olores-sabores indicativos de contaminación
método de las diluciones: un panel de cata determina el grado de
dilución necesario para lograr la desaparición de un determinado
tipo de olor o sabor presente en un agua
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Color
♦ aguas naturales: color amarillento o pardo, debido a
materias orgánicas (principalmente procedentes de la
descomposición de vegetales) o sales solubles de Fe y Mn (aguas
subterráneas y superficiales poco oxigenadas)
método del cloroplatinato potásico método espectrofotométrico
basado en que el color producido por las sustancias de carácter
natural de un agua es muy similar al desarrollado por disoluciones
estándar de mezclas de K2CI6Pt y CoCl2. Se mide a 430-440 nm.
♦
aguas residuales industriales:
presentan coloraciones
variables en función de la actividad industrial. No es aplicable el
método del cloroplatinato potásico
Turbidez
Se debe a la presencia de materias diversas en suspensión
son partículas de 10 nm a 0.1 mm de diametro: minerales, restos
orgánicos húmicos (de la descomposición de restos vegetales), etc
método nefelométrico: mide la radiación (a 420 nm)
dispersada por las partículas en suspensión cuando incide en la
muestra de agua un rayo luminoso.
método turbidimétrico: mide la atenuación de la radiación incidente a
consecuencia de la dispersión producida por las partículas en suspensión
Se recomienda efectuar la determinación tan rápidamente
como sea posible después de la toma de muestra
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Normas de calidad
para aguas de consumo público
Parámetros
Expresión de los
resultados
Nivel
guía
Concentración
máxima admisible
Color
Turbidez
mg/l escala Pt/Co.
mg/l SiO2
U.N.F.
1
1
1
20
10
6
Olor
Índice de dilución
0
Sabor
Índice de dilución
0
2 a 12º C
3 a 25º C
2 a 12º C
3 a 25º C
- Niveles guia: valores de los parámetros representativos de los caracteres de potabilidad,
correspondientes a una calidad deseable en el agua potable
- Concentraciones máximas admisibles: son los valores de los parámetros representativos
de los caracteres de potabilidad, correspondientes a la mínima calidad admisible en el
agua potable. Estos valores no deberán ser rebasados
CARACTERES FÍSICO-QUÍMICOS
Temperatura
pH
Conductividad
Residuo seco
Oxígeno disuelto
Anhídrido carbónico libre
Aniones
Cationes
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Temperatura
La temperatura del agua afecta a la solubilidad de sales y gases y
en general a todas sus propiedades químicas y a su comportamiento
microbiológico.
La temperatura de las aguas superficiales está ligada a la absorción de
radiación solar
En embalses y lagos profundos:
♦ período de "mezcla térmica" con temperatura similar en profundidad y
superficie
♦ período de "estratificación térmica" con aguas más cálidas en
superficie y más frías en el fondo. Imposibilidad de mezcla vertical
de capas de agua.
Medida de la temperatura de un agua: inmersión de un termómetro
convencional o electrónico en el fluido hasta equilibrio térmico. Debe
efectuarse en el momento de la toma de muestra.
pH
El pH de un agua depende de:
♦el equilibrio carbónico
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ H+ + CO32♦la actividad vital de los microorganismos acuáticos
Aguas superficiales: pH 6.0-8.5
Aguas profundas y subterráneas: algo menor
Medida del pH: método potenciométrico con electrodo de vidrio
sensible a H+. Debe realizarse in situ. Hay que medir también
temperatura.
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Conductividad y Residuo seco a 180ºC
La conductividad de un agua es producida por los electrolitos que lleva
disueltos. Los iones mayoritarios que forman las sales disociadas en un
agua suelen ser HCO3-, CO32-, Cl-, SO42-, NO3-, Ca2+, Mg2+, Na+ y K+. El
residuo seco es la cantidad total de sales y otras materias en suspensión
(no volátiles) que contiene un agua.
Factores que influyen: terreno que atraviesa el agua (posibilidad de
disolución de rocas y materiales), tipo de sales presentes, pH
temperatura, gases disueltos, etc
Medida:
Para conductividad: se usa una celda de conductividad equipada con
electrodos de Pt, una fuente externa de corriente y un puente de
Wheatstone. Se suele calibrar con patrones de KCI.
Para residuo seco: método gravimétrico que consiste en pesar la
cantidad de residuos después de evaporar la muestra de agua hasta
sequedad a una temperatura constante de 180ºC.
Oxígeno disuelto
El oxígeno disuelto es esencial para la vida vegetal y animal en el
agua. Un nivel alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor
calidad. Su solubilidad es función de: temperatura, presión,
presión de vapor del gas, salinidad y composición físico-química
del agua
Origen del oxígeno disuelto en el agua:
♦ absorción del oxígeno del aire
♦ fotosíntesis de las plantas acuáticas
Las aguas corrientes superficiales no contaminadas suelen estar
bien oxigenadas, e incluso sobresaturadas (>7-8 mg/l de O2).
Las aguas subterráneas suelen estar poco oxigenadas
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Vertidos residuales ricos en materias orgánicas causan una
disminución de la cantidad de oxígeno disuelto
c
a) Zona de degradación
b) Zona de descomposición
c) Zona de recuperación
distancia
Vertido
a
b
c
Medida del oxígeno disuelto:
Sonda sensible al O2 con electrodo de Pt, membrana permeable a O2
y electrodo de referencia (sensor amperométrico de Clark)
Método de Winkler: método basado en la oxidación del Mn(II) a Mn(IV) por parte del
oxígeno y la determinación volumétrica de Mn(IV)
Dióxido de carbono libre
El dióxido de carbono disuelto en agua da lugar al llamado
equilibrio carbónico, de gran importancia en la química del agua:
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ H+ + CO32Origen del CO2 disuelto en el agua:
♦ respiración de los organismos acuáticos
♦ descomposición materia orgánica
♦ disolución de carbonatos
♦ agua de lluvia
Eliminación del CO2:
♦ fotosíntesis
se determina mediante valoración ácido-base con disolución de
NaOH diluida, utilizando fenolftaleína como indicador de punto
final
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Determinación de aniones
además de HCO3 y CO32-- otros aniones frecuentes en
aguas naturales son Cl- , SO42- , FLa determinación simultánea de numerosos aniones en aguas se
realiza mediante cromatografía iónica.
Determinaciones individuales:
Cl- : valoración con Ag+
SO42- : formación de BaSO4 insoluble y turbidimetría
F-: potenciometría con electrodo selectivo de fluoruros
Sílice (SiO2) y silicatos: metodo espectrofotométrico
del molibdato (para sílice disuelta). Se basa en la
reacción entre la sílice y el ácido molíbdico para formar
un compuesto que una vez reducido presenta color azul
Determinación de cationes
cationes más frecuentes en aguas naturales: Ca2+ y Mg2+
(responsables de la “dureza”), Na+, K+, Al3+
Métodos de determinación:
Ca2+ y Mg2+ :
- Absorción atómica en llama
- Complexometría con EDTA (dureza)
Na+ y K+ :
- Emisión atómica en llama (fotometría de llama)
Al3+ :
- Espectrofotometría de absorción molecular
(por reacción con aluminón, un reactivo cromogénico, se forma un
complejo de coloración roja, que se mide a 525 nm)
- Absorción atómica electrotérmica
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Normas de calidad
para aguas de consumo público
Nivel Guía
C max. admisible
Componentes no deseables
Se incluyen compuestos como: NO3-, NO2-, NH3, H2S, B, hidrocarburos,
aceites y grasas, fenoles, detergentes, compuestos organoclorados, Fe,
Mn, Cu , Zn, P, Co, Ba, cloro residual, etc
Nivel Guía
C max. admisible
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Componentes no deseables. Métodos de análisis
NO3- :
NO2- :
- Absorción UV
- Electrodo selectivo de iones
PO43- : - Metodo colorimétrico
- Metodo colorimétrico (M. Zanmelli)
Reacción con ac. Sulfanílico en HCl, NH3 y fenol
NH3 :
Reacción con molibdato
B : - Metodo colorimétrico
Reacción con ac. carmínico
- Metodo colorimétrico (M. Nessler)
Reacción con yodomercuriato potásico en medio alcalino y NH3
- Electrodo selectivo de iones
Fe, Mn, Cu, Zn, Co, Ba,: - absorción atómica (en llama o electrotérmica)
Nitrógeno Kjeldahl: mide N orgánico y amoniacal
digestión del agua en medio sulfúrico, alcalinización con NaOH, destilación,
recogida sobre ácido y valoración
Cloro residual: Método colorimétrico
con DPD (N-N´dietil-para-feniléndiamina)
Componentes no deseables. Métodos de análisis
Carbono orgánico total : Método de combustión-infrarrojos
(vaporización del agua, oxidación catalítica del carbono orgánico hasta CO2 ,
determinación mediante IR no dispersivo
Hidrocarburos: - contenido total, extracción con CCl4 y medida de
absorción IR
- análisis individual, cromatografía de gases
Aceites y grasas: - extracción y gravimetría
Fenoles: - contenido total, extracción liq-liq y medida espectrofotométrica
- análisis individual, cromatografía de gases
Detergentes aniónicos: método del Azul de metileno
Compuestos organoclorados: extracción y cromatografía de gases (EC)
Materia en suspensión: gravimetría
(filtración, secado y pesada)
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Componentes tóxicos
Expresión
de los
resultados
Parámetros
Nivel
guía
C máx.
admisible
Arsénico
Berilio
Cadmio
Cianuros
Cromo
Mercurio
Níquel
Plomo
µg/l. As
µg/l. Be
µg/l. Cd
µg/l. CN
µg/l. Cr
µg/l. Hg
µg/l. Ni
µg/l. Pb
-
50
5
50
50
1
50
50 (en agua
corriente)
Antimonio
Selenio
Vanadio
Plaguicidas y
productos
similares:
- por sustancia
individualizada.
µg/l. Sb
µg/l. Se
µg/l. V
µg/l.
-
10
10
-
-
(0,1)
-
(0,5)
0,2
- en total
µg/l
Se entiende por plaguicidas y
productos similares:
- Los insecticidas:
* organoclorados persistentes
* organofosforados
* carbamatos
- Los herbicidas
- Los fungicidas
- Los PCB y los PCT
Sustancias de referencia para
PAHs :
- fluoranteno.
- benzo 3,4 fluoranteno
- benzo11,12 fluoranteno.
- benzo 3,4 pireno.
- benzo 1,12 perileno.
- indeno (1,2,3-ed) pireno
PAHs
Insecticidas
clorpirifos
endosulfan
fentión
Herbicidas
diuron
simazina
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Componentes tóxicos. Métodos de análisis
Ag, Be, Cd, Zn, Co, Ba, Cr, Ni, Pb, V: absorción atómica electrotérmica
As, Sb, Se, Sn: absorción atómica con generación de hidruros
CN-:
-método espectrofotométrico
- electrodo selectivo de iones
Plaguicidas y productos similares: cromatografía de gases (sust. volátiles)
o de líquidos (sust. no volátiles)
Hidrocarburos aromáticos policíclicos: contenido total con extracción y
medida de fluorescencia
Análisis individual con cromatografía
Radiactividad: Conteo total α y β
Aguas residuales y vertidos
Otros análisis de interés
Potencial redox: mide la capacidad global de un agua de oxidar
o reducir sustancias
rH = [EH/0,032] + 2pH
Valores altos de rH implican una alta oxigenación del agua y alto
potencial de oxidación.
Valores bajos de rH implican abundancia de hidrógeno y condiciones
reductoras
Demanda bioquímica de oxígeno a los cinco días (DBO 5):
cantidad de oxígeno necesario en las condiciones del ensayo
(incubación a 20ºC en oscuridad y durante 5 días), para lograr por
vía microbiana la degradación de las materias orgánicas de un agua.
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Demanda química de oxígeno (DQO):
oxidación de las materias orgánicas e inorgánicas de un agua usando
dicromato potásico en medio sulfúrico y en caliente, valorando por
retroceso el dicromato no consumido.
Alcalinidad:
se determina mediante valoración ácido-base con H2SO4 utilizando
indicadores colorimétricos o potenciométricos del punto final.
- alcalinidad a la fenolftaleína: con un punto de viraje a pH=8.3,
-alcalinidad al naranja de metilo: viraje se da a pH= 4.3.
De las relaciones entre estas dos valoraciones se obtiene
aproximadamente la cantidad de HCO3-, CO3= e hidróxidos presentes
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