Índices de calidad con base en las características físico – químicas del agua

1. Índices de calidad con base en
las características físico –
químicas del agua
Cuando no se incluyen parámetros biológicos en los índices IQA y se
emplea únicamente parámetros fisicoquímicos, se deben tomar en
cuenta las siguientes ventajas y desventajas:

2. Evaluación fisicoquímica Evaluación biológica
Ventajas
Cambios temporales detallados Integración espacial
Determinación precisa de los contaminantes Respuesta a la contaminación crónica
Se saben los flujos de contaminantes Respuesta a la contaminación puntual
Uso en aguas subterráneas Posible estudiar bioacumulación
Fácil estandarización Estudio en tiempo real
Medida de degradación de hábitat
Inconvenientes
Limite de detección de micro contaminantes Sensibilidad temporal baja
Sin integración temporal Dificultad de cuantificación
Posible contaminación de muestras Dificultad de estandarización
Costo elevado Sin valides para estudios de flujo
Dificultad en aguas subterráneas

3. Índices Biológicos
Ventajas Desventajas

4. Índices Biológicos de Calidad de Agua
Las características de la biota existente en el
sitio de estudio es considerada como buen
indicador de calidad de agua de un recurso
hídrico.

5. El indicador biológico ideal:
Las características de un grupo indicador
ideal son:
• Fácil identificación taxonómica
• Amplia distribución
• Facilidad de muestreo
• Buena información acerca de este grupo
• Abundante
• Que sea sedentario
• Larga vida y gran tamaño
• Cultivable en el laboratorio
• Que sea poco variable genéticamente.
• Uso en la comunidad sea poco variable.

6. Según esto, no existe en la naturaleza un grupo
indicador que reúna todas las características
necesarias para considerarse ideal, por lo cual, se
debe utilizar al que reúna la mayoría de las
mismas, según el análisis a realizar. En la siguiente
tabla se valora los diferentes grupos según sus
características como bioindicadores:

7. Características. Bacterias Protozoos Algas Macroinvertebrados Micrófitos Peces
Taxonomía 2 1 1 3 3 3
Muestreo 2 2 2 2 3 1
Distribución 3 3 3 2 2 1
Información 1 1 2 2 2 2
Intr. Económico 2 1 1 1 2 2
Bioacumulación 1 1 1 2 2 3
Laboratorio 2 1 2 2 2 1
Genética 1 1 2 2 2 1
Nivel trófico 1 1 1 3 1 2
Sedentariedad 1 1 2 2 3 1
Abundancia 2 2 3 3 1 1
Ciclo de vida 1 1 1 2 2 2
Tamaño 1 1 1 3 3 3
Variabilidad 1 1 2 2 3 1
USO (%) 15 17 25 26 5 6

8. Macroinvertebrados acuáticos como
indicadores de contaminación orgánica.
Esta constituido por formas bentónicas visibles al
ojo humano. Los grupos mas importantes son los
artrópodos y en particular las larvas de insecto.
Debido a su forma de vida sedentaria, los
macroinvertebrados han sido organismos
acuáticos altamente utilizados como
bioindicadores, debido también a su fácil captura
e identificación taxonómica además de su bajo
costo.
Además de esto, tienen un ciclo de vida
prolongado y amplia distribución, además de ser
altamente abundantes.

9. Al evaluar la calidad
de agua con estos
indicadores, se debe
considerar una buena
calidad de agua,
cuando tiene las
características que
permitan que en su
lecho se establezcan
comunidades de
macroinvertebrados
estables y propias del
mismo.
• Restriciones de uso
•Características (profundidad, velocidad,
granulometría de fondo) están altamente
relacionadas con la presencia de
numerosas formas bentónicas.
Sustrato
•A medida q aumenta la altitud y
disminuye la temperatura, el numero de
taxas decrece notablemente.
Altitud
•Uno de los principales problemas a nivel
de Sudamérica es el desconocimiento de
las taxonomías hasta el nivel de especies
y su distribución.
Taxonomía

10. Historia de los macroinvertebrados:
• Sus estudios iniciales se remontan al
siglo XX en Alemania e Inglaterra y mas
recientemente a España con los
estudios de Margalef.
Europa
• Tuvo origen en Brasil, pero ahora se
utiliza de manera general en todos los
países de la región, siendo el índice
biótico mas utilizado el BMWP
desarrollado en Gran Bretaña.
Sudamérica

11. Definición de índice de calidad del agua
Se define como índice de calidad del agua a la
expresión matemática que se calcula considerando
tres aspectos:
• Las concentraciones, especies y tipos de
sustancias orgánicas e inorgánicas presentes
en el agua.
Aspectos
fisicoquímicos
• La composición y estado de la biota
acuática.
Aspectos
biológicos
• Los cambios temporales y espaciales que son
debidos a los factores intrínsecos y externos
al sistema acuático de estudio.
Aspectos no
acuáticos

12. • El índice ICA propuesto por la National Sciense Foundation de los
Estados Unidos ha sido utilizado por diferentes entidades en la
evaluación de la calidad del agua del río Medellín.
• Es necesaria una combinación de los diferentes parámetros pero
que resulta indispensable la inclusión en el índice de variables
biológicas. En la selección de estos índices se requiere la
integración de todos los parámetros que pueden definir el
recurso hídrico como ecosistemas.
• La medida de la calidad biológica del agua cuenta con una larga
trayectoria y hoy en día existen métodos como las técnicas
bioquímicas hasta el estudio de ecosistemas enteros.
• La mayoría de los métodos necesitan de un trabajo intenso de
campo por lo que existe también una línea de trabajo que
pretende simplificar de la forma más precisa posible los índices,
de manera que sea fácil su determinación, en lo que se llama
índices de evaluación rápidos de la calidad del agua

13. Empleo de índices de calidad del agua
• La consideración en la evaluación de la calidad del agua de
elementos del sistema que no sean acuáticos, por ejemplo
bosques, aves, o la geomorfología de la cuenca ha sido también
un tema de investigación recurrente en la literatura científica
• A la inclusión de aspectos no acuáticos en la determinación de un
índice de calidad del agua se le conoce como Gestión Integral de
Aguas
Cuando un investigador se ve ante la disyuntiva de evaluar la
calidad del agua de un recurso hídrico tiene dos opciones :
• Utilizar un índice de calidad del agua elaborado por algún autor o
agencia ambiental
• Desarrollar su propio índice

14. Utilización de un índice ya desarrollado
• Debe ser un índice que ahorre
tiempo y esfuerzo técnico.
• Es recomendable que el índice
permita hacer comparaciones
con resultados obtenidos en
otras regiones.
• No siempre se pueden medir los
parámetros incluidas en la
expresión para el índice.
• Pierde validez en el tiempo

15. Concepto de función de calidad del agua
Se necesita o se requiere asociar la concentración de determinado
parámetro o variable con la calidad del agua o un determinado uso
benéfico, es decir, se requiere indexar la variable lo cual equivale a
asignar valores de calidad entre cero (0) y uno (1) a diferentes
concentraciones de las variables.

16. Construcción de índices de calidad del
agua (IQA)
• Definir el (los) objetivo(s) para el cual se va a utilizar el IQA.
• Casos en los cuales se puede utilizar un IQA en un estudio
de calidad de agua:
Primer paso
Un IQA puede emplearse
para establecer objetivos
de calidad de lagua.
Los IQA pueden ser
utilizados como
herramientas de gestión.
La evaluación continua de
un IQA puede mostrar la
tendencia en el tiempo del
estado de contaminación
de un recurso hídrico.

17. Segundo paso
• Seleccionar los parámetros por incluir en el IQA.
• Se recomienda que los parámetros que se elijan sean
representativos de los aspectos (fisicoquímicos, biológicos o no
acuáticos) que se desea valorar.
• Si se considera que el contenido de materia orgánica debe incluirse
en el IQA, se emplean parámetros como la DBO5, DQO, los sólidos
volátiles o el carbono orgánico total.
• La profundidad al disco Secchi, la turbiedad, el color y los sólidos
suspendidos son parámetros ideales para incluir la influencia del
aspecto estético del agua en el IQA.

18. Tercer paso
• Formular la expresión matemática para calcular el IQA.
• Para construir la ecuación se procede de la siguiente manera:
Se establece el
rango de
variación del IQA
Los IQA varían en
rangos
0 y1
0 y 10
0 y 100
Se agrupan los
parámetros o
variables
Términos carga
orgánica: (DBO5*DQO)
Término efecto
recuperador: (OD)
Término contaminación
fecal: (CF)
Términos aspectos
estéticos: (SS*tur*color)
Asignación de un
peso a cada
término
a, b, c y d son los
factores de ponderación
(importancia)
La suma de estos debe
ser igual al máximo
valor del rango en el
cual está variando el
IQA

19. Los macroinvertebrados acuáticos y su uso
como bioindicadores de la calidad del
agua
La evaluación de la calidad del agua se ha realizado
tradicionalmente basada en los análisis fisicoquímicos y
bacteriológicos. Sin embargo, en los últimos años muchos
países han aceptado la inclusión de las comunidades acuáticas
como un hecho fundamental para evaluar la calidad de los
ecosistemas acuáticos
Un ecosistema acuático es un sistema funcional en el cual hay
un intercambio cíclico de materia y energía entre los
organismos vivos y el ambiente abiótico. La biología y la
química están, por lo tanto, estrechamente relacionadas y en
la evaluación de las aguas naturales y contaminadas, juegan
papeles complementarios.

20. Bases de la bioindicación
• En los últimos años el concepto de calidad de las aguas ha ido
cambiando rápidamente de un enfoque puramente fisicoquímico a
otro que integre todos los componentes del ecosistema.
• Recientemente el Parlamento Europeo mediante la Directiva Marco
COM-97 ha aceptado el término “estado ecológico” como una
medidade la calidad de las aguas.
• Para el desarrollo de este concepto se propone la Cuenca
Hidrográfica como unidad de estudio.
• Esta variable deberá ir acompañada de las mediciones fisicoquímicas
correspondientes, al igual que una descripción del estado en el cual
se encuentran las respectivas riberas.

21. El enfoque de la diversidad
• Se han desarrollado varios índices para medir la calidad del agua.
Uno de los más conocidos es de Shannon-Weaver (1949). Este índice
refleja igualdad: mientras más uniforme es la distribución entre las
especies que componen la comunidad, mayor es el valor.
• Índice de Shannon:
H´= - ∑pi log10 pi
Donde:
• H’= índice de diversidad
• i = 1 ni = número de individuos por especie
• n = número total de individuos
• log10 = logaritmo natural de base 10
• Diversidad verdadera:
Exp (H´)

22. El método BMWP
• El Biological Monitoring Working Party (BMWP) fue establecido en Inglaterra
en 1970, como un método simple y rápido para evaluar la calidad del agua
usando los macroinvertebrados como bioindicadores. Las razones para ello
fueron básicamente económicas y del tiempo que se requiere invertir. El
método solo requiere llegar hasta nivel de familia y los datos son cualitativos
(presencia / ausencia). El puntaje va de 1 a 10 de acuerdo con la tolerancia
de los diferentes grupos a la contaminación orgánica. Las familias más
sensibles como Perildae y Oligoneuridae, reciben un puntaje de 10; en
cambio las más tolerantes a la contaminación, por ej: Tubificidae recibe una
puntuación de 1
• La suma de los puntajes de todas las familias da el puntaje total BMWP. El
puntaje promedio por taxón conocido como ASPT (Average Score per Taxon)
esto es, el puntaje total BMWP dividido por el número de los taxa es un
índice particularmente valioso para la evaluación del sitio.
• Los valores ASPT van de 0 a 10; un valor bajo de ASPT asociado a un puntaje
bajo de BMWP indicará condiciones graves de contaminación

23. FAMILIAS Puntajes
Perlidae, Oligoneuridae, Helicopsychidae,
Calamoceratidae,
Ptilodactylidae,Lampiridae,
Odontoceridae, Blepharoceridae
Psephenidae, Hidridae, Chordodidae,
Lymnessiidae “hidracáridos”,
Polythoridae, Gomphidae
10
Leptophlebiidae, Euthyplociidae,
Leptoceridae,
Xiphocentronidae, Dytiscidae,
Polycentropodidae,
Hydrobiosidae,Gyrinidae
9
Veliidae, Gerridae, Philopotamidae,
Simulidae, Pleidae,
Trichodactylidae, Saldidae, Lestidae,
Pseudothelpusidae,
Hebridae, Hydrobiidae
8

24. FAMILIAS Puntajes
Baetidae, Calopterygidae, Glossossomatidae,
Corixidae,
Notonectidae, Leptohyphidae, Dixidae,
Hyalellidae,
Naucoridae, Scirtidae, Dryopidae, Psychodidae,
Coenagrionidae, Planariidae, Hydroptilidae,
Caenidae
7
Ancylidae, Lutrochidae, Aeshnidae, Libellulidae,
Elmidae, Staphylinidae, Limnychidae, Neritidae,
Pilidae, Megapodagrionidae, Corydalidae
6
Hydropsychidae, Gelastocoridae,
Belostomatidae, Nepidae
Pleuroceridae,Tabanidae, Thiaridae, Pyralidae,
Planorbidae
5
Chrysomelidae, Mesovelidae, Stratiomidae
Empididae, Dolicopodidae, Sphaeridae,
Lymnaeidae
4

25. • Basados en el conocimiento que actualmente se tiene en Colombia de los
diferentes grupos de macro invertebrados hasta el nivel de Familia, se
propone utilizar el método BMWP/Col como una primera aproximación
para evaluar los ecosistemas acuáticos de montaña.
• Se hace énfasis en este punto, pues es en esta región donde se ha
trabajado más intensamente y por lo tanto, la información se considera
confiable
• La tabla se muestra las cinco clases de calidad del agua resultantes de
sumar la puntuación obtenida por las familias encontradas en un
ecosistema determinado.
• El total de los puntos se designan como valores BMWP/Col. De acuerdo
con el puntaje obtenido en cada situación, se califican las distintas clases
de agua, asignándoles a cada una de ellas un color determinado.
• Este color es el que se usa luego para marcar los ríos y corrientes en el
mapa de la región estudiada.

26. Mapas de calidad de agua
• La tabla siguiente muestra las cinco clases de calidad del agua
resultantes de sumar la puntuación obtenida por las familias
encontradas en un ecosistema determinado. El total de los puntos se
designan como valores BMWP/Col. De acuerdo con el puntaje
obtenido en cada situación, se califican las distintas clases de agua,
asignándoles a cada una de ellas un color determinado. Este color es
el que se usa luego para marcar los ríos y corrientes en el mapa de la
región estudiada.

27. Clase Calidad BMWP/Col Significado Color
I Buena  150
 101-120
Aguas muy
limpias a guas
no
contaminadas
o poco
alteradas
Azul
II Aceptable 61-100 Aguas
ligeramente
contaminadas
Verde
III Dudosa 36-60 Aguas
modera/conta
minadas
Amarillo
IV Crítica 16-35 Aguas muy
contaminadas
Naranja
V Muy crítica < 15 Aguas
fuertemente
contaminadas
Rojo

28. Monitoreo de la calidad del
agua

29. • La toma de muestras de agua y los aforos constituyen uno de los aspectos
fundamentales de todo análisis de calidad del agua
• Los resultados de un programa de muestreo o monitoreo sirven para
actividades tales como:
• Los muestreos son la base para el diseño y operación de las plantas de
tratamiento de agua potable y residuales
• El montaje (datos de entrada) de los modelos matemáticos que simulan el
comportamiento de las corrientes y sistemas de distribución de agua
• Para elaborar diagnósticos, programas de control y evaluar las medidas de
mitigación en proyectos de recuperación y mantenimiento de recursos
hídricos
• Programas de muestreo mal elaborados producen resultados incoherentes
que llevan a diseños errados o toma de decisiones equivocadas. Los aspectos
básicos que debe cumplir un programa de muestreo son:
• Asegurar que la muestra de agua sea representativa del agua residual o la
corriente que se desea monitorear
• Utilizar las técnicas de muestreo recomendadas por la literatura especializada
en la materia
• Preservar las muestras, si es que se requiere, antes de ser analizadas en el
laboratorio
• Analizar correctamente los resultados obtenidos

30. • Los programas de muestreo no se pueden generalizar.
• Para diseñarlos, es necesario tener claro el objetivo del monitoreo
• Antes de diseñar o realizar un programa de muestreo se debe consultar
la regulación aplicable al respecto
• Aspectos generales sobre muestreo
Representatividad de la muestra:
• Las corrientes y descargas de aguas residuales varían en su composición
cuantitativa y cualitativa en el tiempo y pueden no estar uniformemente
mezcladas en el sitio donde se toma la muestra
• Localizar un sitio donde se presente una mezcla completa y la muestra
sea representativa del agua que se requiera analizar puede ser
dispendioso, en muchas ocasiones no se encuentran sitios adecuados, y
dependerá de la habilidad del investigador, la determinación de un sitio
apropiado para el muestreo

31. Representatividad de la muestra:
• El análisis de la variación de la composición de una muestra de agua
es fundamental y sólo el conocimiento de las actividades cotidianas
permitirá dar claridad sobre el comportamiento de la calidad del
agua
• De los cambios y la variabilidad de la calidad del agua dependerá el
tipo de muestra a tomar: instantánea, compuesta o integrada

32. Técnicas de muestreo apropiadas
• Una técnica de muestreo apropiada no implica sofisticación
• El empleo de equipos complejos sólo mejora un bajo porcentaje la
precisión de los resultados
• El conocimiento de los equipos de muestreo disponibles y la
manipulación de estos, la forma de tomar las muestras,
complementado con un sitio apropiado de muestreo asegurarán el
éxito de un programa de muestreo

33. Preservación de las muestras
• Cuando transcurre mucho tiempo entre la toma de la muestra y el
análisis en el laboratorio, pueden ocurrir reacciones químicas, físicas
o biológicas que alteran los resultados o valores de ciertos
parámetros, por ejemplo, la DBO y los coliformes
• Para evitar que estas reacciones se presenten se deben preservar las
muestras
• Las muestras se pueden preservar refrigerando los recipientes en
neveras portátiles o con hielo, añadiendo soluciones ácidas
• La forma o procedimiento para preservar las muestras depende de
varios factores, entre ellos, el tipo de parámetro por analizar, el
tiempo entre la toma de la muestra y el análisis en el laboratorio, las
características del agua entre otros.

34. Análisis de datos
• El análisis de los resultados de un programa de muestreo es parte
fundamental de las decisiones que se tomen
• Existen dos tipos de análisis de datos:
• El chequeo de incongruencias en el reporte del laboratorio
• Análisis estadístico de los resultados
• Para chequear que no existan incongruencias en los reportes de
laboratorio, se deben verificar que los valores reportados
correspondan a situaciones que estén de acuerdo con la muestra
analizada
• Por ejemplo, un pH bajo cuando el desecho se sabe que es alcalino,
una DBO mayor que una DQO, un OD muy por encima del oxígeno de
saturación

35. Tipos de muestras
• Los tipos más comunes son: instantáneas, compuestas e integradas
• Muestra instantánea
• Representa las condiciones de una corriente o de un agua residual en
el momento en que esta se recolecta. Se recomienda tomar esta
muestra cuando:
• Las descargas de aguas residuales son intermitentes
• Las características del agua son constantes
• Existen variaciones extremas en la composición del agua por
mustrear
• Parámetros especiales

36. Muestra compuesta
• Cuando la composición del agua por muestrear presenta cierta
variabilidad, se aconseja tomar muestras compuestas o alícuotas
• Una muestra compuesta consta de muestras pequeñas individuales,
que se toman ya sea proporcionales al tiempo o al flujo, se mezclan
para formar una muestra total, que es la que se somete al análisis en
el laboratorio
• Muestra compuesta según el flujo
• Tomando muestras de igual volumen, pero a intervalos de tiempo
que son inversamente proporcionales al caudal de la corriente, es
decir, que a mayor caudal de la corriente, menores los intervalos de
tiempo de muestreo y viceversa

37. Muestra compuesta según el tiempo
• Se toman las muestras a intervalos de tiempo constantes, pero el
volumen de la muestra es proporcional al caudal de la corriente
• En ambos casos la cantidad de muestra por tomar depende del
número y tipo de análisis que se van a realizar; el volumen mínimo es
de 2 litros y las muestras individuales deben ser aproximadamente
de 200 ml; si son tomadas con intervalos de una hora
• Cuando los intervalos son muy pequeños de tres a cinco minutos, la
cantidad mínima debe ser mayor o igual a 25 ml. El intervalo
dependerá de la variabilidad de la calidad del agua con respecto al
tiempo
Muestra compuesta
• En la caracterización de desechos industriales es común tomar
muestras compuestas durante 24 horas para conocer la descarga
diaria

38. Muestra integrada
• Es aquella que se forma por la mezcla de muestras puntuales
tomadas de diferentes puntos simultáneamente, o lo más cerca
posible.
• Un ejemplo de este tipo de muestras ocurre en un río o corriente en
el que su composición varía de acuerdo con el ancho y la profundidad
• Clases de muestreo
• Muestreo manual y automático

39. Muestreo manual
• El muestreo manual es recomendable cuando se tienen sitios de
difícil acceso
• El muestreo manual tiene como ventaja el permitir a la persona que
recolecta la muestra tomar nota de cualquier característica especial
de la muestra o corregir inmediatamente fallas que se puedan
presentar
• Es así como en un muestreo manual se facilita la apreciación de
sustancias flotantes, cambios de color y olores, etc.

40. Muestreo automático
• Cuando se toman muestras compuestas que requieren varias horas
para su formación, o se tienen puntos de muestreo con un acceso
muy difícil, un muestreo automático es aconsejable
• El uso de muestreadores automáticos tiene como ventaja el ahorro
de mano de obra, son más precisos, aunque requieren de revisiones
continuas para prevenir atascamientos y otras fallas
• Actualmente, los muestreadores automáticos están asociados a
estaciones de telemetría. Este tipo de estaciones están dotados de
sensores debidamente calibrados que son capaces de detectar
cuándo un parámetro sobrepasa cierto límite. En ese momento una
alarma se dispara y el muestreador automáticamente toma la
muestra

41. Frecuencia de muestreo
• La frecuencia en la realización de un muestreo (diario, mensual,
semestral, etc.) es función del objetivo, la precisión deseada y los
costos
• El muestreo depende de la variabilidad (varianza) del parámetro por
muestrear
• Por ejemplo, hay muestreos diarios para el control de los procesos en
una planta de tratamiento de agua potable o residual (cloro residual,
turbiedad, sólidos suspendidos, etc)
• Hay muestreos en épocas de caudales altos o bajos, etc

42. Frecuencia de muestreo
• Los muestreos de calidad del agua no son al azar sino que son
muestreos sistemáticos
• Los muestreos sistemáticos se programan facilitando la recolección
de la muestra y tomando en cuenta el objetivo del muestreo
• En los estudios de impacto ambiental se programa el monitoreo de
seguimiento a una determinada etapa del proyecto
• Si la frecuencia establecida es mensual, lo más común que se hace es
empezar cualquier día seleccionado al azar, tomando las muestras el
mismo día cada mes

43. Frecuencias sugeridas para la
recolección de muestras compuestas
Parámetro Alta variabilidad (horas) Baja variabilidad (horas)
DBO 1-4 1-12
DQO 2 8
SS 8 24
Alcalinidad - Acidez 1 8
N-P 24 24
Metales pesados 4 24
pH continua 4

44. Frecuencia de muestreo
• Ajustes a las frecuencias de muestreo pueden ser hechos después de
conocer las variaciones diarias, semanales y mensuales del agua por
muestrear y, por consiguiente, de las corrientes recpetoras
• Identificación de las muestras
• Toda muestra que se tome debe ser identificada inmediatamente,
mínimo, con los siguientes datos:
• Localización donde se efectúe el muestreo
• Sitio exacto de recolección de la muestra
• Origen de la muestra (agua residual industrial, alcantarillado, etc)
• Fecha y hora
• Tipo de muestra (simple, compuesta, integrada)
• Datos medidos en el sitio (pH, conductividad, OD)
• Observaciones (apariencia, olor, color, etc)
• Nombre de la persona que toma la muestra

45. Muestra de etiquetas para identificar
muestras de agua
Sitio de muestreo:
Número de la muestra:
Fecha: Hora:
Responsable
Observaciones

46. Etiquetas para identificar muestras de agua
• No se recomienda utilizar “stickers” pegados sobre los recipientes
debido a que son difíciles de desprender y se pueden presentar
confusiones
• Lo más común es colocar las etiquetas en el cuello de los recipientes
para después removerlas fácilmente

47. Manejo de las muestras
• Las muestras deben tomarse en sitios bien mezclados
• Las muestras deben tomarse en la mitad del río, canal o
alcantarillado, o en el sitio donde se considere que hay poca
sedimentación de sólidos y alta velocidad
• El volumen de la muestra que se tome debe ser suficiente para
realizar todos los análisis programados más una cantidad adicional
para repetir análisis dudosos o adicionales
• Cuando se tienen varias porciones de muestra que deben ser
mezclados al final de una jornada, es aconsejable mezclar todas las
porciones de muestra, agitar, obtener la muestra integrada y luego
tomar la cantidad a ser llevada al laboratorio para el análisis posterior

48. Manejo de las muestras
• El almacenamiento de las muestras debe garantizar que no se va a
producir ninguna alteración en la calidad del agua. La refrigeración es
la práctica más aconsejable
• Los recipientes en los cuales se toman las muestras deben estar
limpiosm

49. Preservación de las muestras
• El objetivo primordial de preservar una muestra es evitar que se
presenten cambios físicoquímicos o biológicos antes de que se
realicen los análisis
• Los cambios que pueden ocurrir son:
• No permitir que entre aire a la muestra
• La temperatura, conductividad y pH deben ser determinados en el
sitio

50. Equipos de muestreo
Muestreadores manuales:
• Botellas plásticas de 1-2 litros con boca ancha (5cm)
• Baldes provistos de una soga. Este arreglo se aconseja cuando el sitio
es de difícil acceso
• Cucharas o cucharones que tengan mango largo
• Recipientes con su respectivo lastre. Ejemplo Equipo Winkler
• Bombas manuales

51. Equipos de muestreo
• Muestreadores automáticos:
• Tienen como finalidad la obtención de muestras compuestas
• Son muy variados y se pueden obtener para propósitos específicos
• Es preferible tener equipos resistentes a la corrosión
• Muestreador no proporcional:
• Se utiliza cuando no se presentan muchas variaciones en el flujo del agua

52. Equipos de muestreo
• Muestreador para aguas residuales:
• Existen en el comercio una gran variedad de muestreadores para
recoger muestras de aguas residuales
• Los equipos de muestreo se deben seleccionar de acuerdo con el
objetivo del muestreo que se realice
a) Equipo para tomar muestras integradas y compuestas:
Permiten tomar muestras de aguas residuales de forma continua y
proporcional al caudal o al tiempo y vienen fijos o portátiles. Las
características de su uso e instalación dependen de las especificaciones
de los fabricantes

53. Características
• Ideal para aguas residuales industriales, en plantas de tratamiento de
aguas residuales o en el ambiente en general
• Simple de operar, no requiere ningún tipo de progrmación
• Liviano y fácil de cargar
• Resistente a las condiciones adversas del ambiente
• La bomba peristáltica incorporada evita que se contamine la muestra
• Funciona con pilas o puede conectar a corriente
• Tiene la opción de refrigerar la muestra
• Tanto los equipos portátiles como los fijos vienen fabricados en
diferentes tamaños y en diversos materiales
Equipo para tomar muestras integradas y
compuestas:

54. b) Equipo para tomar varias muestras a la vez
• Permite tomar hasta ocho muestras de un litro
• Se puede usar para tomar muestras de aguas residuales o para tomar
muestras en lagos, embalses o ríos
• Se debe utilizar cuando se van a analizar parámetros para los cuales
no se permite que se mezclen las muestras
• Es necesario consultar las características propias del equipo en los
catálogos que proveen los fabricantes

55. Sensores
• Actualmente se está empleando en ríos y embalses el monitoreo de
parámetros de calidad del agua
• Las casas comerciales ofrecen sensores que permiten medir en el
sitio, en tiempo real, parámetros como oxígeno disuelto,
conductividad, pH y temperatura
• Estos equipos permiten medir el nivel del agua
• Los equipos de este tipo los utilizan básicamente las autoridades
ambientales para controlar la calidad del agua en los recursos
hídricos
• Los equipos con sensores generalmente se instalan en conjunto o en
los sitios donde hay estaciones de telemetría. Con el objeto de que
las lecturas se realicen en el centro de control respectivo

56. Ubicación de las estaciones de muestreo
• No existe ningún método científico ni teórico para determinar los
sitios donde se deben tomar las muestras
• Pero éstas deben ser representativas del agua que se va a recolectar
• Debe ser de fácil acceso, económica y debe ser afín a los objetivos
del estudio

57. Toma de muestras en alcantarillados
• Lo más práctico es ubicar las estaciones en las cámaras o manholes o
en los aliviaderos
• Toma de muestras en corrientes o canales
• Las estaciones de muestreo deberán localizarse preferiblemente
donde existan estaciones limnigráficas
• Si se va a caracterizar una descarga, deben realizarse muestreos
antes y después del punto de vertimiento
• Para el muestreo aguas debajo de la descarga, la muestra se toma
después de la longitud de mezcla
• Si la corriente es muy ancha, puede existir gran variabilidad, lo cual
hace necesario tomar varias muestras en la sección transversal o
tomar una muestra integrada

58. Toma de muestras en corrientes o canales
• El muestreo desde las riberas del río no es recomendable a no ser
que no haya otra alternativa
• Las muestras se deben tomar en tramos rectos preferiblemente
puentes
• Debe haber al menos una estación de muestreo localizada en las
siguientes zonas:
• Zona de descomposición activa
• Punto de mínimo oxígeno disuelto
• Cambios bruscos en las características hidráulicas o geométricas de la
corriente
• Es aconsejable seguir los mismos criterios que se emplean en
hidrología para medir la velocidad del agua

59. Toma de muestras en lagos o embalses
• Zona de captación
• Zona de recreación
• Según del objetivo
• Muestreo rutinario
• Tomas de profundidad a 30 o 50 cm de la superficie y a 30 a 50 cm
por encima del nivel del fondo
• Se utiliza la botella de Kemmerer o el muestreador Winkler

60. Diseño de programas de muestreo de calidad
del agua
• Plaeamiento y diseño
• Objetivos
• Recolección de los datos provee información limitada (muestra)
• Se deberá considerar la media y desviación estándar
• La muestra debe ser eficiente
• El diseño del programa de muestreo estimula el logro del objetivo
propuesto

61. ABLANDAMIENTO
Dureza
Caracteriza un agua que no hace buena espuma, sino que forma una nata en la
tina de baño y deja depósitos duros, blancos, como corteza (costras o
incrustaciones) en cafeteras, teteras y calentadores de agua.
La dureza se define como la suma de cationes polivalentes (en unidades
consistentes). Miligramos por litro (mg.L-1)
Muchas personas rechazan el agua que contiene más de 150 mg.L-1 como CaCO3.
Una meta frecuente en el tratamiento del agua es suministrarla con una dureza
entre 60 y 120 mg.L-1 como CaCO3
Aunque todos los cationes polivalentes contribuyen a la dureza, los principales son
los de calcio y magnesio

63. • Cuando el agua de lluvia entra en el mantillo, la respiración de los
microorganismos aumenta su contenido de CO2, reacciona con el agua y
forma H2CO3. La caliza, formada por CaCO3 y MgCO3, reacciona con el
ácido carbónico y forma bicarbonato de calcio y bicarbonato de
magnesio; los bicarbonatos son bastante solubles. También se pueden
disolver el yeso y el sulfato de magnesio o epsomita, aspecto que
contribuye a la dureza.

64. • El calcio y el magnesio son los elementos que predominan por lo tanto la
Dureza Total DT es la suma de estos elementos:
• DT=Ca2+ + Mg2+
• La dureza total se subdivide en dos partes:
1. La asociada con el anión HCO3- llamada dureza de carbonato DC
2. La asociada con otros aniones llamada dureza no de carbonato DNC
• Entonces la dureza total se puede definir como: DT= DC+DNC
• La dureza de carbonato se define como la cantidad de dureza total, o a la
alcalinidad total, la que sea menor. Esta dureza se puede eliminar
calentando el agua, por lo que se le llama también dureza temporal
• La dureza no de carbonato se define como la dureza total en exceso de
alcalinidad. A la dureza no de carbonatos se le llama dureza
permanente, ya que no se elimina al calentar el agua.

65. Ablandamiento con cal-carbonato
• El objetivo es precipitar el calcio como CaCO3 y el magnesio como
Mg(OH)2. Precipitar el calcio requiere elevar el pH del agua más o
menos hasta 10.3. En el caso del magnesio debe elevarse
aproximadamente a 11.
• Química del ablandamiento
• Se aumenta la concentración de CO3 2- o de OH- o de ambos agregando
reactivos para lograr la precipitación del carbonato
• El reactivo que más se utiliza es la cal viva (CaO)
• La cal viva se convierte en cal hidratada en la planta de tratamiento
mezclándola con agua para producir una lechada Ca(OH)2 que se
alimenta al agua que se va a suavizar. A este proceso se le llama
apagado
• Cuando se deban suministrar iones carbonato la sustancia química que
se escoge con más frecuencia es el carbonato de sodio Na2CO3. Al
carbonato de sodio se le llama soda o cenizas de soda

66. Reacciones de ablandamiento
• Estas reacciones se regulan controlando el pH:
1. Se neutralizan todos los ácidos libres
2. Se eleva el pH para precipitar el CaCO3; si es necesario se eleva
para eliminar el Mg(OH)2
3. Se agrega CO3 2- para precipitar la dureza no de carbonato
• Limitaciones del proceso y consideraciones empíricas
• El ablandamiento con cal- carbonato no puede producir un agua
totalmente libre de dureza
• La dureza de calcio mínima que se puede alcanzar es de 30 mg.L-1
como CaCO3
• La dureza de magnesio mínima que se puede alcanzar es de 10 mg.L-
1 como CaCO3
• Normalmente se trata de obtener de 75 a 120 mg.L-1 como CaCO3

67. • Con el fin de lograr una eliminación razonable de la dureza en un lapso
práctico, suele agregarse un exceso de Ca(OH)2 respecto de la cantidad
• Debido al costo de la eliminación del magnesio, es usual eliminar todo el
magnesio mayor a 40 mg.L-1 CaCO3
• Agregar excesos de cal en cantidades mayores a 40 mg.L-1 CaCO3 no
mejora en forma apreciable la cinética de reacción
• Ablandamiento por intercambio iónico
• El intercambio iónico se puede definir como el intercambio reversible de
un ion en una fase sólida y unión de carga igual en fase acuosa
• Se usa más en los sistemas domésticos
• Por medio de este método se elimina el calcio del agua y este es
sustituido por una cantidad equivalente de sodio; esto es, dos iones de
sodio por cada ion calcio, En esta reacción la alcalinidad no se altera, ya
que no hay reacción o intercambio de aniones. El intercambio causa el
100% de eliminación de la dureza del agua.

68. • El material de intercambio iónico puede ser de minerales naturales,
llamadas zeolitas, o resinas sintéticas
• Las resinas sintéticas tienen una capacidad de intercambio mucho mayor
y requieren menos sal para regenerarse.
• Ya que la resina elimina el 100% de la dureza, es necesario desviar una
parte del agua para mezclarla después y obtener la dureza final deseada.

69. Desinfección
La desinfección se usa para matar los patógenos
No es lo mismo desinfección que esterilización
Hay cuatro categorías de patógenos entéricos humanos: bacterias,
virus, protozoarios y quistes de amiba.
Una desinfección eficaz permite destruir los cuatro
Cryptosporidium es muy resistente a los desinfectantes tradicionales
En 1993, la presencia de oocistos de Cryptosporidium parvum en el
agua tratada causaron enfermedad intestinal en 400 000 personas de
Milwaukee. Mas de 4 000 fueron hospitalizados y al menos 50 muertes
se atribuyeron a esta enfermedad.
Para proteger al público, la EPA ha establecido metas de máxima
concentración de contaminantes (MMCC) para virus, bacterias y
protozoarios. Estos reglamentos incluyen requisitos para las técnicas de
tratamiento con filtro y sin filtro
De acuerdo a la Interim Enhanced Surface Water Treatment Rule, los
suministros de agua bajo la influencia de aguas superficiales que den
servicio a más de 100 000 personas deben tener un MMCC igual a cero

70. Propiedades de los desinfectantes
• Destruir las diversas clases y cantidades de patógenos
• Efectivos en composiciones, concentraciones y condiciones variables
• No deben ser tóxicos para los humanos ni los animales domésticos
• Dosificables a un costo razonable, seguros y fáciles de almacenar,
transportar, manejar y aplicar
• Potencia o concentración en el agua debe determinarse con facilidad
• Persistir en el agua desinfectada
• No debe formar subproductos tóxicos

71. Cinética de la desinfección
• En condiciones ideales, la rapidez de muertes de determinado
microorganismo se puede describir con la ley de Chick, que indica
que la cantidad de organismos destruidos con respecto al tiempo es
proporcional a la cantidad de organismos.
• Desinfectantes y productos de la desinfección
• Los productos de la desinfección (PD) se forman cuando los
desinfectantes empleados en las plantas de tratamiento de agua
reaccionan con bromuros o con material orgánico natural presente
en el abastecimiento de agua.
• Diversos desinfectantes producen diferentes clases o cantidades de
subproductos
• Los subproductos para los cuales la EPA ha establecido reglamentos
son: trihalometanos (THM), ácidos haloacéticos (AHA), bromatos y
cloritos.

73. • Trihalometanos (THM): Grupo de cuatro sustancias que se forman
cuando los desinfectantes a base de cloro reaccionan con la materia
orgánica natural en el agua
• Ácidos haloacéticos (AHA): Grupo de sustancias que se forman cuando
ciertos desinfectantes reaccionan con materia inorgánica y orgánica
natural en el agua.
• Desde 1974 fecha en la que se descubrieron los subproductos de los
desinfectantes se han hecho muchos estudios toxicológicos y
epimediológicos
• Estos estudios han demostrado que diversos subproductos son
cancerígenos o que causan perturbaciones en la reproducción o el
desarrollo de animales de laboratorio

74. Reacciones del cloro en el agua
• En los Estados Unidos el cloro ha sido el desinfectante de uso más
común
• El cloro es efectivo y práctico si se lo utiliza de forma adecuada
• Ventajas: Es duradero, mata a los patógenos, controla cienos y algas
además de malos sabores, olores y oxida al hierro, manganeso y
sulfuro de hidrógeno
• Desventajas del cloro
• Formación de subproductos clorados
• Falta de eficacia para Cryptosporidium

75. Factores de los cuales depende la efectividad
del cloro
• Dosis
• Tiempo de contacto
• Turbiedad
• Otras especies reactivas
• pH (eficacia a pH menores de 7,5)
• Temperatura del agua
• El cloro se puede agregar en forma de gas (Cl2)
• Hipoclorito de sodio (NaClO)
• Hipoclorito de calcio (Ca(ClO)2)
• En el agua el cloro gaseoso se hidroliza muy rápidamente y forma
HClO y ácido clorhídrico (HCl). Esta reacción depende del pH

77. Dióxido de cloro
• Otro oxidante muy energético es el dióxido de cloro (ClO2)) que debe
generarse en el lugar combinando cloro y clorito de sodio
• Se emplea con frecuencia como desinfectante principal e inactiva
bacterias y quistes de éstas
• Luego se coloca cloramina como un residuo en el sistema de
distribución
• Ventajas
• No reacciona con la materia orgánica formando THM

78. Desventajas
• Formación potencial de cloritos y cloratos, que son cancerígenos
potenciales
Ozonación
• Gas inestable de olor dulce
• Combina tres átomos que forman la molécula O3
• Se genera en el lugar
• Se produce a partir del aire o del oxígeno
• El aire que sale del equipo de generación puede contener 13% de
ozono en el oxíegno
• Se usa mucho en Europa y en los Estados Unidos está cobrando
importancia
• Es un oxidante poderoso, incluso más poderoso que el ácido
hipocloroso

79. Ventajas
• No forma THM
Desventajas
• Forma compuestos de bajo peso molecular que pueden reaccionar
con los desinfectantes que contienen cloro y producir aldehídos y
cetonas clorados
• El crecimiento de bacterias puede tornarse problemático en los
sistemas de distribución
• No persisten en el agua

80. Radiación ultravioleta
• Desactiva a los patógenos
• Se aplica sumergiendo lámparas UV en el agua que va a tratarse
• La luz UV debe pasar por el agua y llegar a los organismos deseados
• Las lámparas deben estar libres de cieno y pecipitados y el agua no
debe tener turbiedad
• Funciona muy bien contra bacterias y virus
• Desventajas
• No deja protección residual
• Es muy cara

81. OTROS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE
AGUA POTABLE
• Procesos de Membrana: Se clasifican en ósmosis inversa OI,
nanofiltración NF, microfiltración MF y ultrafiltración UF
• La ósmosis inversa puede eliminar sustancias iónicas de 1 a 15 °A .
Esto se hace aplicando una presión mayor que la presión osmótica de
solución
• La NF es parecido a la ósmosis inversa, se permite el paso de iones
monovalentes a través de la membrana reteniendo partículas de
unos 15 a 200 °A la ósmosis inversa y 200 a 1 000 °A las NF

82. Procesos avanzados de oxidación
• Tienen por objeto producir radicales hidroxilo (OH), capaces de
descomponer muchos compuestos orgánicos
• Se usan procesos combinados con ozono y peróxido de hidrógeno
• Estos tratamientos se aplican para oxidar sustancias que no pueden
eliminarse con otros métodos
• Adsorción con carbón
• Se usa el mismo principio de la filtración, el elemento más utilizado
es el carbón activado sea granular (CAG) o en polvo (CAP)
• Se utiliza para eliminar compuestos que causan sabores y olores
desagradables así como algunos compuestos sintéticos
• La desventaja es la poca durabilidad de 90 a 120 días
• La regeneración se da a unos 900 °C
• Es costosa

83. Aireación
• Se usa para oxidar el hierro y eliminar sustancias orgánicas volátiles

85. TRATAMIENTO DEL AGUA
En Estados Unidos los sistemas públicos de agua potable
suministran líquido a:
90% de la población
Hay 170 000 sistemas de agua
55 000 Comunitarios y atienden a 252.5 millones de personas
Sistemas públicos: 25 personas por día durante 60 días
Sistemas no transitorios no comunitarios: a 25 personas
un mínimo de 6 meses al año
Sistemas transitorios no comunitarios: 20 255 sistemas
que abastecen a 6.2 millones de personas.
Entre 1971 y 1996 se presentaron menos de 55 brotes de
enfermedades hídricas. Por el contrario en muchas
naciones en desarrollo el agua limpia es la excepción y no
la regla

86. • El 40% de la raza humana no tiene acceso a agua segura
• Las enfermedades hídricas provocan la muerte de más de 25 000
personas diariamente
• La esquitosomiasis y filariasis, son las principales causas de ceguera en el
mundo afectando a 450 millones de personas en 70 naciones
• En el mundo en desarrollo hay ciudades donde el 60% de los niños que
nacen mueren de gastritis infantil antes de llegar a los cinco años
• La desinfección del agua por adición de cloro disminuyó la cantidad de
casos de tifoidea.
• Desde 1952, la tasa de mortalidad por fiebre tifoidea en Estados Unidos,
ha sido de menos de 1 por 1 000 000 habitantes.
• El agua segura es un derecho fundamental de todas las personas
• El agua que se puede consumir sin preocuparse por efectos adversos
sobre la salud se llama agua potable

88. • El agua sabrosa, agradable para tomar, no es necesariamente segura.
• El agua debe ser sabrosa y potable al mismo tiempo
• Al crecer las poblaciones también debe aumentar la producción de agua
potable
• La mayor producción requiere usar nuevas fuentes, las cuales contienen
mayores niveles de contaminantes.
• La comunidad científica progresa en forma continua en la identificación
de contaminantes y el descubrimiento de efectos potenciales a largo
plazo

89. • CALIDAD DEL AGUA:
1. Físicas, apariencia
2. Químicas, componentes
3. Microbiológicas
4. Radiológicas, radiactividad
• CARACTERÍSTICAS FÍSICAS: Temperatura de 10-15°C, el agua es más
sabrosa
• CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS: Cloruros, fluoruros, socio, sulfato, nitratos
y más de 120 sustancias orgánicas.
• El hierro y manganeso rara vez es un riesgo para la salud pero producen
mal sabor, olor y color
• Los nitratos pueden producir el síndrome del bebé azul o
metahemoglobinemia

90. • CARACTERÍSTICAS MICROBIOLÓGICAS:
• Ausencia de: virus, bacterias, protozoarios, y helmintos.
• En Estados Unidos el patógeno más peligroso es la Giardia lamblia.
• La determinación bacteriológica más frecuente estima la cantidad de
microorganismos del grupo coliforme (Escherichia coli y
Aerobacter aerogenes)
• El análisis de estos microorganismos se llama análisis de coliformes
totales
• Se seleccionó por las siguientes razones:
1. Índice de contaminación fecal
2. Facilitan su cultivo
3. Sobreviven en períodos largos en agua
4. La prueba es fácil y económica
• Los análisis de cepas específicas de E. coli son los más eficaces, la cepa
0157 es la más peligrosa, produce la toxina verotoxina que causa daños
celulares y diarrea hemorrágica
• Análisis moleculares de patógenos

91. CARACTERÍSTICAS RADIOLÓGICAS
NORMAS DE CALIDAD DEL AGUA
Antes de 1974, Estados Unidos no contaba con un conjunto consistente de
reglamentos con respecto al agua potable.
Safe Drinking Water Act (SDWA)
EPA
N
Niveles máximos de contaminantes (NMC)
1996 Clinton firmó las Safe Drinking Water Amendments (SDWA)
OTRAS NORMAS
American Water Works Association (AWWA)
Organización Mundial de la Salud (OMS)
Unión Europea

92. Sistemas de clasificación y tratamiento de
Agua
• Clasificación de agua según la fuente
• Sistemas de tratamiento: 1. Plantas de tratamiento limitado, 2.
Plantas de coagulación y 3. Plantas de ablandamiento