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Unidad 4. Calidad del agua potable - PDF
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Francisco del Río Lucero
1 Unidad 4. Calidad del agua potable Introducción En esta unidad del programa de formación se desarrollan los temas relacionados con la resolución 2115 del 2007, que señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para el agua de consumo humano y se explica la manera de realizar la toma de muestras para análisis de agua. También, se describen algunos análisis fisicoquímicos y los procedimientos para la determinación de algunas pruebas de laboratorio que se le realizan al agua potable. Por medio de las actividades de esta unidad se desarrollan y retroalimentan los conocimientos sobre el tema. Descripción del material del programa de formación Estos textos le van a permitir al aprendiz, comprender todo acerca de la unidad que va a desarrollar, también los puede utilizar de apoyo para realizar las actividades propuestas. Tema 1. Generalidades de la calidad del agua El agua es utilizada por la sociedad en general para muchas actividades como beber, uso doméstico, producción de alimentos o fines recreativos, además tiene un gran impacto en la salud pública. Si en la sociedad se consume agua de mala calidad puede causar brotes de enfermedades que se manifiestan en diferentes escalas de tiempo. El agua puede ser un factor significativo, porque a menudo promueve el desarrollo socioeconómico y el bienestar de la comunidad. La calidad del agua potable es un concepto relativo que busca medir las características para asegurar que no esté presentando ningún riesgo para la salud de quienes la van a consumir, por esta razón, la calidad del agua potable en Colombia es regulada por el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Territorial, mediante la resolución 2115 del 22 de junio del 2007, donde se establecen los diferentes parámetros físicos, químicos y microbiológicos a seguir. La resolución 2115 dispone que sea de obligatoriedad, el cumplimiento de todas las medidas relacionadas con la calidad del agua potable para su consumo por parte de la comunidad en general.
2 Características físicas y químicas del agua para el consumo humano El agua de consumo humano no debe sobrepasar las siguientes características: Tabla de las características físicas Características físicas Color aparente Expresadas como Unidades de Platino Cobalto (UPC) Valor máximo aceptable Olor y sabor Aceptable o no aceptable Aceptable Turbiedad Unidades Nefelométricas de turbiedad (UNT) Tomado de: resolución 2115 de Conductividad: esta debe estar en 1000 microamperios, este valor podrá ajustarse según lo requiera el mapa de riesgo. Potencial de Hidrógeno: este valor del ph del agua está entre 6,5 y 9,0. Características de las sustancias químicas que tienen efecto adverso sobre la salud En la siguiente tabla se nombran algunas sustancias diferentes a los plaguicidas, que tienen efecto adverso en la salud humana: Elementos, compuestos químicos y mezclas de compuestos químicos diferentes a los plaguicidas y otras sustancias Expresados como Valor máximo aceptable (mg/l) Antimonio Sb 0,02 Arsénico As 0,01 Bario Ba 0,7 Cadmio Cd 0,003 Cianuro libre y disociable CN- 0,05 Cobre Cu 1,0
3 Cromo total Cr 0,05 Mercurio Hg 0,001 Níquel Ni 0,02 Plomo Pb 0,01 Selenio Se 0,01 Trihalometanos Totales THMs 0,2 Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAP) HAP 0,01 Tomado de: resolución 2115 de 2007 Si el valor máximo aceptable del Hidrocarburo Aromático Policíclico (HAP) es excedido, es indispensable evaluarlo según el mapa de riesgo y las autoridades sanitarias deben dar su concepto. Características químicas que tienen mayores consecuencias indirectas sobre la salud humana: Elementos y compuestos químicos que tienen implicaciones de tipo económico Expresadas como Valor máximo aceptable (mg/l) Calcio Ca 60 Alcalinidad Total CaCO Cloruros Cl- 250 Aluminio Al 3 + 0,2 Dureza Total CaCO Hierro Total Fe 0,3 Magnesio Mg 36 Manganeso Mn 0,1 Molibdeno Mo 0,07 Sulfatos SO Zinc Zn 3 Fosfatos PO 3 4-0,5 Tomado de: resolución 2115 de 2007 Características relacionadas con los plaguicidas y otras sustancias: 1. La concentración máxima admisible que es aceptada en el agua es de 0,0001mg/L para las siguientes características químicas:
4 a) Las características químicas reconocidas por el Ministerio de la Protección Social como cancerígenas, mutagénicas y teratogénicas o las referencias reconocidas por el mencionado Ministerio. No se incluye el asbesto, pues se considera cancerígeno sólo por inhalación. b) Las características químicas cuyo valor DL50 oral mínimo reconocido sea menor o igual a 20 mg / Kg, según las referencias reconocidas por el Ministerio de la Protección Social. c) Las características cuya información reconocida por el Ministerio de la Protección Social, sean catalogadas como extremada o altamente peligrosas. Características de sustancias utilizadas en la potabilización 1. El valor máximo aceptable del residual de aluminio derivado de su uso como coagulante en el tratamiento de agua para consumo humano en su forma (Al 3 +) será de 0,2 mg/l. Si se utiliza otro coagulante basado en sales de hierro, el valor máximo aceptable para el residual será 0,3 mg/l. En el caso de utilizar otras sustancias químicas en el tratamiento del agua para consumo humano, el valor aceptable para el residual correspondiente u otras consideraciones al respecto, serán las reconocidas por las Guías de la Calidad de Agua vigentes de la Organización Mundial de la Salud y adoptadas por el Ministerio de la Protección Social. 2. El valor aceptable del cloro residual libre en cualquier punto de la red de distribución del agua para consumo humano deberá estar comprendido entre 0,3 y 2,0 mg/l. La dosis de cloro por aplicar para la desinfección del agua y asegurar el residual libre debe resultar de pruebas frecuentes de demanda de cloro.
5 Cuando se utilice un desinfectante diferente al cloro o cualquiera de las formulaciones o sustancias que utilicen compuestos distintos para desinfectar el agua para consumo humano, los valores aceptables para el residual correspondiente u otras consideraciones al respecto, serán los reconocidos por la Organización Mundial de la Salud y adoptados por el Ministerio de la Protección Social, quien tendrá en cuenta el respectivo concepto toxicológico del producto para expedir el concepto técnico. 3. Las plantas de tratamiento deben garantizar mediante sistemas, estructuras o procedimientos de control, el tiempo de contacto del cloro como desinfectante, antes de enviar el agua a las redes y de poner el alcalinizante, el cual debe ser establecido de acuerdo con las tablas del artículo 115 de la resolución 1096 de 2000 del entonces Ministerio de Desarrollo Económico, o la norma que la sustituya, modifique o adicione. 4. La cal, el sulfato de aluminio, el cloro y el hipoclorito utilizados en el tratamiento o potabilización del agua para el consumo humano, deben cumplir con la calidad determinada por la resolución número 2314 de 1986 del Ministerio de Salud hoy de la Protección Social o la norma que la sustituya, modifique o adicione y con lo previsto en el Capítulo C.4 Coagulación Mezcla rápida de que trata el Título C del Reglamento de Agua y Saneamiento del año 2000, expedido por el entonces Ministerio de Desarrollo Económico o el que lo sustituya, modifique o adicione. Para otros productos, materiales (polímeros) o insumos que vayan a ser utilizados en la potabilización del agua para consumo humano, el Ministerio de la Protección Social emitirá el respectivo concepto técnico, el cual incluye el concepto toxicológico.
6 Características microbiológicas Las técnicas para realizar análisis microbiológicos del agua para consumo humano son las siguientes: a) Para Escherichia Coli y Coliformes totales: filtración por membrana, sustrato definido, enzima sustrato y presencia - ausencia. Se podrán adoptar otras técnicas y metodologías debidamente validadas por el Instituto Nacional de Salud (INS) o este realizará una revalidación con base en documentos soporte de organismos internacionales que presenten los solicitantes. b) Para Giardia y Cryptosporidium: las técnicas y metodologías de análisis para estos microorganismos deben ser validadas por el Instituto Nacional de Salud (INS) o revalidadas por este con base en documentos soporte de organismos internacionales que presenten los solicitantes. Características microbiológicas Las características microbiológicas del agua para consumo humano deben enmarcarse dentro de los siguientes valores máximos aceptables desde el punto de vista microbiológico, los cuales son establecidos teniendo en cuenta los límites de confianza del 95% y para técnicas con habilidad de detección desde 1 Unidad Formadora de Colonia (UFC) ó 1 microorganismo en 100 cm 3 de muestra. Límites microbiológicos permitidos por la resolución 2115 / 2007 Técnicas utilizadas Coliformes totales Escherichia coli Filtración por membrana 0 UFC / 100 cm 3 0 UFC / 100 cm 3 Enzima sustrato de 1 microorganismo en 100 cm 3 de 1 microorganismo en 100 cm 3
7 Sulfato definido Presencia Ausencia 0 microorganismo de 0 microorganismo en 100 cm cm 3 Ausencia en 100 cm 3 Ausencia en 100 cm 3 Como prueba complementaría se recomienda realizar la determinación de microorganismos mesofílicos, cuyo valor máximo aceptable será 100 UFC en 100 cm 3. Ninguna muestra de agua potable deberá contener E.coli en 100 cm 3 de agua, independientemente del método de análisis utilizado. (Características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para el agua de consumo humano, 2007) Otras consideraciones a tener en cuenta: Para la determinación del microorganismo Giardia y Cryptosporidium se tendrá en cuenta el tamaño del suministro de agua. Para determinar la presencia de estos dos microorganismos antes mencionados, se tendrá que realizar una investigación exhaustiva para establecer la viabilidad de otros indicadores, esto se hará teniendo como referencia el mapa de riesgo, además dicha investigación está a cargo de las autoridades ambientales en colaboración con las autoridades sanitarias. Tema 2. Toma de muestras para análisis de agua Cuando se planifica un muestreo de agua se debe precisar el objetivo (análisis fisicoquímico, microbiológico, para consumo humano, para riego y para consumo animal), ya que esto define el contexto en que se realizan los cuidados en la toma de muestra, condiciones de traslado y conservación. El muestreo es el que determina la calidad de la fuente de agua, la muestra debe ser homogénea y representativa, por eso en la recolección no se modifican las propiedades que se van a analizar. Para el análisis fisicoquímico se deben recolectar 2L de muestra, preferiblemente en envase de vidrio, también puede usarse un recipiente plástico.
8 Recomendaciones para el envase a utilizar 1. El envase para la muestra debe estar limpio. 2. Debe lavarse con jabón o detergente. 3. Debe enjuagarse varias veces. 4. La última enjuagada se hace con el agua de la muestra, esto se llama purgar el recipiente. 5. La tapa del envase no debe permitir la entrada de ningún tipo de contaminación, ni la salida del líquido. 6. El envase debe ser etiquetado cuidadosamente con los siguientes datos: lugar, fecha, hora y nombre de la persona encargada de recoger la muestra, demás puede colocar los datos que se consideren de interés. Toma de muestra 1) Si la muestra a analizar es del suministro de distribución público se debe dejar correr el agua de 4 a 5 minutos, para así proceder a tomar la muestra. Cuando la muestra procede de ríos, lagos, arroyos y tanques; se debe tomar la muestra a media profundidad y lejos de las costas o de cualquier tipo de contaminación de origen cloacal o industrial. El recipiente en el cual se toma la muestra se debe sumergir con rapidez a una profundidad de 20 cm, tomándolo por el cuello, si hay corriente se tomará la muestra en sentido contrario y una vez lleno el recipiente se tapar inmediatamente. 2) Si el agua es de un pozo escavado, el procedimiento es como se explicó anteriormente, claro que en lo único que difiere, es que al recipiente se le amarra una cuerda con peso para facilitar el procedimiento de recolección de muestra rotular y así enviarla al laboratorio. 3) Si la muestra se toma en el casco urbano se debe realizar en llaves de uso frecuente y en los diferentes puntos de distribución. 4) Si las muestras se toman en la planta, se deben extraer en un punto donde se quiere verificar la calidad. Muestras para análisis microbiológico En la toma de muestras para análisis microbiológico se deben utilizar recipientes estériles, los cuales pueden conseguirse en farmacias. Para esta toma se debe tener mucho cuidado con una contaminación accidental, puesto que esto puede hacer variar el resultado y las conclusiones a determinar pueden ser erróneas.
9 Toma de muestra de un grifo en tubería de agua corriente Se selecciona la muestra en un grifo conectado a la tubería de distribución, esto quiere decir que el grifo no está conecta a tanques de abastecimiento o filtros, tampoco es aconsejable tomar las muestras de puntos muertos de la tubería. Recomendaciones a seguir Se deben quitar los grifos cuando son de goma y luego se procede a limpiar la boca de este para eliminar la suciedad acumulada en la parte interior, luego dejar salir el agua durante un periodo de tres minutos, para posteriormente ser esterilizado. Se debe comprobar que quedó bien puesto el grifo y que no está teniendo pérdidas en la válvula de cierre, ya que esto dificulta la esterilización. La esterilización del grifo se realiza calentándolo por varios minutos con una llama de lámpara para soldar o de alcohol. Luego se abre con cuidado la llave y se deja correr el agua por 30 segundos, de forma que el chorro sea fuerte e intenso. Después, se sostiene el frasco y se destapa con cuidado evitando cualquier tipo de contacto de los dedos o con la boca, por esto es aconsejable utilizar guantes de látex; se llena y se tapa. Tema 3. Análisis fisicoquímico de agua El análisis fisicoquímico del agua es el análisis de las propiedades físicas y químicas de una muestra de agua, a menudo para determinar si el agua es adecuada para beber o apoyar la vida acuática. Alcalinidad Se basa en la capacidad del agua para neutralizar ácidos o aceptar protones. El agua en las principales fuentes naturales está determinada por sistema de carbonatos que se toma como un indicador. La alcalinidad se mide mg/l. Es una medida de concentración de carbonato de calcio. Entonces al realizar las pruebas de fenolftalidad se hacen para medir las bases y la alcalinidad total, se realiza con indicador mixto para determinar titulaciones ácidas. Cuando estas se han determinado, se compara la alcalinidad dada con la norma para así mirar si está en el límite permitido por la resolución 2115.
10 Alcalinidad fenolftaleína Procedimiento 1. Se toma 100 ml de muestra de agua, medidos con una probeta para que haya más precisión en la medida, luego se vierte en un Erlenmeyer. 2. Se le adicionan 3 gotas del indicador llamado fenolftaleína y se mezcla suavemente. Nota: si no aparece ningún color, la alcalinidad a la fenolftaleína es cero (0), pero si por el contrario aparece el color rosado o violeta se debe titular la muestra con ácido sulfúrico 0.02 normal, gota a gota hasta la desaparición del color. Fórmula a utilizar: Diagrama de proceso de alcalinidad fenolftaleína Medir 100 ml de muestra Adicionar 3 gotas de fenolftaleína Agitar suavemente Observar el cambio de color a rosado
11 Alcalinidad total Procedimiento 1. Medir 100 ml de muestra o una parte alícuota a 100 ml con agua destilada y llevarlos a un Erlenmeyer de 250 ml. 2. Agregar 4 gotas de indicador mixto y mezclar. Si aparece un color anaranjado, la alcalinidad total (T) es igual a cero (0), si el color es azul continuar. 3. Titular la muestra azul con ácido sulfúrico al 0.02 N y con agitación moderada, hasta la aparición del color anaranjado. Relaciones de alcalinidad Resultados de la titulación Hidróxido ml (CaC0 3 ) Carbonatos mg/l 8 (CaC0 3 ) Bicarbonatos mg/l (CaC0 3 ) F=0 0 0 T F ½ T 0 2F T-2F F=½ T 0 2 F 0 F ½ T 2F - T 2 (T-F) 0 F= T Tomado de: SENA y Ministerio de Desarrollo Económico Dureza La dureza viene de origen natural, de calcio y de sales minerales de magnesio que se disuelven de las rocas a través de las cuales fluye el agua lluvia. El agua es más difícil en las zonas de tiza o piedra caliza que aquellos con roca insoluble tal como el granito. Técnicamente la dureza se define como la concentración de cationes metálicos no alcalinos presentes y estos constituyen un factor determinante en la calidad del agua. La cantidad de sales presentes pueden ser un problema para las tuberías por instrucción y además afecta los equipos domésticos como lavadoras o planchas, también resulta nociva para la salud.
12 Índice de dureza en agua Denominación Ppm de Ca CO 3 Muy suaves 0-15 Suaves Medias Duras Muy duras Mayor a 300 Procedimiento de determinación de dureza 1. Medir 100 ml de agua, adicionar 1ml de la solución reguladora de amonio y mezclar. Si se utilizan pastillas indicadoras para dureza total, se puede emplear solución concentrada de amoníaco en la misma cantidad. 2. Adicionar el indicador en polvo negro ericromo con una espátula, aproximadamente 0.5 gr. 3. Mezclar hasta que esté disuelta completamente la solución. Si al mezclar da una tonalidad azul o verde la dureza total es igual a cero (0), pero si da una coloración vino tinto se debe continuar con la titulación de la muestra. 4. Titular la muestra con una solución estándar de EDTA 0.01 M, gota a gota y agitando constantemente hasta que aparezca un color azul o verde. Fórmula para determinar dureza total: CaCO 3 = A x B x C x 1000 M DT= dureza total A= ml de EDTA 0.01 M (ácido Eilendiaminotetra-acético) consumidos en la titulación. B= concentración molar de EDTA (ácido Eilendiaminotetra-acético) al 0.01 Molar. C= Peso fórmula gramo de carbonato de calcio 100 gr 1000= factor de conversión a ml por mg/l
13 Diagrama de proceso de determinación de dureza A 100 ml de H 2 0 adicionar 1 ml de s/n reguladora de amonio Mezclar Adicionar 0.5 de negro ericromo Mezclar hasta que esté completa la dilución, si da coloración vino tinto Continuar con la titulación de la muestra con ADTA 0.01 m, hasta que dé color azul o verde Cloruros De acuerdo a la resolución 2115 el valor máximo aceptable de cloruros en el agua es de 250 mg/l. Procedimiento de determinación de cloruros en agua: 1. Medir 100 ml de agua destilada y 100 ml de agua potable, el agua destilada es considera el blanco; cada una de estas muestras se depositan en un Erlenmeyer de 250 ml. Fuente: imagen SENA
14 2. Adicionar en cada uno de los recipientes 3 gotas del indicador, si se obtiene un color rojo, adicionar gotas de ácido sulfúrico 0.1 normal y luego agitar suavemente hasta que quede un color rosado tenue. Si no se obtiene el color adicionar hidróxido de sodio al 0.1 normal, hasta dar el color requerido. 3. En cada solución adicionar 1 ml de indicador de cromato de potasio al 5% y luego mezclar. En esta prueba debe aparecer un color amarillo intenso. 4. Titular el blanco con la s/n de nitrato de plata 0.1 normal, hasta la obtención de un color marrón. Por lo general, no deben gastar más de 0.4 ml en la solución con que se etiquetó. Expresión de resultados Rango de mg/l- Cl - Aproximar en: (mg/l- Cl - ) * Aproximar al número entero más cercano divisible por el número referencia en cada rango se escribe se escribe se escribe se escribe 310. Determinación del Hierro Este compuesto en agua aparece en partículas rojizas y negras y se puede percibir cuando el agua sale del grifo, según la resolución 2115 del 2007 el valor máximo aceptable en agua potable es de 0,3 mg/l.
15 Procedimiento de determinación de Hierro 1. En un Erlenmeyer de 250 ml depositar 50 ml de agua, repetir este procedimiento con 50 ml de agua destilada y utilizarla como blanco. 2. Adicionar tanto al blanco como a la otra muestra, 2 ml de ácido clorhídrico concentrado, 1 ml de hidroxilamina y 2 o 3 vidrios o tubos capilares. 3. Calentar hasta la ebullición, las soluciones obtenidas introducirlas en una cámara de extracción para reducir el volumen de 15 a 20 ml aproximadamente. 4. Dejar enfriar a temperatura ambiente y luego el contenido verterlo en muestras en tubos de Nessler de 50 ml con lavados sucesivos de agua destilada sin sobrepasar los 35 ml. Si es necesario filtrar por papel. 5. Agregar a cada tubo Nessler 10 ml de solución reguladora de acetato de amonio y 2 ml de fenaltrolina. Completar el volumen a 50 ml con agua destilada y mezclar suficiente su contenido. 6. Dejar los tubos en reposo durante 15 minutos como mínimo, para que se desarrolle totalmente el color.
16 Diagrama de determinación acidez mineral en H 2 O Preparar NaOH al 0.02 normal e indicador anaranjado de metilo Medir 50 a 100 ml de muestra y agregar de 3 a 5 gotas de anaranjado de metilo Titular con el NaOH hasta que dé un viraje de color anaranjado a amarillo El viraje dá cuando el ph pasa de 3.1 a 4.4. Aplicar fórmula C muestra x 1000 mileq x 50 mg CaC0 3 Eq- gr mileq
17 Diagrama para la determinación de acidez en H 2 O Preparar NaOH al 0,02 N e indicador anaranjado de metilo Anaranjado de metilo 0,5 gr en 100 ml de etanol Medir ml de muestra y adicionar de 3 a 5 gotas del anaranjado de metilo Titular con el NaOH hasta que haya un viraje de color (naranja a amarillo) Anaranjado de metilo 0,5 gr en 100 ml de etanol Aplicar fórmula: C muestra x 1000 Mileq x 50 mg CaCO 3 Eq-gr mileq A acidez total en H 2 O= es el resultado de acidez carbonatada.
18 Referencias SENA y Ministerio de Desarrollo Económico. (1999). Calidad del agua. Bogotá: Ministerio de Desarrollo Económico. Características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para el agua de consumo humano. (Resolución 2115). (2007, 22 de junio). Diario oficial de Colombia, (2007, 22 de junio). López Casas, J.G. (2011). Manual de Instrucciones para la toma, preservación y trasporte de muestras de agua de consumo humano para análisis de laboratorio. Bogotá: Instituto Nacional de salud y Subdirección Red Nacional de Laboratorios. Control de documento Nombre Cargo Dependencia Fecha Autor Ángela Viviana Páez Perilla Experta técnica Centro Agroindustrial Regional Quindío Mayo de 2013 Adaptación Paola Andrea Bobadilla Gutiérrez Guionista - Línea de producción Centro Agroindustrial Regional Quindío Junio de 2013

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