La guía para el análisis de la calidad de agua en el medio ambiente

Uno de los recursos más vitales de nuestro planeta es el agua. Con una población en constante crecimiento, es indispensable vigilar la calidad del agua en el medio ambiente para que se puedan detectar cambios y tomar las medidas necesarias.

¿Qué es la calidad del agua?

La calidad del agua es una medida de la idoneidad del agua para ser utilizada para un propósito específico, como la natación, la agricultura o la generación de energía. El agua que se considera inadecuada para una aplicación puede ser perfectamente aceptable para otro propósito. La calidad del agua es una declaración de las características físicas, biológicas y químicas del agua basadas en condiciones clave. Estas condiciones pueden variar según la ubicación, por ejemplo, en diferentes puntos en un rio o por el tiempo, dependiendo del clima. El agua superficial y el agua subterránea también pueden afectar la calidad entre sí, debido a que estos dos están conectados en el nivel freático. Es importante reconocer que la calidad del agua puede verse afectada por factores naturales y artificiales. La vigilancia regular de las fuentes de agua puede ayudar a identificar posibles problemas antes de que causen daños graves.

¿Cuáles son los parámetros principales de la calidad del agua?

Hay una serie de parámetros que se pueden medir para indicar la calidad del agua. Estos parámetros pueden ser una medida de características físicas como el pH, la conductividad o la temperatura; una declaración de los niveles de diversos nutrientes en el agua, como los nitratos y fosfatos; o una indicación de elementos y compuestos clave en el agua, como el oxígeno disuelto. Cada parámetro tiene algunas normas y directrices generales para determinar si una muestra analizada debe considerarse aceptable o peligrosa. Los resultados de estas pruebas no son necesariamente absolutos, ya que deben compararse en relación con lo que se considera niveles normales para un cuerpo de agua.

pH

¿Qué es el pH?

El pH es una medida de la concentración relativa de los iones de hidrógeno y los iones de hidróxido en el agua. La escala se encuentra en un intervalo de 0 a 14, siendo 0 una solución demasiado ácida y 14 una solución fuertemente básica.

¿Por qué es importante la medición de pH?

El pH es una forma de evaluar la idoneidad del agua para los organismos vegetales y animales vivos. Si el agua se ha vuelto muy ácida o básica debido a contaminantes naturales o artificiales, puede haber un impacto significativo en la vida acuática. El pH se considera normal en un cuerpo de agua si tiene un valor de 5.0 a 9.0, pero lo ideal es que se encuentre en un intervalo entre 6.0 y 8.0.

¿Cómo se mide el pH?

Las pruebas de pH comunes, como los kits de prueba química o las tiras de pH, son simples y económicas. Sin embargo, estos presentan algunos problemas que podrían llevar a resultados inexactos. Ambos métodos para medir el pH brindan resultados basados en una reacción química que causa un cambio de color. Cuando su muestra de papel o líquido cambia de color, se debe comparar con la guía de color proporcionada y así obtener la lectura de pH.

Una forma más exacta para medir el pH es utilizando un medidor de pH. Cuando se elige un probador o medidor de pH, se deben de tener en cuenta una serie de consideraciones relacionadas tanto con el electrodo como con el dispositivo. Asegúrese de encontrar un medidor de pH y un electrodo que sea el más adecuado para el trabajo de campo.

Calibración de pH en el campo

Lo primero es elegir soluciones de calibración que cubrirán el valor esperado. Para cubrirlos se debe calibrar por lo menos a dos puntos de pH, uno por encima y otro por debajo del intervalo de pH deseado. Por ejemplo, si desea medir el pH del jugo de limón, que tiene un pH alrededor de 2, puede utilizar estándares técnicos de 1.00 y 4.01 para una calibración a dos puntos. Si se desconoce el pH de la muestra, entonces debe realizar un tercer punto de calibración para garantizar la mejor exactitud.

Temperatura

¿Qué es la temperatura?

La temperatura es una de las mediciones más comunes en nuestra vida cotidiana. En el contexto de la calidad del agua, la temperatura puede proporcionar una indicación de las condiciones de vida de las plantas y animales acuáticos. Las temperaturas cálidas por lo general se consideran beneficiosas para el crecimiento de las poblaciones acuáticas. Sin embargo, después de un cierto punto la temperatura puede tener el efecto contrario, contribuyendo a una disminución de la diversidad biológica en un cuerpo de agua.

¿Por qué es importante medir la temperatura?

Los organismos acuáticos como los peces y el plancton son de sangre fría, por lo que la temperatura del agua tiene un impacto directo en su temperatura corporal. Estos organismos tienen intervalos de temperatura en los cuales pueden sobrevivir o desarrollarse. Conforme la temperatura alcanza el límite máximo del intervalo para un organismo, la actividad biológica estará en su punto máximo. Esta actividad disminuirá en el límite inferior del intervalo. Si la temperatura excede el intervalo aceptable para un organismo, el suministro disponible de oxígeno puede ser demasiado bajo para mantener la vida. Esto se debe a que el agua tibia tiene un punto de saturación de oxígeno mucho más bajo que el agua fría. Si la temperatura del agua está por debajo del intervalo aceptable, no se lleva a cabo suficiente actividad para el crecimiento de las especies. Las altas temperaturas también contribuyen al crecimiento de las algas. El oxígeno se consume a medida que estas afloraciones se descomponen por las bacterias, reduciendo el suministro de oxígeno disuelto disponible.

La temperatura en un cuerpo de agua varía según la hora del día y la cantidad de luz solar que calienta la superficie del agua. Las temperaturas aceptables también pueden variar dependiendo del tipo de río o arroyo que se esté midiendo. Esto depende de la cuenca que alimenta el arroyo. Si el arroyo es alimentado por un manantial de la montaña, por ejemplo, la temperatura natural del agua puede ser bastante fría (menos de 20°C). Un arroyo que se considera agua cálida tendrá una temperatura promedio superior a 20°C pero inferior a 31.7°C. La temperatura también puede estar influenciada por la tasa de flujo de un cuerpo de agua. Si aumenta el flujo del agua, posiblemente como resultado de lluvias torrenciales, se podría esperar que la temperatura disminuya. El aumento de la corriente tiene un efecto de enfriamiento en la temperatura del agua.

¿Cómo se mide la temperatura?

Muchos termómetros simples utilizan la tecnología de termistor. El termistor es un dispositivo semiconductor cuya resistencia varía en función de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia disminuye. Esta resistencia medida por el termistor se convierte a un valor que se muestra en la escala Celsius o Fahrenheit. Los sensores de termistor son adecuados para un intervalo de temperatura de -50° a 150°C (-58° a 302°F).

Calibración de la temperatura

Muchos medidores están calibrados de fábrica para las lecturas de temperaturas. Es una buena práctica comprobar al menos una vez al año, en un laboratorio acreditado, que el sensor de temperatura funciona correctamente.

Conductividad (CE) / Sólidos totales disueltos (TDS)

¿Qué es la conductividad?

La conductividad eléctrica (CE) mide la capacidad de una sustancia para transmitir una corriente eléctrica. Pequeñas partículas cargadas, llamadas iones, ayudan a transportar la carga eléctrica a través de una sustancia. Estos iones pueden estar cargados positiva o negativamente. Cuantos más iones estén disponibles, mayor será la conductividad; menos iones resultaría en una menor conductividad. La CE se reporta típicamente en milisiemens por centímetro (mS/cm).

Los sólidos totales disueltos (TDS) son la cantidad de sustancias disueltas en la solución. Esta medición lee todas las sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas en un líquido. Los resultados de esta lectura se muestran como miligramos por litro (mg/L), partes por millón (ppm), gramos por litro (g/L) o partes por mil (ppt).

¿Por qué es importante medir la conductividad?

La conductividad eléctrica (CE) es otra forma de evaluar la calidad del agua, debido a que una mayor presencia de sólidos totales disueltos (STD), expresada por la CE, puede ser un indicador de contaminantes. La CE puede verse afectada por los carbonatos de la piedra caliza, los contaminantes de fuentes puntuales artificiales como plantas de tratamiento de aguas residuales o contaminantes de fuentes no puntuales artificiales, como los sistemas sépticos o vertidos agrícola.

Altas concentraciones de STD pueden disminuir la calidad del agua y provocar problemas de equilibrio hídrico para los organismos individuales. Por otro lado, las bajas concentraciones pueden limitar el crecimiento de la vida acuática. Algunos de los efectos discutidos para los parámetros de acidez y dióxido de carbono tienen relevancia para la CE, como su impacto negativo en la fotosíntesis. Esto se debe a que el aumento de sólidos hace que el agua sea más turbia, lo que ralentiza la tasa de fotosíntesis. La CE proporciona una indicación de los sólidos disueltos totales, de los cuales las sales disueltas totales son un componente. Si el nivel de sales en los STD es alto, esto también podría contribuir a la acidez del agua. Sin embargo, si el nivel de carbonatos en los TDS es alto, esto podría contribuir a un incremento de la alcalinidad, lo que ayuda a proteger contra los cambios de acidez. Esto es un buen ejemplo de la interrelación que existe entre los parámetros de calidad del agua.

Los niveles aceptables de CE en ríos y arroyos varían según el tipo de sólidos disueltos presentes y esto determina el uso del arroyo, como para pescar, nadar o como una fuente de agua potable.

Es importante entender la combinación entre STD y sólidos totales. Los sólidos totales se refieren a toda la materia sólida suspendida o disuelta en agua. Los sólidos disueltos no son visibles en el agua, ya que al ser disueltos se han convertido en parte de la solución. STD es la medición de todas las sustancias solubles en agua que se encuentran en una muestra de agua. En una muestra recolectada de un río, estas sustancias disueltas se llaman solutos y el agua el agua se llama solvente.

¿Cómo se mide la conductividad?

La mejor manera de medir la conductividad es con el uso de un medidor de CE. Se colocan dos electrodos con un voltaje CA aplicado en la solución. Esto crea una corriente dependiente de la naturaleza conductora de la solución. El medidor lee esta corriente y lo muestra en la pantalla como conductividad (CE) o ppm (STD).

Calibración de la conductividad en campo

Es importante calibrar la conductividad antes de medir en la muestra. Esto se debe a que las capas aceitosas y los contaminantes biológicos pueden cambiar la geometría aparente de la celda, lo que resulta en un cambio en la constante de la celda. Antes de realizar una calibración de conductividad, inspeccione siempre el sensor de CE en busca de suciedad u obstrucciones.

La mayoría de los medidores se calibran con un solo estándar que está cerca de la conductancia específica de la muestra a medir. Se puede utilizar un segundo estándar para verificar la linealidad del instrumento en el intervalo de mediciones.

Oxígeno disuelto (OD)

¿Qué es el oxígeno disuelto?

La concentración de oxígeno disuelto (OD) en el agua es muy importante en la naturaleza, así como en el medio ambiente del hombre. En los océanos, lagos, ríos y otros cuerpos de aguas superficiales, el oxígeno disuelto es esencial para el crecimiento y desarrollo de la vida acuática. Sin oxígeno, el agua puede volverse tóxica debido a la descomposición anaeróbica de la materia orgánica.  En un entorno industrial, el agua debe contener al menos 2 mg/L de oxígeno para proteger las tuberías de agua de la corrosión. Sin embargo, el agua del sistema de calderas, en la mayoría de los casos, no puede contener más de 10 mg/L de oxígeno.

¿Por qué es importante el oxígeno disuelto?

Los niveles de OD pueden ayudar a indicar la salud relativa de un cuerpo de agua. Si los niveles de OD son normales o altos, el agua es un buen ambiente para que florezca una variedad de vida acuática. Si los niveles de OD son bajos, puede indicar la presencia de contaminantes en el agua. Algunas formas de vida acuática pueden existir en el agua con un intervalo amplio de OD, pero otros no pueden sobrevivir en ambientes con bajo OD.

Se espera que las mediciones de OD tengan grandes fluctuaciones si el agua tiene una vida vegetal significante. Esto se debe al proceso de fotosíntesis. Debido a que hay menos actividad fotosintética durante la noche, cuando no hay presencia de luz, las plantas y animales en el agua consumen oxígeno a través de la respiración, pero no se produce tanto oxígeno al mismo tiempo. Como resultado, los niveles de OD por la mañana son más bajos en comparación con otros momentos del día. Una vez que comienza la fotosíntesis, los niveles de OD aumentaran. Esto es un buen ejemplo de los beneficios de medir los parámetros en diferentes momentos a lo largo del día. Si solo se toma una medición de OD antes del amanecer, se puede obtener una conclusión inexacta con respecto a la calidad sanitaria del agua.

Si bien los niveles de OD están parcialmente influenciados por la actividad fotosintética, una gran fuente de OD proviene del oxígeno atmosférico que se mezcla con el agua. Esto sucede en grandes cantidades si el agua es turbulenta. La turbulencia aumenta el área superficial del agua, por lo que el oxígeno atmosférico se puede mezclar con más facilidad. El aire tiene una concentración de oxígeno disuelto que es más de 20 veces mayor que la concentración de oxígeno en el agua. Esta diferencia de concentración da como resultado que el oxígeno atmosférico se disuelva en el agua cuando se encuentran. Si hay más superficie de agua en esta interfaz, entonces se absorberá más oxígeno del aire.

Otros factores que influyen en los niveles de OD son la temperatura y el agua de escorrentía. El oxígeno se disuelve más fácilmente en el agua fría, y el agua fría tiene la capacidad de contener mayores niveles de gases que agua tibia, por lo que el nivel de OD disminuye a medida que el agua se calienta. La escorrentía puede incluir residuos orgánicos naturales o contaminantes artificiales; en ambos casos, los organismos en el agua deben usar el oxígeno en el proceso de descomposición de estos contaminantes. Además, los residuos orgánicos pueden conducir al crecimiento de la vegetación acuática. Cuando las plantas mueren al final de temporada de crecimiento, se produce un gran consumo de oxígeno disuelto a medida que se descomponen.

¿Cómo se mide el oxígeno disuelto?

Las concentraciones de oxígeno disuelto se reportan con mayor frecuencia en unidades de miligramos de gas por litro de agua, mg/L. (La unidad mg/L es equivalente a partes por millón = ppm). Las mediciones se toman usualmente en agua usando un medidor y sonda de OD.

Es importante medir los niveles de OD en diferentes momentos del día y a diferentes profundidades del agua. Estas mediciones darán un panorama general de los niveles de OD en el cuerpo de agua que se está investigado. Al igual que con todos los parámetros de calidad del agua, estos niveles deben vigilarse a lo largo del tiempo. Esto producirá una cantidad de datos para que las tendencias puedan ser identificadas y evaluadas.

Calibración de oxígeno disuelto en campo

El contenido de oxígeno disuelto (OD) en agua se mide utilizando un electrodo con una membrana. Desafortunadamente, los cepillos u otros objetos de limpieza pueden dañar la membrana, por lo que reemplazar la tapa de la membrana y el electrolito es la mejor manera de realizar un mantenimiento periódico. Aunque puede ser más fácil calibrar el sensor de OD antes de salir al campo, es mejor calibrarlo en el sitio de muestreo ya que las diferencias de altitud y presión barométrica entre el sitio de la calibración y medición pueden provocar errores. Asegúrese de verificar que las lecturas de presión barométrica, conductividad y la temperatura sean correctas.

Turbidez

¿Qué es la turbidez?

En su forma más simple, la turbidez es solo la opacidad del agua. Esta turbiedad generalmente proviene de las partículas que están suspendidas en el agua que no podemos ver individualmente. Estas partículas podrían ser algas, tierra, minerales, proteínas, aceites o incluso bacterias.

La turbidez es una medición óptica que indica la presencia de partículas en suspensión. Se mide irradiando una luz a través de una muestra y cuantificando la concentración de partículas suspendidas. Cuantas más partículas haya en la solución, mayor será la turbidez.

Es importante tener en cuenta que, a pesar de que la turbidez se correlaciona con los sólidos suspendidos, medir la turbidez no es lo mismo que medir los sólidos suspendidos totales (SST). Las mediciones de SST son gravimétricas, que cuantifican la masa de los sólidos suspendidos en una muestra, realizadas pesando los sólidos separados.

¿Por qué es importante medir la turbidez?

La turbidez puede contribuir a la salud general y calidad de un cuerpo de agua. Si el agua es relativamente clara, entonces los organismos acuáticos se pueden beneficiar del aumento de luz en sus actividades fotosintéticas. Este aumento en la fotosíntesis ayuda a aumentar el suministro de oxígeno en el agua. La turbidez es un indicador fácil de problemas potenciales en el agua, ya que se puede medir tanto visualmente como por medios cuantitativos. Si la turbidez es alta, puede ser un indicador temprano de una serie de factores potenciales contribuyentes, como el aumento de nutrientes como el nitrato o fosfato, el aumento de la temperatura del agua o el aumento de los niveles de dióxido de carbono. También puede indicar que los contaminantes de origen humano, como la escorrentía agrícola o los vertidos industriales, están teniendo un impacto negativo en la claridad del agua.

La diversidad de la vida biológica se ve disminuida en aguas turbias. Con el tiempo las especies morirán y el agua será ocupada solo por organismos que tienen sistemas suficientemente resistentes para sobrevivir en este ambiente. La calidad general del agua continuará disminuyendo en aguas turbias, ya que la tasa de fotosíntesis se mantendrá baja.

¿Cómo medir la turbidez?

Una manera de medir la turbidez es usando un disco Secchi. Un disco Secchi proporciona una indicación de la profundidad máxima a la que puede crecer la vida vegetal identificando la profundidad donde la luz ya no logra penetrar el agua. La fotosíntesis no puede llevarse a cabo sin luz, por lo que las plantas no crecerán a profundidades por debajo del nivel donde el disco Secchi es visible cuando se sumerge. Debido a que las mediciones con el disco Secchi se basan en bajar el disco hasta que desaparece, no se puede usar en ríos que son poco profundos o que tienen baja turbidez.

Las lecturas del disco Secchi varían estacionalmente con los cambios en la fotosíntesis y, por lo tanto, el crecimiento de algas. En la mayoría de los lagos, las lecturas con disco de Secchi comienzan a disminuir en la primavera, con temperaturas más cálidas y un mayor crecimiento, y continúan disminuyendo hasta que el crecimiento de algas alcanza su punto máximo en el verano. A medida que se establece un clima más frío y el crecimiento disminuye, las lecturas del disco Secchi aumentan nuevamente. Las tormentas también pueden afectar las lecturas. La erosión de la lluvia, la escorrentía y las altas velocidades de las corrientes pueden resultar en concentraciones más altas de partículas suspendidas en las corrientes entrantes, y por lo tanto, se producen disminuciones en las lecturas del disco de Secchi. Por otro lado, la temperatura y el volumen del agua entrante pueden ser suficientes para diluir el lago con agua más fría y clara y reducir las tasas de crecimiento de algas. Tanto el agua más clara como las tasas de crecimiento más bajas darían como resultado un aumento de las lecturas de disco de Secchi.

Una forma más precisa de medir la turbidez es mediante el uso de un medidor de turbidez. El medidor de turbidez funciona haciendo pasar un haz de luz infrarroja a través de un vial que contienen la muestra a analizar. Un sensor detecta la cantidad de luz dispersada por las partículas no disueltas presentes en la muestra. Posteriormente, un microprocesador convierte las lecturas en unidades de turbidez nefelométricas (NTUs).

Calibración de la turbidez en campo

La calibración es simple con el uso de estándares primarios de polímeros (AMCO-EAPA-1) disponibles comercialmente. Es mejor utilizar estos estándares prefabricados, pero también se puede preparar estándares usando formacina de acuerdo con el método analítico 180.1 de la EPA. Las celdas no deben tener rayones o grietas y siempre manipular la celda tocando solo la tapa o su parte superior para no ensuciarla. Cualquier celda con grietas visibles debe desecharse.

¿Cómo puede Hanna ayudar con sus análisis de calidad el agua?

El HI98194 es un medidor de campo resistente y portátil que mide pH, ORP, conductividad, oxígeno disuelto y temperatura con el rendimiento y características de un medidor de grado laboratorio.

El multiparámetrico Hanna HI98194 ofrece:

• Medición de hasta 12 parámetros diferentes de calidad del agua.
• Calibración rápida para pH, conductividad y oxígeno disuelto usando una sola solución.
• Datos GLP. El HI98194 incluye una función GLP que permite al usuario revisar los datos de calibración y la información de la fecha de expiración de la calibración con solo tocar una tecla. Los datos de la calibración incluyen fecha, hora, soluciones estándares usado para la calibración y las características de la pendiente.

El HI98194 facilita las mediciones profesionales en el campo ya que se suministra con todo lo que necesita en un estuche de transporte resistente.

https://blog.hannainst.com/guide-to-environmental-water-quality-testing