UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE CIENCIAS

CENTRO DE GESTION Y TECNOLOGIA AMBIENTAL

ESPECIALIZACION EN MONITOREO Y EVALUACION DE LA CALIDAD AMBIENTAL

MODULO I: Monitoreo y Evaluación de la Calidad del Agua

TITULO: Determinación de Fósforo, Sólidos y DQO

I. INTRODUCCIÓN

Las especies químicas de fósforo más comunes en el agua son los ortofosfatos, los fosfatos condensados (piro-, meta- y polifosfatos) y los fosfatos orgánicos. Estos fosfatos pueden estar solubles como partículas de detritus o en los cuerpos de los organismos acuáticos.
Es común encontrar fosfatos en el agua. Son nutrientes de la vida acuática y limitante del crecimiento de las plantas. Sin embargo, su presencia está asociada con la eutrofización de las aguas, con problemas de crecimiento de algas indeseables en embalses y lagos, con acumulación de sedimentos, etcétera.

Para una buena interpretación de la presencia de fosfatos en las fuentes de aguas crudas, es recomendable la diferenciación analítica de las especies químicas existentes en ellas.
La fuente principal de los fosfatos orgánicos son los procesos biológicos.
Estos pueden generarse a partir de los ortofosfatos en procesos de tratamiento biológico o por los organismos acuáticos delcuerpo hídrico.
Otra fuente importante de fosfatos en las aguas superficiales son las descargas de aguas que contienen como residuo detergentes comerciales.
Concentraciones relativamente bajas de complejos fosforados afectan el proceso de coagulación durante el tratamiento del agua.
Las normas de calidad de agua no han establecido un límite definitivo. Sin embargo, es necesario estudiar la concentración de fosfatos en el agua, su relación con la productividad biológica y los problemas que estos pueden generar en el proceso de filtración y en la producción de olores.

II. OBJETIVOS

* Determinación de la concentración de fósforo total en muestras de agua (en forma de fosfatos).

* Interpretación de los resultados obtenidos.

III. FUNDAMENTO TEORICO

El fosforo se encuentra en las aguas naturales y aguas residuales casi exclusivamente como fosfatos, clasificados en ortofosfatos, fosfatos condensados piro, meta y otros polifosfatos, y los ligados orgánicamente. Estas formas de fosfatos pueden presentarse en forma soluble, en partículas, o en cuerpos de organismos acuáticos.
Un método de digestión para determinar el fósforo total debe ser capaz de oxidar la materia orgánica eficazmente para liberar el fósforo como ortofosfato disuelto. El paso siguiente es la determinación colorimétrica del ortofosfato disuelto.

Determinación Colorimétrica con Acido Ascórbico.
El fósforo presente en las formas orgánicas y condensadas (meta, piro y otros) se debe convertir en ortofosfato reactivo antes del análisis. Elpretratamiento de la muestra con ácido y calor favorece la hidrólisis de las formas inorgánicas condensadas. Las formas orgánicas se convierten en orto fosfato a través del calentamiento con ácido y persulfato.
Seguidamente los ortofosfatos reaccionan con molibdato en medio ácido para formar el ácido fosfomolíbdico, que es reducido por el ácido ascórbico a un complejo azul de molibdeno intensamente coloreado.
El método aceptado por la USEPA que se utilizara es útil para la determinación de fósforo total en agua, agua residual y agua de mar en el rango de 0.06 a 3.5 mg/L de PO43- ó 0.02 a 1.10 mg/L de P (Método HACH 8190).
* Fósforo Inorgánico:
O
II
O - P - O Fosfato PO43-
I
O
ó
O O
II II
O - P - O - P - O - P Polifosfatos
I I
O O n
* Fosforo Orgánico:
Restos de los nucleótidos del ADN.
P disuelto y suspendido.

IV. EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES

* Espectrofotómetro UV-VIS (880 nm)
* Pipetas
* Erlenmeyer de 125 mL
* Fiolas de 25 mL.
* Gradillas
* H2SO4c
* H2SO4 0.5 M
* Hidróxido de sodio 1M
* Reactivo combinado
* Solución stock

V.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

5.1 CURVA DE CALIBRACIÓN.

Para la calibración, se utiliza una solución estándar de 5ppm de P-PO43-/L.
Primero se añade 0mL (blanco), 1mL, 2mL, 3mL y 5 mL de la solución estándar respectivamente a cada una de las fiolas como se aprecia en el gráfico.
Luego se enraza con agua destilada hasta llegar a 25 mL y con ello obtenemos las concentraciones de fósforo diluido, las cuales son: 0ppm, 0.2ppm, 0.4ppm, 0.6ppm y 1.0 ppm respectivamente).

0 mL 1 mL 2 mL 3 mL 5 mL

Estándar 25 mL 25 mL 25 mL 25 mL 25 mL
5ppm P-PO4/L 0 ppm 0.2 ppm 0.4 ppm 0.6 ppm 1.0 ppm

5.2 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.

Para ello se utilizan dos fiolas, a la primera se le añade 25 mL de la muestra obtenida en la visita de campo - Rio Huaycoloro y a la segunda se le añade la muestra pero diluida en 1/10, es decir, 2.5 ml de muestra y completar hasta 25 ml con agua destilada.

25 ml 1/10

Muestra 25 mL 25 mL

5.3 DESARROLLO DEL COLOR.

En este punto se utilizan siete Erlenmeyer, en cada uno de ellos se añade el contenido de cada una de las Fiolas.
Luego se añade 10 mL del reactivo combinado en cada uno de losErlenmeyer y se deja durante 10 minutos.
Posteriormente se lleva al espectrofotómetro para tomar las respectivas muestras y poder obtener los valores de A, previa calibración con el blanco que da cero.

Conc. PSustancia | Blanco | 0.2 ppm | 0.4 ppm | 0.6 ppm | 1.0 ppm | Muestra | Muestra diluida |
Estándar (m L) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 25 | 2.5 |
Aforar a capacidad | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 25 |
Reactivo de color (mL) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |

5.4 CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA – LEY DE BEER (A= Ɛ.C.B)
Se construye la gráfica, con los datos de las concentraciones en ppm y los valores de A obtenidos mediante la lectura del espectrofotómetro.
A = mC +b
C = X | A = Y |
0.0 | 0.000 |
0.2 | 0.133 |
0.4 | 0.220 |
0.6 | 0.341 |
1.0 | 0.526 |

1/10 | 0.111 |
Crudo | 0.904 |

Grafica C vs A

De los datos obtenidos tenemos lo siguiente
m = 0.5209
b = 0.0148

VI. RESULTADOS

De la ecuación de la recta A = m C + b, obtenemos las concentraciones de la muestra.
* CRUDO DIRECTO
De la ecuación: A = m C + b
Reemplazando valores: 0.904 = 0.5209 C + 0.0148
Por lo tanto: C = 1.7 mg P-PO4/L

* MUESTRA DILUIDA:
De la ecuación: A = m C + b
Reemplazando valores: 0.111 = 0.5209 C + 0.0148
Por lo tanto: C = 0.18 pero como la muestra esta diluida 1/10
C * 10 = 0.18*10 = 1.8 mg P-PO4/L

VII. CONCLUSIÓN

Por los datos de concentraciones defosfatos obtenidos podemos decir que el cuerpo de agua analizado esta contaminado por tener una presencia de fosfatos representativo y ello depende de los detergentes que emiten los desagües de asentamientos humanos aguas arriba del punto de muestreo.

VIII. RECOMENDACIÓN

IX. ANEXO
9.1 FOTOS

Se aprecia en la foto el Espectrofotómetro que se utilizo para obtener los valores de A.

DETERMINACIÓN DE SOLIDOS

I. INTRODUCCIÓN

Se podría decir que toda materia contenida en los líquidos y que no es agua viene a ser la materia solida. Por lo tanto, el residuo que se obtiene de la evaporación y secado de una muestra de agua a 103 - 105 sC vienen a ser los sólidos totales.
Para la determinación de sólidos suspendidos un volumen de muestra conocida se filtra utilizando fibra de vidrio previamente pesada. Los sólidos en suspensión se obtendrán por diferencia de peso recogidos en el filtro.
Los sólidos disueltos, se denomina así al peso de las sustancias disueltas en 1 litro de agua, no volátiles a 105 sC. Se consideran disueltas aquellas que no son retenidas por filtración.

II. OBJETIVOS

* Determinar los sólidos totales, sólidos volátiles, sólidos suspendidos totales y sólidos suspendidos volátiles, de la muestra de agua tomada en rio Huaycoloro.

* Analizar e interpretar los resultados obtenidos.

III. FUNDAMENTO TEORICO

Los sólidosson materiales suspendidos o disueltos en aguas limpias y aguas residuales. Los sólidos pueden afectar de forma negativa a la calidad del agua o a su suministro de variasmaneras. Las aguas con abundantes sólidos disueltos suelen ser de inferior potabilidad y pueden inducir una reacción fisiológica desfavorable en el consumidor. Por estas razones, para las aguas potables es deseable un límite de 500 mg/L de sólidos disueltos. Las aguas altamente mineralizadas tampoco son adecuadas para muchas aplicaciones industriales o incluso resultan estéticamente insatisfactorias para bañarse. Los análisis de sólidos son además importantes en el control de procesos de tratamiento biológico y físico de aguas residuales, y para evaluar el cumplimiento de las limitaciones que regulan su vertido.

Determinación Sólidos Totales
Es la expresión que se aplica a los residuos de material que quedan en un recipiente después de la evaporación de una muestra y su consecutivo secado en estufa a temperatura definida. Incluye los sólidos totales suspendidos y los sólidos disueltos totales.

Determinación Sólidos Suspendidos Totales
Están incluidos dentro de los anteriores y es la porción de sólidos totales retenida por un filtro.
El tipo de soporte del filtro, el tamaño del poro, la porosidad, el área y el espesor del filtro así como la naturaleza física y el tamaño de las partículas y la cantidad de material depositado en el filtro son los factores principales que afectan la separación de los sólidos suspendidos y disueltos.
Un método diseñado para el control de todas las variables que afectan la filtración seria demasiado engorroso para uso práctico. Se conoce que las determinaciones de sólidos noestán sujetas a los criterios usuales de precisión. Los diferentes tipos de sólidos se definen arbitrariamente por los métodos utilizados para su determinación.

Determinación Sólidos Totales Disueltos
Están también incluidos dentro de los primeros y es la porción que atraviesa el filtro.

Determinación Sólidos Fijos y Volátiles
Sólidos fijos es la expresión aplicada al residuo de sólidos totales, suspendidos o disueltos. Después de someterse a ignición durante un tiempo determinado y a una temperatura específica. La pérdida de peso por ignición se debe a los sólidos volátiles. Esta última, en la práctica se usa como una estimación del contenido orgánico del agua, aun cuando hay algunas sales inorgánicas que eventualmente pueden descomponerse originando también una pérdida de peso del residuo.

Determinación Sólidos Sedimentables
El término sólidos sedimentables es aplicable a sólidos en suspensión que sedimentarían bajo condiciones tranquilas, debido a la influencia de la gravedad. Solamente la materia gruesa suspendida, con una gravedad especifica mayor que la del agua sedimentara.
El ensayo procura medir la cantidad de sólidos en suspensión grosera que puede retirarse por decantación simple, correspondiendo, por ejemplo, al material que cuando se dispone el agua residual en ríos, podría ser el principal formador de bancos de lodos.

IV. EQUIPOS Y MATERIALES

* Cápsulas de porcelana
* Filtros de fibra de vidrio
* Probetas de 100 ml
* Lunas de reloj
* Equipo de filtración* Estufa y mufla
* Balanza analítica
* Cono Imhoff

V. MUESTREO Y PRESERVACION DE LA MUESTRA

Se utilizo botellas de plástico, de un litro, teniendo en cuenta que el material en suspensión no se adhiera a las paredes del recipiente. Las muestras estuvieron refrigeradas hasta realizar el análisis para reducir al mínimo la descomposición microbiana de los solidos.

VI. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

6.1 SÓLIDOS TOTALES (ST).

Primero, calcinar la cápsula de porcelana a 550 +/- 50sC, durante una hora en la mufla.
Luego se enfría, deseca y pesa la cápsula.

Se transfiere la muestra, medida en probeta, a la cápsula antes pesada y se evapora a sequedad en una estufa a 103 – 105sC.

Posteriormente, se enfría la cápsula en un desecador y se pesa.

Finalmente, se repite el ciclo de secado, enfriado, desecado y pesado hasta obtener un peso contante (t = 24 horas aprox.).

6.2 SÓLIDOS VOLÁTILES (SV).

Se calcina el residuo producido en la etapa anterior hasta peso constante en horno de mufla a una temperatura de 550 +/- 50sC. La pesada se lleva a cabo después de enfriar la cápsula primero en la estufa durante 5 minutos y después en un desecador (t = 12 horas aprox.).

6.3 SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST).

Son una fracción de los sólidos totales.
Primero, se pesa un disco de papel de filtro lavado y calcinado previamente a 550 +/- 50sC para eliminar posible material volátil.
Luego, un volumen conocido de la muestra de agua se filtra utilizando el disco de papel de filtro. El filtro con los sólidosretenidos se depositan en una cápsula de porcelana y se someten a calefacción a 103-105sC hasta sequedad total.
Posteriormente, Se enfría el filtro en un desecador y se pesa.
Finalmente, se repite el ciclo de secado, enfriado, desecado y pesado hasta obtener un peso constante (t = 1hora y 30min aprox.).

6.4 SÓLIDOS SUSPENDIDOS VOLÁTILES (SSV).

Se calcina el residuo producido en la etapa anterior hasta peso constante en horno de mufla a una temperatura de 550 +/- 50sC. La pesada se debe realizar después de enfriar en la estufa durante 5 minutos y después en un desecador (t = 30minutos aprox.).

6.5 SÓLIDOS SEDIMENTABLES.

Primero, en un cono Imhoff se depositan 1000 ml de líquido portador de sólidos sedimentables. En el instante inicial (t=0) el sistema se encuentra en mezcla completa, siendo Vt = 0 (Volumen de muestra) igual a 1000 ml.
Luego de transcurridos 45 minutos y de manera cuidadosa, se despegan con una varilla los sólidos depositados en la pared para que vayan al fondo.
Finalmente, se prosigue con el análisis hasta los 60 minutos contados desde el inicio.

VII. CALCULOS Y RESULTADOS

Después de efectuar los diferentes procesos para la determinación de sólidos en una muestra se obtuvieron los siguientes resultados:

* SOLIDOS TOTALES (ST)
Mg de Sólidos Totales/L = (A-B)*1000/Volumen de muestra en litros.
Mg de Sólidos Totales/L = (38.1742-38.13)*1000/0.02 =2210 mg/L
Donde
A = peso de la muestra seca o residuo + cápsula (g)
B = peso de la cápsula (g)

* SOLIDOS VOLATILES (SV):
Mg deSólidos Volátiles/L = (X-Y)*1000/Volumen de muestra en litros.
Mg de Sólidos Volátiles/L = (38.1742-38.1637)*1000/0.02 = 525 mg/L

Mg de Sólidos Fijos/L = (Y-Z)*1000/L de muestra.
Mg de Sólidos Fijos/L = (38.1637-38.13)*1000/0.02 = 1685 mg/L
Donde
X = peso del residuo + cápsula antes de calcinación (g)
Y = peso del residuo + cápsula después de calcinación (g)
Z = peso de la cápsula (g)

* SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST):
Mg de Sólidos Suspendidos Totales/L = (A-B)*1000/Volumen de muestra en litros.
Mg de Sólidos Suspendidos Totales/L = (0.1156-0.114)*1000/0.02 = 80 mg/L
Donde
A = peso de la muestra seca o residuo + filtro (g)
B = peso del filtro (g)

* SOLIDOS SUSPENDIDOS VOLATILES (SSV):
Mg de Sólidos Suspendidos Volátiles/L = (X-Y)*1000/Volumen de muestra en litros.
Mg de Sólidos Suspendidos Volátiles/L = (0.1156-0.1145)*1000/0.02 = 55 mg/L
Mg de Sólidos Suspendidos Fijos/L = (Y-Z)*1000/Volumen de muestra en litros.
Mg de Sólidos Suspendidos Fijos/L = (0.1145-0.114)*1000/0.02 = 25 mg/L
Donde
X = peso del residuo + filtro antes de calcinación (g)
Y = peso del residuo + filtro después de calcinación (g)
Z = peso del filtro (g)

* SOLIDOS SEDIMENTABLES:
El volumen final ocupado por los sólidos después de una hora, nos da el valor de los mL por litro de muestra por hora.
Inhoff = 11 mL/L

VIII. CONCLUSIONES

* La determinación de sólidos sedimentables es de mucha importancia en los análisis de desagüe. Se lleva a cabo con el cono Imhoff, en el transcurso de una hora y en condicionesde quietud. Los resultados son expresados en mililitros por litro por una hora de sólidos sedimentables.
* Los sólidos suspendidos tienen valor en los análisis de agua con altos grados de polución, domesticas y desagües. Es un parámetro muy usado para evaluar la concentración de desagües y medir la eficiencia de una planta de tratamiento.
* En la determinación de sólidos volátiles y fijos la importancia esta en obtener una medida de la cantidad orgánica presente en el cuerpo de agua. La prueba se realiza por combustión, en la que la materia orgánica se convierte en CO2 y agua.
* La cantidad y naturaleza de los sólidos totales varían enormente, además están constituidos principalmente por sales inorgánicas disueltas, pequeñas cantidades de materia orgánica y gases disueltos.
* Se debe recalcar que la determinación de sólidos en aguas contaminadas y desechos industriales es de mucha importancia en la evolución de la calidad y concentración del desagüe doméstico y aguas ligeramente contaminadas.

IX. RECOMENDACIONES

Creo que habría que mejorar los esquemas salvo mejor parecer

DETERMINACIÓN DE DQO
METODO DE REFLUJO CERRADO CON DICROMATO

I. INTRODUCCIÓN

Equivale a la cantidad de oxígeno consumido por los cuerpos reductores presentes en un agua sin la intervención de los organismos vivos.
La eliminación de la materia orgánica se lleva a cabo mediante la coagulación-floculación, la sedimentación y la filtración. Sin embargo, cuando la fuente de agua cruda tiene una carga orgánica y bacteriana muygrande (caso en el que la DBO puede alcanzar valores muy altos), será necesaria una pre-cloración, que debe constituirse en un proceso adecuadamente controlado.
Lo deseable es que las fuentes de agua cruda no presenten una carga orgánica elevada.
Por la naturaleza de estos parámetros, las normas de calidad de agua establecen que los causantes de la contaminación orgánica deben estar ausentes en las aguas para consumo humano.

II. OBJETIVOS

* Determinar la DQO, de la muestra de agua tomada en el Río Huaycoloro.

* Interpretar los resultados obtenidos.

III. FUNDAMENTO TEORICO

La demanda química de oxigeno es un ensayo de laboratorio que mide el equivalente en oxigeno de la fracción de materia orgánica presente en la muestra, que es susceptible de oxidación en medio acido por parte de dicromato de potasio.
La mayor ventaja de la DQO es el corto tiempo que requiere la determinación, en total unas tres horas en comparación con los cinco días que demora la DBO5.
La DQO usualmente se usa en la medida de contaminantes en aguas naturales y residuales, así como en el control de plantas de tratamiento de estas últimas.


Determinación de la Demanda Química de Oxigeno (DQO
El método de reflujo cerrado con dicromato de potasio es más económico en el uso de reactivos que el método abierto y genera también menores cantidades de residuos peligrosos. La oxidación de la mayoría de los compuestos orgánicos es del 95% del valor teórico.
En una muestra sometida a reflujo con cantidades conocidas de dicromato depotasio y acido sulfúrico, la oxidación de la materia orgánica resulta en el cambio de cromo (VI) a Cr (III). Ambas especies son coloreadas y absorben en la región visible del espectro.

Muestra susceptible a oxidación H+ Oxidación de 95% del valor teórico
K2Cr2O7
Cr+6 Cr+3

Para valores de DQO entre 100 y 900 mg/L, se mide el incremento en Cr3+ en la región de 600 nm. Valores mas altos se pueden obtener por dilución de la muestra. Los valores menores pueden determinarse siguiendo la reducción en Cr2O72- a 420 nm.
La interferente mas común de la prueba es el ión cloruro. Este reacciona con el ión plata para precipitar cloruro de plata y así inhibe la actividad del catalizador. Esta interferencia puede eliminarse mediante el uso de una técnica complejante del cloruro.

Interferente: Cl- + Ag+ AgCl(s
HgSO4 + Cl- HgCl2(ac) (soluble)

IV. EQUIPOS Y MATERIALES

* Reactor de DQO que opera a 150 +/- 2sC
* Viales de reactivo para digestión de DQO (contienen K2Cr2O7, H2SO4, catalizador de plata y sulfato mercúrico).
* Pipetas
* Espectrofotómetro (Longitud de onda = 600 nm).
* Agua Destilada

V. MUESTREO Y PRESERVACION DE LA MUESTRA

Se utilizo una botella de plástico, de un litro, como el análisis no se pudo hacer en el momento se preservo la muestra por acidificación a un pH < 2 con acido sulfúrico concentrado(20gotas por mL) y se refrigero.

VI. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1ro.Encender el reactor de DQO y precalentar hasta 150sC.
2do. Retirar las tapas de los viales de digestión, teniendo cuidado de usar el vial apropiado para el rango de DQO. En este caso, se utilizo viales de rango de 20 a 1500 ppm, por tener un rango de DQO entre 400 – 600 mg/Laproximadamente.
3ro. Añadir a un vial 2 ml de la muestra usando una pipeta volumétrica. Luego tomar otro vial y agregar 2 ml de agua destilada, el cual será el blanco.
4to. Invertir varias veces los viales para mezclar, con precaución porque los viales se calientan al contacto con el agua destilada y con la muestra respectivamente.
5to. Colocar los viales en el reactor precalentado.

6to. Dejar reaccionar durante dos horas.
7mo. Apagar el reactor. Esperar alrededor de 20 minutos para que los viales enfríen a 120sC o menos. Invertir cada vial varias veces mientras permanece a esta temperatura aproximada.
8vo. Colocar los viales en una gradilla adecuada y dejar enfriar hasta temperatura ambiente.

9no. Elegir el programa 430 (COD ULR, Rango Bajo) o 435 (COD HR, Rango Alto y Rango Alto Plus) en el espectrofotómetro. Con una longitud de onda de 600 nm.

10mo. Limpiar las paredes externas del vial de digestión con pañuelo de papel.
11vo. Colocar el vial que contiene el blanco en el portaceldas, pulsar cero y la pantalla mostrara 0 mg/L COD.
12vo. Después, colocar el vial que contiene la muestra preparada en el portaceldas. El resultado se observara en la pantalla en mg/L COD.VII. RESULTADOS

Después de efectuar los diferentes procesos para la determinación de la demanda química de oxigeno (DQO), se obtuvo el siguiente resultado:

* MUESTRA DE AGUA
DQO (mg/L) = 390 mg/L

VIII. CONCLUSIONES

* Al medir la absorbancia en el espectrofotómetro esta nos dio un resultado, el cual se procesa y obtenemos la concentración de DQO = 390 mg/L de la muestra de agua tomada en el Río Huaycoloro.
* Interfieren en la prueba las cadenas normales de compuestos alifáticos, hidrocarburos aromáticos y piridina si están presentes en un grado apreciable, pero el método da un valor más cercano al de una oxidación completa que el método del permanganato. La cadena normal de compuestos son oxidados mas efectivamente cuando se adiciona sulfato de plata como catalizador, aun cuando el sulfato de plata reacciona con los cloruros, bromuros o yoduro para producir precipitados que son oxidados solo parciamente mediante el procedimiento.
* Para la oxidación de hidrocarburos no es una ventaja el uso de catalizadores, pero es esencial para la oxidación de cadenas lineares de alcoholes y ácidos. La oxidación y otras dificultades causadas por la presencia de cloruro puede llegar a ser eliminada mediante el uso de una técnica completante del cloruro, por ejemplo adicionando sulfato mercúrico a las muestras antes del reflujo, para atrapar a los iones cloruro como complejo de cloruro mercúrico soluble y reducir grandemente la capacidad del cloruro para reaccionar posteriormente.