Los indicadores de calidad de las aguas residuales son metodologías de prueba de laboratorio para evaluar la idoneidad de las aguas residuales para su eliminación, tratamiento o reutilización. Los principales parámetros de las aguas residuales que se miden para evaluar la potencia o calidad de las aguas residuales , así como las opciones de tratamiento, incluyen: sólidos, indicadores de materia orgánica, nitrógeno, fósforo e indicadores de contaminación fecal. [1] : 33 Las pruebas seleccionadas varían según el uso previsto o el lugar de descarga. Las pruebas pueden medir las características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales. Las características físicas incluyen temperatura y sólidos. Las características químicas incluyen el valor del pH, las concentraciones de oxígeno disuelto , la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y la demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno, fósforo y cloro. Las características biológicas se determinan con bioensayos y pruebas de toxicología acuática .
Tanto la prueba de DBO como la de DQO son una medida del efecto relativo de agotamiento de oxígeno de un contaminante residual. Ambos han sido ampliamente adoptados como medida del efecto de la contaminación . Cualquier material oxidable presente en un curso de agua natural aeróbico o en un agua residual industrial se oxidará tanto por procesos bioquímicos (bacterianos) como químicos. El resultado es que disminuirá el contenido de oxígeno del agua.
Los organismos acuáticos no pueden sobrevivir fuera de rangos de temperatura específicos. La escorrentía de riego y el enfriamiento de agua de las centrales eléctricas pueden elevar las temperaturas por encima del rango aceptable para algunas especies. La temperatura elevada también puede provocar la proliferación de algas que reducen los niveles de oxígeno. ( Ver contaminación térmica .) La temperatura se puede medir con un termómetro calibrado . [2] : 125-126
El material sólido en las aguas residuales puede estar disuelto, suspendido o sedimentado. Los sólidos disueltos totales o TDS (a veces llamados residuos filtrables) se miden como la masa de residuo que queda cuando se evapora un volumen medido de agua filtrada . La masa de sólidos secos que queda en el filtro se llama sólidos suspendidos totales (SST) o residuo no filtrable. Los sólidos sedimentables se miden como el volumen visible acumulado en el fondo de un cono Imhoff después de que el agua se haya sedimentado durante una hora. [2] : 89–98 La turbidez es una medida de la capacidad de dispersión de la luz de la materia suspendida en el agua. [2] : 131–137 La salinidad mide la densidad del agua o los cambios de conductividad causados por materiales disueltos. [2] : 99-100
Prácticamente cualquier sustancia química se puede encontrar en el agua, pero las pruebas de rutina comúnmente se limitan a unos pocos elementos químicos de singular importancia.
El agua se ioniza formando cationes hidronio (H 3 O + ) y aniones hidroxilo (OH − ) . La concentración de hidrógeno ionizado (como agua protonada) se expresa como pH . [2] : 406–407
La mayoría de los hábitats acuáticos están ocupados por peces u otros animales que requieren ciertas concentraciones mínimas de oxígeno disuelto para sobrevivir. Las concentraciones de oxígeno disuelto se pueden medir directamente en las aguas residuales, pero la cantidad de oxígeno potencialmente requerida por otras sustancias químicas en las aguas residuales se denomina demanda de oxígeno. Se utilizará como fuente de alimento el material orgánico oxidable disuelto o suspendido en las aguas residuales. El material finamente dividido está fácilmente disponible para los microorganismos cuyas poblaciones aumentarán para digerir la cantidad de alimento disponible. La digestión de este alimento requiere oxígeno, por lo que el contenido de oxígeno del agua finalmente disminuirá en la cantidad necesaria para digerir los alimentos disueltos o suspendidos. Las concentraciones de oxígeno pueden caer por debajo del mínimo requerido por los animales acuáticos si la tasa de utilización de oxígeno excede el reemplazo por oxígeno atmosférico. [3]
Básicamente, la reacción de oxidación bioquímica se puede escribir como:
El consumo de oxígeno mediante la reducción de sustancias químicas como sulfuros y nitritos se tipifica de la siguiente manera:
Dado que todas las vías fluviales naturales contienen bacterias y nutrientes, casi cualquier compuesto de desecho introducido en dichas vías fluviales iniciará reacciones bioquímicas (como las que se muestran arriba). Esas reacciones bioquímicas crean lo que se mide en el laboratorio como DBO.
Los productos químicos oxidables (como los productos químicos reductores) introducidos en el agua natural iniciarán de manera similar reacciones químicas (como las que se muestran arriba). Esas reacciones químicas crean lo que se mide en el laboratorio como DQO.
Tanto la prueba de DBO como la de DQO son una medida del efecto relativo de agotamiento de oxígeno de un contaminante residual. Ambos han sido ampliamente adoptados como medida del efecto de la contaminación. La prueba DBO mide la demanda de oxígeno de contaminantes biodegradables mientras que la prueba DQO mide la demanda de oxígeno de contaminantes oxidables.
La denominada DBO de 5 días mide la cantidad de oxígeno consumida por la oxidación bioquímica de residuos contaminantes en un período de 5 días. La cantidad total de oxígeno consumida cuando se permite que la reacción bioquímica continúe hasta su finalización se denomina "DBO definitiva". Debido a que la DBO definitiva requiere tanto tiempo, la DBO de 5 días se ha adoptado casi universalmente como una medida del efecto de contaminación relativa.
También existen muchas pruebas de DQO diferentes, de las cuales la DQO de 4 horas es probablemente la más común.
No existe una correlación generalizada entre la DBO de 5 días y la DBO final. De manera similar, no existe una correlación generalizada entre DBO y DQO. Es posible desarrollar tales correlaciones para contaminantes residuales específicos en una corriente de aguas residuales específica, pero dichas correlaciones no pueden generalizarse para su uso con otros contaminantes residuales o corrientes de aguas residuales. Esto se debe a que la composición de cualquier corriente de aguas residuales es diferente. Por ejemplo, un efluente que consiste en una solución de azúcares simples que podría descargarse de una fábrica de confitería probablemente tenga componentes orgánicos que se degraden muy rápidamente. En tal caso, la DBO de 5 días y la DBO final serían muy similares ya que quedaría muy poca materia orgánica después de 5 días. Sin embargo, un efluente final de una planta de tratamiento de aguas residuales que sirve a una gran área industrializada podría tener una descarga donde la DBO final fuera mucho mayor que la DBO de 5 días porque gran parte del material fácilmente degradado se habría eliminado en el proceso de tratamiento de aguas residuales y en muchos procesos industriales. Descarga de moléculas orgánicas difíciles de degradar.
Los procedimientos de prueba de laboratorio para determinar las demandas de oxígeno anteriores se detallan en muchos textos estándar. Las versiones americanas incluyen Métodos estándar para el examen de agua y aguas residuales. [4]
Cualquier material oxidable presente en un curso de agua natural aeróbico o en un agua residual industrial se oxidará tanto por procesos bioquímicos (bacterianos) como químicos. El resultado es que disminuirá el contenido de oxígeno del agua.
El nitrógeno es un nutriente importante para el crecimiento de plantas y animales. El nitrógeno atmosférico está menos disponible biológicamente que el nitrógeno disuelto en forma de amoníaco y nitratos . La disponibilidad de nitrógeno disuelto puede contribuir a la proliferación de algas . El amoníaco y las formas orgánicas de nitrógeno a menudo se miden como nitrógeno Kjeldahl total , y se pueden realizar análisis de formas inorgánicas de nitrógeno para obtener estimaciones más precisas del contenido total de nitrógeno. [2] : 406–407
Los fosfatos ingresan a las aguas superficiales a través de fuentes puntuales y no puntuales . La contaminación de fuentes difusas (NPS) se refiere a la contaminación del agua proveniente de fuentes difusas. La contaminación de fuentes difusas se puede contrastar con la contaminación de fuentes puntuales, donde se producen descargas en una masa de agua en un solo lugar. Las fuentes difusas de fosfatos incluyen la descomposición natural de rocas y minerales, la escorrentía de aguas pluviales , la contaminación agrícola , la erosión y sedimentación , la deposición atmosférica y los aportes directos de animales y vida silvestre. Las fuentes puntuales de fósforo pueden incluir plantas de tratamiento de aguas residuales municipales y descargadores industriales. En general, la contaminación de fuentes difusas suele ser significativamente mayor que la de las fuentes puntuales de contaminación. Por lo tanto, la clave para una gestión racional es limitar el aporte de fosfato tanto de fuentes puntuales como difusas. Las altas concentraciones de fosfato en las masas de agua son un indicio de contaminación y son en gran medida responsables de la eutrofización . [5]
Los fosfatos no son tóxicos para las personas ni para los animales a menos que estén presentes en niveles muy altos. Pueden producirse problemas digestivos debido a niveles extremadamente altos de fosfato.
La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. recomendó los siguientes criterios para el fósforo total .
El fósforo normalmente es bajo (< 1 mg/L) en fuentes de agua potable limpia y generalmente no está regulado; [7] [8]
El cloro se ha utilizado ampliamente para blanquear , como desinfectante y para prevenir la bioincrustación en sistemas de enfriamiento de agua . Las concentraciones restantes de ácido hipocloroso oxidante e iones de hipoclorito se pueden medir como cloro residual para estimar la eficacia de la desinfección o para demostrar la seguridad de la descarga a los ecosistemas acuáticos. [2] : 309–315
El agua puede analizarse mediante un bioensayo que compara la supervivencia de una especie de prueba acuática en las aguas residuales en comparación con el agua de alguna otra fuente. [2] : 685–689 El agua también se puede evaluar para determinar la población biológica aproximada de las aguas residuales. En las aguas residuales pueden estar presentes microorganismos patógenos que utilizan el agua como medio para pasar de un huésped a otro. El índice de coliformes mide la población de un organismo que se encuentra comúnmente en los intestinos de animales de sangre caliente como indicador de la posible presencia de otros patógenos intestinales. [2] : 875–877
Las pruebas de toxicología acuática se utilizan para proporcionar datos cualitativos y cuantitativos sobre los efectos adversos de un tóxico en los organismos acuáticos. Los tipos de pruebas incluyen pruebas agudas (exposición a corto plazo), crónicas (duración de la vida) y de bioacumulación. [9] Muchas instalaciones industriales en los EE. UU. realizan pruebas de "toxicidad total del efluente" (WET) en sus descargas de aguas residuales, generalmente en combinación con pruebas químicas para contaminantes seleccionados. [10]
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