Los indicadores de calidad de 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 en las aguas residuales que se miden para evaluar la fuerza o calidad de las aguas residuales , así como las opciones de tratamiento, incluyen: sólidos, indicadores de materia orgánica, nitrógeno, fósforo, indicadores de contaminación fecal. [1] : 33 Las pruebas seleccionadas varían según el uso previsto o la ubicación de descarga. Las pruebas pueden medir las características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales. Las características físicas incluyen la temperatura y los sólidos. Las características químicas incluyen el valor de pH, las concentraciones de oxígeno disuelto , la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y la demanda química de oxígeno (DQO), el nitrógeno, el fósforo y el cloro. Las características biológicas se determinan con bioensayos y pruebas de toxicología acuática .
Tanto la prueba de DBO como la de DQO miden el efecto de agotamiento relativo del oxígeno de un contaminante residual. Ambas se han adoptado ampliamente como una medida del efecto de la contaminación . Cualquier material oxidable presente en un curso de agua natural aeróbico o en aguas residuales industriales se oxidará mediante procesos bioquímicos (bacterianos) o químicos. El resultado es que el contenido de oxígeno del agua disminuirá.
Los organismos acuáticos no pueden sobrevivir fuera de determinados rangos de temperatura. El agua de riego y el agua de refrigeración de las centrales eléctricas pueden elevar las temperaturas por encima del rango aceptable para algunas especies. Las temperaturas elevadas también pueden provocar la proliferación de algas , lo que reduce los niveles de oxígeno ( véase 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 quedan en el filtro se llama sólidos suspendidos totales (TSS) 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 los cambios de densidad o conductividad del agua causados por materiales disueltos. [2] : 99–100
Prácticamente cualquier sustancia química puede encontrarse en el agua, pero las pruebas de rutina suelen limitarse a unos pocos elementos químicos de importancia única.
El agua se ioniza en 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 que potencialmente requieren otras sustancias químicas en las aguas residuales se denomina demanda de oxígeno. El material orgánico oxidable disuelto o suspendido en las aguas residuales se utilizará como fuente de alimento. 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 se reducirá en la cantidad necesaria para digerir el alimento disuelto o suspendido. Las concentraciones de oxígeno pueden caer por debajo del mínimo requerido por los animales acuáticos si la tasa de utilización de oxígeno excede la reposición por oxígeno atmosférico. [3]
Básicamente, la reacción de oxidación bioquímica puede escribirse como:
El consumo de oxígeno mediante la reducción de productos químicos como sulfuros y nitritos se caracteriza de la siguiente manera:
Dado que todos los cursos de agua naturales contienen bacterias y nutrientes, casi cualquier compuesto de desecho que se introduzca en ellos iniciará reacciones bioquímicas (como la que se muestra 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 también iniciarán reacciones químicas (como la que se muestra arriba). Esas reacciones químicas crean lo que se mide en el laboratorio como DQO.
Tanto la prueba de DBO como la de DQO miden el efecto de agotamiento relativo del oxígeno de un contaminante de desecho. Ambas se han adoptado ampliamente como una medida del efecto de la contaminación. La prueba de DBO mide la demanda de oxígeno de los contaminantes biodegradables , mientras que la prueba de DQO mide la demanda de oxígeno de los contaminantes oxidables.
La denominada DBO de 5 días mide la cantidad de oxígeno consumido por la oxidación bioquímica de los contaminantes de los desechos en un período de 5 días. La cantidad total de oxígeno consumido cuando se permite que la reacción bioquímica continúe hasta su finalización se denomina "DBO final". Debido a que la DBO final requiere tanto tiempo, la DBO de 5 días se ha adoptado casi universalmente como una medida del efecto relativo de la contaminación.
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 la DBO y la DQO. Es posible desarrollar tales correlaciones para contaminantes de desechos específicos en una corriente de aguas residuales específica, pero dichas correlaciones no se pueden generalizar para su uso con cualquier otro contaminante de desechos o corriente 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 puede descargarse de una fábrica de confitería es probable que tenga componentes orgánicos que se degradan muy rápidamente. En tal caso, la DBO de 5 días y la DBO final serían muy similares, ya que quedaría muy poco material orgánico después de 5 días. Sin embargo, un efluente final de una planta de tratamiento de aguas residuales que atiende a una gran área industrializada puede tener una descarga donde la DBO final sea mucho mayor que la DBO de 5 días porque gran parte del material fácilmente degradable se habría eliminado en el proceso de tratamiento de aguas residuales y muchos procesos industriales vierten moléculas orgánicas difíciles de degradar.
Los procedimientos de prueba de laboratorio para determinar las demandas de oxígeno mencionadas anteriormente se detallan en muchos textos estándar. Las versiones estadounidenses 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 aguas residuales industriales se oxidará mediante procesos bioquímicos (bacterianos) o químicos. El resultado es que el contenido de oxígeno del agua disminuirá.
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 se miden a menudo como nitrógeno total Kjeldahl , 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 difusas y fuentes puntuales . La contaminación de fuentes difusas (NPS) se refiere a la contaminación del agua de fuentes difusas. La contaminación de fuentes difusas puede contrastarse con la contaminación de fuentes puntuales, donde las descargas ocurren a un cuerpo 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 el aporte directo de animales/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 las fuentes puntuales de contaminación. Por lo tanto, la clave para una gestión adecuada es limitar el aporte de fosfato tanto de fuentes puntuales como difusas. La alta concentración de fosfato en los cuerpos de agua es una indicación de contaminación y en gran medida responsable de la eutrofización . [5]
Los fosfatos no son tóxicos para las personas ni los animales, a menos que estén presentes en cantidades muy altas. Los niveles extremadamente altos de fosfato pueden provocar problemas digestivos.
Los siguientes criterios para el fósforo total fueron recomendados por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU .
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 refrigeración por 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 compare la supervivencia de una especie acuática de prueba en las aguas residuales con el agua de otra fuente. [2] : 685–689 El agua también puede evaluarse para determinar la población biológica aproximada de las aguas residuales. Los microorganismos patógenos que utilizan el agua como medio para trasladarse de un huésped a otro pueden estar presentes en las aguas residuales. El índice de coliformes mide la población de un organismo que se encuentra comúnmente en los intestinos de los 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 sobre 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 de efluentes completos" (WET) en sus descargas de aguas residuales, generalmente en combinación con pruebas químicas para contaminantes seleccionados. [10]
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