La turbidez es la opacidad o turbidez de un fluido causada por una gran cantidad de partículas individuales que generalmente son invisibles a simple vista , similares al humo en el aire . La medición de la turbidez es una prueba clave tanto de la claridad como de la calidad del agua .
Los líquidos pueden contener materia sólida suspendida que consiste en partículas de muchos tamaños diferentes. Si bien algunos materiales suspendidos serán lo suficientemente grandes y pesados como para sedimentarse rápidamente en el fondo del recipiente si se deja reposar una muestra líquida (los sólidos sedimentables ), las partículas muy pequeñas sedimentarán muy lentamente o no sedimentarán en absoluto si la muestra se agita regularmente o si las partículas son coloidales . Estas pequeñas partículas sólidas hacen que el líquido parezca turbio.
La turbidez (o neblina) también se aplica a sólidos transparentes como el vidrio o el plástico. En la producción de plástico, la neblina se define como el porcentaje de luz que se desvía más de 2,5° de la dirección de la luz entrante. [1]
La turbidez en aguas abiertas puede ser causada por el crecimiento de fitoplancton . Las actividades humanas que perturban la tierra, como la construcción , la minería y la agricultura , pueden provocar que altos niveles de sedimentos ingresen a los cuerpos de agua durante las tormentas de lluvia debido a la escorrentía de aguas pluviales . Las áreas propensas a altas tasas de erosión de las riberas, así como las áreas urbanizadas, también contribuyen con grandes cantidades de turbidez a las aguas cercanas, a través de la contaminación de las aguas pluviales de superficies pavimentadas como carreteras, puentes, estacionamientos y aeropuertos. [2] Algunas industrias como la explotación de canteras , la minería y la recuperación de carbón pueden generar niveles muy altos de turbidez a partir de partículas de roca coloidal.
En el agua potable, cuanto mayor sea el nivel de turbidez, mayor será el riesgo de que las personas desarrollen enfermedades gastrointestinales . [3] Esto es especialmente problemático para las personas inmunodeprimidas, porque los contaminantes como virus o bacterias pueden adherirse a los sólidos suspendidos. Los sólidos suspendidos interfieren con la desinfección del agua con cloro porque las partículas actúan como escudos para los virus y las bacterias. De manera similar, los sólidos suspendidos pueden proteger a las bacterias de la esterilización ultravioleta (UV) del agua. [ cita requerida ]
En cuerpos de agua como lagos , ríos y embalses , los altos niveles de turbidez pueden reducir la cantidad de luz que llega a profundidades más bajas, lo que puede inhibir el crecimiento de plantas acuáticas sumergidas y, en consecuencia, afectar a las especies que dependen de ellas, como los peces y los mariscos . Los altos niveles de turbidez también pueden afectar la capacidad de las branquias de los peces para absorber el oxígeno disuelto. Este fenómeno se ha observado regularmente en toda la bahía de Chesapeake en el este de los Estados Unidos. [4] [5]
En muchas zonas de manglares , se necesita una turbidez alta para sustentar a ciertas especies, como por ejemplo para proteger a los peces juveniles de los depredadores. En la mayoría de los manglares de la costa oriental de Australia , en particular en la bahía de Moreton , se necesitan niveles de turbidez de hasta 600 unidades nefelométricas de turbidez (UNT) para una salud adecuada del ecosistema . [ cita requerida ]
La medición de la turbidez es una prueba clave tanto de la claridad del agua como de su calidad . [ cita requerida ] Hay dos unidades estándar para informar la turbidez: Unidades nefelométricas de formazina (FNU) de ISO 7027 y Unidades de turbidez nefelométrica (NTU) del Método 180.1 de la USEPA. ISO 7027 y FNU se utilizan principalmente en Europa, mientras que NTU se utiliza principalmente en los EE. UU. La ISO 7027 proporciona el método en calidad del agua para la determinación de la turbidez. Se utiliza para determinar la concentración de partículas suspendidas en una muestra de agua midiendo la luz incidente dispersada en ángulos rectos desde la muestra. La luz dispersa es capturada por un fotodiodo , que produce una señal electrónica que se convierte en turbidez. Se ha desarrollado hardware de código abierto siguiendo el método ISO 7027 para medir la turbidez de manera confiable utilizando un microcontrolador Arduino y LED económicos . [6]
Existen varias formas prácticas de comprobar la calidad del agua, siendo la más directa una medida de atenuación (es decir, reducción de la intensidad) de la luz a medida que pasa a través de una columna de agua de muestra. [7] El método de la vela de Jackson (unidades: Unidad de Turbidez de Jackson o JTU ) que se utiliza como alternativa es esencialmente la medida inversa de la longitud de una columna de agua necesaria para oscurecer por completo la llama de una vela vista a través de ella. Cuanto más agua se necesite (cuanto más larga sea la columna de agua), más clara será el agua. Por supuesto, el agua por sí sola produce cierta atenuación, y cualquier sustancia disuelta en el agua que produzca color puede atenuar algunas longitudes de onda. Los instrumentos modernos no utilizan velas, pero este método de atenuación de un haz de luz a través de una columna de agua debe calibrarse y reportarse en JTU. [7]
La propensión de las partículas a dispersar un haz de luz enfocado sobre ellas se considera ahora una medida más significativa de la turbidez del agua. La turbidez medida de esta manera utiliza un instrumento llamado nefelómetro con el detector colocado al costado del haz de luz. Más luz llega al detector si hay muchas partículas pequeñas que dispersan el haz de luz que si hay pocas. Las unidades de turbidez de un nefelómetro calibrado pueden ser NTU o FTU, según el método estándar utilizado. Hasta cierto punto, la cantidad de luz que se refleja para una cantidad dada de partículas depende de las propiedades de las partículas, como su forma, color y reflectividad. Por esta razón (y la razón por la que las partículas más pesadas se sedimentan rápidamente y no contribuyen a una lectura de turbidez), una correlación entre la turbidez y los sólidos suspendidos totales (SST) es algo inusual para cada ubicación o situación. [7]
La turbidez en lagos, embalses, canales y el océano se puede medir utilizando un disco Secchi . Este disco blanco y negro se sumerge en el agua hasta que ya no se puede ver; luego, se registra la profundidad (profundidad Secchi) como una medida de la transparencia del agua (inversamente relacionada con la turbidez). El disco Secchi tiene las ventajas de integrar la turbidez sobre la profundidad (donde hay capas de turbidez variables), ser rápido y fácil de usar, y económico. Puede proporcionar una indicación aproximada de la profundidad de la zona eufótica con una división triple de la profundidad Secchi , sin embargo, esto no se puede utilizar en aguas poco profundas donde el disco aún se puede ver en el fondo. [8]
Un dispositivo adicional, que puede ayudar a medir la turbidez en aguas poco profundas es el tubo de turbidez. [9] [8] El tubo de turbidez condensa el agua en un tubo graduado que permite la determinación de la turbidez basándose en un disco de contraste en su fondo, siendo análogo al disco Secchi.
La turbidez del aire, que causa la atenuación solar, se utiliza como medida de la contaminación. Para modelar la atenuación de la irradiancia del haz, se han introducido varios parámetros de turbidez, incluido el factor de turbidez de Linke (TL ) . [10] [11]
Los gobiernos han establecido estándares sobre la turbidez permitida en el agua potable. En los Estados Unidos, los sistemas públicos de agua que utilizan métodos de filtración convencionales o directos no deben tener una turbidez superior a 1,0 NTU en la salida de la planta y todas las muestras de turbidez deben ser menores o iguales a 0,3 NTU para al menos el 95 por ciento de las muestras en cualquier mes. Los sistemas que utilizan una filtración distinta a la convencional o directa deben cumplir los límites estatales, que deben incluir una turbidez que en ningún momento supere las 5 NTU. Muchas empresas de agua potable se esfuerzan por alcanzar niveles tan bajos como 0,1 NTU. [12] El estándar europeo de turbidez es de 4 NTU. [13]
La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ha publicado criterios de calidad del agua para la turbidez. [14] Estos criterios son evaluaciones científicas de los efectos de la turbidez, que los estados utilizan para desarrollar estándares de calidad del agua para los cuerpos de agua. (Los estados también pueden publicar sus propios criterios). Algunos estados han promulgado estándares de calidad del agua para la turbidez, entre ellos:
Los métodos de prueba analíticos publicados para la turbidez incluyen:
La turbidez se trata comúnmente mediante un proceso de sedimentación o filtración, o ambos. Dependiendo de la aplicación, se pueden dosificar floculantes en la corriente de agua para aumentar la eficacia del proceso de sedimentación o filtración. [21] [22] Las plantas de tratamiento de agua potable y de aguas residuales municipales a menudo eliminan la turbidez con una combinación de tanques de sedimentación, filtración con medios granulares y clarificadores .
El tratamiento de agua in situ o la dosificación directa para el tratamiento de la turbidez es común cuando los cuerpos de agua afectados están dispersos (es decir, hay numerosos cuerpos de agua repartidos en un área geográfica, como pequeños reservorios de agua potable), cuando el problema no es constante (es decir, cuando hay turbidez en un cuerpo de agua solo durante y después de la temporada de lluvias) o cuando se requiere una solución de bajo costo. El tratamiento de la turbidez in situ implica la adición de un reactivo, generalmente un floculante , distribuido uniformemente sobre la superficie del cuerpo de agua. Luego, los flóculos se depositan en el fondo del cuerpo de agua donde permanecen o se eliminan cuando se drena el cuerpo de agua. Este método se usa comúnmente en minas de carbón e instalaciones de carga de carbón donde los estanques de recolección de aguas pluviales tienen problemas estacionales con la turbidez. Varias empresas ofrecen sistemas de tratamiento portátiles para el tratamiento de agua in situ o la dosificación directa de reactivos.
Hay una serie de reactivos químicos disponibles para tratar la turbidez. Los reactivos disponibles para tratar la turbidez incluyen sulfato de aluminio o alumbre (Al 2 (SO 4 ) 3 ·nH 2 O), cloruro férrico (FeCl 3 ), yeso (CaSO 4 ·2H 2 O), cloruro de polialuminio , polímeros basados en acrilamida de cadena larga y numerosos reactivos patentados. [23] La química del agua debe considerarse cuidadosamente al dosificar productos químicos, ya que algunos reactivos, como el alumbre, alterarán el pH del agua.
También se debe tener en cuenta el proceso de dosificación cuando se utilizan reactivos, ya que los flóculos pueden romperse si se mezclan excesivamente.
