Metodología y Seguridad en el Muestreo de Aguas

Esta sección detalla las etapas del proceso analítico, las técnicas de muestreo y los protocolos de seguridad necesarios para la correcta obtención de muestras de agua.

1. Definición del problema, elección del método, obtención y preparación de la muestra, medida de la propiedad, tratamiento de datos e informe analítico.
2. El muestreo es una etapa más del proceso analítico y se debe realizar de forma rigurosa a partir de muestras recogidas en un lugar y momento determinados con unas características concretas; puede ser manual o automática.
3. Medidas de Seguridad y Precaución:
   • Recibir formación e información en relación con los compuestos químicos que se manejan.
   • Conocer las normas de seguridad, usando gafas y guantes.
   • Consultar los planes de muestreo.
   • Recibir las inmunizaciones apropiadas.
   • Notificar a otros su itinerario.
   • Tomar precauciones para las picaduras de insectos e inundaciones.
4. Tipos de Errores en el Muestreo:
   • Error por contaminación: se comete por factores externos.
   • Error por pérdidas de elementos: debido a interacciones, salpicaduras, sedimentaciones, etc.
   • Error por alteraciones físicas y químicas: los componentes de la muestra reaccionan entre sí, dando lugar a otras especies o precipitados.
5. Técnica de Muestreo No Probabilístico: Técnica donde las muestras se recogen por un proceso en el cual no todos los individuos de la población tienen igual oportunidad de ser seleccionados. Puede ser a juicio de la persona que hace el muestreo o por conveniencia de costes y accesibilidad.
6. Técnica de Muestreo Probabilístico: Técnica donde las muestras son recogidas de tal forma que todos los individuos de la población tienen la misma oportunidad de ser seleccionados (por muestreo aleatorio simple, sistemático o aleatorio estratificado).
7. Planificación del Muestreo: Se debe definir previamente:
   • Objetivos y características del sistema.
   • Parámetros a analizar.
   • Técnica de muestreo a usar.
   • Tipo de muestras.
   • Puntos de muestreo.
   • Parámetros a analizar in situ y registro de datos.
   • Fecha, hora, lugar y frecuencia de la toma de muestra.
   • Equipos de toma de muestra, herramientas, etc.
   • Número de muestra y volumen.
   • EPI (Equipo de Protección Individual) y normas de seguridad a cumplir.
   • Etiquetado y formato de custodia.
8. Establecer el «para qué» queremos realizar el muestreo, qué queremos conseguir con ello.
9. Clasificación según el Sistema:
   • Abierto: donde los factores que influyen son la profundidad, el flujo de corriente y la distancia a la orilla.
   • Cerrado: donde la dificultad se da cuando la muestra no es homogénea.
10. Son los parámetros que se van a medir en el laboratorio, porque de ello va a depender el material de los envases, si hay que añadir conservantes o refrigerar la muestra.
11. Son las técnicas que se llevan a cabo para realizar el muestreo (probabilístico o no probabilístico), y para elegirlas hay que hacer una búsqueda bibliográfica o coger una muestra de referencia.
12. Pueden ser simples, compuestas o integradas.
13. Las medidas de campo o in situ son: Temperatura (T), pH, Conductividad Eléctrica (Conduc. Elect.), Turbidez, Oxígeno disuelto (O disuelto) y caudal. El registro de datos es donde se reflejan datos como el lugar, observaciones, etc.
14. Equipos de Toma de Muestras:
    • Equipo de plástico: se enjuagan con agua antes de tomar la muestra y se llenan los contenedores que se envían al laboratorio.
    • Botellas lastradas: son recipientes lastrados que se usan para obtener muestras a profundidades variables.
    • Recipientes: pueden ser de plástico o vidrio, y es donde se llevan las muestras al laboratorio.
15. El número de muestras que se recoge depende del tipo de muestra y el volumen depende de la cantidad de parámetros a determinar.
16. Normas de Seguridad Específicas: Se debe usar guantes para protegerse y no contaminar la muestra; se usará ropa de protección en aguas tóxicas, casco, botas y guantes en espacios limitados, y se llevarán medidores personales para detectar concentraciones de gases. Una de las más importantes es que deben ir dos operarios juntos por si hay caídas o derrumbamientos.
17. Etiquetado de Muestras:
    • Numeración de código.
    • Fecha, hora y lugar.
    • Nombre de la persona encargada del muestreo.
    • Técnica de muestreo.
    • Parámetros analíticos que se van a medir.
18. Deben conservarse a temperaturas bajas sin que se congelen, en neveras. Con respecto al transporte, hay que llevarlas en el menor tiempo posible desde la toma de muestra para su análisis.
19. Cadena de Custodia: Documento donde se reflejan todas las manipulaciones que sufre la muestra desde que se toma por el técnico hasta que llega al laboratorio para su análisis.
20. Tipos de Botellas Lastradas:
    • Botellas lastradas simples: colocadas en un cestillo lastrado, con un tapón sujeto a una cuerda que se usa para bajar y subir el cestillo y que con un tirón seco se destapa para abrirla en determinadas profundidades.
    • Botellas lastradas más sofisticadas: permiten tomar muestras a distintas profundidades y son más complejas que las simples, con cierres controlados a distancia.
21. Muestreo en Aguas Superficiales: El operario debe conocer las medidas de seguridad y usar los EPI adecuados. Dependiendo de si el agua está estratificada o no, se recogen las muestras de forma diferente. En ríos y lagos se recogen en las orillas; en un embalse, si está estratificada, se toman muestras de cada estrato.
22. Muestreo en Aguas Subterráneas: Coger la muestra es más complejo, pues son menos accesibles. Se monitorean muestras para controlar la calidad del agua y evaluar su estado. Hay que medir el nivel del agua en el sondeo o en el pozo.
23. Procedimientos Específicos de Muestreo: El procedimiento de muestreo donde se determinan parámetros fisicoquímicos es distinto si se analizan parámetros biológicos:
    • En ríos: la muestra se coge lo más lejos posible de la orilla, evitando zonas estancadas y sin remover el fondo.
    • En lagos: se hace igual y se determina la cantidad de agua, y se mide la anchura y profundidad.
    • En manantiales: se toma directamente la muestra.
    • En bocas de riego: se usan acoples especiales para la toma.
    • En agua de grifos: se deja fluir un tiempo el agua y se coge la muestra, comparándola con otras recogidas en otros momentos.
24. Muestreo Microbiológico: Se usan envases estériles. En aguas de grifos se quitan filtros y se limpia, y el proceso se hace sin interrupciones. En pozos y depósitos se hace lo mismo que en los grifos si se tiene bomba de captación; si no, se introduce un frasco de muestreo sujeto a una cuerda en el agua.

El Agua como Recurso Industrial: Usos y Deterioro

Esta sección aborda las funciones esenciales del agua en los procesos industriales y los principales problemas de calidad que afectan a las instalaciones.

1. Funciones del Agua en la Industria: Medio de reacción, materia prima, disolvente y servicios auxiliares.
2. Uso como Medio de Reacción: Las reacciones orgánicas se templan con agua o con disolución acuosa compuesta por ácido o base. En la industria inorgánica, la electrólisis es el proceso más importante que usa el agua como medio de reacción.
3. Usos Específicos: En la industria alimentaria, el agua constituye la mayor proporción del producto acabado, donde el agua tiene que ser potable y libre de microorganismos patógenos. También se usa en procesos industriales de electrólisis y en la generación de energía eléctrica.
4. El Agua como Disolvente Universal: El agua es descrita como el disolvente universal, pues disuelve muchos compuestos conocidos. Cuando se usa como disolvente se obtiene una disolución acuosa, donde la sustancia disuelta es el soluto y el agua es el disolvente. En este proceso, las moléculas de agua se agrupan alrededor de las moléculas del soluto para mantenerlas alejadas unas de otras. Con sustancias polares actúa disolviendo iones, con grupos polares forma enlaces por puente de hidrógeno, y con compuestos anfipáticos forma dispersiones coloidales.
5. Servicios Auxiliares: Se usan para refrigeración, generación de calor, extinción de incendios, limpieza, para medios de transporte hidráulicos, en máquinas, etc.
6. El agua es buena para disolver iones y moléculas polares como la sal, pero mala para disolver moléculas no polares como los aceites y las grasas.
7. Los compuestos anfipáticos, tanto en una orientación como en la otra, se disuelven porque tienen una zona polar y otra apolar, y el agua solo disuelve la zona polar.
8. Las sustancias anfipáticas son las que presentan zona hidrófila y polar.
9. Tipos de Consumo:
   • Consultivo: en el que hay consumo de agua y pierde calidad.
   • No consultivo: no hay consumo de agua y puede ser usada nuevamente.
10. Requisitos en la Industria Alimentaria: Tiene que ser potable, blanda y libre de microorganismos. Si no tiene contacto con el alimento, debe cumplir los mismos requisitos que la usada para cualquier otra industria.
11. Requisitos para Calderas: Debe ser no corrosiva y con baja concentración en sales, oxígeno y CO₂.
12. Problemas Asociados al Uso del Agua: Corrosión, incrustaciones, erosión, proliferación biológica, polución/contaminación, lixiviado y eutrofización.
13. Corrosión: Es el resultado de la disolución del metal en el agua, según la teoría electrolítica de la corrosión, donde los átomos de Fe se convierten en iones positivos y pasan a la disolución, y los iones H⁺ se adhieren a las paredes metálicas.
14. Incrustaciones: Se producen por las sales disueltas que lleva el agua en su seno debido a su poder disolvente.
15. Erosión: La alta velocidad y turbulencia en las conducciones y tubos causan la erosión por la presencia en el agua de sustancias corrosivas.
16. Proliferación Biológica: El agua lleva organismos como bacterias, hongos y algas, que forman depósitos biológicos que afectan a los equipos de transmisión de calor, dando lugar a corrosión, incrustaciones y malos olores.
17. Polución/Contaminación: La polución afecta al uso y a la calidad del agua. La industria siempre usa el agua añadiéndole algo, y en su tratamiento de aguas, una vez usada, el agua recoge impurezas del mismo proceso industrial. Hay muchos contaminantes que llegan al agua como aceites, sustancias orgánicas y sustancias tóxicas.
18. Lixiviado: Es el líquido que se forma cuando el agua de las lluvias se introduce en un terreno permeable y reacciona con desechos sólidos y productos en descomposición.
19. Eutrofización: Enriquecimiento de nutrientes y sustancias orgánicas en un ecosistema acuático.
20. Procesos de Tratamiento de Aguas: Filtración, coagulación y floculación, procesos de desmineralización, procesos que usan membranas semipermeables, decantación y flotación, y tratamientos combinados.
21. Regulación de Vertidos: Al verter las aguas residuales a la naturaleza, y en la planta de tratamiento de aguas residuales, se debe cumplir con la normativa medioambiental vigente.
22. Niveles de Normativa: Nivel mundial, europeo, nacional y local.

Determinación de Parámetros de Calidad del Agua

Esta sección describe los diferentes parámetros utilizados para evaluar la calidad del agua y los métodos analíticos empleados para su cuantificación.

1. Índices de Calidad: Se usan parámetros físicos, químicos y biológicos, aplicando estos valores a una expresión matemática, donde el resultado se encuentra entre unos índices de calidad. En un análisis completo hay 60, pero mínimo hay que tener en cuenta los caracteres organolépticos, los parámetros fisicoquímicos, los parámetros microbiológicos y las sustancias no deseables.
2. Criterios Sanitarios: Establece los criterios sanitarios de la calidad del agua para consumo humano.
3. Parámetros Físicos: Características organolépticas (color, sabor, olor), Temperatura (T), Conductividad Eléctrica (Conduct. Elec.), Turbidez, Sólidos totales en suspensión o coloidales y sólidos sedimentables, fijos y volátiles.
4. Parámetros Químicos: pH, alcalinidad, dureza, materia orgánica e inorgánica y gases disueltos.
5. Parámetros Biológicos: Métodos cuantitativos y cualitativos (análisis de saprobios).
6. Color: Propiedad que se puede observar con los sentidos, que suele evaluarse sin instrumentos científicos. Se distingue entre color aparente y verdadero. El método usado es el del cloroplatinato potásico.
7. Sabor y Olor: El gusto y el olfato están ligados. Sus fuentes en el agua pueden tener su origen en gases, sales o compuestos orgánicos o inorgánicos volátiles disueltos en ella. Su determinación es estimativa y se hace diluyendo la muestra un número de veces determinado hasta que deje de oler, dando un valor.
8. Temperatura: Se hace con un termómetro convencional o eléctrico, metiéndolo en la muestra durante un tiempo corto hasta llegar al equilibrio térmico, haciéndose en el momento en que se coge la muestra. Detecta la contaminación térmica.
9. Conductividad Eléctrica: Es la que mide la aptitud del agua para transmitir la corriente eléctrica producida por las sales disueltas en el agua. En el agua pura la conductividad es muy baja y en las aguas mediterráneas es superior al resto de aguas.
10. Turbidez: Es la dificultad del agua para transmitir luz debido a materiales que se encuentran en suspensión. Se determina lo más rápido posible tras coger la muestra, de forma visual y con la turbidimetría.
11. Sólidos Disueltos: Informan de la cantidad de materias disueltas en el agua y se clasifican en filtrables y no filtrables.
12. Determinación de Sólidos Totales: Se realiza mediante gravimetría, que consiste en evaluar por pesada constante la cantidad de residuo que tiene un volumen determinado de agua, evaporada a una temperatura constante de 180 ºC.
13. Sólidos Sedimentables: Se determina por el método del cono de Imhoff, que consiste en medir los sólidos que sedimentan en 1 L de agua en el fondo de un recipiente en forma cónica a los 60 minutos.
14. pH: Forma de expresar la concentración de los protones en moles/L, presentes en una disolución, e indica la acidez o basicidad.
15. Alcalinidad: Mide la presencia de OH⁻, carbonatos y bicarbonatos unidos a elementos como el Ca, Mg, Sodio, K, y mide la capacidad de una sustancia para absorber protones. Se determina mediante valoración ácido-base, usando indicadores colorimétricos o potenciométricos del punto final.
16. Dureza: Concentración de compuestos minerales que hay en una cantidad determinada de agua. Si la concentración es alta, el agua es dura, y si es baja, el agua es blanda. Hay tres clases: Total, temporal y permanente, y se determina mediante una volumetría complexométrica.
17. Cloruros: Llegan a través de los suelos y rocas que los contienen. Se determina con el método oficial Mohr-Winkler.
18. Compuestos de Nitrógeno: Se refiere a la suma de nitrógeno orgánico, nitritos, nitratos y amonio.
    • El nitrógeno orgánico se determina por el método Kjeldahl, transformando el N en sulfato de amonio por ebullición con ácido sulfúrico.
    • Los nitratos se determinan usando dos técnicas: el método ionométrico y el espectrofotométrico UV/VIS, y también usando el análisis colorimétrico, test rápido y reactivos cromogénicos.
    • Los nitritos se determinan por el método Zanmelli.
    • El amonio se determina con la técnica de Nessler.
19. Fósforo (P): El P llega al agua a través de fertilizantes y detergentes. Se determina por fotometría molecular.
20. Sulfatos: Su determinación se realiza por gravimetría y por turbidimetría.
21. Sílice: Su determinación se basa en la reacción a pH=12 entre la sílice y el ácido molíbdico, que después se reduce dando un color azul que se mide por espectrofotometría y se cuantifica solo la sílice disuelta.
22. Metales Pesados: Se determinan por Absorción Atómica (AA) o por polarografía.
23. Oxígeno Disuelto (O₂): La solubilidad del O₂ es menor si sube la temperatura, por lo que es necesario mantener una cantidad mínima de O₂ disuelto en las aguas residuales para evitar malos olores.
24. Determinación de O₂ Disuelto: Se determina por el método oficial, que es la técnica colorimétrica, y también por otro método, la volumetría yodométrica.
25. Métodos Microbiológicos:
    • Membranas filtrantes: solo para agua con poca carga microbiana, donde se filtra la muestra con una membrana y se incuba en un medio de cultivo durante un tiempo determinado y a temperatura adecuada.
    • Tubo múltiples: donde se crean volúmenes diferentes de la muestra en tubos con caldo de cultivo para coliformes.
26. Análisis de Saprobios: Se realiza mediante el análisis de saprobios, que son organismos que se alimentan de materia orgánica y dan información real del grado de contaminación del agua. Se determina por microscopía, y según la población que más haya se clasifica el agua desde no contaminada a muy contaminada.
27. DQO (Demanda Química de Oxígeno): Se determina por el método del dicromato.
28. DBO (Demanda Bioquímica o Biológica de Oxígeno): Se determina por el método de disolución y siembra. Su determinación indica la cantidad de O₂ que se necesita para estabilizar el Carbono orgánico y nos dice la rapidez con la que el material va a ser metabolizado por las bacterias que hay en las aguas residuales.
29. COT (Carbono Orgánico Total): No tiene un método oficial de determinación. Se usa la combustión-infrarrojo, con analizador de infrarrojos no dispersivo.

Etiquetas: calidad del agua, muestreo de agua, parámetros fisicoquímicos, procesos industriales, tratamiento de aguas