Guía para la medición en campo de calidad del agua

Uno de los recursos vitales en nuestro planeta es el agua. Con una población en aumento, es esencial que monitoreemos la calidad del agua en el ambiente para así detectar cambios y tomar las acciones requeridas. Este artículo discutirá las mediciones de calidad de agua y cómo calibrar en campo para obtener mejores resultados.

¿Qué es calidad de agua?

La calidad de agua es una medida de que tan adecuada es una fuente hídrica para un uso específico, ya sea una piscina, agricultura o generación de energía.  El agua que se considera no adecuada para una aplicación puede ser perfectamente aceptable para otro propósito.  La calidad es el estado de las características físicas, biológicas y químicas del agua basados en condiciones establecidas. Estas condiciones pueden variar según la ubicación, tanto cómo en diferentes puntos de la fuente hídrica o según la hora, dependiendo del clima. Al mezcla agua superficial y agua subterránea la calidad final puede verse comprometida, y estas conectan en el agua de llave que consumimos y usamos diariamente. Es importante reconocer que la calidad del agua puede verse afectada de manera negativa por razones naturales y factores humanos. Monitorear de manera regular las fuentes de agua puede ayudar a identificar problemas potenciales antes de que generen algún daño.

Calibrar en campo

La calibración es un paso esencial para obtener resultados precisos y repetibles.  De manera ideal, usted debería calibrar sus equipos de medición antes de realizar las lecturas diarias. También es posible realizar una calibración luego de las lecturas, al finalizar el día, para determinar si el instrumento muestra una desviación. Dependiendo de la naturaleza de su proyecto, es posible que necesite realizar calibraciones más frecuentes a lo largo del día, adicionales a las realizadas al inicio y al final del día. Recuerde que solo debe usar estándares frescos y limpiar las sondas de residuos que puedan afectar sus resultados de manera negativa.

¿Cuáles son los parámetros esenciales en la calidad de agua?

Existen varios parámetros que pueden estudiarse para indicar la calidad del agua. Estos parámetros pueden medirse ya sea de características físicas como el pH, conductividad, o temperatura; niveles de varios nutrientes en agua, como nitratos y fosfatos; o de algunos elementos y compuestos del agua, como el oxígeno disuelto. Cada parámetro tiene estándares y guías para determinar si la muestra medida se considera aceptable o peligrosa.  Los resultados de estos test no son necesariamente absolutos, ya que deben compararse en relación a lo que se considera normal para un cuerpo de agua.

pH 

¿Qué es el pH?

El pH es la medición de la concentración relativa de iones hidronio e hidroxilo en el agua. La escala de rangos va desde 0 a 14, con 0 siendo una solución de ácido fuerte y 14 una solución básica fuerte.

¿Porque la medición de pH es importante?

El pH es una manera de evaluar que tan adecuada es el agua para una planta o animal.  Si el agua es demasiado ácida o básica, ya sea a por contaminantes naturales o de origen humano, puede ver un impacto profundamente negativo a la vida acuática.  Un pH normal en cuerpos de agua tiene un valor de entre 5.0 a 9.0, pero de manera ideal debería estar en un rango de entre 6.0 a 8.0.

¿Cómo medir el pH?

Test de pH comunes cómo los test kit químicos y tiras de tornasol, son simples y económicos. Aun así, estos métodos tienen inconvenientes que pueden causar resultados imprecisos. Ambos métodos entregan un valor de pH basado en una reacción química que resulta en el cambio de color. Cuando su papel o muestra líquida cambia de color, debe compararlo con la guía de color y allí seleccionar la que más se ajuste según su criterio.

Una lectura más precisa significa que es necesario utilizar un medidor de pH. Cuando está eligiendo un tester o medidor de pH, existen múltiples consideraciones relacionadas tanto al electrodo como al dispositivo que deben tenerse en cuenta. Asegúrese de encontrar un medidor de pH y un electrodo que mejor se ajuste a su área de trabajo.

Calibración de pH en campo

Lo primero a tener en cuenta es elegir el valor de las soluciones buffer. Estas deben tener una pendiente que se ajuste a su valor esperado de pH. ¿Porque utilizar varios buffer? La calibración en dos o más puntos, consiste en calibrar el medidor en un punto superior y otro inferior al rango de pH esperado, agregando más puntos para mejorar el ajuste de la pendiente. Por ejemplo, si desea medir el pH del jugo de limón, que de manera habitual tiene un pH de 2, puede utilizar buffers técnicos 1.00 y 4.01 para la calibración en dos puntos. Si no conoce el pH en sus muestras de agua, entonces es necesario un tercer punto de calibración para asegurar una mayor precisión.

Procedimiento de calibración:

• Llene el beaker con suficiente buffer de calibración de pH para cubrir la unión del electrodo (cerca de 75 mL de un beaker de 100 mL)
• Ubique el electrodo en el beaker que contiene el buffer de solución de calibración de pH y agite suavemente.
• Confirme el punto de calibración cuando la lectura sea estable, o cuando los dígitos no cambien por al menos 5 segundos.
• Repita para puntos de calibración adicionales. Asegúrese de enjuagar con agua pura entre los puntos de calibración. Se recomienda realizar una calibración en al menos dos puntos.
• La calibración de pH se completó. Enjuague la sonda con agua desionizada y almacene la sonda de acuerdo a las instrucciones del fabricante.

Temperatura

¿Qué es temperatura?

La temperatura es una de las medidas más comunes en la vida diaria. En el contexto de calidad de agua, la temperatura puede proveer un indicio de las condiciones de vida para plantas acuáticas y animales.  Las temperaturas templadas se consideran generalmente benéficas para el crecimiento de la población acuática. De cualquier forma, después de cierto punto la temperatura puede tener un efecto contrario, contribuyendo a declinar la diversidad biológica en cuerpos de agua.

¿Porque la medición de temperatura es importante?

Organismos acuáticos cómo los peces y plancton son de agua fría, así que la temperatura en el agua tiene un impacto directo en la temperatura de su cuerpo. Estos organismos tienen rangos de temperatura en los cuales pueden sobrevivir y desarrollarse. A medida que la temperatura alcanza el límite superior o su rango para un organismo, la actividad biológica estará en su tope. La actividad disminuirá cuando se alcance el punto mínimo del rango. Si la temperatura excede el rango aceptable para el organismo, la cantidad disponible de oxígeno puede ser demasiado baja para sustentarlos. Esto se debe a que el agua caliente tiene un punto de saturación de oxigeno menor al agua fría. Si la temperatura está por debajo del rango aceptable, no hay suficiente actividad para el crecimiento de los organismos. La temperatura alta también contribuye al crecimiento y floración de algas. El oxígeno se consume en la medida que bacterias descompongan estos brotes, lo que reduce la cantidad de oxígeno disuelto disponible.

La temperatura en varios cuerpos de agua se basa en la hora del día y la cantidad de luz solar calentando la superficie. Las temperaturas aceptables también varían dependiendo del tipo de rio o corriente de agua que desee monitorear. Esto depende de la fuente de la cuenca que alimenta la corriente. Si se alimenta la corriente con agua de manantial, por ejemplo, la temperatura normal de la corriente puede ser adecuada (menor a 68°F). Una corriente se considera templada si tiene una temperatura promedio superior a los 68°F pero menor a los 89°F. La temperatura también puede verse influenciada por el flujo y el cuerpo de agua. Si el flujo de agua se incrementa, quizá cómo resultado de una fuerte lluvia, se puede esperar que la temperatura disminuya. El incremento en la corriente tiene cómo efecto reducir la temperatura en el agua.

La polución por temperatura, también conocida cómo polución térmica, puede ser causada por vertimientos de agua calentada en asfalto o concreto. Esta también puede proceder de efluentes industriales que sean descargados en cuerpos de agua, o agua que sea usada cómo refrigerante en plantas de energía nuclear. Estos efluentes significan que el agua en el que son descargadas incrementará la temperatura general del cuerpo de agua.  La temperatura también puede asociarse a la turbidez.  Ya que la cantidad de luz absorbida incrementa a medida que el agua se oscurece, la temperatura también aumentará.

¿Cómo medir la temperatura?

Muchos termómetros simples usan un termistor.  El termistor es un dispositivo semiconductor cuya resistencia varía en función de la temperatura.  A medida que la temperatura incrementa, la resistencia disminuye.  La resistencia medida por el termistor se convierte en un valor que se muestra ya sea en la escala Celsius o Fahrenheit.  Los sensores termistores son adecuados para rangos de temperatura desde -50° a 150°C (-58° a 302°F).

Calibración de temperatura

Muchos medidores se calibran en fábrica para las lecturas de temperatura. Es una buena práctica revisar esta calibración al menos una vez al año en un laboratorio, y asegurar que el sensor de temperatura funciona de manera adecuada.

Conductividad (CE) / Total de sólidos disueltos (TDS)

¿Qué es la conductividad?

La conductividad eléctrica (CE) mide que tan bien una sustancia puede transmitir una corriente eléctrica. Pequeñas partículas cargadas, llamadas iones, pueden ayudar a transportar la corriente eléctrica a través de la substancia. Estos iones pueden estar cargados positiva, o negativamente. A mayor cantidad de iones disponibles, mayor será la conductividad; menores iones resultarán en una menor conductividad. La CE se reporta de manera habitual en milliSimens por centímetro (mS/cm).

El total de sólidos disueltos (TDS) es la cantidad de sustancias disueltas en soluciones. Las mediciones permiten conocer las sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas en el líquido. Los resultados de esta lectura se muestran en miligramos por litro (mg/L), partes por millón (ppm), gramos por litro (g/L), o partes por mil (ppt).

¿Porque la medición de conductividad es importante?

La conductividad eléctrica (CE) es otra manera de evaluar la calidad del agua, ya que al incrementar la presencia de total de sólidos disueltos (TDS), expresada en la CE, puede ser un indicador de contaminantes. La CE puede verse afectada por los carbonatos presentes en el agua caliza, contaminantes humanos como aguas residuales u otro tipo de fuente cómo sistemas de pozos sépticos o residuos de agricultura.

Altas concentraciones de TDS pueden reducir la calidad de agua y causar problemas en el balance de agua para organismos individuales. Por otra parte, bajas concentraciones pueden limitar el crecimiento de vida acuática. Algunos de los efectos comentados para parámetros como el dióxido de carbono y acidez tienen relevancia para la CE, cómo su impacto negativo en la fotosíntesis. Esto se debe a que al incrementar la cantidad de sólidos el agua se oscurecerá, reduciendo la tasa de fotosíntesis. La CE proveerá un indicio del total de sólidos disueltos, del cual el total de sales disueltas es un componente. Si el nivel de sales en el TDS es alto, esto también puede contribuir a acidificar el agua. De cualquier forma, si el nivel de carbonatos en la lectura de TDS son altos, esto podría contribuir a incrementar la alcalinidad, lo que puede ayudar a proteger el agua ante cambios ácidos. Esta es una buena respuesta de interrelación, entre los parámetros de calidad de agua.

Niveles aceptables de CE en ríos y corrientes de agua varía dependiendo del tipo de sólidos disueltos presentes y esto determina el uso de la corriente, ya sea para pesca, nado o como una fuente de agua potable.

Es importante comprender la relación entre TDS y sólidos totales. Los sólidos totales se refieren a toda la materia sólida, ya sea suspendida o disuelta en agua. Los sólidos disueltos no son visibles en el agua, ya que al disolverse se vuelven parte de la solución. Los TDS son una medida de las sustancias disueltas en agua que están en una muestra de agua. En una muestra recolectada en un rio, estas sustancias disueltas se conocen cómo solutos, y el agua es llamada solvente.

¿Cómo medir la conductividad?

La mejor manera de medir la conductividad es con el uso de un medidor. Dos electrodos que aplican un voltaje AC se ubican en la solución. Esto crea una corriente que depende de la conductividad natural de la solución. El medidor lee esta corriente y muestra la conductividad (CE) o ppm (TDS)

Calibración de conductividad en campo

Es importante calibrar la conductividad antes de analizar la muestra. Esto se debe a que recubrimientos aceitosos y contaminantes biológicos puede cambiar la geometría celular, resultando en una desviación en la constante celular. Antes de realizar la calibración de conductividad, siempre inspeccione el sensor de CE por residuos u obstrucciones.

La mayoría de los medidores se calibran con un solo estándar, procurando que este cerca de la conductividad de la muestra a medir. Un segundo estándar puede usarse para revisar la linealidad del instrumento en el rango de medición.

Procedimiento de calibración:

• Llene el beaker con suficiente estándar para cubrir la unión del electrodo (cerca de 75 mL de un beaker de 100 mL) Vierta solución adicional en un segundo beaker para enjuagar el sensor.
• Ubique el electrodo en el beaker de enjuague y asegúrese de que los canales del sensor de CE estén llenos con estándar fresco al enjuagar y agitar la sonda en el beaker unas cuantas veces.
• Ubique la sonda en el beaker de calibración y golpee suavemente para liberar burbujas atrapadas.
• Confirme el punto de calibración cuando la lectura sea estable, o cuando los dígitos no cambien por al menos 5 segundos. (Algunos medidores requerirán que ingrese el valor del estándar de conductividad)
• La calibración esta completa. Enjuague la sonda con agua desionizada y almacénela de acuerdo a las instrucciones del fabricante.

Oxígeno disuelto (OD)

¿Qué es el oxígeno disuelto?

La concentración de oxígeno disuelto (OD) en agua es extremadamente importante en la naturaleza, al igual que para los ambientes artificiales.  En océanos, lagos, ríos, y otros grandes cuerpos de agua, el oxígeno disuelto es esencial para el crecimiento y desarrollo de la vida acuática.  Sin oxígeno, el agua puede volverse tóxica debido al decaimiento de la materia orgánica por bacterias anaeróbicas.  En un ambiente industrial, el agua debe contener al menos 2 mg/L de oxígeno para proteger a las tuberías de corrosión.  De cualquier manera, los sistemas de agua de calderas, en muchos casos no pueden contener más que 10 mg/L de oxígeno disuelto.

¿Porque es importante el oxígeno disuelto?

Los niveles de OD pueden ayudar a indicar la salud de un cuerpo de agua. Si los niveles de OD están dentro de la media o más altos, el agua es un buen ambiente para una amplia variedad de vida acuática. Si los niveles de OD son bajos, indica la presencia de contaminantes en el agua. Algunas especies de vida acuática pueden subsistir en agua con un amplio rango de OD; pero otras fallecen a bajos niveles de OD.

Se espera que las lecturas de OD tengan una amplia fluctuación si la fuente de agua cuenta con abundante vida vegetal. Esto se debe al proceso de fotosíntesis. Ya que existe una menor actividad fotosintética en las noches, cuando la luz no está presente, y que tanto plantas como animales seguirán consumiendo oxígeno a través de la respiración, los niveles de OD en las horas de la mañana serán mucho menores a los de otras horas del día. Una vez inicia la fotosíntesis, los niveles de OD incrementarán. Este es un buen ejemplo de los beneficios de medir los parámetros varias veces durante el día. Si únicamente se realiza la medición de OD antes del amanecer, se llegará a una conclusión inadecuada sin importar la salud del cuerpo de agua.

Mientras que los niveles de OD se influencian particularmente por la actividad fotosintética, una gran cantidad de OD se obtiene de la mezcla del OD y el agua. Esto sucede si el agua es turbulenta en grandes cuerpos de agua. La turbulencia incrementa el área superficial del agua, para que el oxígeno atmosférico puede mezclarse más fácilmente. El aire tiene una concentración de oxígeno que es 20 veces mayor que la concentración de oxígeno en el agua. La diferencia de concentración resulta en el oxígeno atmosférico disolviéndose en agua cuando las dos se encuentran. Si hay más superficie de agua en su interfaz, entonces más oxígeno del aire se absorberá.

Otros factores que influencian los niveles de OD son la temperatura y los vertimientos. El oxígeno se disuelve más fácilmente en agua fría, y el agua fría tiene la capacidad de mantener mayores cantidades de gas que el agua tibia, así que el nivel de OD disuelto disminuye a medida que el agua se calienta. Los vertimientos pueden incluir desechos orgánicos o contaminantes creados por el hombre; en ambos casos, los organismos en el agua deben usar oxígeno en el proceso de descomponer estos contaminantes.  También, los desechos orgánicos pueden llevar al crecimiento de vegetación acuática.  Cuando las plantas mueren al final del lapso de crecimiento, grandes cantidades de oxígeno disuelto se consumen al descomponerse.

¿Cómo podemos medir el oxígeno disuelto?

Las concentración de oxígeno disuelto se reporta en miligramos de gas por litro de agua, mg/L. (La unidad equivalente a mg/L es equivalente a partes por millón=ppm)  Las lecturas de OD se realizan habitualmente utilizando una sonda y un medidor.

Es importante realizar lecturas de OD en varios momentos del día, y a varias profundidades. Las mediciones le darán una visión general de los niveles de OD en el cuerpo de agua que investiga. Cómo sucede con todos los parámetros de calidad de agua, este parámetro debe monitorearse en el tiempo. Esto producirá suficiente información para identificar y evaluar tendencias.

Calibración de OD en campo

El contenido de oxígeno disuelto (OD) en el agua se mide usando un electrodo con membrana. Desafortunadamente, cepillos u otros objetos de limpieza pueden dañar la membrana, así que remplazar la tapa de la membrana y el electrolito es la mejor manera de realizar un mantenimiento periódico. Si bien es más fácil calibrar el sensor de OD antes de estar en campo, es mejor calibrar la sonda en campo pues las diferencias de altitud y presión barométrica entre la calibración y la lectura pueden resultar en errores. Asegúrese de verificar que las lecturas de presión barométrica, conductividad, y temperatura sean correctas.

Procedimiento de calibración (100%):

• Llene un beaker de calibración con agua (como alternativa ubique una esponja húmeda o una toalla de papel húmeda en el fondo del contenedor usado para la calibración)
• Ajuste ligeramente la sonda en el beaker de calibración para evitar escape de humedad. *Asegúrese de no humedecer su sensor de OD por la evaporación en el sensor de temperatura pues esto puede influenciar las lecturas de la sonda durante la calibración.
• Permita al contenedor saturarse con vapor de agua (por aproximadamente 10 a 15 minutos). *Durante este periodo, encienda el instrumento para permitir que la sonda de O.D. caliente
• Confirme el punto de calibración cuando la lectura sea estable, o cuando los dígitos no cambien por al menos 5 segundos.
• La calibración esta completa. Enjuague la sonda con agua desionizada y almacénela de acuerdo a las instrucciones del fabricante.

Procedimiento de calibración (0%):

• Llene el beaker con suficiente solución 0% OD para cubrir la unión del electrodo (cerca de 75 mL de un beaker de 100 mL)
• Sumerja la sonda de OD en la solución.
• Confirme el punto de calibración cuando la lectura sea estable, o cuando los dígitos no cambien por al menos 5 segundos.
• La calibración esta completa. Enjuague la sonda con agua desionizada y almacénela de acuerdo a las instrucciones del fabricante. *Asegúrese de enjuagar toda la solución 0% OD para que esta no afecte las mediciones de sus muestras.

Turbidez

¿Qué es la turbidez?

En su forma más simple, la turbidez es la opacidad del agua. La opacidad proviene de manera habitual de partículas que están suspendidas en el agua y que no podemos ver de manera individual. Estas partículas pueden ser algas, tierra, minerales, proteínas, aceites, o incluso bacterias.

La turbidez es una medida óptica que indica la presencia de partículas suspendidas. Se mide al hacer a travesar un haz de luz a una muestra, y cuantificar la concentración de partículas suspendidas. Entre mas partículas estén presentes en una solución, mayor será la turbidez.

Es importante resaltar que mientras la turbidez se relaciona con los sólidos suspendidos, medir la turbidez no es lo mismo que medir el total de solidos suspendidos (TSS). El TSS es una medida gravimétrica, que relaciona la masa de solidos suspendidos en una muestra, desarrollada al pesar de manera separa estos sólidos.

¿Porque la medición de turbidez es importante?

La turbidez puede contribuir a la salud general y la calidad de un cuerpo de agua. Si el agua es proporcionalmente más clara, entonces los organismos acuáticos se pueden beneficiar del aumento de luz para sus actividades fotosintéticas. El aumento de la fotosíntesis ayuda a incrementar el suministro de oxígeno en agua. La turbidez es un indicador sencillo de problemas potenciales en agua, ya que puede medirse de manera visual y de manera cuantitativa. Alta turbidez puede ser un indicador temprano del número potencial de factores como altos niveles de nitratos o fosfatos, mayor temperatura en el agua, o niveles altos de dióxido de carbono. Esto también puede ser un indicador de como contaminantes resultado de actividades humanas, como vertimientos agrícolas o descargas industriales, tienen un impacto negativo en la claridad del agua.

La diversidad de organismos biológicos disminuyen en aguas turbias. Con el tiempo la mayoría de especies morirán y en este ambiente solo sobrevivirán las especies con los sistemas más robustos. De manera general la calidad de agua continuará disminuyendo en aguas turbias, ya que la fotosíntesis se reducirá. Altos niveles de turbiedad también pueden dar lugar a un ambiente particulado que alberge metales pesados y otras toxinas.

¿Cómo medir la turbidez?

Una manera de medir la turbiedad es usar un disco Secchi. El disco Secchi provee un indicador de la profundidad máxima a la cual la vida vegetal puede crecer, al identificar la profundidad en la cual la luz ya no penetrá en el agua. La fotosíntesis no puede realizarse sin luz, por lo que las plantas no crecerán a una profundidad por debajo de la que el disco Secchi es visible. Ya que las mediciones con discos Secchi están basados en un disco que se debe sumergir hasta que desaparezca, estas mediciones no pueden realizarse en ríos poco profundos o con baja turbiedad.

Las lecturas en discos Secchi varían de manera estacional con los cambios en la fotosíntesis y por consiguiente, el crecimiento de algas. En muchos lagos, las lecturas con discos Secchi comienzan a disminuir en primavera, con aumentos en la temperatura y mayor crecimiento, y continúan hasta su decrecimiento cuando el alga alcanza su pico en verano. Con un clima más frio y un crecimiento menor, las lecturas en con los discos Secchi incrementarán nuevamente. Las lluvias también pueden afectar las lecturas. Erosión, lluvias, vertimientos y corrientes de alta velocidad tienen como resultado una mayor concentración de partículas suspendidas, lo que reduce las lecturas. Por otra parte, la temperatura y el volumen de la corriente entrante pueden ser suficientes para diluir un lago frio, aclarar el agua y reducir el crecimiento de algas. Tanto el agua clara y la baja tasa de crecimiento resultará en una lectura más alta con el disco Secchi.

Una manera más precisa de medir la turbidez es con el uso de un medidor. El medidor de turbidez opera al hacer pasar un rayo de luz infrarroja a través de los viales que contienen la muestra a mezclar. El sensor detecta la calidad de luz dispersada por las partículas no disueltas presentes en la mezcla. Un microprocesador convierte estas lecturas en unidades de turbidez nefelométrica (NTUs).

Calibración de turbidez en campo

La calibración es simple con los estándares de polímero primario (AMCO-AEPA-1) disponibles con vendedores especializados. Es recomendable utilizar estándares prediseñados, pero es posible utilizar estándares de Formacina de acuerdo al Método analítico EPA 180.1. Estas cubetas deben estar libres de rayones o fracturas, y deben manejarse tocando únicamente la tapa o la parte superior, para no ensuciarlo. Cualquier cubeta con rayones visibles, debe descartarse.

Procedimiento de calibración

* Si se usan los estándares de formazina, mezcle las cubetas suavemente por al menos 1 minuto y permita al estándar asentarse por al menos un minuto antes de la calibración.

• Inserte y calibre el medidor usando un estándar <0.1 NTU.
• Seleccione el siguiente estándar y calibre o verifique la calibración si su instrumento no acepta un segundo estándar.
• Repita si lo necesita hasta que el medidor este completamente calibrado.

¿Cómo Hanna puede ayudarlo con sus mediciones de calidad de agua?

El HI 98194 es un robusto medidor portátil de pH, ORP, conductividad, oxígeno disuelto y temperatura, con un desempeño y características de un medidor de laboratorio.

El medidor multiparámetro HI 98194 de Hanna ofrece:

• Medición de hasta 12 parámetros diferentes de calidad de agua
• Función Quick Cal para una calibración rápida de pH, conductividad, y oxígeno disuelto usando una sola solución.
• Información GLP- El HI 98194 incluye la característica GLP que permite a los usuarios ver la información de calibración y la expiración de calibración con solo presionar un botón. La información de calibración incluye la fecha, hora, buffer/estándares usados para la calibración, y la pendiente.

El HI 98194 hace que las mediciones profesionales en campo sean fáciles, al suplir todo lo que necesita en una robusta carcasa. Disponible en pH/CE HI 98195 o pH/OD HI 98196