Los tipos de contaminantes del medio acuoso se encuentran en estado líquido y sólido. Los que están en estado líquido provienen de los desechos domésticos, agrícolas 4e industriales, las fugas de fosas sépticas, los terrenos que se utilizan para alimentar animales, los ácidos de minas, las sales metálicas solubles como sulfatos, nitratos, fosfatos y carbonatos; y los gases tóxicos como el amoniaco, cloro y dióxido de azufre, los cuales son sumamente mortales para la vida acuática, a estos se les conoce como contaminantes químicos. Mientas que los contaminantes en estado sólido como arcilla, cenizas, desechos sólidos, grasa, papel, hule, madera, plásticos y metales, se le conoce como contaminantes físicos.
Otros contaminantes que afectan al medio acuoso son los contaminantes orgánicos que provienen de desechos domésticos, agrícolas e industriales, como pueden ser los desechos de animales, desechos de mataderos, aceites e insecticidas; todos estos tienden a extinguir el oxígeno disuelto en el agua.
Por último, están los contaminantes biológicos que incluyen bacterias y virus, que afectan produciendo enfermedades a la vida acuática y al ser humano como la tifoidea, la disentería, la poliomielitis, la hepatitis y el cólera, entre otras.
Los contaminantes presentes en las descargas (toda agua que ya fue utilizada) se clasifican en tres categorías: química, física y biológica.
Los contaminantes químicos incluyen sustancias químicas orgánicas e inorgánicas. La presencia de contaminantes orgánicos tiene como consecuencia el agotamiento de oxígeno, resultado del proceso de degradación biológica. Los compuestos inorgánicos toman importancia por su posible efecto toxico y no por el agotamiento de oxígeno. Sin embargo, hay compuestos inorgánicos que ejercen una demanda de oxígeno contribuyendo a su agotamiento; por ejemplo: los sulfitos y los nitritos consumen oxígeno durante el proceso de oxidación a sulfatos y nitratos. La tabla siguiente presenta algunos de los compuestos orgánicos e inorgánicos presentes en las descargas de aguas residuales.
Tabla 1. Compuestos orgánicos e inorgánicos indeseables y tóxicos
| Sustancias indeseables | Sustancias tóxicas | |
| Nitratos | Organoclorados | Cadmio |
| Nitritos | Hierro | Cianuro |
| Amonio | Manganeso | Cromo |
| Sulfuro de hidrógeno | Cobre | Mercurio |
| Hidrocarburos | Zinc | Níquel |
| Fenoles | Fósforo | Plomo |
| Boro | Flúor | Antimonio |
| Surfactantes | Bario | Selenio |
|
| Arsénico | Pesticidas |
|
| Berilio | Hidrocarburos aromáticos policlorados (HAP) |
Algunos contaminantes físicos incluyen la temperatura (contaminación térmica), este tipo de contaminación se presenta en las descargas de plantas industriales, después de ser utilizadas en los procesos de intercambio de calor. El efecto inmediato a la temperatura en un cuerpo receptor es la disminución del oxígeno disuelto (a mayor temperatura, menor cantidad de oxígeno disuelto), causando la muerte en los organismos acuáticos. Un segundo efecto se ve reflejado en el aumento de las velocidades de reacción de los contaminantes presentes. El color es otro contaminantes físico presente en las descargas químicas procesadoras como la de pulpa de papel, así como la turbiedad causada por las descargas que tienen sólidos suspendidos. Otros son las espumas generadas por detergentes como sulfonato de alquilbencen (ABS) y radioactividad. En la siguiente tabla se indican los contaminantes físicos que pueden estar presentes en las descargas de agua residuales.
Tabla 2. Comportamiento del oxígeno disuelto con la temperatura.
Tabla 3. Contaminantes físicos.
| Contaminante | Descripción |
| Sólidos | Variedad de materiales que van desde hilachas hasta materiales coloidales. |
| Temperatura | Se refiere a la contaminación térmica como consecuencia de la incorporación de agua caliente proveniente del uso doméstico o industrial. |
| Turbiedad | Es un parámetro para medir la calidad de las aguas naturales y residuales tratadas con relación al material en suspensión coloidal. |
| Color | El color en las aguas residuales es causado por los sólidos suspendidos, material coloidal y sustancias en solución. |
| Olor | Se genera por una gran variedad de compuestos producto de la degradación biológica bajo condiciones anaerobias (ausencia de oxígeno). |
Los contaminantes biológicos son los responsables de la transmisión de enfermedades causadas por los suministros de agua, como son el cólera, la tifoidea, paratifoidea y la esquistosomiasis.
Los parámetros biológicos de las aguas residuales son de suma importancia para el control de enfermedades causadas por organismos patógenos de origen humano y por el papel que desempeñan las bacterias y otros microorganismos dentro de la descomposición de la materia orgánica por medio natural o en plantas de tratamiento de agua residual.
Las principales clases de organismos patógenos que pueden encontrarse en aguas residuales son bacterias, parásitos (protozoos y helmintos) y virus. En la tabla siguiente se presentan los principales organismos patógenos encontrados en las aguas residuales crudas. El término agua residual cruda se refiere a las aguas que no han sido sometidas a algún tratamiento.
Tabla 4. Microorganismos patógenos presentes en las aguas residuales crudas.
| Organismo | Enfermedades |
| Bacterias | |
| Campilobacter jejuni | Gastroenteritis |
| Escherichia coli (enteropatógeno) | Gastroenteritis |
| Salmonella typhy | Fiebre tifoidea |
| Salmonella (2100 esp) | Salmonelosis |
| Vibrio cholerae | Cólera |
| Protozoos | |
| Balantidium coli | Balantidiasis |
| Entamoeba histolytica | Amebiasis (disentería amébica) |
| Metazoos | |
| Áscaris lumborioides | Ascariasis |
| Entorobius vemicularis | Enterobiasis |
| Tenia saginata | Teniasis |
| T. solium | Teniasis |
| Virus | |
| Adenovirus (31 clases) | Enfermedades respiratorias |
| Enterovirus (72 clases, por ej., polio, eco y virus Coxsackie) | Gastroenteritis, anomalías cardiacas, meningitis |
| Hepatitis A | Hepatitis infecciosa |
| Parvovirus (3 clases) | Gastroenteritis. |
| Rotavirus | gastroenteritis |
Ya que conoces los tipos de contaminantes en el agua, a continuación, revisaras que es la toxicidad, para ello deberás conocer que es un toxico.
Toxico se entiende como una sustancia que puede producir algún efecto nocivo sobre un ser vivo tanto animal como vegetal. Los tóxicos son los agentes químicos o físicos capaces de generar un desequilibrio; en este sentido, un toxico es toda radiación física o agente químico que tras generarse internamente o entrar en contacto, penetra o puede ser absorbido por un organismo vivo. En dosis suficientemente altas, puede producir un efecto adverso o indirecto en el mismo.
Por lo cual, la toxicidad es la consecuencia del toxico. La toxicidad puede ser aguda o crónica; la primera se caracteriza por las altas concentraciones a las que está expuesto un ser vivo en un periodo corto. Mientas que, en la crónica, los seres vivos se exponen a bajas concentraciones por periodos largos.
Es importante mencionar que la contaminación ambiental por agentes químicos ocurre de forma intencional o accidental. Este tipo de contaminación es ocasionada principalmente, por la industrialización de las actividades humanas ya que numerosos agentes químicos son liberados rutinariamente al ambiente y transportados por diversas vías a la atmósfera, al suelo o al agua, por ejemplo: las descargas de agua de la lavadora. Cabe mencionar que no importan el origen o rutas de transporte de estos contaminantes porque al final terminan incorporándose a los cuerpos de agua (cuerpos receptores) provocando alteraciones y/o modificaciones a las condiciones naturales dejándola deteriorada para muchos de sus usos como el consumo humano y el riego de diversos cultivos.
Como se realiza la descarga de agua residual en un cuerpo receptor, los contaminantes presentes pueden tener múltiples efectos, entre ellos: pueden agotar el oxígeno disuelto o pueden estimular el crecimiento de ciertos microorganismos como las algas. Mientas que los sólidos suspendidos pueden generar depósitos de sólidos dando origen a condiciones anaerobias, así como una disminución del volumen de agua en el cuerpo receptor. Por lo expuesto, es importante que para el diseño de instalaciones de tratamiento de aguas residuales conozcamos los constituyentes presentes y el destino una vez que son liberados al ambiente.
Existen diversas industrias que producen contaminantes de toxicidad variable los cuales son vertidos al agua, como las industrias papeleras, químicas, azucareras, mineras, entre otras, que durante sus procesos de fabricación producen ciertas sustancias que se eliminan de forma disuelta en el agua, provocando la contaminación acuosa y dirigiéndose a un cauce natural o artificial.
Por lo tanto, estas industrias deben regirse por normatividad vigente, es decir por Normas Oficiales Mexicanas y cumplir con las leyes ambientales estipuladas en la Ley General de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente (LGEEPA). Está ley permite conocer los parámetros y valores necesarios para purificar el agua residual antes de verterla.
2. 1. 1. Caracterización fisicoquímica de los medios acuosos.
El agua es la sustancia formada por la combinación de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Tiene como característica ser inodora, incolora e insípida. Puede coexistir en los tres estados de agregación y es considerada como el solvente universal. El agua es el compuesto más abundante del planeta, cubriendo las tres cuartas partes de la superficie terrestre. Más del 97% del agua total se encuentra en los océanos y otras masas salinas, la cual podemos considerar como inservible ya que no está disponible para ningún propósito. Del 3% restante, aproximadamente un 2.38% se encuentra en estado sólido, resultando prácticamente inaccesible. El resto, un 0.62%, se encuentra en ríos, lagos y aguas subterráneas.
El agua, como recurso natural, es manipulada por el hombre alterando su ciclo. Este vital líquido se extrae de los diversos cuerpos o fuentes de suministro, por lo que un mayor consumo de agua significa una mayor descarga de aguas residuales, lo que altera la vegetación y la calidad posterior de su vertido.
Recuerda que dependiendo del origen de la descarga será el tipo de contaminante presente. Las cuatro fuentes principales de aguas residuales son:
a) Descargas domésticas. Representan el producto de las actividades diarias en los hogares.
b) Descargas industriales. Representadas por una amplia gama de descargas, pues dependiendo del giro industrial será el tipo de contaminante presente. Por ejemplo, una industria procesadora de alimentos presentara una alta carga de materia orgánica, grasa-aceites, color, etc. Mientras que una industria cromadora de piezas presentara en su descarga metales pesados, pH, color, etc.
c) Agrícolas. En este sentido, los contaminantes principales son compuestos del nitrógeno y fósforo.
d) Aguas pluviales. Sus principales contaminantes son los materiales que arrastran desde techos y se depositan al ambiente.
A continuación, veremos un ejemplo de cierta descarga de agua residual como son los efluentes industriales. Primero, se debe conocer el tipo de contaminante que contienen estas descargas industriales, para esto es necesario realizar un análisis fisicoquímico completo. Recuerda que los contaminantes en las aguas residuales industriales son normalmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos y normalmente no es práctico ni es posible obtener un análisis completo de la mayoría de los afluentes.
Por este motivo, se desarrollaron y establecieron una serie de métodos empíricos para determinar la concentración de contaminantes en aguas cuya aplicación no requiere un conocimiento completo de la composición química específica de las aguas residuales. Los métodos establecidos y normalizados más significativos para caracterizar y desarrollar los análisis de aguas residuales se dividen en:
· Determinación de parámetros físicos: turbidez, color, olor, sólidos totales y temperatura.
· Determinación de contaminantes inorgánicos específicos: pH, nitrógeno, fósforo, alcalinidad, cloruros, metales y aniones.
· Determinación de contaminantes orgánicos: DQO, DBO, COT, grasas y aceites.
A continuación, se describen diferentes parámetros de contaminantes del agua para la medición de sus concentraciones.
a) Medición del contenido orgánico (métodos del oxígeno como parámetros.
· Demanda Química de Oxígeno (DQO). Es el método utilizado para la medición del material orgánico presente en las aguas residuales susceptibles de ser oxidados químicamente con una solución de dicromato en medio ácido.
· Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). Este método mide la cantidad de oxígeno consumido por una población bacteriana siendo este parámetro el más usado en el tratamiento de las aguas residuales.
b) Medición del contenido orgánico (métodos del carbono como parámetro).
· Método de oxidación húmeda, Carbono Orgánico Total (COT). Es usado para medir el carbono orgánico total en una muestra acuosa. Los métodos para la prueba de COT utilizan oxígeno y calor, radiación ultravioleta, oxidantes químicos o alguna combinación para convertir el carbono orgánico en dióxido de carbono el cual se mide con una analizador infrarrojo.
2. 1. 2. Parámetros indicativos de contaminación y toxicidad.
La necesidad de cuantificar las sustancias que tiene capacidad de contaminar una masa de agua (solubles, insolubles, biodegradables o biorresistentes) tiene como propósito definir qué se entiende por contaminación y fijar los parámetros o variables que permitan cuantificarla.
La contaminación se puede definir como la introducción en cualquier medio, en este caso en el agua, de un contaminante o combinación de agentes contaminantes, o la introducción de energía que pueda provocar efectos nocivos para la salud, la seguridad y el bienestar en el ambiente, o provocar desequilibrio en el medio, irreversible o no, de manera que se alteren de manera desfavorable las condiciones naturales. Por lo cual, ha sido necesario establecer parámetros que se utilicen para determinar la calidad de agua. A continuación, se exponen los siguientes:
Parámetros físicos.
Los parámetros físicos son los sólidos en suspensión y en todas sus formas, pH, color, olor, sabor, temperatura, turbidez, conductividad, etc. A continuación, encontraras una descripción y explicación de cada uno.
a) Sólidos en todas sus formas.
Tabla 5. Sólidos presentes en las aguas residuales.
| Parámetro | Descripción |
| Sólidos totales (ST) | Residuo remanente después de que la muestra ha sido evaporada y secada a una temperatura de 103 – 105ºC |
| Sólidos volátiles torales (SVT) | Son los sólidos que se volatilizan cuando se incineran los ST a 500 ± 50ºC. |
| Sólidos Fijos Totales (SFT) | Residuo que permanece. Parámetros después de incinerar los ST 500 ± 50ºC. |
| Sólidos Suspendidos Totales (SST) | Fracción de ST que queda retenido en un filtro de fibra de vidrio. |
| Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) | Sólidos que son volatilizados cuando los SST se calcinan a 500 ± 50ºC. |
| Sólidos Suspendidos Fijos (SSF) | Residuo remanente después de calcinar los SST a 500 ± 50ªC. |
| Sólidos Disueltos Totales (SDT) | Son los sólidos que pasan a través del filtro de fibra de vidrio y luego son evaporados y secados. |
| Sólidos Disueltos Volátiles (SDV) | Sólidos que se volatilizan cuando se incineran los SDT a 500 ± 50ºC. |
| Sólidos Disueltos Fijos (SDF) | Residuo remanente después de calcinar los SDT a 500 ± 50ºC. |
| Sólidos Sedimentales (SSe) | Sólidos suspendidos expresados en ml por litro. |
b) Color: el color causado por sólidos suspendidos se llama color aparente, mientras que el causado por sustancias disueltas y coloidales se denomina color verdadero.
c) Olor: el principal compuesto causante del olor desagradable es el sulfuro de hidrógeno, producto de las condiciones anaerobias de las aguas residuales.
d) Densidad: se define como la pasa por unidad de volumen y se expresa como Kg/m3.
e) Turbiedad: la medición de la turbiedad se realiza por comparación entre la intensidad de la luz dispersa en una muestra y la luz dispersa por una suspensión de referencias bajo las mismas condiciones.
f) Conductividad: es la medida de una solución para conducir la corriente eléctrica. Es usado para determinar la posibilidad de uso del agua, por ejemplo, el agua que se utiliza para riego.
Parámetros químicos.
· Químicos inorgánicos: abarcan todos los cationes, aniones, metales traza, etc. Pueden encontrarse en diversas formas como macro constituyentes, elementos traza o incluso de manera esporádica como consecuencia de la contaminación. La determinación va en función del parámetro a analizar, normalmente las determinaciones se realizan a través de equipos de absorción atómica, infrarrojos, entre otros.
Dentro de estos parámetros químicos se encuentran los metales, estos son de interés en el tratamiento, reutilización y vertido de efluentes, así como en la disposición de lodos estabilizados.
En la siguiente tabla se presentan los principales metales presentes en las aguas residuales:
Tabla 6. Metales que pueden estar presentes en las aguas residuales crudas.
| Metal | Símbolo |
| Arsénico | As |
| Cadmio | Cd |
| Calcio | Ca |
| Cromo | Cr |
| Cobalto | Co |
| Cobre | Cu |
| Hierro | Fe |
| Plomo | Pb |
| Magnesio | Mg |
| Manganeso | Mn |
| Mercurio | Hg |
| Molibdeno | Mo |
| Níquel | Ni |
| Potasio | K |
| Selenio | Se |
| Sodio | Na |
| Tungsteno | W |
| Vanadio | V |
| Cinc | Zn |
o Acidez: se define como la concentración del ion hidrógeno (H+) en una solución.
o Alcalinidad: se define como la capacidad para neutralizar ácidos en aguas residuales, la alcalinidad se debe a la presencia de hidróxidos (OH), carbonatos (CO3) y bicarbonatos (HCO3)
o Nutrientes: el nitrógeno y el fósforo son esenciales para el crecimiento biológico, estos reciben el nombre de nutrientes o bioestimulantes. El nitrógeno es esencial para la síntesis de proteínas. El contenido total de nitrógeno está compuesto por nitrógeno amoniacal, nitritos, nitratos y nitrógeno orgánico. Mientras que el fósforo es importante para el crecimiento de algas y otros organismos biológicos.
o Cloruros: es un parámetro importante relacionado con la reutilización del agua. Los cloruros en aguas naturales provienen de los cloruros lixiviados de las rocas y los suelos con los que hace contacto.
o Sulfatos: se encuentran casi en todas las aguas naturales. El sulfato es uno de los constituyentes principales de la lluvia.
o Gases: la determinación de gases disueltos como amoniaco, dióxido de carbono, sulfuro hidrógeno, metano y oxígeno, se realiza para ayudar en la operación de sistemas de tratamiento de aguas residuales.
· Químicos orgánicos: son el grupo más amplio y complejo, por un lado, abarca indicadores del contenido orgánico en general, como la Demanda Biológica de Oxígeno, Carbono Orgánico Total u otros como grasas y aceites plaguicidas, detergentes, etc. Los parámetros químicos orgánicos se encuentran divididos en dos tipos:
o Orgánicos biodegradables (materia orgánica): se miden con mayor frecuencia por medio de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5). El periodo de incubación estándar es de cinco días a 20ºC.
o orgánicos refractarios (detergentes, solventes, etc.): se miden compuestos que son de difícil estabilización por procesos biológicos.
Parámetros microbiológicos.
Estos parámetros abarcan dos amplios campos muy diferenciados: los bacterianos y los de los demás organismos, vegetales o animales, susceptibles de estar presentes en el agua. Los primeros se refieren, entre otros, a los índices de contaminación fecal empleados para el conocimiento de la calidad del agua.
· Bacterias: son microorganismos procarióticos unicelulares. El interior de la célula contiene una suspensión coloidal de proteínas, carbohidratos y otros compuestos orgánicos complejos llamado citoplasma.
· Virus: están compuestos de un ácido nucleico (ADN o ARN) ubicado en el centro y rodeado por una capa externa de proteína llamada cápside.
· Algas: son eucariotas unicelulares o multicelulares. Son importantes en los procesos de tratamiento biológico, especialmente en los procesos de tratamiento de aguas residuales con lagunas de estabilización, en donde su habilidad para producir oxígeno por fotosíntesis es vital para el ambiente ecológico del agua.
En la siguiente figura se muestra los principales contaminantes presentes en un agua residual, mismos que fueron descritos en los apartados superiores.
Ilustración 1. Contaminantes presentes en las aguas residuales.
En la siguiente tabla presenta un resumen con los parámetros comúnmente empleados en la caracterización del agua residual.
Tabla 7. Parámetros usados para estimar los constituyentes en aguas residuales.
| Prueba | Abreviatura | Significado del resultado |
| Características físicas | ||
| Sólidos totales | ST | Determinan la clase de proceso u operación más apropiada para su tratamiento |
| Sólidos volátiles totales | SVT | |
| Sólidos fijos totales | SFT | |
| Sólidos suspendidos totales | SST | |
| Sólidos suspendidos volátiles | SSV | |
| Sólidos suspendidos fijos | SSF | |
| Sólidos disueltos totales | SDT | Estiman la reutilización potencial del agua residual |
| Sólidos disueltos volátiles | SDV | |
| Sólidos disueltos fijos totales | SDF | |
| Sólidos sedimentables | SSe | Determinan aquellos sólidos que se sedimentan por gravedad en un tiempo específico. |
| Distribución de partículas por tamaño | DPT | Evalúa el desempeño de los procesos de tratamiento. |
| Turbiedad | UNT | Evalúa la calidad del agua residual tratada. |
| Color | Café claro, gris, negro | Estima la condición del agua residual (fresca o séptica). |
| Transmitancia | %T | Estima si el afluente tratado es apropiado para desinfección con radiación UV. |
| Olor | NUO | Determina si el olor puede ser un problema. |
| Temperatura | ºC u ºF | Es importante en el diseño y operación de instalaciones de tratamiento con procesos biológicos. |
| Densidad |
| Estiman si el afluente tratado es apto para uso agrícola. |
| Conductividad |
| |
| Características químicas inorgánicas | ||
| Amonio libre | NH4+ | Usados como medida de nutrientes y para establecer el grado de descomposición del agua residual. Las formas oxidadas pueden tomarse como una medida del grado de oxidación. |
| Nitrógeno orgánico | N-org |
|
| Nitrógeno total Kjeldahl | NTK (Norg + NH4+) |
|
| Nitritos | NO2- |
|
| Nitratos | NO3- |
|
| Fósforo inorgánico | P inorgánico |
|
| Fósforo total | F Total |
|
| Fósforo orgánico | P orgánico |
|
| PH | pH=log 1/[H+] | Medida de la acidez o basicidad de una solución acuosa. |
| Alcalinidad | | Medida de la capacidad amortiguadora del agua residual. |
| Cloruros | Cl- | Evalúan la posibilidad de ser empleada en el uso agrícola. |
| Sulfatos | SO4-2 | Estiman la formación potencial de olores y de tratamiento apropiado de lodos residuales. |
| Metales | As, Cd, Ca, Cr, Co, Cu, Pb, Mg, Hg, Mo, Ni, Se, Na, Zn | Estiman la posibilidad de reutilizar el agua residual y los posibles efectos tóxicos en el tratamiento. Las cantidades de metales son importantes en el tratamiento biológico. |
| Compuestos y elementos orgánicos específicos |
| Evalúan la presencia o ausencia de un constituyente específico |
| Gases | O2, CO2, NH3, H2S, CH4 | Presencia o ausencia de un gas específico. |
| Características químicas orgánicas | ||
| Demanda bioquímica de oxígeno a cinco días | DBO5 | Medida de la cantidad de oxígeno requerido para estabilizar biológicamente un residuo. |
| Demanda bioquímica de oxígeno última | DBOu | Medida de la cantidad de oxígeno requerido para estabilizar un residuo biológicamente. |
| Demanda de oxígeno nitrogenacea | DON | Medida de la cantidad de oxígeno requerido para oxidar biológicamente el nitrógeno amoniacal de un agua residual a nitratos. |
| Demanda química de oxígeno | DQO | Usada con frecuencia como sustituto de la prueba de DBO. |
| Carbono orgánico total | COT | Usado con frecuencia como sustituto de la prueba de DBO. |
| Compuestos y clases de compuestos orgánicos específicos |
| Determinan la presencia de compuestos orgánicos específicos y estimar la necesidad de medidas especiales en el diseño para su remoción. |
| Características biológicas | ||
| Coliformes | NMP |
|
| Microorganismos específicos | Bacterias, protozoos, helmintos, virus |
|
| Toxicidad | UTA y UTc | Unidad toxica aguda, unidad toxica crónica. |
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