Aplicación de la gravimetría en el área ambiental: Determinación de sólidos en agua residual

in #stem-espanol3 years ago
Hola amigos de steemit, en esta oportunidad les traigo parte de la metodología empleada en la determinación de los parámetros físicos y químicos que le estaré realizando específicamente al agua gris y al agua depurada, con el objetivo de evaluar la eficiencia de remoción de contaminantes en el biofiltro domiciliar que construí en mi hogar bajo los criterios presentados en el post titulado “Diseño de un biofiltro domiciliar para el tratamiento de aguas grises”.

Entre los parámetros más importantes que miden el grado de contaminación del agua gris se encuentra la demanda biológica de oxígeno (DBO), así como también grasas y aceites, nitrógeno, fósforo, y sólidos.

¡En este post, comenzaré a describir la metodología empleada específicamente para la determinación de sólidos en agua gris, les invito a revisarlo!

¿Qué sólidos se pueden encontrar en el agua residual y por qué es necesario determinar su contenido?

Los sólidos en forma general, se pueden definir como a todos aquellos compuestos que se encuentran en el agua que no son líquidos ni gases. El contenido total de sólidos abarca el material que se encuentra suspendido, la materia sedimentable, y disuelta en una muestra determinada. Los sólidos en suspensión, incluyen la materia orgánica e inorgánica particulada presente en el agua que se relaciona con la turbidez y el color. Los sólidos disueltos incluyen los iones en disolución entre ellos se encuentran cloruros, fosfatos, nitratos, calcio, magnesio, sodio entre otros que determinan la salinidad del medio, y por ende la conductividad del mismo y los sólidos sedimentables son aquellos que se depositan en el fondo de un recipiente por su peso en un periodo de tiempo determinado.

Ahora bien, el contenido de sólidos presentes constituyen una medida aproximada de la calidad del agua y de la cantidad de sedimentos que se puede formar en el tratamiento primario del agua residual, y de ello dependerá el funcionamiento del biofiltro domiciliar sujeto a evaluación, de allí la importancia de su determinación.

Fundamentos teóricos que sustentan el análisis

En la caracterización del agua residual se emplean métodos de análisis cualitativos y cuantitativos. Dentro de los análisis cuantitativos se encuentran los gravimétricos, que se basan en la medición de masa.

Específicamente trataré una de sus clasificaciones, como lo es la Gravimetría de partículas. Este método gravimétrico permite determinar la cantidad de partículas del analito (sustancia buscada) partiendo de su separación de la matriz donde se encuentra.

A diferencia de los métodos gravimétricos por precipitación o volatilización, donde se hace necesario que el analito participe en una reacción química, que ocasione un cambio en su estado físico para así lograr su separación, en la gravimetría de partícula la sustancia a determinar ya se encuentra en una forma que permite la fácil separación de su matriz que puede ser sólida, líquida o gaseosa. De esta manera la masa se puede determinar de forma directa utilizando una balanza. La gravimetría de partículas se puede llevar a cabo siguiendo dos técnicas. La más frecuente es por medio de la filtración, y la otra por medio de la extracción de fase sólida o líquida.

En este post se trabajó con la filtración en la determinación de sólidos suspendidos, en donde las muestras líquidas se hacen pasar a través de un medio filtrante adecuado, donde la separación ocurre por gravedad o con ayuda de una bomba de vacío. La selección del medio filtrante depende del tamaño de las partículas y de la matriz de la muestra.


Fuente: propia.

Objetivos de la caracterización

Medir el contenido de sólidos sedimentables aplicando la técnica de decantación, determinar la concentración de los sólidos suspendidos aplicando gravimetría de partículas y medir la cantidad de sólidos totales disueltos en muestras de agua gris.

Metodología empleada

Determinación de sólidos sedimentables en aguas residuales
Para realizar este análisis debe recolectarse mínimo 1L de muestra, y analizarse lo antes posible si no se refrigera. El procedimiento consiste en agitar muy bien la muestra, llenar el cono de Imhoff (recipiente que tiene una forma cónica) hasta la marca de 1L y dejar en reposo durante un periodo de tiempo de 45 min aproximadamente, posteriormente remover suavemente con una varilla agitadora y dejar sedimentar por 15 min más, luego medir la cantidad de sólidos depositados. Los resultados se expresan en unidades de mL/L.


Fuente: propia

Determinación de sólidos en suspensión en aguas residuales
Para este análisis el procedimiento consistió en montar el equipo de filtración al vacío, tomar una muestra de 150mL, agitar adecuadamente y filtrar. Posteriormente secar en una estufa a una temperatura entre 103 y 105°C hasta peso constante. Enfriar en el desecador, pesar el papel filtro más el residuo seco. La masa se determina por el aumento en el peso del papel filtro. Los resultados se expresan en unidades de mg/L.

Cálculos Sólidos en suspensión (SS):


Fuente: propia

Determinación de sólidos disueltos en aguas residuales
En este caso se determinó empleando un equipo multiparámetro expresando el resultado en g/L, que mide a su vez salinidad y conductividad.


Fuente: propia

Resultados experimentales

Sólidos Sedimentados

Sólidos Suspendidos

Sólidos disueltos

Evaluación estadística de los resultados

Como se puede observar, la caracterización del agua gris en función a los sólidos arrojó un promedio de sólidos sedimentables de 1,35 mL/L ±0,21. Con respecto a los sólidos suspendidos se obtuvo un promedio de 236,55 mg/L ±22,89 y en relación a los sólidos disueltos el promedio resultante fue de 1,83 ± 0,01 g/L. En El caso de los sólidos sedimentables el coeficiente de variación (CV) fue superior al 10%, aunque no fue tan elevado es recomendable realizar el análisis con más precisión para cumplir con el criterio de calidad del método. Caso contrario al CV obtenido en el análisis de sólidos disueltos y suspendidos donde resultaron inferiores al 10%, por lo que los resultados fueron más precisos y confiables.

Estos resultados muestran la importancia de la etapa de pretratamiento en el sistema de biofiltración, ya que en ella se debe eliminar los sólidos que se sedimenten, especialmente en este tipo de agua que puede contener restos de comida procedentes del lavado en la cocina, para así evitar el taponamiento u obstrucción del lecho filtrante en la biojardinera por los fangos que se puedan formar. Al llegar a esta zona se espera lograr la mayor remoción de sólidos suspendidos que no se logre eliminar en la etapa de sedimentación.

Adicionalmente se puede observar la interrelación entre los parámetros sólidos disueltos y conductividad - salinidad, siendo la conductividad una medida de la capacidad que posee la muestra para conducir la corriente eléctrica. Al aumentar la cantidad de sólidos disueltos presentes en las muestras analizadas, no se produjo en este caso cambios apreciables en la salinidad, mientras que la conductividad también se incrementó. Cabe destacar que en el caso de las aguas residuales se pueden encontrar altos valores de sólidos disueltos con valores bajos de conductividad, esto debido a que la presencia de materia orgánica no origina conducción de la corriente eléctrica.


Con la puesta en marcha del biofiltro domiciliar se espera reducir los parámetros anteriormente determinados en el agua de entrada del al sistema.

¡Hasta aquí la primera parte de gravimetría, más adelante estaré presentando otras aplicaciones del método, espero que la información presentada sea de utilidad, hasta una próxima oportunidad!


Referencias Bibliográficas

Harvey, D. (2002). Química Analítica Moderna

APHA-AWWA-WEF (2005). Standard MethodsfortheExamination of Water and Wastewater.

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Excelente @yusvelasquez. El contenido de sólidos es un parámetro muy importante a tener en cuenta en el diseño de sistemas de tratamiento de aguas. Éxito en la investigación.

Muchas gracias estimado @emilomoron! así es, la caracterización resulta de gran importancia para el diseño y la evaluación de este tipo de sistema. saludos



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Excelente investigación @yusvelasquez, será un gran aporte a la región !

Muchas gracias estimado @amestyj! espero seguir aportando información en esta área que actualmente resulta de gran importancia, saludos!

Hi @yusvelasquez!

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