Espacio Metatrón
Estudios e investigación
Analísis de Calidad del Agua Utilizando el Cubo Metatrón
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
UNIDAD IZTAPALAPA
DEPARTAMENTO DE HIDROBIOLOGIA

Análisis de calidad de agua contaminada utilizando el cubo Metatrón de regeneración de agua contaminada
Lboratorio de Geología y Limnología
Elaboro: M. EN C. ANTONIO Z. MARQUEZ GARCIA

Introducción

El análisis de calidad se lleva a cabo en el laboratorio de Geología y Limnología del Departamento de Hidrobiología, con la medición de varios parámetros que indican el estado físico-químico del agua, para este experimento se midieron los siguientes parametros: pH, Oxígeno disuelto, Eh o potencial redox, y nutrientes nitrogenados y fosfatados.

pH
La medida del pH es una de las pruebas más importantes y frecuentemente utilizadas en el análisis químico del agua. Prácticamente todas las fases de tratamiento del agua para suministro de agua potable y residual; como la neutralización ácido-base, suavizado, precipitación, coagulación, desinfección y control de la corrosión, depende del pH. El pH se utiliza en las determinaciones de alcalinidad y dióxido de carbono y en muchos otros equilibrios ácido-base. A una temperatura determinada, la intensidad del carácter ácido o básico de una solución viene dada por la actividad del ion hidrógeno o pH . la alcalinidad y acidez son las capacidades neutralizantes de ácidos y bases de un agua y normalmente se expresan como CaCO3 por litro.

En general el pH es una forma de medir la actividad de iones de hidrógeno. presentes en este caso en el agua. Cuando el CO2 entra en agua pura , pequeñas proporciones de él , por abajo el 1 % son hidratados en forma de ácido carbónico...
Parte de este carbonato se disocia en bicarbonato y iones hidrógeno, dando como resultado una disminución del pH. Esto es muy común cuando existe una disolución de CO2 en el agua.

El valor de pH de una solución es aproximadamente el mismo que el logaritmo común negativo de la concentración del ion hidrógeno. Las aguas naturales tienen normalmente valores de del pH entre 4 y 9 y la mayoría son ligeremente básicas mayores de 7, debida a la presencia de bicarbonatos y carbonatos.
Un pH es neutro cuando tiene un valor de 7 , lo que significa que las actividad de los iones hidrogeno e hidróxilos son iguales, cuando la actividad de los iones es alta , la solución es ácida con valores de pH menores de 7, mientras que valores mayores de 7 significa soluciones básicas.

Eh ( Potencial Redox o potencial de oxidación-reducción)
La mayoría de la materia orgánica partículada que penetra a los cuerpos de agua, más la producida in situ por el fitoplancton y vegetación acuática mayor son la fuente primaria de energía para los organismos que viven en estos cuerpos de agua, que químicamente puede ser conceptualizado como donadores de electrones. Los procesos respiratorios de organismos son esencialmente reacciones de oxidación-reducción, que involucran a una variedad de agentes oxidantes (aceptores de electrones). Las reacciones redox se definen como la transferencia de electrones de un material a otro. El oxígeno es el aceptor de electrones más importante de la biosfera, seguido del NO3, SO4 y CO2 . El termino potencial redox (Eh) se refiere al grado relativo de oxidación y reducción en un ambiente acuoso y los valores más altos indican condiciones más oxidantes, este término comúnmente es usado para indicar la disponibilidad relativa de los electrones en un ambiente químico particular. En el medio natural no existen electrones libres per se, sino que a cada oxidación ocurre una reducción por que un sistema en equilibrio el potencial redox debe ser neutro.

NUTRIENTES
Los nutrientes son aquellas substancias que son consumidas por el fitoplancton para su crecimiento por medio de fotosintésis y liberados por los hongos y principalmente por bacterias durante la descomposición de la materia orgánica a través del mecanismo de respiración.
Ahora bien, si la disponibilidad de algunos de estos elementos es menor a su demanda biológica se habla de un nutriente limitante. Entonces, si el fitoplancton esta creciendo en un sistema cerrado , el nutriente limitante sería el primero en ser consumido completamente, por consiguiente, el factor que determina que un nutriente sea limitante no es el aporte por si mismo, sino el aporte en relación con la demanda. Por otro lado tenemos que la adición de un nutriente limitante estimulará el crecimiento fitoplanctónico y este efecto se extenderá a toda la cadena alimenticia, aumentando la producción en todos los niveles tróficos, no obstante hay que tener presente que la sobresaturación de nutrientes ocasiona una sobrepoblación fitoplanctonica que altera el equilibrio del ecosistema en su totalidad.

Aunque muchos nutrientes son necesarios para el desarrollo fitolanctonico, lo mas importante en los medios acuáticos son el nitrógeno, el fósforo y el silice. El nitrógeno y el fosforo componen entre el 0.5 % y 6 % del total de los tejidos de los organismos vivos , mientras el sílice es utilizado para formar las partes duras de algunos organismos del fitoplancton.

Nitrógeno
En aguas naturales y aguas de desecho las principales formas nitrogenadas son, en orden de estado de oxidación decreciente, nitratos (NO3), Nitritos ( NO2) y Amonio NH4 . Todas estas formas, así como nitrógeno orgánico y el nitrógeno molecular N2 son bioquimicamente interconvertibles y forman parte del ciclo del nitrógeno.

Amonio
Se entiende como amonio la suma del ion amonio NH2 más amoniaco NH3 , los cuales estan en equilibrio dependiendo del pH, teniéndose que a un pH de 7 el amoniaco es de 1 % y a un pH de 8 es el 10 % . En aguas naturales la concentración de amonio varia de 1 a 50 g-at/l , registrándose en las lagunas costeras valores de hasta 17 g-at/l, mientras que en aguas lénticas su concentración generalmente es baja debido a que se absorbe a las partículas del suelo y a las arcillas. En aguas residuales alcanza concentraciones superiores a los 30 g-at/l y y cuando estas agua se tratan con cloro como desinfectante.

El amonio se produce a partir del proceso de amonificación llevado a cabo por bacterias, en el cual hay una desaminacion de compuestos que contienen nitrógeno orgánico , así como hidrólisis por urea.

Nitratos
Generalmente se presentan en cantidades pequeñas en aguas superficiales, pero pueden alcanzar niveles altos en algunas aguas corrientes. EN el caso del océano constituyen la principal reserva de nitrógeno que puede ser asimilada por el fitoplancton tanto en condiciones de luz como de oscuridad.
En aguas de desecho doméstico , el nitrato se encuentra en cantidades pequeñas pero en el efluente de plantas de tratamiento alcanza concentraciones hasta de 30 mg/l , haciendo necesaria disminuirla hasta 10 mg/l, si el agua se va a destinar para beber , ya que las cantidades excesivas producen la enfermedad de la metahemoglobina de infantes.

Nitritos
Son escasos en aguas naturales y solo pueden ser asimilados por el fitoplancton en presencia de luz: Representa un estado de oxidación intermedio porque se forman durante la oxidación del amonio a nitratos , asi como en la reducción del nitrato. Dichos procesos de oxidación y de reducción se presentan en sistemas naturales, en sistemas de distribución de agua y en las plantas de tratamiento. el nitrito es el agente etiológico de la metahemoglobina y en solución ácida forma ácido nitroso que reacciona con aminas secundarias para formar nitrosaminas muchas de las cuales se conocen como carcinogénicas.

Fósforo
El fósforo es un nutriente esencial que se presenta en aguas naturales y en aguas de desecho principalmente como fosfatos. Estos se clasifican como ortofosfatos, fosfatos condensados (pirofosfatos, metafosfatos y otros polifosfatos) y como fosfatos orgánicos. Estas formas se pueden encontrar en solución ( 90 %), en partículas ( 3-7.5 %), y en el tejido de organismos.
Asimismo cabe señalar que existe una perdida importante de fósforo hacia los sedimentos en forma de apatita Ca PO4, esta entrada esta balanceada por su entrada debido al intemperismo de las rocas, su arrastre por los ríos hacia los ecosistemas acuáticos y por el aporte de otras fuentes en las que destacan:
  • los ortofosfatos que se aplican sobre tierras agrícolas o cultivadas y son llevados a los sistemas acuáticos por medio de procesos de lixiviación
  • cantidades considerables de los mismos compuestos que se adicionan cuando el agua se usa para lavado , debido a que los fosfatos condensados son los principales constituyentes de los detergentes.
  • los ortofosfatos que se aplican sobre tierras agrícolas o cultivadas y son llevados a los sistemas acuáticos por medio de procesos de lixiviación.
  • Los fosfatos orgánicos que se forman principalmente por medio de procesos biológicos, es decir, son aportados por la biota acuática.


El fósforo es esencial para el crecimiento de los organismos y puede ser el nutriente que limite la productividad primaria en un cuerpo de agua. Por ende, en aquellos sistemas donde el fosfato es un nutriente limitante, la descarga de aguas de desecho, el drenaje proveniente de zonas agrícolas o de determinados aportes industriales estimulara el crecimiento de micro y macroorganismos acuáticos vegetales, causando un proceso de eutroficación. Las cuales son en ocasiones poco deseadas porque constituyen malezas que dan por resultado problemas de sanidad.

Por último hay que mencionar que el fósforo presenta una alta tasa de renovación que da por resultado una disponibilidad significativa del mismo en el medio; el que no es renovado retorna a partir de la acción bacteriana sobre la descomposición de los desecho metabólicos.

Metodología
Se tomaron 50 litros de agua contaminada del lago urbano de Huayamilpas, Del. Coyoacán, México D.F, Con el fin de evitar alguna modificación externa por la presencia de material biológico, (fitoplancton, zooplancton y materia orgánica) se filtro el agua para después colocarse en un recipiente de plástico, en el se colocaron tres instrumentos de regenaración a media columna de agua, orientados y con sus ejes coincidiendo al centro del recipiente.

Se colectaron muestras antes de colocar los instrumentos O horas, a las 12, 24, 48, 72 y 104. horas y para el pH se tomaron datos a 120 y 144 horas

Los valores de pH y Eh se tomaron con un potenciómetro.
Los nutrientes se determinaron con un espectrofotometro JENWAY 6100, utilizando los metodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales según APHA.. Una vez preparada la muestra y obtenida la lectura de la absorbencia, el dato es multiplicado por el factor correspondiente para cada nutriente.
Se determinó NO2., Amonio, ortofosfatos y fosforo total a las 0, 24, 48, 72 y 120 horas.

Resultados

No. De muestra Hora Temperatura °C Potencial Redox mV PH
1 0 (sin equipo) 24 -118 10.26
2 12 20 -107 9.51
3 24 24 -113 9.82
4 48 23.5 -063 8.51
5 72 22 -062 8.32
6 104 24 -011 7.59
7 120 22 - 0.003 7.29
8 144 23.5 -0.003 7.27

No. De muestra Hora Oxígeno mg/lt Amonio g/lt Nitritos g/lt Ortofosfatos g/lt Fosforo Total g/lt
1 0 9.27 89.26 0.217 145.0 78.17
2 24 8.68 96.98 0.245 253.3 134,7
3 48 5.02 115.7 0.286 70-08 132.0
4 72 3.47 186.2 0.612 156.08 180.6
5 120 2.8 481.312 0.612 156.34 175.47

Conclusión
La temperatura permanece constante durante el tiempo del experimento, las condiciones de pH, pasan de un ambiente alcalino con valores de 10.26 a valores casi neutros de 7.27 , considerando que el agua de buena calidad tiene un pH de 7 , así mismo, existe un cambio de condiciones oxidante a condiciones neutras , que se ve reflejado en la disminución de oxígeno. Cabe recalcar que el agua , estuvo en agitación cada tres horas. Por lo que se refiere a los nutrientes en ellos existe un incremento tanto de nitrogeno en sus diferentes formas como de fosfatos,.

Los datos muestran que el agua tiene una mejor calidad al termino del experimento y que el incremento de nutrientes muestra que la actividad biológica sobre todo bacteriana mayor, esto es muy importante ya que el ciclo biológico no es interrumpida al aplicarle los regeneradores de agua.

Bibliografía
APHA, AWWA Y WPCF. 1992. METODOS NORMALIZADOS.
Para el análisis de aguas potables y residuales.
Ed. Diaz de Santos. Madrid. España.. Tomo 1, 6-112.


UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
UNIDAD IZTAPALAPA
DEPARTAMENTO DE HIDROBIOLOGIA


Analísis de Metales Pesados en Agua Contaminada Expuestas a Cubos Metatrón

Los metales son los constituyentes naturales de las rocas, suelos, sedimentos y agua. Muchos iones metálicos son usados por los organismos para sus funciones metabólicas, sin embargo, existen elementos metálicos que por su abundancia, poca solubilidad y en ciertas condiciones físico-químicas pueden ser considerados como contaminantes ambientales . Estos metales pueden considerarse como: no críticos (Na, K, Mg, Ca, C, P, Fe, Rb, Sr, Al, Si), tóxicos pero muy insolubles o muy raros (Ti, Zr, Re, Nb, Ru, Ir, Ba) y elementos muy tóxicos y relativamente accesibles (Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Cr, As, Se, Ag, Cd,Hg, Pb, Sb).

Metodología
Se tomaron 50 litros de agua contaminada del lago urbano de Huayamilpas, Delegación Coyoacán, México, D.F. colocándose en un recipiente de plástico, en el que se colocaron tres cubos Metraton a media columna de agua, orientados y con sus ejes coincidiendo al centro del recipiente.

Se tomó una muestra inicial a las 0 horas de comenzado el experimento sin los cubos generadores, después de colocados los cubos se tomaron submuestras a las 12, 24, 48, 72 y 104 horas.

El análisis de los metales se realizó en el laboratorio de Cromatografía y Microscopía de esta Universidad, en un Espectro de Emisión de Plasma Marca Perkin Elmer.

Resultados

Muestra Hora As ppm Cr ppm Zn ppm Pb ppm Ni ppm Hg ppm Fe ppm Cu ppm
1 0 0 0 0.1 0.4 0.6 0.1 0.2 0
2 24 0 0 0.1 0.2 0 -0.1 0.4 0
3 48 0 0 0.1 0.1 0 -0.1 0.2 0
4 72 0 0 0.1 0.2 0 -0.2 0.3 0
5 104 0 0 0.1 0.2 0 -0.2 0.2 0

Análisis de Resultados

Los resultados, muestran ausencia de Arsénico, Cromo y Cobre. El Zinc (Zn) se mantiene constante. El Plomo (Pb) se reduce a la mitad desde las primeras 24 horas, el Niquel ( Ni ) es nulo también desde las 24 horas. El Mercurio ( Hg ) los datos muestran una disminución, aunque los valores negativos pueden ser un error en la detección del equipo, Finalmente el Fierro se mantiene constante.

Conclusión

Considerando estos datos, se puede mencionar que algunos metales mantienen sus valores constantes (Zn y Fe), otros disminuyen en las primeras 24 horas (Pb , Ni) , esto puede significar que la actividad de los cubos Metatrón es diferente para cada metal, aunque sería recomendable efectuar una repetición del experimento con una muestra testigo que se evalué al mismo tiempo que la muestra con los cubos generadores y observar el comportamiento independiente con cada elemento metálico.

M. en C. Antonio Zoilo Márquez García

Espacio Metatrón
México

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