UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 4.1.3 Determinación de la demanda de cloro........

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

CARRERA DE QUÍMICA DE ALIMENTOS

IMPLEMENTACIÓN DE UN TRATAMIENTO DE POTABILIZACIÓN DE AGUA

PARA CONSUMO HUMANO DE UN OJO DE AGUA EN LA COMUNA ARMERO

DE LA CIUDAD DE QUITO

Autor: María Cristina Cóndor Guaygua

E-mail: [email protected]

Tesis para optar por el Título Profesional de

QUÍMICA DE ALIMENTOS

Tutor: Dr. Ronny Adrián Flores Ortega

E-mail: [email protected]

Quito, Febrero, 2015

ii

Cóndor Guaygua María Cristina (2015). Implementación de un trata-

miento de potabilización de agua para consumo humano de un ojo de agua

en la Comuna Armero de la Ciudad de Quito.Trabajo de Investigación

para optar por el grado de Química de Alimentos. Quito: UCE.96 p.

iii

DEDICATORIA

El presente trabajo es dedicado a mi Amado Dios,

Creador, Señor y Salvador.

A mi hermosa familia;

mi padre Mesías, mi madre Inés,

mis hermanos Erika y Miguel

y mi sobrina Daniela.

A mi familia espiritual,

y de manera especial al pastor de jóvenes Ricky.

A la Comuna Armero,

quienes gracias a Dios, movieron mi corazón

para la realización del presente proyecto.

iv

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por la existencia de la Universidad Central de Ecuador, la Facultad de

Ciencias Químicas, en la cual después de un largo tiempo de preparación, puedo decir

con seguridad, soy de la Central no por la educación pública sino por la excelencia.

Doy gracias a Dios por mis padres, que se mantuvieron firmes, amorosos, y apoyándome

en todo momento. A mis hermanos, a mi familia que se han dado la mano el uno al otro.

Agradezco a Dios por la vida de mi tutor de tesis el Dr. Ronny Flores, quien siempre veía

lo mejor de este proyecto y no permitió que lo abandonara.

Al personal del OSP (Oferta de Servicios y Productos) por su ayuda, conocimiento, y so-

bre todo por el valor que a un estudiante le dan, por su amistad, compañerismo y por

siempre recordarme que somos colegas.

Agradezco a IWC (Internacional Word Changer), y a Triniti Missionary Baptist Church,

grupos misioneros cristianos que me apoyaron en oración, trabajo y dinero para la cons-

trucción de la planta de potabilización.

A mis profesores; Ing. Juan Segovia, Dr. Oscar Luzuriaga, Dr. Marco Morán, Dra. Gua-

dalupe Jibaja, Dr. Ramiro Acosta, Ing. Milene Díaz, a cada uno de los ayudantes de labo-

ratorio los cuales se esfuerzan por ser un buen estudiante y un buen profesor a la vez.

A mi tribunal de tesis; Dr. Iván Tapia y al Dr. Edgar Pazmiño por su tiempo y colabora-

ción.

A cada una de las personas que tuve el honor de conocer durante el transcurso de mi vida

universitaria.

Gracias a Dios por permitirme gozar del privilegio de la vida.

Dios los bendiga.

v




Yo María Cristina Cóndor en calidad de autor del trabajo de investigación reali-

zada sobre Implementación de un tratamiento de potabilización de agua para

consumo humano de un ojo de agua en la comuna Armero de la ciudad de

Quito, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUA-

DOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que

contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente au-

torización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los

artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Quito, a 02 de Febrero de 2015

…………………………………..

María Cristina Cóndor Guaygua

1718313206

[email protected]

vi




Por la presente, dejo constancia que he leído la tesis presentada por la Señorita

María Cristina Cóndor Guaygua, para adoptar por el título profesional de Quí-

mica de Alimentos cuyo tema es: Implementación de un tratamiento de pota-

bilización de agua para consumo humano de un ojo de agua en la comuna

Armero de la ciudad de Quito; la misma que reúne los requerimientos, y los mé-

ritos suficientes para ser sometida a evaluación por el Tribunal Calificador.

En la ciudad de Quito, a los 02 días del mes de Febrero de 2015

…………………………………..

Dr. Ronny Adrián Flores Ortega

CI: 1709556367

[email protected]

vii

viii

LUGAR DONDE SE REALIZÓ LA INVESTIGACIÓN:

La investigación se llevó a cabo en las instalaciones del Laboratorio de Ofertas y

Servicios al Público (OSP Ambiental), en el Laboratorio Académico de Química

Ambiental y en el Laboratorio Académico de Microbiológica Clínica de la Facul-

tad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador.

Las muestras fueron tomadas del pozo artesiano de la Comuna Armero en la ciu-

dad de Quito.

ix

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 17

1.1 Planteamiento del problema .......................................................................... 17

1.2 Formulación del problema ............................................................................ 17

1.3 Objetivos de la investigación ........................................................................ 17

1.3.1 Objetivo general ........................................................................................ 17

1.3.2 Objetivos específicos ................................................................................ 17

1.4 Importancia y justificación de la investigación ............................................. 17

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO .......................................................................................................... 19

2.1 Antecedentes ................................................................................................. 19

2.2 Fundamento teórico....................................................................................... 20

2.2.1 Agua potable ............................................................................................. 20

2.2.1.1 Contaminantes inorgánicos en aguas subterráneas ................................... 20

2.2.1.2 Contaminantes microbiológicos ................................................................ 22

2.2.2 Protección de los recursos y de la fuente .................................................. 23

2.2.3 Tratamientos tradicionales de potabilización ............................................ 26

2.2.3.1 Coagulación y floculación química ........................................................... 26

2.2.3.2 Sedimentación ........................................................................................... 27

2.2.3.3 Filtración ................................................................................................... 27

2.2.3.4 Desinfección ............................................................................................. 29

2.2.4 Tratamientos no convencionales de potabilización ................................... 33

2.2.4.1 Nanotubos de Carbono .............................................................................. 33

2.3 Fundamento legal .......................................................................................... 34

2.3.1 Constitución del Ecuador 2008 ................................................................. 34

2.3.2 Norma Técnica Ecuatoriana: Agua potable. Requisitos............................ 35

2.3.3 Norma Técnica Ecuatoriana Obligatoria: Control microbiológico de los

alimentos. Determinación de microorganismos coliformes por la técnica del número

más probable. ............................................................................................................ 35

2.3.4 Norma Técnica Ecuatoriana: Control microbiológico de los alimentos.

Determinación de coliformes fecales y E. coli.......................................................... 35


Determinación de la cantidad de microorganismos aerobios mesófilos. Rep. .......... 35

2.3.6 Guías para la calidad del agua potable OMS 2011 ................................... 35

x

2.3.7 Ordenanza municipal 213 ........................................................................ 35

2.3.8 Norma de calidad Ambiental y de descarga de efluentes: Recursos Agua 35

2.3.9 Desinfección de Emergencia del agua potable: Agencia de Protección del

Ambiente de los Estados Unidos. ............................................................................. 35

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA ............................................................................................................. 36

3.1 Tipo de investigación .................................................................................... 36

3.2 Población y muestra ...................................................................................... 36

3.3 Diseño experimental para el agua sometida a desinfección con hipoclorito de

sodio al 5% ................................................................................................................ 36

3.3.1 Variables ................................................................................................... 36

3.3.2 Método ...................................................................................................... 37

3.3.3 Análisis de varianza .................................................................................. 37

3.3.4 Parámetros seleccionados para el análisis de la calidad del agua tratada . 38

3.4 Materiales y Métodos .................................................................................... 39

3.4.1 Técnicas e instrumentos analíticos ............................................................ 39

3.4.1.1 Determinación de arsénico, bario, cromo, mercurio y selenio .................. 39

3.4.1.2 Determinación de sólidos totales y disueltos por litro de agua ................. 40

3.4.1.3 Determinación de sólidos suspendidos ..................................................... 41

3.4.1.4 Determinación de cloro residual por el método yodométrico I ................. 43

3.4.1.5 Análisis de coliformes totales por NMP ................................................... 45

3.4.1.6 Determinación de aerobios mesófilos ....................................................... 46

3.4.1.7 Análisis de Cryptosporidium y Giardia por la técnica de flotación-

centrifugación con sulfato de zinc ............................................................................ 47

CAPÍTULO IV

RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................................... 48

4.1 Análisis y discusión de resultados ................................................................ 48

4.1.1 Características físicas ................................................................................ 48

4.1.2 Determinación de cloro residual por el método yodométrico I ................. 48

4.1.2.1 Análisis de varianza para cloro residual .................................................... 50

4.1.3 Determinación de la demanda de cloro ..................................................... 53

4.1.4 Cinética de cloración ................................................................................. 56

4.1.4.1 Orden de la cinética de cloración .............................................................. 58

4.1.5 Concentración de metales en el agua subterránea proveniente del pozo

artesiano ................................................................................................................... 60

4.1.6 Análisis microbiológico ............................................................................ 61

xi

4.1.6.1 Coliformes totales y fecales ...................................................................... 61

4.1.6.2 Aerobios mesófilos ................................................................................... 62

4.1.6.3 Giardia y Cryptosporidium ....................................................................... 63

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 64

5.1 Conclusiones ................................................................................................. 64

5.2 Recomendaciones.......................................................................................... 64

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 66

ANEXOS .................................................................................................................. 68

FOTOGRAFÍAS ....................................................................................................... 83

xii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2. 1: Fotografía satelital de la Comuna Armero .................................................... 19

Figura 2. 2: Curva de la demanda de cloro ....................................................................... 31

Figura 4. 1: Cloro residual medio para los tres tratamientos a tres tiempos de contacto

para M1, promedio de tres determinaciones ..................................................................... 51

Figura 4. 2: Cloro residual medio para los tres tratamientos a tres tiempos de contacto

para M2, promedio de tres determinaciones ..................................................................... 52

Figura 4. 3: Demanda de cloro en M1 ............................................................................. 54

Figura 4. 4: Demanda de cloro en M2 ............................................................................. 55

Figura 4. 5: Cinéticas de cloración M1 vs M2 .................................................................. 57

Figura 4. 6: Cinética de cloración de primer orden para M1 ............................................ 58

Figura 4. 7: Cinética de cloración de primer orden para M2 ............................................ 59

LISTA DE TABLAS

Tabla 2. 1: Tratamientos de agua en función de su complejidad ...................................... 26

Tabla 2. 2. Reacciones del cloro en el agua ...................................................................... 30

Tabla 2. 3: Dosis de cloro por cada tratamiento ............................................................... 30

Tabla 2. 4: Volumen de cloro líquido al 5% para desinfección de agua ........................... 33

Tabla 3. 1: Plan de muestreo ............................................................................. 36

Tabla 3. 2: Transformación del volumen de NaClO 5% añadido a mg ............................ 37

Tabla 3. 3: Diseño experimental para la demanda de cloro .............................................. 37

Tabla 3. 4: Sorteo del orden de los análisis de los tratamientos........................................ 38

Tabla 3. 5: Márgenes de concentración por Absorción Atómica con aspiración atómica

directa ............................................................................. 40

Tabla 3. 6: Lista de parámetros analizados ....................................................................... 41

Tabla 3. 7: Materiales y Equipos ............................................................................. 42

Tabla 3. 8: Lista de Reactivos utilizados .......................................................................... 43

Tabla 4. 1: Determinación de sólidos ............................................................................. 48

Tabla 4. 2: Volumen de Na2S2O3 consumido por cada una de las 27 muestras de M1... 49

Tabla 4. 3 Volumen de Na2S2O3 consumido por cada una de las 27 muestras de M2 ...... 49

Tabla 4. 4: Cloro residual en M1 ............................................................................. 49

Tabla 4. 5: Cloro residual en M2 ............................................................................. 49

Tabla 4. 6: Análisis de varianza de dos factores para M1 al 1% de significancia ............ 50

Tabla 4. 7: Análisis de Varianza de dos factores para M2 al 1% de significancia............ 50

Tabla 4. 8: Media de tres determinaciones de Cl residual en cada tratamiento en M1 ..... 50

Tabla 4. 9: Media de tres determinaciones de Cl residual en cada tratamiento en M2 ..... 52

Tabla 4. 10: Características físicas del agua subterránea antes y después del tratamiento

de cloración ............................................................................. 53

Tabla 4. 11: Ensayo de la demanda de cloro para M1 ...................................................... 53

Tabla 4. 12: Ensayo de la demanda de cloro para M2 ...................................................... 55

Tabla 4. 13: Cinética de cloración para M1 ...................................................................... 56

Tabla 4. 14: Cinética de cloración para M2 ...................................................................... 57

xiii

Tabla 4. 15: Cinética de primer orden (M1) ..................................................................... 58

Tabla 4. 16: Cinética de primer orden (M2) ..................................................................... 59

Tabla 4. 17: Contenido de metales en el agua subterránea M1 antes y después de la

cloración ............................................................................. 60


cloración ............................................................................. 60

Tabla 4.19: Determinación de coliformes totales y fecales por la técnica del número más

probable (NMP) antes del tratamiento de cloración ......................................................... 61

Tabla 4. 20: Resultado del NMP antes del tratamiento de cloración ............................... 61

Tabla 4.21: Determinación de coliformes totales y fecales por la técnica del número más

probable después del tratamiento de cloración ................................................................. 62

Tabla 4.22: Resultado de NMP luego del tratamiento de cloración ................................. 62

Tabla 4.23: Resultado de coliformes fecales por NMP/100 mL en M1 y M2 antes y

después del tratamiento de cloración ............................................................................. 62

Tabla 4.24: Determinación de aerobios mesófilos por la técnica de vertido en placa antes

del tratamiento de cloración ............................................................................. 62

Tabla 4.25: Determinación de aerobios mesófilos por la técnica de vertido en placa

después del tratamiento de cloración ............................................................................. 63

Tabla 4.26: Análisis microscópico antes y después del tratamiento de cloración ............ 63

LISTA DE ECUACIONES Ecuación 2.1: Para determinar mg Cl/L agua ................................................................... 33

Ecuación 3. 1: Factor de corrección ............................................................................. 38

Ecuación 3. 2: Suma de cuadrados totales ........................................................................ 38

Ecuación 3. 3: Suma de cuadrados de los bloques ............................................................ 38

Ecuación 3. 4: Suma de cuadrados de tratamiento ............................................................ 38

Ecuación 3. 5: Suma de cuadrados de errores experimentales .......................................... 38

Ecuación 3. 6: Suma de cuadrados del error de muestreo ................................................. 38

Ecuación 3. 7: Coeficiente de variación ............................................................................ 38

Ecuación 3. 8: Sólidos totales o disueltos ......................................................................... 41

Ecuación 3. 9: Sólidos suspendidos ............................................................................. 41

Ecuación 3. 10: Cálculo de la Normalidad del tiosulfato de sodio ................................... 44

Ecuación 3. 11: Determinación de aerobios mesófilos ..................................................... 46

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

Fotografía 1: Entrada al ojo de agua ............................................................................. 83

Fotografía 2: Interior del ojo de agua ............................................................................. 83

Fotografía 3: Muestra de agua recolectada ....................................................................... 84

Fotografía 4: Calibración del medidor de pH ................................................................... 84

Fotografía 5: Medición del pH por dos métodos .............................................................. 85

Fotografía 6: Traslado de las muestras para los análisis ................................................... 85

Fotografía 7: Toma de la muestra M1 en temporada de lluvia ........................................ 86

Fotografía 8: Toma de la muestra M2 en temporada seca ............................................... 86

Fotografía 9: Preparación de los medios de cultivo .......................................................... 87

xiv

Fotografía 10: Resultados del análisis para Coliformes totales en la muestra antes del

tratamiento de cloración…………………………………………………… ……………88

Fotografía 11: Resultados del análisis para Coliformes totales en el Agua después del

tratamiento de cloración……………………………………………………… .. ………88

Fotografía 12: Equipos utilizados para los Análisis físicos del agua…………………….89

Fotografía 13: Espectrofotómetro de Absorción Atómica con generación de

hidruros/Marca Perkin Elmer ANALYST 100………………………………… . ………90

Fotografía 14; Preparación de las muestras para medición de metales ............................. 90

Fotografía 15: Análisis de las muestras con las diferentes dosis de NaClO con su

respectivo tiempo de contacto…………………………………………………………....91

Fotografía 16: Muestras para la determinación del cloro residual .................................... 91

Fotografía 17: Muestras para la Cinética de Cloración ..................................................... 92

Fotografía 18: Determinación del pH luego del tratamiento de Cloración ....................... 92

Fotografía 19: Camino al ojo de agua ............................................................................. 93

Fotografía 20: Bomba a gasolina para subir el agua desde el ojo hasta un suelo estable . 93

Fotografía 21: Subiendo el agua…………………………………………………………94

Fotografía 22: El agua sacada del ojo de agua y subida a una superficie plana ................ 94

Fotografía 23: Bases para los tanques…………….. ......................................................... 95

Fotografía 24: Instalación de los tanques .......................................................................... 95

Fotografía 25: Salida del agua tratada …………………………………………………..96

xv

RESUMEN

IMPLEMENTACIÓN DE UN TRATAMIENTO DE POTABILIZACIÓN DE AGUA

PARA CONSUMO HUMANO DE UN OJO DE AGUA EN LA COMUNA ARMERO

DE LA CIUDAD DE QUITO

El presente trabajo de investigación fue un proyecto de vinculación con la comunidad que

tuvo por objetivo desarrollar un tratamiento de potabilización para dar solución al problema

de escasez de agua potable en un sector rural de Quito. Siete familias de la Comuna Armero

tenían dificultades para el acceso seguro al agua por lo que se buscó un método para pota-

bilizarla. Gracias a las características iniciales del agua sólo se requirió un tratamiento con-

vencional de sedimentación, desinfección y filtración. Para la desinfección se determinó la

dosis óptima de hipoclorito de sodio, de acuerdo a las características del agua, que fue de

4,0mLNaClO por minuto, en tanques de 250L y 0,87 litros por segundo de caudal Para

implementar el tratamiento de agua propuesto en el presente documento, en la comuna

Armero, la Fundación International World Changers (IWC) construyó una planta de pota-

bilización con tanques prediseñados de fácil manejo para sus pobladores. Se estableció que

el agua debe estar en reposo una hora antes de la cloración para que todos los sedimentos

puedan depositarse en el fondo del tanque. Los parámetros analizados del agua tratada

cumplen con la norma NTE INEN 1108:2014 de requisitos para el agua potable.

Palabras clave: Agua subterránea, Cloración, Potabilización, Planta de potabilización a

pequeña escala, pozo artesiano, comuna Armero.

xvi

ABSTRACT

IMPLEMENTATION OF WATER PROCESSING FOR HUMAN CONSUMP-

TION OF AN EYE OF WATER IN THE ARMERO COMMUNE LOCATED IN

THE CITY OF QUITO

The present research project was a community outreach which aimed to implement a water

treatment to solve the problem of shortage of drinking water in a rural area of Quito. In the

Armero commune seven families had difficulty accessing safe water so a method was

sought drinkable. Thanks to the original characteristics of the water, only a conventional

treatment of sedimentation, filtration and disinfection was required. To disinfect the opti-

mum dose of sodium hypochlorite, according to the characteristics of the water, which was

4,0mLNaClO for minute in 250L tanks and a flow 0,87 litres for second. To implement

water treatment proposed in this document, in Armero commune was built a plant with

predesigned tanks, by the IWC (International world changers) foundation, of easy manage-

ment for its inhabitants. The water should be at rest an hour before chlorination for all

sediments to settle at the bottom of the tank. The analyzed parameters of treated water

meets the standard NTE NEN 1108: 2014 requirements for drinking water.

Keywords: Chlorination, Purification, Underground Water, Small-scale drinking water

treatment plant, artesian well, Armero commune.

17

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1.1 Planteamiento del problema

Según la OMS la calidad del agua potable es una cuestión que preocupa a países de todo el

mundo, en desarrollo y desarrollados, por su repercusión en la salud (Organización Mundial

de la Salud, 2012).

En la Comuna Armero de la ciudad de Quito, la única fuente de agua para consumo humano

proviene de un pozo artesiano, el cual, al parecer, nace de alguno de los volcanes Pichincha

a una distancia de alrededor de 5 km, con una trayectoria subterránea donde se pone en

contacto directo con minerales. A lo largo de esta trayectoria no existe actividad minera, ni

agropecuaria (Ver anexo 2). Esta agua es de uso diario en actividades domésticas como

limpieza del hogar, ropa, aseo personal, preparación de alimentos y el consumo directo. No

se tiene información sobre su calidad, su contenido mineral y microbiológico, además, no

se le da ningún tratamiento que brinde seguridad para su consumo.

1.2 Formulación del problema

¿Es posible brindar agua segura para el consumo humano por medio de un tratamiento

fisicoquímico del agua proveniente del pozo artesiano de la Comuna Armero en Quito?

1.3 Objetivos de la investigación

1.3.1 Objetivo general

Desarrollar un tratamiento de agua para consumo humano de un pozo artesiano de la Co-

muna Armero de la ciudad de Quito.

1.3.2 Objetivos específicos

Estructurar un plan de muestreo y análisis fisicoquímico y microbiológico del agua,

para definir los métodos más adecuados y viables para el tratamiento.

Determinar las condiciones de cloración, con hipoclorito de sodio, hasta llegar a con-

diciones aptas del agua para el consumo humano.

Comparar los resultados obtenidos con el tratamiento, con los valores establecidos

en la Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 1 108:2014 para Agua Potable-Requi-

sitos.

1.4 Importancia y justificación de la investigación

En América Latina y el Caribe más del 60% de la población consume agua de alto riesgo

por contaminación sea microbiológica o por agentes físicos o químicos. Aunque el derecho

al agua no está reconocido expresamente como un derecho humano independiente en los

tratados internacionales, las normas internacionales de derechos humanos comprenden

obligaciones específicas en relación con el acceso a agua potable. Esas obligaciones exigen

18

a los Estados que garanticen a todas las personas el acceso a una cantidad suficiente de

agua potable para el uso personal y doméstico, que comprende el consumo, el saneamiento,

el lavado de ropa, la preparación de alimentos y la higiene personal y doméstica. También

les exigen que aseguren progresivamente el acceso a servicios de saneamiento adecuados,

como elemento fundamental de la dignidad humana y la vida privada, pero también que

protejan la calidad de los suministros y los recursos de agua potable (Naciones Unidas,

2011).

Quito cuenta con agua potable de calidad, suministrada por la Empresa pública metropoli-

tana de agua potable y saneamiento (EMAPS), sin embargo, en la Comuna Armero existen

siete familias (ver anexo 5) que por problemas internos (desacuerdos en herencias, falta de

comunicación y organización, etc.) han quedado aisladas de este servicio. El único abaste-

cimiento de agua con el que actualmente cuentan no es potable, ni está bajo ningún trata-

miento fisicoquímico que les brinde seguridad. La población se halla consumiendo este

líquido vital, sin tener ninguna garantía de que el mismo sea beneficioso para su salud. Es

importante que cualquier ser vivo, en especial, el ser humano pueda contar con agua que

no le cause daño. Según información de la OMS para que una persona pueda vivir en un

ambiente saludable necesita 80 litros de agua por día (Diario el Mercurio, 2012), esa es la

cantidad de agua que, aproximadamente, estarían consumiendo estas familias sin ninguna

seguridad para su salud.

Lo que busca esta investigación es implementar un tratamiento de potabilización de bajo

presupuesto y utilizando los recursos de que dispone la Comunidad. Son 60 personas entre

ancianos, adultos y niños los beneficiados directos con esta investigación.

Como señala la Constitución del Ecuador 2008 en su Art.12.- El derecho humano al agua

es fundamental e irrenunciable. El agua constituye patrimonio nacional estratégico de

uso público, inalienable, imprescriptible, inembargable y esencial para la vida. (Asamblea

Constituyente, 2008).

19

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes

La Comuna Armero está ubicada a 0°11'41.76"S de latitud y 78°31'11.51"O de longitud

(GoogleEarth, 2012) en las faldas de Cruz Loma, una de las colinas de las inclinaciones del

volcán activo Guagua Pichincha (4794m) (Fig 2.1).

Figura 2. 1: Fotografía satelital de la Comuna Armero Modificado de: (GoogleEarth, 2012)

En el año 2005 una parte del Barrio Armero enfrentó un problema de escases de agua po-

table, debido a la construcción del Vulcano Park, lo que cortó el acceso al agua a una parte

del barrio, la parte con acceso al agua potable continúa llamándose Barrio Armero, mientras

que el área sin acceso al consumo seguro de agua se le conoce como Comuna Armero. En

la Comuna Armero existen siete familias con aproximadamente nueve miembros por cada

una de ellas, lo que da un total de 60 personas.

Actualmente, la Comuna consume a diario agua proveniente de un pozo artesiano, que tiene

un caudal de 0,29L/s, sin el cual estas siete familias no podrían subsistir.1

El pozo artesiano, está ubicado a 0°11'46.25"S de latitud y 78°31'15.15"O de longitud, a

su alrededor no existe actividad agropecuaria, según manifestaron los habitantes y que pudo

1 Fuente: Comunicación personal Sr. Manuel Vega, Presidente de la Comuna Armero, Julio 22 de

2012.

20

constatarse en una visita de campo personal y fotografía satelital con la herramienta Google

Earth.

2.2 Fundamento teórico

A nivel nacional el agua está distribuida de la siguiente manera: uso doméstico (12,3%),

productivo (81%) e industrial (6,3%). A pesar que el uso doméstico es uno de los principa-

les usos del agua para la satisfacción de necesidades humanas y representa solo el 12,3%,

los servicios de agua potable y saneamiento no llegan al 100% de su cobertura a nivel

nacional (Clavijo, 2012).

2.2.1 Agua potable

Es el agua cuyas características físicas, químicas y microbiológicas han sido tratadas a fin

de garantizar su aptitud para consumo humano (INEN, 2014). A continuación se revisa

algunos contaminantes comunes presentes en el agua.

2.2.1.1 Contaminantes inorgánicos en aguas subterráneas

Arsénico

El arsénico ocupa el vigésimo lugar en abundancia en la corteza terrestre, en forma de

sulfuros, arseniatos y arseniuros metálicos (Organización mundial de la salud, 2011).

Fuentes de consumo

La principal fuente de arsénico en al agua de consumo es la disolución de minerales y

menas de origen natural o por descargas industriales o aplicaciones de insecticidas.

Relación con la salud

Tan solo100 mg de arsénico pueden causar envenenamiento. La acumulación de este metal

causa efectos crónicos y se le atribuye propiedades cancerígenas (Eaton, Clesceri, Rice,

Greenberg, & Franson, 2005). El límite establecido en la Norma INEN 1 108 para arsénico

es de 0,01mg/L.

Bario

El bario es el decimosexto elemento en abundancia en la corteza terrestre, presente en las

rocas ígneas y sedimentarias.

Fuentes de consumo

En el agua de consumo solo se encuentra en trazas (menor a 100µg/L), aunque en agua de

consumo procedente de aguas subterráneas se han registrados concentraciones mayores a

1mg/L (Organización mundial de la salud, 2011).


El bario estimula el músculo cardíaco. Una dosis de 550 a 600 mg se considera letal para

los seres humanos. La ingestión, inhalación o absorción pueden afectar el corazón, vasos

sanguíneos y nervios (Eaton, Clesceri, Rice, Greenberg, & Franson, 2005). El límite esta-

blecido en la Norma INEN 1 108 para bario es de 0,7mg/L.

21

Cromo

El cromo ocupa el vigésimo primer lugar de abundancia en la corteza terrestre, alrededor

de 100 ppm, comercialmente se lo obtiene de la cromita. Puede presentar valencias de 2+ a

6+.

Fuentes de consumo

La principal fuente de ingesta al parecer son los alimentos.


En un estudio de carcinogenia a largo plazo en ratas a las que se suministró cromo (III) por

vía oral no se observó ningún aumento de la incidencia de tumores. En ratas, el cromo (VI)

es cancerígeno por inhalación, pero los escasos datos disponibles no son indicativos de

capacidad cancerígena por vía oral.

En estudios epidemiológicos se ha determinado una asociación entre la exposición por in-

halación al cromo (VI) y el cáncer de pulmón. El CIIC2 ha clasificado el cromo (VI) en el

Grupo 1 (cancerígeno para el ser humano). Los compuestos de cromo (VI) muestran acti-

vidad en una amplia diversidad de pruebas de genotoxicidad in vitro e in vivo, pero los

compuestos de cromo (III) no muestran dicha actividad (Eaton, Clesceri, Rice, Greenberg,

& Franson, 2005). El límite establecido en la Norma INEN 1 108 para cromo es de

0,05mg/L.

Mercurio

El mercurio se utiliza en la producción electrolítica de cloro, en electrodomésticos, en amal-

gamas dentales y como materia prima para diversos compuestos de mercurio. Se ha demos-

trado que el mercurio inorgánico se metila en agua dulce y en agua de mar, aunque se cree

que casi todo el mercurio del agua de consumo no contaminada está en forma de Hg2+; por

lo tanto, no es probable que haya ningún riesgo directo de consumo de compuestos orgáni-

cos de mercurio, especialmente de los alquilmercuriales, por la ingestión de agua potable,

aunque existe la posibilidad de que el metilmercurio se transforme en mercurio inorgánico

(Organización mundial de la salud, 2011).

Fuentes de consumo

Los alimentos son la fuente principal de mercurio en las poblaciones que no están expuestas

por motivos laborales, y la ingesta alimentaria promedio de mercurio en diversos países

varía entre 2 y 20 µg/día por persona.

El mercurio inorgánico está presente en aguas superficiales y subterráneas, en concentra-

ciones generalmente menores que 0,5 µg/L, aunque pueden darse concentraciones mayores

en aguas subterráneas por la presencia en la zona de yacimientos de menas de mercurio.

2 CIIC: Centro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer.

22


Los efectos tóxicos de los compuestos inorgánicos de mercurio se observan principalmente

en los riñones, tanto en personas como en animales de laboratorio, tras exposiciones breves

o prolongadas. En las ratas, estos efectos incluyen el aumento del peso absoluto o relativo

de los riñones, la necrosis tubular, la proteinuria y la hipoalbuminemia. En el ser humano,

la toxicidad aguda por vía oral produce principalmente colitis y gastritis hemorrágicas, aun-

que las lesiones fundamentales son renales. El conjunto de las pruebas indica que el cloruro

de mercurio (II) puede aumentar la incidencia de algunos tumores benignos en los tejidos

afectados y que posee una actividad genotóxica débil pero no causa mutaciones puntuales.

El límite establecido en la Norma INEN 1 108 para mercurio es de 0,006mg/L.

Selenio

El selenio está presente en la corteza terrestre, generalmente en asociación con minerales

que contienen azufre.

Fuentes de consumo

El selenio es un oligoelemento esencial, y su principal fuente para la población general son

alimentos como los cereales, la carne y el pescado. Las concentraciones presentes en los

alimentos varían mucho en función de la región geográfica en la que se producen.


Se calcula que se encuentra en torno a los 4 µg/kg de peso corporal al día, basándose en los

datos de un estudio en el que un grupo de 142 personas con una ingesta diaria media de 4

µg/kg de peso corporal no mostraron signos clínicos o bioquímicos de toxicidad por sele-

nio. El límite establecido en la Norma INEN 1 108 para selenio es de 0,04mg/L.

2.2.1.2 Contaminantes microbiológicos

Coliformes fecales

Escherichia coli es una bacteria que habita normalmente en el intestino del hombre y ani-

males de sangre caliente, y desempeña un importante papel en la fisiología del intestino.

La distribución en el ambiente está determinada por su presencia en el intestino. Por ser un

habitante regular y normal del intestino se usa desde hace un siglo como “el mejor” indi-

cador de contaminación con materia fecal de los alimentos (Pascual & Calderón, 2000).

Se utilizó las técnicas: NTE 1529-6: 1990-02 y NTE INEN 1529-8: 1990 Fecha de Con-

firmación: 2012-10-29

Aerobios Mesófilos

En el recuento de microorganismos aerobios mesófilos se estima la flora total, pero sin

especificar tipo de gérmenes. Esta determinación refleja la calidad sanitaria de los produc-

tos analizados indicando, además de las condiciones higiénicas de la materia prima, la

23

forma como fueron manipulados durante su elaboración. Tiene un valor limitado como

indicador de la presencia de patógenos o sus toxinas. Un recuento total de aerobios mesó-

filos bajo no asegura que un alimento esté exento de patógenos o sus toxinas; tampoco un

recuento total alto significa, inevitablemente, presencia de flora patógena. Excepto en pro-

ductos que se elaboran por fermentación, altos recuentos microbianos se considera poco

aconsejable para la mayor parte de los alimentos (Pascual & Calderón, 2000).

Se utilizó la técnica: NTE INEN 1529-5: 2006 Fecha de Confirmación: 2012-10-29

Giardia

Protozoo flagelado localizado en el intestino delgado, causante de giardiasis (infección in-

testinal) a nivel mundial. Son tronfozoítos piriformes de 10 a 20 µm de diámetro, con un

rango habitual de 12 a 15 µm. Se desplazan con movimientos de rotación y ondulantes, se

asemejan a una hoja cuando cae. Este microorganismo de simetría bilateral tiene dos nú-

cleos que no son visibles en preparaciones en fresco sin tinción o con tinción de yodo.

Tiene ocho flagelos; cuatro laterales, dos ventrales, y dos caudales. Los quistes son ovalares

e elípticos y miden de 8 a 19 µm, con un rango de habilidad de 11 a 14 µm. Los quistes

maduros tienen cuatro núcleos y los inmaduros dos. En preparaciones en fresco con tinción

de yodo son visibles los núcleos y las fibrillas intracitoplasmáticas. En preparaciones teñi-

das los núcleos aparecen reunidos en la parte más ancha del quiste; las fibrillas se entrecru-

zan si se localizan en el extremo posterior. El citoplasma del quiste puede estar retraído de

la pared, en especial en muestras conservadas en formol (Ash & Orihel, 2007).

Cryptosporidium

Protozoario que generalmente se encuentran en aguas contaminadas, causante de brotes de

diarrea. Su morfología es esférica u ovoide, miden de 2 a 6 µm de diámetro, poseen doble

pared, dentro del ooquiste se observan cuatro esporozoitos. Se desplaza con movimientos

de flexiones y ondulaciones del cuerpo, a excepción de los microgametos que poseen fla-

gelos (Pascual & Calderón, 2000).

2.2.2 Protección de los recursos y de la fuente

Una cuenca de captación es toda aquella obra destinada a obtener un cierto volumen de

agua de una formación acuífera concreta, para satisfacer una determinada demanda. El buen

uso y trato de la cuenca de captación representa numerosas ventajas. Al evitar la contami-

nación del agua de origen, se reducen las necesidades de tratamiento, lo que permite reducir

costos operativos y la generación de subproductos del tratamiento.

Determinación de los factores de peligro

En la potabilización del agua, es importante conocer el origen de las variaciones de la ca-

lidad del agua bruta, ya que influirá en las necesidades de tratamiento.

24

Las aguas subterráneas de acuíferos profundos y confinados son habitualmente inocuas

desde el punto de vista microbiológico y químicamente estables si no existe contaminación

directa; sin embargo, los acuíferos poco profundos o no confinados pueden estar expuestos

a contaminación por las descargas o filtraciones asociadas a las prácticas agropecuarias

(agentes patógenos, nitratos y plaguicidas), las redes de saneamiento y alcantarillado loca-

les, y los residuos industriales.

En una evaluación de los peligros deben tenerse en cuenta los siguientes factores de peligro

y sucesos peligrosos que pueden afectar a las cuencas de captación.

Variaciones rápidas de la calidad del agua bruta;

Descargas de las redes de alcantarillado y fosas sépticas;

Descargas industriales;

Uso de sustancias químicas (por ejemplo, de fertilizantes y plaguicidas agrícolas) en

las zonas de captación;

Grandes vertidos (incluidos los asociados a vías públicas y rutas de transporte), tanto

accidentales como intencionados;

Acceso de personas (por ejemplo, actividades recreativas);

Fauna y ganado;

Usos de la tierra (por ejemplo, ganadería, agricultura, silvicultura, industria, elimina-

ción de residuos, minería) y cambios en dichos usos;

Zonas de amortiguación y vegetación inadecuadas, erosión del suelo y roturas de

trampas de sedimentos;

Corrientes y descargas de aguas pluviales;

Vertederos o minas, en uso o cerrados / lugares contaminados / residuos peligrosos;

Factores geológicos (sustancias químicas de origen natural);

Acuífero no confinado y poco profundo (incluidas las aguas subterráneas en contacto

directo con aguas superficiales);

Pozos sin revestimiento o con revestimiento inadecuado, con boca inadecuadamente

protegida o utilizados en condiciones antihigiénicas; y

Variaciones climáticas y estacionales (por ejemplo, lluvias copiosas, sequías) y catás-

trofes naturales.

Medidas de control

Para la protección eficaz del agua de origen y de las cuencas de captación:

Determinación de usos autorizados y no autorizados;

Registro de las sustancias químicas utilizadas en las cuencas de captación;

25

Requisitos de protección específicos (por ejemplo, contención) para la industria quí-

mica o para estaciones de combustible;

Desestratificación o mezcla del agua de los embalses para reducir la proliferación de

cianobacterias o para reducir el hipolimnio anóxico y la solubilización del manganeso

y hierro sedimentarios;

Ajuste del pH del agua de los embalses;

Control de las actividades humanas dentro de los límites de la cuenca de captación;

Control de los vertidos de aguas residuales;

Procedimientos de ordenación de los usos de la tierra y aplicación de normativas de

ordenación y medioambientales para regular las actividades potencialmente contami-

nantes;

Inspecciones periódicas de las zonas de captación;

Diversión de los cauces locales de aguas pluviales;

Protección de las vías fluviales;

Intercepción de la escorrentía; y

Protección para impedir la manipulación.

Para la protección eficaz de los sistemas de extracción y almacenamiento de agua

Uso, durante y después de periodos de lluvias copiosas, de los recursos hídricos alma-

cenados disponibles;

Ubicación y protección adecuadas de la toma de agua;

Elección correcta de la profundidad del punto de extracción de agua de los embalses;

Construcción correcta de pozos, incluido su revestimiento e impermeabilizado, así

como la protección de la boca;

Ubicación correcta de los pozos;

Uso de sistemas de almacenamiento de agua para que los tiempos de retención sean

máximos;

Uso de sistemas adecuados de captación y drenaje del agua de lluvia en depósitos y

embalses;

Protección para impedir el acceso de animales y protección para impedir el acceso y la

manipulación no autorizados (Organización mundial de la salud, 2011).

26

2.2.3 Tratamientos tradicionales de potabilización

Los tratamientos de agua se pueden clasificar en función de su complejidad (Tabla 2.1).

Tabla 2. 1: Tratamientos de agua en función de su complejidad técnica y costo

Orden creciente

de complejidad Tratamiento

1 Cloración simple

Filtración sencilla (rápida o lenta, en arena)

2 Precloración y filtración

Aeración

3 Coagulación química

Optimización de procesos para el control de los SPD3

4 Tratamiento con carbón activado granular (CAG)

Intercambio de iones

5

Ozonización

6 Procesos de oxidación avanzados

Tratamiento con membranas

Tomado de: (Organización mundial de la salud, 2011)

2.2.3.1 Coagulación y floculación química

El tratamiento basado en la coagulación y floculación química es el método más común de

tratamiento de aguas superficiales. Se añaden al agua bruta coagulantes químicos, habitual-

mente sales de aluminio o de hierro, en condiciones controladas para formar un hidróxido

metálico (flóculo sólido). Las dosis de coagulante habituales son de 2 a 5 mg/L para las

sales de aluminio y de 4 a 10 mg/L para las de hierro.

La eficiencia del proceso de coagulación es función de:

La calidad del agua bruta

La dosis de coagulación

Las condiciones de mezclado

El pH

El flóculo precipitado retira los contaminantes suspendidos y disueltos en el agua mediante

mecanismos de neutralización de carga, adsorción y atrapamiento. A su vez el flóculo es

retirado por procesos de separación de sólidos y líquidos como la sedimentación o flota-

ción, la filtración rápida por gravedad o a presión, o una combinación de métodos.

Para que el proceso de coagulación funcione eficazmente, es preciso seleccionar la dosis

de coagulante y valor de pH óptimos.

3 SPD: Subproductos de la desinfección

27

Puede añadirse carbón activado en polvo (CAP) durante la coagulación para adsorber sus-

tancias orgánicas como algunos plaguicidas hidrófobos. El CAP se separará como fracción

integral del flóculo y se eliminará en los lodos de las instalaciones de tratamiento del agua.

La coagulación es adecuada para eliminar determinados metales pesados y sustancias or-

gánicas de solubilidad baja, como determinados plaguicidas organoclorados. La coagula-

ción generalmente es ineficaz para eliminar otras sustancias orgánicas, excepto las que es-

tán unidas a materia húmica o adsorbidas sobre partículas (Organización Mundial de la

Salud, 2011).

2.2.3.2 Sedimentación

La sedimentación es una operación unitaria que consistente en la separación, por la acción

de la gravedad, de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida para obtener una

suspensión concentrada y un líquido claro.

Se pueden distinguir dos tipos de sedimentación, atendiendo al movimiento de las partícu-

las que sedimentan:

Sedimentación libre: se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La

interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su

velocidad de caída libre en el fluido.

Sedimentación por zonas: se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas.

Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedi-

mentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada

o impedida. Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por dife-

rente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación.

Dependiendo de cómo se realice la operación, la sedimentación puede clasificarse en los

siguientes tipos:

Sedimentación intermitente: el flujo volumétrico total de materia fuera del sistema es

nulo, transcurre en régimen no estacionario. Este tipo de sedimentación es la que tiene lugar

en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar.

Sedimentación continua: la suspensión diluida se alimenta continuamente y se separa en

un líquido claro y una segunda suspensión de mayor concentración. Transcurre en régimen

estacionario (Organización mundial de la salud, 2011).

2.2.3.3 Filtración

Las partículas pueden separarse de las aguas brutas mediante filtros rápidos por gravedad,

horizontales, o a presión, o filtros lentos de arena. La filtración lenta en arena es, en esencia,

un proceso biológico, mientras que los otros tipos de filtración son procesos físicos.

Los filtros rápidos por gravedad, horizontales y a presión pueden utilizarse para la filtración

directa de agua bruta, sin tratamiento previo.

28

Los filtros rápidos por gravedad y a presión se utilizan habitualmente para filtrar agua que

ha sido tratada previamente mediante coagulación y sedimentación.

También puede realizarse una filtración directa, en la que se añade al agua un coagulante

y, a continuación, ésta se hace pasar directamente por el filtro en el que se separa el flóculo

precipitado (que contiene sustancias contaminantes). La aplicación de la filtración directa

está limitada por la disponibilidad de espacio en el filtro para albergar las sustancias sólidas

separadas (Organización Mundial de la Salud, 2011).

Filtros rápidos por gravedad

Los filtros rápidos de arena por gravedad son habitualmente depósitos rectangulares de área

menor a 100m2, abiertos que contienen arena de sílice con granos de diámetro de 0,5 a

1,0mm, hasta una profundidad de 60cm a 2,0 m.

El agua fluye hacia abajo y los sólidos se concentran en las capas superiores del lecho. El

caudal es generalmente de 4 a 20 m3/ (m2·h).

El agua tratada se recoge mediante bocas situadas en el suelo del lecho. Los sólidos acu-

mulados se retiran periódicamente descolmatando el filtro mediante inyección (a contraco-

rriente) de agua tratada. En ocasiones, la arena se lava previamente con aire. Se produce un

lodo diluido que debe desecharse.

Filtros lentos de arena

Los filtros lentos de arena son habitualmente depósitos que contienen arena (con partículas

de tamaño efectivo de 0,15 a 0,3 mm) hasta una profundidad de 0,5 a 1,5 m. En estos filtros,

en los que el agua bruta fluye hacia abajo, la turbidez y los microorganismos se eliminan

principalmente en los primeros centímetros de la arena. Se forma una capa biológica, co-

nocida como schmutzdecke, en la superficie del filtro, que puede eliminar eficazmente mi-

croorganismos. El agua tratada se recoge en sumideros o tuberías situados en la parte baja

del filtro.

Periódicamente, se retiran y sustituyen los primeros centímetros de arena que contienen los

sólidos acumulados. El caudal unitario de agua a través de los filtros lentos de arena es de

0,1 a 0,3 m3/(m2·h).

Los filtros lentos de arena sólo son adecuados para aguas de turbidez baja o aguas someti-

das a filtración previa. Se utilizan para separar algas y microorganismos, incluidos los pro-

tozoos, y, precedidos de microtamizado (microstraining) o filtración gruesa, para reducir

la turbidez (incluidas las sustancias químicas adsorbidas). La filtración lenta en arena eli-

mina eficazmente las sustancias orgánicas, incluidos algunos plaguicidas y el amoniaco.

Ventajas:

Bajo costo

Confiables

29

Pueden remover algunos microorganismos hasta el 99,9%

La operación y control del proceso son muy sencillos.

Limitaciones:

No pueden remover turbiedad elevada

Requieren grandes superficies pues operan bajo velocidades pequeñas (Leal, 2005).

En ocasiones la arena se lava previamente con aire produciéndose un lodo diluido que debe

desecharse.

Filtros a presión

Los filtros a presión se utilizan a veces cuando es necesario mantener una carga de presión

para evitar la necesidad de impulsar el agua al sistema mediante bombeo. El lecho de fil-

tración se encierra en una carcasa cilíndrica. Pueden fabricarse filtros a presión pequeños,

capaces de tratar hasta unos 15 m3/h, de plásticos reforzados con vidrio. Los filtros a pre-

sión más grandes, de hasta 4 m de diámetro, se hacen de acero con un recubrimiento espe-

cial. Su operación y funcionamiento son, por lo general, como los descritos para el filtro

rápido por gravedad, y se necesitan instalaciones similares para descolmatar el filtro y re-

tirar el lodo diluido (Organización Mundial de la Salud, 2011).

2.2.3.4 Desinfección

La desinfección del agua se realiza, principalmente, con cloro gas o en forma sólida o lí-

quida como hiploclorito.

Hipoclorito de calcio.- está en forma sólida granulado o en polvo de color blanco, muy

corrosivo, con fuerte olor a cloro, de fácil aplicación, muy estable y puede ser almacenado

hasta un año.

Hipoclorito de sodio.- es un líquido amarillento con concentración de cloro activo de 10

al 15%. No es muy estable al contacto con el aire y a la exposición de luz.

Se utiliza la cloración marginal en los sistemas de abastecimiento de agua de calidad alta y

consiste simplemente en añadir una dosis de cloro que genere la concentración deseada de

cloro libre residual. En este tipo de aguas, la demanda de cloro es muy baja, y es posible

que ni siquiera llegue a alcanzarse el punto crítico.

La finalidad principal de la cloración es la desinfección microbiana. No obstante, el cloro

actúa también como oxidante y puede eliminar o ayudar a eliminar algunas sustancias quí-

micas; por ejemplo, puede descomponer los plaguicidas fácilmente oxidables, como el al-

dicarb; puede oxidar especies disueltas, como el manganeso (II), y formar productos inso-

lubles que pueden eliminarse mediante una filtración posterior; y puede oxidar especies

disueltas a formas más fáciles de eliminar (por ejemplo, el arsenito a arseniato).

30

Un inconveniente del cloro es su capacidad de reaccionar con materia orgánica natural y

producir trihalometanos y otros SPD halogenados (Ver Tabla 2.2). No obstante, la forma-

ción de subproductos puede controlarse optimizando el sistema de tratamiento

(Organización mundial de la salud, 2011).

Tabla 2. 2. Reacciones del cloro en el agua

Reacción: Hidrólisis Oxidación – Reducción

Reacciona con: 𝐻2𝑂 N amoniacal Materia orgánica,

Fe, Mn, 𝑆𝑂2−, 𝐻2𝑆, etc.

Produce: 𝐻𝐶𝑙𝑂,𝑂𝐶𝑙− 𝑁𝐻2𝐶𝑙, 𝑁𝐻𝐶𝑙2, 𝑁𝐶𝑙3 Cloruros, HCl, NO2, etc.

Se denomina: Cloro libre Cloro combinado Demanda

Tomado de: (Arboleda, 2000)

La aplicación de cloro y sus derivados han demostrado ser útiles en:

Control de olores y sabores

Prevención de crecimiento de algas

Eliminación de hierro y manganeso

Destrucción de ácido sulfhídrico

Eliminación de colorantes orgánicos

Mejoras en la coagulación por sílica

En la Tabla 2.3 se muestra de forma resumida algunos de los usos del cloro y sus dosis

típicas.

Tabla 2. 3: Dosis de cloro por cada tratamiento

Aplicación Dosis pH óp-

timo

Tiempo de reac-

ción Efectividad

Crecimiento bioló-

gico 1-2mg/L 6,0-8,0 Buena

Olor/Sabor Variable 6,0-8,0 Variable Variable

Eliminación de co-

lor Variable 4,0-6,8 Minutos Buena

Tomado de: (ITC, 2007)

Demanda de Cloro

La demanda de cloro de un agua determinada es la cantidad de cloro necesaria para reac-

cionar con la materia orgánica y las demás sustancias que contenga el agua y equivale, por

tanto, a la diferencia entre la cantidad de cloro que se haya añadido y la cantidad de cloro

residual que está presente después de cierto tiempo de contacto (Arboleda, 2000).

31

Curva de la demanda de cloro

El ácido hipocloroso es un agente oxidante muy activo, que reacciona rápidamente con el

amoníaco presente en el agua, y forma tres tipos de cloraminas en reacciones sucesivas:

NH3 + HClO → NH2Cl + H2O

NH2Cl + HClO → NHCl2 + H2O

NHCl2 + HClO → NCl3 + H2O

Estas reacciones son dependientes del pH, la temperatura, el tiempo de contacto y de la

relación inicial entre el cloro y el amoníaco. Las dos especies predominantes son la mono-

cloramina 𝑁𝐻2𝐶𝑙 y la dicloramina 𝑁𝐻𝐶𝑙2. El cloro presente en estos compuestos se llama

cloro combinado disponible, y sirven como desinfectantes que reaccionan con extrema len-

titud (ver Figura 2.2).

Figura 2. 2: Curva de la demanda de cloro

Tomado de: (Arboleda, 2000)

Etapa A: Sustancias fácilmente oxidables como Fe2+, Mn2+, H2S y la materia orgánica reac-

cionan con el cloro reduciendo la mayor parte del ión cloruro. Todo el hipoclorito que se

añade se consume, con lo cual no hay cloro disponible.

Etapa B: Luego de la demanda inmediata (etapa A), el cloro continua reaccionando con el

amoníaco para formar monocloraminas y dicloraminas. La distribución de estas dos for-

mas viene dictada por sus velocidades de formación, que son independientes del pH y de

la temperatura.

Etapa C: Todo el amoniaco y las aminas orgánicas han reaccionado con el cloro, después

del máximo de la curva, se inicia una etapa de destrucción de estos compuestos clorados

32

formados en la etapa anterior, algunas de las cloraminas se convierten en tricloruro de ni-

trógeno, mientras que las cloraminas restantes se oxidan a óxido nitroso y nitrógeno (N2),

reduciéndose el cloro al ión cloruro.

A pesar de añadir más cloro, no se observa un aumento de la cantidad de cloro disponible

sino una disminución, ya que se consume tanto el cloro residual que se había formado,

como el hipoclorito que se añade.

2NH2Cl + HClO → N2 + H2O + HCl

La capacidad desinfectante del sistema, disminuye en la etapa C, hasta llegar al Punto de

quiebre (breakpoint).

Etapa D: Luego de pasar el punto de quiebre, se observa como la concentración del cloro

libre disponible aumenta directamente proporcional al cloro añadido; el cloro libre residual

y el cloro combinado dan así un efecto de desinfección luego del tratamiento de cloración.

La razón principal para añadir suficiente cloro como para obtener cloro residual libre des-

pués del punto de quiebre radica en que así se asegura que se alcanzará la desinfección del

agua.

Las posibles reacciones responsables de la aparición de los gases; óxido nitroso y nitrógeno

y la desaparición de las cloraminas son las siguientes (Arboleda, 2000):

NH2Cl + NHCl2 + HClO → N2O + 4HCl

4NH2Cl + 3Cl2 + H2O → N2 + N2O + 10HCl

2NH2Cl + HClO → N2O + 3HCl

NH2Cl + NHCl2 → N2 + 3HCl

La determinación de la demanda de cloro depende del tiempo de contacto, pH y tempera-

tura.

Determinación de Cloro residual por DPD4

Es un método en el que se utiliza el N,N-dietil-p-fenilendiamina con adición de yoduro de

potasio, para determinar cloro libre y combinado, a través del desarrollo de una coloración

rojiza que es proporcional a la cantidad de cloro libre presente en el medio (INEN, 1982).

Determinación de Cloro residual por el Método yodométrico I

Este método se fundamenta en la liberación de yodo a partir de soluciones de yoduro de

potasio a pH menor o igual a 8. El yodo libre se valora con una solución patrón de tiosulfato

de sodio con almidón como indicador (Eaton, Clesceri, Rice, Greenberg, & Franson, 2005).

Reacción de coloración: 2NaClO + 2KI + CH3COOH → 2KCl + I2 + H2O

Reacción en la titulación: I2 + 2Na2S2O3 → 2I− + (S4O6)2−

4 DPD: N,N-dietil-p-fenilendiamina.

33

Ecuación 1.1: Para determinar mg Cl/L agua

mg Cl2/L =(A + B) × N × 35,45 × 1000

mL muestra

N= normalidad de Na2S2O3

A= mL de titulación para la muestra

B= mL de titulación para el blanco

35,45= Peso equivalente del cloro (Greenberg, Trussell, & Clesceri, 1985)

Las aguas provenientes de fuentes subterráneas profundas, galerías filtrantes o manantiales,

pueden ser entregadas directamente al consumo, siempre que sean químicamente apropia-

das y si se tiene en cuenta todas las previsiones necesarias en su captación para evitar su

contaminación. Es decir, estas aguas son en general naturalmente potables. Solo se reco-

mienda un tratamiento con cloro para resguardarla de cualquier contaminación accidental

en la red de distribución (Organización Mundial de la Salud, 2011).

En la Tabla 2.4 se presenta la cantidad adecuada de cloro líquido que debe añadirse por

volumen de agua.

Tabla 2. 4: Volumen de cloro líquido al 5% para desinfección de agua

Volumen de agua

a desinfectar

(L)

Cantidad de cloro

líquido a agregar

en tiempo normal

Cantidad de cloro líquido

a agregar en emergencia

1 ½ gota 1 gota

2 1 gota 1½ gota

10 4 gotas 8 gotas

100 40 gotas ó 2mL ½ tapita ó 4mL

1000 2½ tapita ó 20mL 5 tapitas ó 40mL

Tomado de: (Morales & Solsona, 2006).

2.2.4 Tratamientos no convencionales de potabilización

2.2.4.1 Nanotubos de Carbono

En 1991 el ingeniero japonés Sumio Lijima descubrió los nanotubos de carbono, que están

constituidos por átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal cilíndrica, pueden

estar cerrados en los extremos por media esfera de fullereno5 o estar abiertos. Pueden ser

de pared simple o múltiple (una o varias láminas enrolladas) (Rivas, Román, & Cosme,

2007).

Durante los últimos años los investigadores han estado desarrollando nanofiltros y nano-

partículas para purificar aguas contaminadas y eliminar bacterias, virus y metales pesados

5 Fullereno: Es la tercera forma molecular más estable del carbono, después del grafito y el dia-

mante.

34

como el arsénico. El mecanismo es dejar pasar las moléculas de agua a través de un dispo-

sitivo formado por nanotubos, que atrapa bacterias como la Escherichia coli y virus de la

polio de hasta 25 nanómetros de diámetro. El objetivo, ahora, es desarrollar un filtro de

agua portátil de bajo costo, que pueda limpiarse, reutilizarse, de tamaño manejable y que

pueda purificar cualquier fuente de agua consiguiendo un grado de pureza suficiente para

utilizar el agua en tratamientos médicos. Para la eliminación de arsénico se busca desarro-

llar cristales nanoscópicos de magnetita (óxido de hierro) y de óxido de zinc (Assadourian,

y otros, 2006).

2.2.4.2 Ósmosis inversa

La ósmosis inversa es el proceso que permite la desalación del agua mediante la utilización

de membranas preselectivas. Consiste en la separación del agua de la disolución salina

mediante la filtración realizada a través de membranas semipermeables. La presión para el

proceso depende de la presión osmótica y la concentración de la disolución. Para el agua

de mar, se trabaja con presiones del orden de 70kg/cm2. No es necesario el aporte calórico

ni el cambio de estado físico en el proceso. Este es uno de los procesos de menor costo y

se puede adaptar mejoras con mucha facilidad (Balairón, 2002).

2.2.4.3 Destilación por membranas

La destilación por membrana es usada en agua salada donde el agua fluye de un lado al

otro de una membrana, forzada por la diferencia de temperatura. Para que la técnica fun-

cione, se requiere agua salada caliente con un alto grado de pureza, con la finalidad de

evitar la obstrucción de la membrana y aumentar la eficiencia del proceso (Balairón, 2002).

2.2.4.4 Cristalización

La cristalización consiste en separar cristales de agua (hielo), teóricamente puros que se

obtienen al sobrepasar el punto de congelación. Por fusión posterior de los cristales se ob-

tiene el agua dulce. Este proceso no es utilizado a escala industrial (Balairón, 2002).

2.3 Fundamento legal

2.3.1 Constitución del Ecuador 2008

Capítulo segundo: Derechos del buen vivir

Sección primera: Agua y alimentación

Art. 12.- El derecho humano al agua es fundamental e irrenunciable. El agua constituye

patrimonio nacional estratégico de uso público, inalienable, imprescriptible, inembargable

y esencial para la vida (Asamblea Constituyente, 2008).

35

2.3.2 Norma Técnica Ecuatoriana: Agua potable. Requisitos

NTE INEN 1 108:2014 quinta revisión (Ver Anexo 1).

2.3.3 Norma Técnica Ecuatoriana Obligatoria: Control microbiológico de

los alimentos. Determinación de microorganismos coliformes por la

técnica del número más probable.

NTE 1529-6: 1990-02 (Ver Anexo 3).


Determinación de coliformes fecales y E. coli.

NTE INEN 1529-8: 1990 Fecha de Confirmación: 2012-10-29


Determinación de la cantidad de microorganismos aerobios mesófilos.

Rep.

NTE INEN 1529-5: 2006 Fecha de Confirmación: 2012-10-29

2.3.6 Guías para la calidad del agua potable OMS 2011

2.3.7 Ordenanza municipal 213

Capítulo VII: Para la protección de las cuencas hidrográficas que abastecen al Municipio

del Distrito Metropolitano de Quito.

Sección II: De las medidas de control y prevención para la protección de las fuentes de

agua.

2.3.8 Norma de calidad Ambiental y de descarga de efluentes: Recursos

Agua

Libro VI Anexo 1.

2.3.9 Desinfección de Emergencia del agua potable: Agencia de Protección

del Ambiente de los Estados Unidos.

36

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA

3.1 Tipo de investigación

La presente investigación es parte de la vinculación que mantiene la universidad con la

comunidad y fue de varios tipos; primero bibliográfica, debido a la gran cantidad y calidad

de información teórica adquirida, seguida por una investigación de campo por la recolec-

ción de muestras e interacción personal con la población. Con estas muestras recolectadas

se llegó a una investigación experimental dentro de un laboratorio, en condiciones contro-

ladas, donde se logró solucionar el problema detectado.

3.2 Población y muestra

La población correspondió al volumen total de agua formado por varias piscinas que miden

aproximadamente 5 metros de largo, 1 metro de ancho y 1,5 metros de profundidad, con

un caudal de 0,29L/s. El pozo artesianoestá ubicado a 0°11'46.25"S de latitud y

78°31'15.15"O de longitud.

Para llegar al pozo artesiano se ingresó por un túnel de un metro de diámetro el cual se

presume no es natural sino excavado por antiguos pobladores al parecer para direccionar el

flujo de agua. El ingreso al pozo artesiano es extremadamente angosto e incómodo. La

obscuridad y el lodo en el interior es un gran factor de peligro y aumenta conforme se sigue

ingresando (ver Fotografías 1 y 2).

La muestra fue compuesta por la mezcla de volúmenes individuales de nueve litros de agua

tomados en un mismo día a diferentes horas, como se indica en la Tabla 3.1.

Tabla 3. 1: Plan de muestreo

Muestreo

Horas para la toma de muestras durante un

día

09:00 10:00 11:00 Total (L)

M1

(condiciones ambientales: lluvia) 9L 9L 9L 27

M2

(condiciones ambientales: sin lluvia) 9L 9L 9L 27

Total 54

3.3 Diseño experimental para el agua sometida a desinfección con hipoclorito de so-

dio al 5%

3.3.1 Variables

Independiente: Dosis de hipoclorito de sodio al 5%, tiempo de contacto.

Dependiente: Cloro residual.

37

3.3.2 Método

La concentración de cloro residual se obtuvo mediante la adición, por gotas, de hipoclorito

de sodio comercial al 5% en el agua a tratar con una bureta de 10±0,02mL. En la Tabla 3.2

se muestra la trasformación de volumen a peso.

Tabla 3. 2: Transformación del volumen de NaClO 5% añadido a mg

Concentra-

ción Gotas de NaClO 5% mL de NaClO 5% mg de NaClO

CA 1 0,04 2,2

CB 2 0,08 4,4

CC 3 0,12 6,6

δNaClO= 1,1g/mL

En la Tabla 3.3 se indica el diseño experimental empleado, se trabajó con tres concentra-

ciones de hipoclorito de sodio, en tres diferentes tiempos de contacto y en dos muestras de

agua recogidas en diferentes condiciones ambientales, con tres repeticiones por trata-

miento. El rango para tiempo y concentración se hizo de acuerdo a la Norma Técnica Ecua-

toriana: Agua potable. Requisitos NTE INEN 1 108:2014 quinta revisión, en la cual se

indica un valor de cloro libre residual entre 0,3 a 1,5 mg/L luego de un tiempo mínimo de

contacto de 30 minutos.

Tabla 3. 3: Diseño experimental para la demanda de cloro

Tiempo de contacto

Concentración de hipoclorito de sodio

CA*

2,2mg NaClO /L

CB

4,4mg NaClO/L

CC

6,6mg NaClO/L

A A' A'' B B' B'' C C' C''

T1: 30min AT1 A'T1 A''T1 BT1 B'T1 B''T1 CT1 C'T1 C''T1



*C: cantidad de hipoclorito de sodio adicionado a 1L de agua.

El hipoclorito de sodio se adicionó por gotas al agua a tratar, fue con la ayuda de una bureta

de 10±0,02mL (Ver Tabla 3.2).

3.3.3 Análisis de varianza

El análisis estadístico aplicable fue el ANOVA para un diseño de bloques completamente

al azar con submuestras, siendo los bloques la concentración de NaClO y tiempo de con-

38

tacto, y tres submuestras por tratamiento, para determinar sí los tratamientos son significa-

tivamente diferentes o no. Para los cálculos se utilizó el software Microsoft Office Excel

2013.

Ecuación 3. 1: Factor de corrección

𝐹𝑐 =𝑥2 …

𝑡 × 𝑟 × 𝑚

Ecuación 3. 2: Suma de cuadrados totales

𝑆𝐶𝑇 = 𝛴𝑥2𝑖𝑗𝑘 − 𝐹𝑐

Ecuación 3. 3: Suma de cuadrados de los bloques

𝑆𝐶𝐵 =𝛴𝑥2𝑗 …

𝑡 × 𝑚− 𝐹𝑐

Ecuación 3. 4: Suma de cuadrados de tratamiento

𝑆𝐶𝑡 =𝛴𝑥2𝑖 …

𝑟 × 𝑚− 𝐹𝑐

Ecuación 3. 5: Suma de cuadrados de errores experimentales

𝑆𝐶𝐸𝑒𝑥𝑝 =𝛴𝑥2𝑘

𝑚− 𝐹𝑐 − (𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝑡)

Ecuación 3. 6: Suma de cuadrados del error de muestreo

𝑆𝐶𝐸𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑜 = 𝑆𝐶𝑇 − (𝑆𝐶𝐸 exp + 𝑆𝐶𝐵 + 𝑆𝐶𝑡)

Ecuación 3. 7: Coeficiente de variación

CV =√CMerror

x̅× 100

CM error= cuadrado medio del error

El orden de los análisis se realizó al azar como se muestra en la Tabla 3.4.

Tabla 3. 4: Sorteo del orden de los análisis de los tratamientos

CA CB CC

T1 18

AT1

16

A'T1

19

A''T1

3

BT1

9

B'T1

12

B''T1

23

CT1

8

C'T1

5

C''T1

T2 24

AT2

1

A'T2

6

A''T2

11

BT2

22

B'T2

25

B''T2

13

CT2

2

C'T2

21

C''T2

T3 10

AT3

14

A'T3

27

A''T3

26

BT3

7

B'T3

20

B''T3

4

CT3

17

C'T3

14

C''T3

Tiempo (T) vs cantidad (C) de hipoclorito de sodio por 1L de agua a tratar.

3.3.4 Parámetros seleccionados para el análisis de la calidad del agua tratada

Al cabo de la determinación de la concentración óptima de cloro se procedió con los aná-

lisis de los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos (Tabla 3.5), seleccionados de

39

acuerdo al tipo de agua tratada, mediante la utilización de las Guías para la calidad del

agua potable OMS 2011.

Los valores de los parámetros seleccionados y analizados fueron comparados con la Norma

NTE INEN 1 108:2014 para Requisitos de Agua Potable.

3.4 Materiales y Métodos

Los materiales y métodos utilizados se encuentran disponibles en las instalaciones de la

Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central de Ecuador (Tablas 3.6 y 3.7).

3.4.1 Técnicas e instrumentos analíticos

3.4.1.1 Determinación de arsénico, bario, cromo, mercurio y selenio

Muestreo

Durante el muestreo, en el pozo artesiano, se tomaron medidas de control para evitar con-

taminación externa del agua (Organización mundial de la salud, 2011). En los envases de

muestreo se colocó 1,5mL de (HNO3)C libre de metales para 1L de muestra.

Inmediatamente acabado el muestreo se llevaron las muestras al Laboratorio de Química

Ambiental para refrigerarlos a 4°C. En estas condiciones los metales se preservaran sin

cambios durante seis semanas y para mercurio hasta tres semanas (Eaton, Clesceri, Rice,

Greenberg, & Franson, 2005).

Medición de los metales

El equipo de Espectrofotometría de Absorción Atómica Marca Perkin Elmer AANALYST

100; Serie: 040N8052401, del Laboratorio de Ofertas y Servicios al Público (OSP), fue el

utilizado en la presente experimentación, y se procedió de la siguiente manera:

Instalar en el instrumento la lámpara de cátodo hueco para cada metal.

Establecer la longitud de onda y establecer el dial (Ver Tabla 3.8).

Fijar la anchura de rendija siguiendo las sugerencias del fabricante para el elemento

que se mide.

Encender el instrumento, dejarlo que se caliente de 10 a 20 minutos hasta que se

estabilice la fuente de energía, aplicar a la lámpara de cátodo hueco la corriente que

aconseja el fabricante.

Reajustar la corriente después del calentamiento, si es necesario.

Optimizar la longitud de onda ajustando el dial de longitudes de onda hasta que se

obtiene la ganancia óptima de energía.

Alinear la lámpara.

Instalar la cabeza del quemador adecuada y ajustar su posición.

Conectar la pareja de gases y ajustar la velocidad del flujo.

Encender la llama y dejar que se estabilice. (En el caso del mercurio no se enciende

la llama.)

40

Aspirar el blanco integrado por agua desionizada o una solución ácida con la misma

concentración de ácido de los patrones y las muestras.

Encerar el instrumento.

Aspirar una solución patrón y ajustar la velocidad de aspiración del nebulizador

para obtener una sensibilidad máxima.

Ajustar el mechero vertical y horizontalmente para obtener la máxima respuesta.

Aspirar el blanco de nuevo y volver a poner a cero el instrumento.

Aspirar un patrón próximo al medio de intervalo lineal.

Registrar la absorbancia de este patrón cuando está recientemente preparado y con

una lámpara de cátodo hueco. Hacer referencia a estos datos en subsiguientes de-

terminaciones del mismo elemento para comprobar la consistencia de la instalación

del instrumento y el envejecimiento de la lámpara de cátodo hueco y del patrón.

Realizar las mediciones respectivas.

Enjuagar el nebulizador aspirando agua con 1,5mL de HNO3conc. /L.

Atomizar la muestra y determinar su absorbancia.

Realizar la respectiva interpolación con el valor obtenido de cada muestra, en las

curvas de calibración.

Terminado los análisis, apagar la llama cerrando las llaves en orden como se indique

para cada metal (Salgado, 2012).

Tabla 3. 5: Márgenes de concentración por Absorción Atómica con aspiración ató-

mica directa

Ele-

mento6

Longitud

de onda

(nm)

Gases de

la llama

Límite de

detección

(mg/L)

Sensibili-

dad

(mg/L)

Margen óptimo de

concentración

(mg/L)

As 193,7 N-H 0,002 - 0,002-0,02

Ba 553,6 N-Ac 0,03 0,4 1-20

Cr 357,9 Ar-Ac 0,02 0,1 0,2-10

Hg 253,6 Ar- Ac 0,2 7,5 10-300

Se 196,0 N-H 0,002 - 0,002-0,02

Tomado de: (Eaton, Clesceri, Rice, Greenberg, & Franson, 2005)

3.4.1.2 Determinación de sólidos totales y disueltos por litro de agua

Los sólidos totales son una medida del contenido combinado de todas las sustancias inor-

gánicas y orgánicas contenidas en un líquido en forma molecular, ionizada o en suspensión

en una muestra sin filtrar. Los sólidos disueltos son todas las partículas que han podido

pasar a través de un filtro de 2um (Eaton, Clesceri, Rice, Greenberg, & Franson, 2005).

6 Los metales fueron seleccionados de acuerdo a la naturaleza del agua mediante la utilización de

las Guías para la calidad del agua potable OMS 2011 (Ver Anexo 1).

http://es.wikipedia.org/wiki/Inorg%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Inorg%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_org%C3%A1nico

41

Ecuación 3. 8: Sólidos totales o disueltos

𝑺𝑻ó 𝑺𝒅: 𝒎𝒈/𝑳 = (𝑾𝟏(𝒈) − 𝑾(𝒈)) ×𝟏𝟎𝟔

𝑨𝒍í𝒄𝒖𝒐𝒕𝒂(𝒎𝑳)

W: Peso cápsula tarada vacía

W1: Peso cápsula con muestra evaporada

ST: Sólidos totales

Sd: Sólidos disueltos

3.4.1.3 Determinación de sólidos suspendidos

Los sólidos suspendidos corresponden a la diferencia entre los sólidos totales y los disueltos

(Eaton, Clesceri, Rice, Greenberg, & Franson, 2005).

Ecuación 3. 9: Sólidos suspendidos

𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑠𝑢𝑠𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜𝑠(𝑆𝑠) = 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑇𝑜𝑙𝑎𝑙𝑒𝑠 (𝑆𝑇) − 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜𝑠 (𝑆𝑑)

Tabla 3. 6: Lista de parámetros analizados

Número Parámetro a analizar Método Laboratorio

Características físicas

1 Color NTE INEN 2155:99

CONFIRMADA 2012

L. A. de Química

Ambiental7

2 Turbidez ESPECTROFOTOMÉ-

TRICO MERCK OSP8

3 Olor EXAMEN SENSORIAL

Lugar del mues-

treo/ L. A. de Quí-

mica Ambiental

4 Sabor EXAMEN SENSORIAL

L.A. de Química

Ambiental/Co-

muna Armero

5 pH MAM-34/APHA 4500-pH +

MODIFICADO

OSP/L.A. de Quí-

mica Analítica

Instrumental

6 Sólidos totales MAM-29/APHA 2540 B

MODIFICADO OSP

7 Sólidos

Sedimentables

MAM-28/APHA 2540 F

MODIFICADO OSP

8 Sólidos disueltos MAM-30/APHA 2540 C

MODIFICADO OSP

9 Sólidos

Suspendidos

MAM-31/APHA 2540 D

MODIFICADO OSP

10 Conductividad MAM-10/APHA 2510 B

MODIFICADO OSP

Parámetros inorgánicos

11 Arsénico MAM-49/APHA 3114 B

MODIFICADO OSP

12 Bario MAM-03/APHA 3111 D

MODIFICADO OSP

Continúa …

7 L. A.: Laboratorio Académico de la Facultad de Ciencia Químicas de la Universidad Central de

Ecuador.

8 OSP: Laboratorio de Ofertas y Servicios al Público (OSP Ambiental).

42

13 Cromo MAM-11/APHA B

MODIFICADO OSP

14 Mercurio MAM-50/APHA 3112 B

MODIFICADO OSP

15 Selenio MAM-51/APHA 3114 B

MODIFICADO OSP

Parámetro microbiológi-

cos

16 Coliformes fecales NTE INEN 1529-6 1990-02

NTE INEN 1529-8: 2012

L. A. de Micro-

biología de Bio-

química Clínica

17 Aerobios Mesófilos NTE INEN 1529-5:

2001529-66

L. A. de Micro-

biología de Bio-

química Clínica

18 Giardia y Cryptosporidium

ATLAS DE PARASITOLO-

GÍA HUMANA DE ASH Y

ORIHEL 2007

L. A. de Micro-

biología de Bio-

química Clínica

Residuos de desinfectantes

19 Cloro residual MAM-06/APHA 4500 CI –

B MODIFICADO

OSP/ L. A. de

Química Ambien-

tal Los parámetros: Sustancias orgánicas, pesticidas, residuos de desinfectantes y otros parámetros inorgánicos no se anali-

zaron porque no existe una posible fuente de contaminación (Ver Anexo 1).

Tabla 3. 7: Materiales y Equipos

Material Descripción

Botellones Herméticos 20L

Recipientes para muestras Plásticos y de vidrio

Balones aforados 100, 500 y1000mL

Tubos de ensayo vidrio

Matraz erlenmeyer 500 mL

Pera de succión Buen estado

Recipientes plásticos estériles 1L

Bureta 10±0,02 mL

Bureta 25±0,1mL

Soporte universal Metálico

Pipetas 5, 10 y 50 mL

Gradilla para tubos Metálico

Equipos Descripción

Balanza analítica eléctrica digital Marca Scientech, capacidad 210g se-

rie 8188

Espectrofotómetro de Absorción Atómica

con generación de hidruros

Marca Perkin Elmer AANALYST

100

Serie: 040N8052401

Pipeta automática. 1-5 mL Fisherbrand

100-1000 uL Fisherbrand

Incubadora bacteriológica Tipo BSU 100, N/S 83026

Centrifuga VWR Clinical 100

Microscopio Olympus CH-2

43

Tabla 3. 8: Lista de Reactivos utilizados

Reactivo Características

Hipoclorito de sodio 5%

Se utilizó hipoclorito de sodio al 5% (marca co-

mercial) de uso para desinfectar agua. Se tuvo

precaución en leer en la etiqueta que no haya

presencia de aromatizantes o suavizantes.

Ácido acético (glacial) 100%

Número de artículo: 100066/ Fórmula:

CH3COOH /Masa molar: 60,05g/mol/ Provee-

dor: Merk KGaA 64271 Darmstadt Alemania

Yoduro de potasio 99.995

Número de artículo: 105044/ Fórmula: KI

/Masa molar: 166,00 g/mol/ Proveedor: Merk

KGaA 64271 Darmstadt Alemania

Tiosulfato de sodio

Número de artículo: 109147/ Fórmula: Na2S2O3

5H2O 0,1mol/L (0.1N)/Estado físico: líquido/

Color: incoloro/ Olor: inodoro/ pH: aprox. 9-10

a 20°C/ Densidad: aprox. 1,01g/mL/ Solubili-

dad a 20°C/ Proveedor: Merk KGaA 64271

Darmstadt Alemania

Dicromato de potasio p.a.


K2Cr2O7/Masa molar: 294,19g/mol/ Estado fí-

sico: sólido/ Color: naranja/ Olor: inodoro/ pH:

3,6 a 100g/L/ Punto de fusión: 398°C/ Punto de

ebullición: >500°C a 1,013hPa/Densidad rela-

tiva: 2,69g/mL a 20°C/ Solubilidad en agua:

130g/L a 20°C/ Temperatura de descomposi-

ción: aprox. 500°C/ Proveedor: Merk KGaA

64271 Darmstadt Alemania

Ácido sulfúrico 98% p.a.


H2SO4/Masa molar: 90,08g/mol/ Estado físico:

líquido/ Color: incoloro/ Olor: inodoro/ pH: 0,3

a 49g/L a 25°C/Viscosidad dinámica: aprox.

24mPa.s a 20°C/ Punto de fusión: -20°C/ Punto

de ebullición: aprox.335°C/Densidad relativa

del vapor: aprox. 3,4/ Densidad: 1,84g/mL a

20°C/ Solubilidad en agua: a 20°C/ Proveedor:

Merk KGaA 64271 Darmstadt Alemania

Almidón soluble puris


(C6H10O5)n/ Estado físico: sólido/ Color:

blanco/ Olor: inodoro/ pH: 6,0 a 7,5 a 25°C/ So-

lubilidad en agua: 50g/L a 90°C/ Proveedor:

Merk KGaA 64271 Darmstadt Alemania

3.4.1.4 Determinación de cloro residual por el método yodométrico I

Es importante determinar la demanda de cloro para poder conocer cuál será el contenido

de cloro residual disponible al final de los tratamientos, para evitar cualquier contaminación

microbiológica en la trayectoria del agua, desde el lugar de tratamiento hasta el lugar de

consumo. En la Norma Técnica Ecuatoriana para agua potable 1108 indica que el cloro

residual o disponible debe ser de 0,3 a 1,5 mg/L. El cloro residual se determinó mediante

el método yodométrico I (Eaton, Clesceri, Rice, Greenberg, & Franson, 2005):

A 250mL de muestra clorada adicionar 5mL de ácido acético (hasta llegar a pH entre 3,0 y

4,0), 1g de KI, y titular con Na2S2O3 0,01N en un lugar fuera de la luz solar directa hasta

que casi desaparezca el color amarillo del yodo libre, añadir 1mL de solución indicadora

44

de almidón y continuar valorando hasta la desaparición del color azul. La determinación de

cloro residual total disponible en la muestra de agua se basa en las siguientes reacciones

(Ver ecuación 2.1):

𝐶𝑙2 + 2𝐼− → 𝐼2 + 2𝐶𝑙−

𝐼2 + 2𝑆2𝑂32− → 2𝐼− + 𝑆4𝑂6

2−

Preparación de la solución patrón de tiosulfato de sodio 0,01N

Disolver 25g de 𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 ∗ 5𝐻2𝑂 en 1L de agua destilada recién hervida para obtener una

solución aproximadamente 0,1N, diluir a 0,01N y estandarizar con un estándar primario de

𝐾2𝐶𝑟2𝑂7 0,1000N. Añadir a 80mL de agua destilada con agitación constante, 1mL de

𝐻2𝑆𝑂4𝑐𝑜𝑛𝑐., 10,00mL de 𝐾2𝐶𝑟2𝑂7, dejar reposar la mezcla en la oscuridad antes de valorar

con Na2S2O3 0,01N, agregar 1g de KI. Valorar hasta que casi desaparezca el color amarillo

del yodo liberado, añadir 1mL de solución indicadora de almidón y continuar valorando

hasta que desaparezca el color azul (Eaton, Clesceri, Rice, Greenberg, & Franson, 2005).

Ecuación 3. 10: Cálculo de la Normalidad del tiosulfato de sodio

𝑁𝑁𝑎2𝑆2𝑂3=

1

𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑁𝑎2𝑆2𝑂3𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠

Preparación del dicromato de potasio 0,1000N

Disolver exactamente 4,904g de 𝐾2𝐶𝑟2𝑂7 anhidro, de calidad estándar primario, en agua

destilada y diluir a 1000mL para obtener una solución 0,1000N. Conservar en frascos con

tapón de vidrio.

Preparación de la solución indicadora de almidón 0,5%

Pesar 0,5g de almidón, añadir un poco de agua fría y triturar en un mortero hasta obtener

una pasta fina, añadir esta pasta a 1L de agua destilada hirviendo, agitar y dejar en reposo

durante una noche. Utilizar el sobrenadante transparente, adicionar 0,125g de ácido salicí-

lico como conservante.

Demanda de cloro

La demanda de cloro se determinó con tres dosis diferentes de cloro (1, 2 y 3 gotas de

hipoclorito de sodio al 5% que corresponden a 0,04, 0,08 y 0,12 mL, respectivamente), en

tres tiempos de contacto; 30, 40 y 50 minutos, lo que dio nueve tratamientos. Se realizaron

tres repeticiones por cada tratamiento, resultando 27 datos para cada muestreo.

Titulación del blanco:

Fue necesario realizar un blanco para la corrección en el volumen de titulación de la mues-

tras. Se tomó 1L de agua destilada (volumen correspondiente al de las muestras) y se siguió

el procedimiento del método Yodométrico I. Se anotó el último volumen gastado de titu-

lante.

45

Titulación de la muestra:

Se tomó 1L de muestra homogenizada y se siguió el procedimiento del método Yodomé-

trico I. Se anotó el último volumen utilizado de titulante. Este volumen fue corregido con

el volumen del blanco para calcular el cloro libre residual (Ver ecuación 2.1).

Se graficó el cloro suministrado en el eje de las “X” y el cloro residual en el eje de las “Y”

para poder visualizar la tendencia de la demanda de cloro en el agua de muestreo.

Cinética de Cloración

Para la cinética de reacción se tomó como referencia la mejor dosis encontrada en el ensayo

de demanda de cloro.

Se adicionó a 1 L de muestra homogenizada el volumen adecuado de hipoclorito de sodio

y al primer minuto de contacto se inició con las mediciones del cloro libre residual. Las

primeras cinco determinaciones de cloro residual se midieron cada minuto hasta llegar a 5

minutos, luego se continuo midiendo el cloro libre residual cada 5 minutos hasta llegar a

los 20 minutos y desde ahí las titulaciones se realizaron cada 10 minutos. Se procedió a

graficar el tiempo en minutos en el eje de las “X” y el cloro libre residual en el eje de las

“Y”.

3.4.1.5 Análisis de coliformes totales por NMP9

Muestreo

Para el análisis microbiológico se muestreo del único acceso seguro al agua10. Las muestras

fueron tomadas en dos frascos herméticos estériles de 250mL cada uno y trasladadas en un

cooler, con bloques de hielo para mantenerlas refrigeradas, hasta llegar al Laboratorio de

Microbiología de Bioquímica Clínica de la Facultad de Ciencia Químicas de la Universidad

Central del Ecuador, donde se procedió inmediatamente con los análisis microbiológicos.

Determinación de coliformes totales y fecales (E. coli)

Preparar tres series de cinco tubos con 10mL de BGBL11 con campanas de Durham. A su

vez preparar dos tubos con 9mL de agua de peptonas bufferada y un frasco estéril de

100mL de capacidad para colocar 10mL de muestra con 90mL de agua de peptonas buf-

ferada para la primera dilución (10-1), a partir de esta realizar diluciones en los dos tubos

con 9mL de agua de peptonas (10-2 y 10-3). Sembrar en cinco tubos con 10mL de BGBL,

1mL de cada dilución (10-1,10-2 y 10-3) lo que da un total de 15 tubos. Incubar las tres se-

ries a 31 ± 1°C y realizar lecturas a las 24 y 48 horas.

Todos los tubos que presenten producción de gas como consecuencia de la fermentación

de la lactosa con formación de ácido y gas en presencia de sales biliares, serán tomados

9 NMP: Número más probable. 10 Por lo poco accesible al sitio, se buscó un lugar que presente un suelo firme para evitar caídas a

una quebrada seca aledaña. 11 BGBL: Caldo verde brillante bilis-lactosa.

46

como presuntos positivos, también se considerará como presunto positivo sí el tubo de

Durham contiene menos gas, pero al golpear delicadamente el tubo de cultivo hay despren-

dimiento de burbujas. Solo la turbidez no es indicativa de una prueba positiva. Con el nú-

mero de tubos positivos en cada serie, se recurre a la Tabla de Número Más Probable

(NMP), donde se obtiene el recuento de coliformes totales por gramo o mililitro de muestra.

Agitar los tubos presuntivos positivos y con un asa de inoculación sembrar por estría en

placas individuales de Agar EMB12, invertir las placas e incubar a 44,5 ± 1°C con lecturas

a las 24 y 48 horas (INEN, 1990). Sí al término del período de incubación hay desarrollo

de colonias lactosa positivas las cuales son:

planas o ligeramente cóncavas, con centros oscuros, casi negro, que ocupan ¾ par-

tes de la colonia, con la luz reflejada a veces se observa un brillo metálico verdoso

se confirma la presencia de coliformes fecales (Pascual & Calderón, 2000).

negras o con centro oscuro con periferias transparentes incoloras o bien colonias

mucoides de color rosa naranja se confirman la presencia de coliformes (INEN,

1990).

Para determinar la presencia de coliformes fecales (E. coli) tomar dos o tres asadas de los

tubos con BGBL presuntos positivos e inocular en tubos con 3mL de agua de peptonas

bufferada o triptonas, incubar a 45,5±0,2°C por 48 horas, al cabo de este tiempo añadir dos

o tres gotas de reactivo de Kovacs, agitar y esperar 5 minutos. La reacción es positiva para

el Indol si se forma un anillo rojo en la superficie de la capa del alcohol amílico, la prueba

es negativa si el reactivo de Kovacs conserva el color original (INEN, 2012).

3.4.1.6 Determinación de aerobios mesófilos

Preparar Plate Count Agar (PCA) como indica la etiqueta del medio. En cada una de las

cajas Petri, bien identificadas, depositar 1mL de cada dilución. Para cada depósito utilizar

una pipeta distinta y esterilizada.

Inmediatamente verter, aproximadamente, 20mL de agar PCA a 45°C y cuidadosamente

mezclar el inoculo con movimientos de vaivén: 5 veces en el sentido de las agujas del reloj

y 5 veces en el sentido contrario. Preparar un blanco (una caja con agar PCA sin inoculo).

Dejar solidificar e invertir las cajas para incubarlas a 30±1°C de 48 a 75 horas.

Cada dilución preparar por duplicado. Sí el crecimiento es menor a 15 colonias, seleccionar

dos placas de la misma dilución en las que hubo crecimiento, como indica la Norma NTE

INEN 1529-5:2006, y aplicar la siguiente fórmula:

Ecuación 3. 11: Determinación de aerobios mesófilos

𝑁𝐸 =∑ 𝑐

𝑉 × 𝑛 × 𝑑

12 EMB: Agar eosina azul de metileno

47

Σc= suma de las colonias contadas en las dos placas

V= volumen inoculado en cada placa

n= número de placas seleccionadas (en este caso 2)

d= factor de dilución de la suspensión inicial o de la primera dilución inoculada o seleccio-

nada (INEN, 2006).

3.4.1.7 Análisis de Cryptosporidium y Giardia por la técnica de flotación-centri-

fugación con sulfato de zinc

Tomar 2L de muestra y repartir en 10 tubos de 25mL, centrifugar a 2400 rpm durante 5

minutos. Decantar el sobrenadante, teniendo en cuenta de no desprender el sedimento. La-

var el sedimento adicionando de 3 a 5 mL de agua destilada hasta homogenizar la muestra

y luego completar el volumen del tubo y volver a centrifugar. Repetir este paso hasta que

obtener un sobrenadante claro. Juntar todos los sedimentos en un solo tubo de centrífuga

de 25mL, agregar 2mL de 𝑍𝑛𝑆𝑂4 al 33%, y homogenizar. Centrifugar a 2400 rpm por 5

minutos más, tomar la película superficial con un asa de siembra para colocarla en un

portaobjetos, cubrir con un cubreobjetos y observar al microscopio, utilizar lugol de ser

necesario (Ash & Orihel, 2007).

48

CAPÍTULO IV

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1 Análisis y discusión de resultados

4.1.1 Características físicas

En los análisis físicos realizados en las dos muestras de agua tomadas a diferentes condi-

ciones ambientales, M1: Condiciones de lluvia: 19 de marzo de 2013, y M2: Condiciones

sin lluvia: 17 de abril de 2013, se determinó lo siguiente (Tabla 4.1):

Determinación de sólidos totales y disueltos

Los sólidos totales y disueltos se calcularon según la Ecuación 3.7.

Determinación de sólidos suspendidos

Con la Ecuación 3.8 se calcularon los sólidos suspendidos.

Tabla 4. 1: Determinación de sólidos

Determinación

Agua subterránea antes

del tratamiento

Condiciones M1

Agua subterránea antes

del tratamiento

Condiciones M2

Sólidos totales

W (g) 95,4833 79,2460

W1 (g) 95,4989 79,2590

ST (mg/L) 156 130

Alícuota (mL) 100 100

Sólidos disueltos/Muestra filtrada

W (g) 95,4841 79,2468

W1 (g) 95,4843 79,2470

Sd (mg/L) 2 2

Alícuota filtrada (mL) 100 100

Sólidos suspendidos

Ss (mg/L) 154 128

Los sólidos totales y suspendidos en la muestra M1 (condiciones de lluvia) son mayores

que los encontrados en la muestra M2 (sin lluvia), ya que la lluvia arrastró materia sólida a

la fuente de agua.

4.1.2 Determinación de cloro residual por el método yodométrico I

Las Tablas 4.2 y 4.3 presentan los resultados de la titulación del tiosulfato con las diferen-

tes concentraciones de hipoclorito utilizadas.

49

Tabla 4. 2: Volumen de Na2S2O3 consumido por cada una de las 27 muestras de M1

Tiempo

de contacto

(min)

2,2 mg NaClO 4,4 mg NaClO 6,6 mg NaClO

Vol. Na2S2O3 (mL)

A A’ A’’ B B’ B’’ C C’ C’’

30 1,6 1,5 1,4 2,6 2,5 2,6 3,4 3,3 3,4

40 1,1 1,0 1,0 2,5 2,4 2,4 3,2 3,3 3,2

50 0,8 0,7 0,7 2,3 2,3 2,4 3,1 3,1 3,2

Nota: Tiosulfato de sodio utilizado 0,0095N

Tabla 4. 3 Volumen de Na2S2O3 consumido por cada una de las 27 muestras de M2

Tiempo de

contacto

(min)

2,2 mg NaClO 4,4 mg NaClO 6,6 mg NaClO

Vol. Na2S2O3 (mL)

A A’ A’’ B B’ B'' C C’ C’’

30 1,6 1,6 1,6 2,5 2,5 2,6 3,9 3,9 4

40 1,0 1,0 1,1 2,5 2,4 2,5 3,7 3,8 3,8

50 0,8 0,8 0,8 2,4 2,3 2,3 3,1 3,1 3,2

Nota: Tiosulfato de sodio utilizado 0,0100N

El cloro residual se calculó según la Ecuación 2.1 (Ver Tablas 4.4 y 4.5):

Tabla 4. 4: Cloro residual en M1

Tiempo

de contacto

(min)

2,2mg/L NaClO 4,4mg/L NaClO 6,6mg/L NaClO

Cloro residual (mg/L)

A A' A'' B B' B'' C C' C''

30 0,54 0,51 0,47 0,88 0,84 0,88 1,15 1,11 1,15

40 0,37 0,34 0,34 0,84 0,81 0,81 1,08 1,11 1,08

50 0,27 0,24 0,24 0,77 0,77 0,81 1,04 1,04 1,08

Tabla 4. 5: Cloro residual en M2

Tiempo

de contacto

(min)

2,2mg/L NaClO 4,4 mg/L NaClO 6,6 mg/L NaClO

Cloro residual (mg/L)

A A' A'' B B' B'' C C' C''

30 0,57 0,57 0,57 0,89 0,89 0,92 1,38 1,38 1,42

40 0,35 0,35 0,39 0,89 0,85 0,89 1,31 1,35 1,35

50 0,28 0,28 0,28 0,85 0,82 0,82 1,10 1,10 1,13

50

4.1.2.1 Análisis de varianza para cloro residual

Para determinar sí la concentración de hipoclorito y el tiempo de contacto influyen en la

concentración del cloro residual de las muestras se procedió a realizar un análisis de va-

rianza (Ver Tabla 4.6 y 4.7).

Ho: Todos los tratamientos son iguales.

Hi: Al menos un tratamiento es diferente.

Tabla 4. 6: Análisis de varianza de dos factores para M1 al 5% de significancia

Origen de las

variaciones

Suma de cua-

drados

Grados

de liber-

tad

Promedio de

los cuadra-

dos

F. cal F. 5%

Concentra-

ción 2,4127 2 0,4743 156,820* 6,944

Tiempo 0,0906 2 0,0178 5,8878 ns 6,944

Error experi-

mental 0,0308 4 0,0030

Error mues-

tra 0,0091 18 0,0002

Total 2,5432 26

*: Diferencia significativa

El coeficiente de variación (CV) para M1 fue: 7,22%

Tabla 4. 7: Análisis de Varianza de dos factores para M2 al 1% de significancia

Origen de las

variaciones

Suma de

cuadrados

Grados de

libertad

Promedio de

los cuadra-

dos

F. cal F. 5%

Concentración 3,4540 2 0,4622 224,498

* 6,944

Tiempo 0,2078 2 0,0278 13,503* 6,944

Error experi-

mental 0,0308 4 0,0021

Error muestra 0,0438 18 0,0007

Total 3,7363 26

*: Diferencia significativa

El coeficiente de variación (CV) para M2 fue: 5,33%

Para M1, la medía de cloro residual fue 0,76ppm y el coeficiente de variación 7,22% y para

M2 la medía de cloro residual fue 0,85ppm y el coeficiente de variación es del 5,33%, lo

que quiere decir que en tiempo de lluvia los factores ambientales si causan mayor variación

en la determinación del cloro libre residual que en época sin lluvia, y las medias del cloro

residual se encuentran dentro del rango permitido de 0,3-1,5 mg/L, luego de un tiempo

mínimo de contacto de 30 minutos, como indica la Norma NTE INEN 1108: 2014 para

agua potable.

51

En la variable “Tiempo” para M1 (agua en tiempo de lluvia) la no hay diferencia significa-

tiva al 5%, lo que significa que en condiciones de lluvia la concentración de cloro residual

a los tiempos de 30, 40 y 50 minutos estadísticamente no es diferente. Para la variable

“Tiempo” en M2, (condiciones sin lluvia) si existe diferencia significativa al 5% en la con-

centración de cloro residual en los tres tiempos de contacto.

Para M1 y M2, de acuerdo al análisis de varianza realizado existe diferencia significativa

en el cloro residual libre entre las tres concentraciones de hipoclorito de sodio suministrado

(Tablas 4.8 y 4.9), por lo que se acepta la hipótesis alternativa.

Tabla 4. 8: Media de tres determinaciones de Cl residual en cada tratamiento en M1

Tiempo de contacto

(min)

Añadido 2,2mg/L

𝑵𝒂𝑪𝒍𝑶

Añadido 4,4mg/L


Añadido 6,6mg/L


Cloro residual mg/L

30 0,51±0,01 0,86±0,01 1,13±0,01

40 0,35±0,01 0,82±0,01 1,09±0,01

50 0,25±0,01 0,79±0,01 1,06±0,01

En la Figura 4.1 puede observarse que de los nueve tratamientos, solo el tratamiento con

2.2mg de NaClO y un tiempo de contacto de 50 minutos (tratamiento AT3) no entra en el

rango de Cloro residual libre que la Norma NTE INEN 1108: 2014 indica. La Figura 4.2

muestra que los nueve tratamientos están dentro del rango que permite la Norma NTE

INEN 1108: 2014.

Figura 4. 1: Cloro residual medio para los tres tratamientos a tres tiempos de con-

tacto para M1, promedio de tres determinaciones

0,51

0,35

0,25

0,860,82

0,79

1,13 1,09

1,06

y = -0,0129x + 0,8831

r= 0,9922

y = -0,0039x + 0,9804

r= = 0,9966

y = -0,0039x + 1,2498

r= 0,9966

0,10

0,30

0,50

0,70

0,90

1,10

1,30

1,50

30 35 40 45 50 55

Clo

ro r

esid

ua

l (m

g/L

)

Tíempo (min)

4,4mg/L NaClO añadido


6,6mg/L NaClO

añadido

Ra

ng

o p

ermitid

od

e Clo

ro re

sidu

al lib

re

52

Tabla 4. 9: Media de tres determinaciones de Cl residual en cada tratamiento en M2

Tiempo de contacto

(min)

Añadido 2,2mg/L


Añadido 4,4mg/L


Añadido 6,6mg/L


Cloro residual mg/L

30 0,57±0,01 0,90±0,01 1,39±0,01

40 0,37±0,01 0,87±0,01 1,34±0,01

50 0,28±0,01 0,83±0,01 1,11±0,01

En las Figuras 4.1 y 4.2 se observa una relación lineal de proporción inversa entre la con-

centración media del cloro residual con el tiempo, es decir, a mayor tiempo de contacto

menor es la concentración media del cloro residual, y cuando mayor es la cantidad de hi-

poclorito de sodio suministrado mayor es la concentración de cloro residual libre.

Se escogió 4,4 mg de NaClO suministrado por litro de agua como dosis óptima, porque en

los tres tiempos de contacto, para las dos muestras de agua, el cloro libre residual se man-

tuvo en la mitad del rango aceptado por la Norma NTE INEN 1108: 2014, lo que es con-

veniente en caso de no tener mucho tiempo para esperar (30 minutos mínimo) antes de

consumir el agua o en caso contrario, luego de haber dejado que el tiempo de contacto sea

mayor a 50 minutos, la concentración del cloro libre residual no descenderá bajo el rango

aceptado por la Norma NTE INEN 1108: 2014.

Luego de haber determinado como el mejor tratamiento el de 4,4mg de NaClO con un

tiempo de contacto de 40 minutos (BT2), se analizaron los parámetros del agua así tratada

(Tabla 4.10). Y se determinó que el agua subterránea luego del tratamiento de cloración

cumple con los parámetros indicados en la Norma NTE INEN 1108: 2014.

Figura 4. 2: Cloro residual medio para los tres tratamientos a tres tiempos de con-

tacto para M2, promedio de tres determinaciones

0,57

0,370,28

0,90 0,870,83

1,39

1,341,11

y = -0,0142x + 0,9729

r= 0,9723

y = -0,0035x + 1,0084

r= 0,9820

y = -0,0142x + 1,8473

r= 0,9477

0,10

0,30

0,50

0,70

0,90

1,10

1,30

1,50

30 35 40 45 50 55

Cl

oro

resi

du

al

(mg/L

)

Tiempo (min)




Ra

ng

o p

ermitid

od

e Clo

ro

53

Tabla 4. 10: Características físicas del agua subterránea antes y después del trata-

miento de cloración

Característica física M1 M2 Norma NTE INEN

1108: 2014 Antes Después Antes Después

Temperatura 13,4°C

(muestreo)

18,0°C

(labora-

torio)

14,0°C

(mues-

treo)

19,0°C

(labora-

torio)

-

pH 7,41 7,60 7,44 7,71 -

Color

(Pt-Co) 30 10 25 10 15

Turbiedad 11,02

NTU

2,00

NTU

9,73

NTU

1,04

NTU 5 NTU

Olor inodora inodora inodora inodora no objetable

Sabor insípida insípida insípida insípida no objetable

Sólidos totales 156mg/L 18mg/L 130 mg/L 15mg/L -

Sólidos

sedimentables 0,5 mg/L 0,5 mg/L <0,5 <0,5 -

Sólidos disueltos 2,0 mg/L 1,0 mg/L 2,0 mg/L 1,0 mg/L -

Sólidos

suspendidos 154 mg/L 17 mg/L 128mg/L 14 mg/L -

Conductividad 164,5µS 165,0µS 163,0µS 164,0µS -

4.1.3 Determinación de la demanda de cloro

Para el estudio de la demanda de cloro y la cinética de cloración, se tomó como valor refe-

rencial la dosis de 4,4mg de NaClO con un tiempo de contacto de 40 minutos (Ver Tablas

4.11 y 4.12 y figuras 4.3 y 4.4).

Tabla 4. 11: Ensayo de la demanda de cloro para M1

Cl suministrado

(mg/L)

Vol. Muestra

(mL)

Vol. (mL) Na2S2O3

0,0095N

Cl residual

(mg/L)

𝒙

Cl residual

(mg/L)

0,55 1000 0,3 0,3 0,3 0,11 0,11 0,11 0,11

1,10 1000 0,8 0,7 0,7 0,28 0,25 0,25 0,26

1,65 1000 0,5 0,6 0,6 0,18 0,21 0,21 0,20

2,20 1000 1,1 1,0 1,0 0,39 0,35 0,35 0,37

2,75 1000 1,2 1,2 1,3 0,43 0,43 0,46 0,44

3,30 1000 1,5 1,5 1,4 0,53 0,53 0,50 0,52

3,38 1000 1,7 1,7 1,8 0,60 0,60 0,64 0,61

4,40 1000 2,5 2,4 2,4 0,89 0,85 0,85 0,86

54

Figura 4. 3: Demanda de cloro en M1

En la Figura 4.3 de la muestra M1 se pudieron distinguir las siguientes tres etapas;

Zona I: “Oxidación de la materia orgánica” para la “formación de cloraminas”, esta

etapa inicia suministrando 0,55mg/L de NaClO y llega hasta 1,10mg/L de NaClO, en

donde existe un aumento de cloro residual libre de 0,11mg/L a 0,26mg/L conforme la de-

manda de cloro va disminuyendo.

Zona II: “Destrucción de cloraminas”, en esta etapa el cloro residual desciende, hasta

llegar al Punto de ruptura, cuando se suministran 1,65mg/L de NaClO con 0,20 mg/L de

cloro residual, que fue el menor residual encontrado.

Al no desaparecer completamente el cloro residual y dejar un remanente de 0,20mg/L

(punto de ruptura), según Arboleda (2000) esta curva corresponde a la existencia de pro-

porciones similares de nitrógeno amoniacal combinado con nitrógeno orgánico, debido a

que queda un remanente de 𝑁𝐻2𝐶𝑙, 𝑁𝐻𝐶𝑙2 y 𝑁𝐶𝑙3, que no son reducidos por el cloro

suministrado, aún por dosis altas. Este remanente se denomina cloro residual combinado

que es útil, después del punto de ruptura, por su poder germicida (menor al del cloro) para

controlar el crecimiento microbiano que pudiera darse por alguna contaminación cruzada

(Arboleda, 2000).

Zona III: “Formación de cloro libre” que va aumentando y la demanda de cloro va dis-

minuyendo conforme se suministra más NaClO.

0,110,26 0,20

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

Cl

resi

du

al

(mg

/L)

Cl suministrado (mg/L)

Oxid

acío

n d

e m

ater

ia

org

ánic

a

Des

tru

ción

de

clora

min

as

Zona IIZona I Zona

III

55

Tabla 4. 12: Ensayo de la demanda de cloro para M2

Cl suministrado

(mg/L)

Vol.

Muestra

(mL)

Vol. (mL) Na2S2O3

0,0100N

Cl residual

(mg/L)

𝒙

Cl residual

(mg/L)

0,55 1000 0,3 0,3 0,3 0,11 0,11 0,11 0,11

1,10 1000 0,8 0,8 0,8 0,28 0,28 0,28 0,28

1,65 1000 0,6 0,6 0,6 0,21 0,21 0,21 0,21

2,20 1000 1,0 1,1 1,1 0,35 0,39 0,39 0,38

2,75 1000 1,2 1,3 1,2 0,43 0,46 0,43 0,44

3,30 1000 1,5 1,6 1,6 0,53 0,57 0,57 0,56

3,38 1000 2,0 2,0 2,0 0,71 0,71 0,71 0,71

4,40 1000 2,6 2,6 2,6 0,92 0,92 0,92 0,92

Figura 4. 4: Demanda de cloro en M2

En la Figura 4.4 de la muestra M2 se pudieron distinguir las siguientes tres etapas;

Zona I: “Oxidación de la materia orgánica” para la “formación de cloraminas”, esta

etapa inicia suministrando 0,55mg/L de NaClO y llega hasta 1,10mg/L de NaClO, en

donde existe un crecimiento de cloro residual libre de 0,11mg/L a 0,28mg/L conforme la

demanda de cloro va disminuyendo.

Zona II: “Destrucción de cloraminas”, en esta etapa el cloro residual desciende, hasta

llegar al Punto de ruptura, cuando se suministran 1,65mg/L de NaClO con 0,21 mg/L de

cloro residual, que fue el menor residual encontrado.

0,110,28 0,21

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

Cl

resi

du

al

(mg

/L

Cl suministrado (mg/L)

Oxid

acío

n d

e m

ater

ia

org

ánic

a

Des

tru

ción

de

clora

min

as

Zona I Zona II Zona

III

56

Al no desaparecer completamente el cloro residual y dejar un remanente de 0,21mg/L

(punto de ruptura), según Arboleda (2000), esta curva corresponde a la existencia de pro-

porciones similares de nitrógeno amoniacal combinado con nitrógeno orgánico, debido a

que queda un remanente de 𝑁𝐻2𝐶𝑙, 𝑁𝐻𝐶𝑙2 y 𝑁𝐶𝑙3, que no son reducidos por el cloro

suministrado, aún por dosis altas. Este remanente se denomina cloro residual combinado

que es útil después del punto de ruptura por su poder germicida (menor al del cloro) para

controlar el crecimiento microbiano que pudiera darse por alguna contaminación cruzada

(Arboleda, 2000).

Zona III: “Formación de cloro libre” que va aumentando y la demanda de cloro va dis-

minuyendo conforme se suministra más NaClO.

4.1.4 Cinética de cloración

La cinética se basó en las siguientes reacciones (Barrenechea & Vargas, 2005) (Ver Tablas

4.13 y 4.14 y Figura 4.5)

𝑁𝐻4 + 𝐻𝐶𝑙𝑂 ←→

𝑁𝐻3 + 𝐶𝑙− + 𝐻2𝑂

𝑁𝐻3 + 𝐻𝐶𝑙𝑂 ←→

𝑁𝐻2𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂

𝑁𝐻2𝐶𝑙 + 𝐻𝐶𝑙𝑂 ←→

𝑁𝐻𝐶𝑙2 + 𝐻2𝑂

𝑁𝐻𝐶𝑙2←→

𝑁2 + 𝐶𝑙2 + 2𝐻+ + 2𝐶𝑙−

𝑁𝐻𝐶𝑙2 + 𝐻𝐶𝑙𝑂 ←→

𝑁𝐶𝑙3 + 𝐻2𝑂

Tabla 4. 13: Cinética de cloración para M1

Tiempo

(min)

Vol. (mL)Na2S203

0,0095N

Cl residual

(mg/L)

1,10 3,50 1,24

1,60 3,40 1,21

2,00 3,32 1,18

3,00 2,70 0,96

6,59 2,70 0,96

9,50 2,62 0,93

14,30 2,52 0,89

20,52 2,36 0,84

29,48 2,20 0,78

40,10 2,00 0,71

En la Gráfica 4.5 puede observarse la cinética de cloración del agua en condiciones de

lluvia (M1) y en condiciones sin lluvia (M2). La curva M1 es más baja que la curva M2,

esto se debe a la turbidez del agua tratada, la turbidez de M1 es 2 NTU y para M2 es 1

NTU. A medida que la turbidez es mayor, la demanda de cloro aumenta y el cloro residual

disminuye (Arboleda, 2000).

57

Tabla 4. 14: Cinética de cloración para M2

Tiempo

(min)

Vol.Na2S203

(mL) 0,0100N

Cl residual

(mg/L)

1,14 3,68 1,30

2,00 3,52 1,25

2,40 3,40 1,21

3,20 2,80 0,99

7,00 2,80 0,99

10,00 2,72 0,96

15,02 2,62 0,93

20,40 2,52 0,89

30,02 2,36 0,84

40,00 2,20 0,78

Figura 4. 5: Cinéticas de cloración M1 vs M2

En la Figura 4.5, al inicio, hay un descenso brusco en la curva de las dos cinéticas de clo-

ración (M1 y M2), hasta los primeros tres minutos, debido a que la reacción inicial de

formación del cloro libre residual, está acompañada de la formación de NaOH

(Barrenechea & Vargas, 2005).

𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂 + 𝐻2𝑂 → 𝐻𝐶𝑙𝑂 + 𝑁𝑎𝑂𝐻

La formación del NaOH hace que la reacción sea muy rápida y provoque un descenso

brusco en la curva, hasta estabilizarse a los 7 minutos, y continuar descendiendo. La con-

centración del cloro libre residual disminuye conforme pasa el tiempo, mientras que la de-

manda de cloro aumenta.

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00

Cl

resi

du

al

(mg

/L)

Tiempo (min)

Dem

and

a de C

loro

M2

M2: muestra en condiciones sin

lluvia

M1: muestra en condiciones de lluvia

Dem

and

a de C

loro

M1

58

4.1.4.1 Orden de la cinética de cloración

Para determinar el orden de la reacción se linealizaron los datos para orden cero, uno y dos

y se encontró que el mejor “r” corresponde a la cinética de primer orden. El coeficiente de

correlación para M1 fue 0,9959 y para M2 fue de 0,9963 (ver Tablas 4.15 y 4.16 y Gráficos

4.6 y 4.7).

Tabla 4. 15: Cinética de primer orden (M1)

Tiempo(min) Cl residual (mg/L) ln C

1,10 3,50 0,22

1,60 3,40 0,19

2,00 3,32 0,16

3,00 2,70 -0,04

6,59 2,70 -0,04

9,50 2,62 -0,07

14,30 2,52 -0,11

20,52 2,36 -0,18

29,48 2,20 -0,25

40,10 2,00 -0,34

Figura 4. 6: Cinética de cloración de primer orden para M1

y = -0,0085x + 0,0008

R² = 0,9919

-0,40

-0,35

-0,30

-0,25

-0,20

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

-5,00 5,00 15,00 25,00 35,00 45,00

lnC

l re

sid

ua

l

Tiempo (min)

59

Tabla 4. 16: Cinética de primer orden (M2)

Tiempo(min) Cl residual (mg/L) 1/C

1,14 3,68 0,27

2,00 3,52 0,22

2,40 3,40 0,19

3,20 2,80 -0,01

7,00 2,80 -0,01

10,00 2,72 -0,04

15,02 2,62 -0,07

20,40 2,52 -0,11

30,02 2,36 -0,18

40,00 2,20 -0,25

Figura 4. 7: Cinética de cloración de primer orden para M2

Al ser una reacción de primer orden la velocidad de reacción depende únicamente de la

concentración del NaClO suministrado.

Vida media de la reacción

Es el tiempo en el que la concentración de un reactivo llega a la mitad de su concentración

inicial

Tiempo de vida media de la reacción para una cinética de primer orden

𝐿𝑛 𝐶 = 𝐿𝑛𝐶𝑂 − 𝑘𝑡

𝑡12⁄ =

𝐿𝑛 2

𝑘

Para M1:

𝑡12⁄ = 81,55 𝑚𝑖𝑛

y = -0,0069x + 0,0287

R² = 0,9927

-0,30

-0,25

-0,20

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00

Ln

Cl

resi

du

al

Tiempo (min)

60

En condiciones de lluvia (M1) la concentración del cloro libre residual en el agua se redu-

cirá a la mitad en 1 hora con 22 minutos.

Para M2:

𝑡12⁄ = 100,46 𝑚𝑖𝑛

En condiciones sin lluvia (M2) la concentración del cloro libre residual en el agua se re-

ducirá a la mitad en 1 horas con 40 minutos.

4.1.1 Concentración de metales en el agua subterránea proveniente del pozo

artesiano

Los metales analizados fueron escogidos de acuerdo a la fuente de contaminación (origen)

utilizando las Guías para la calidad del agua potable OMS (2006). La determinación de la

concentración de los metales se realizó por Espectrofotometría de Absorción Atómica en

muestras tomadas antes y después del tratamiento de cloración que fue escogido como el

mejor (Ver Tablas 4.17 y 4.18).


cloración

Metales Contenido inicial

(mg/L)

Conte-

nido final

(mg/L)

Norma NTE INEN

1108:2014 (mg/L)

Cumpli-

miento

Arsénico 0,001 0,001 0,01 Cumple

Bario <0,2 <0,2 0,70 Cumple

Cromo 0,05 0,05 0,05 Cumple

Mercurio <0,002 <0,002 0,006 Cumple

Manga-

neso 0,45 <0,40 0,40 Cumple

Selenio <0,0001 <0,0001 0,01 Cumple


cloración

Metales Contenido inicial

(mg/L)

Contenido

final

(mg/L)

Norma NTE INEN

1108:2014 (mg/L)

Cumpli-

miento

Arsénico 0,001 0,001 0,01 Cumple

Bario <0,2 <0,2 0,70 Cumple

Cromo <0,04 <0,04 0,05 Cumple

Mercurio <0,002 <0,002 0,006 Cumple

Manga-

neso <0,40 <0,40 0,40 Cumple

Selenio <0,0001 <0,0001 0,01 Cumple

61

Las concentraciones iniciales y finales de metales en las muestras M1 y M2 fueron menores

a las máximas permitidas en la Norma NTE INEN 1108: 2014 para agua potable, con ex-

cepción del manganeso en la muestra M1 que inicialmente fue mayor pero luego del trata-

miento cumplió con la norma.

4.1.2 Análisis microbiológico

4.1.2.1 Coliformes totales y fecales

El análisis microbiológico de coliformes totales y fecales de las muestras de agua subterrá-

nea antes y después del tratamiento se detalla en las Tablas 4.19 a la 4.23.

Tabla 4.19: Determinación de coliformes totales y fecales por la técnica del número

más probable (NMP) antes del tratamiento de cloración

Tubos 10-1 Tubos 10-2 Tubos 10-3

Muestra 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

M1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

M2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

En la determinación de coliformes totales por la técnica de NMP las dos muestras M1 y

M2 dieron un tubo presunto positivo para cada una de las diluciones 10-1 y 10-2 (Ver Fo-

tografía 10).

Tabla 4. 20: Resultado del NMP antes del tratamiento de cloración

Muestra 10-1 10-2 10-3

NMP/mL

Coliformes

Totales

NMP/mL

Coliformes

Fecales

M1 1/5 1/5 0/5 4 0

M2 1/5 1/5 0/5 4 0

En M1 y M2 se determinaron cuatro coliformes totales por cm3 de muestra. Los dos tubos

presuntos positivos se sembraron en estrías sobre Agar EMB para ver el crecimiento de las

colonias, las cuales no presentaron la morfología característica de coliformes fecales. Se

tomó una asada de las colonias que crecieron y se las pasó a un tubo con 3mL de agua de

triptona y se añadió dos o tres gotas de reactivo de Kovacs13, se agitó el tubo y luego de 5

minutos en reposo, se observó que no existió la formación del anillo rojo típico en la su-

perficie ni ningún cambio de color del medio.

Luego de aplicar el tratamiento de cloración de 0,08mL de NaClO al 5% durante 40 mi-

nutos de contacto se determinaron los siguientes datos (Ver Tablas 4.21 y 4.22).

13 Con el reactivo de Kovacs o prueba de Indol si luego de agitar el tubo con la colonia, y dejar

reposar por 10 minutos, hay la formación de un anillo púrpura en la parte superior del tubo, se reporta

el resultado como positivo.

62

Tabla 4.21: Determinación de coliformes totales y fecales por la técnica del número

más probable después del tratamiento de cloración

Tubos 10-1 Tubos 10-2 Tubos 10-3

Muestra 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

M1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

M2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Tabla 4.22: Resultado de NMP luego del tratamiento de cloración

Muestra 10-1 10-2 10-3

NMP/mL

Coliformes

Totales

NMP/mL

Coliformes

Fecales

M1 0/5 0/5 0/5 0 0

M2 0/5 0/5 0/5 0 0

Los 0,08mL de NaClO al 5% por litro de agua, en 40 minutos de contacto, fueron suficien-

tes para reducir a cero los coliformes totales por cm3 en las muestras de agua M1 y M2. No

hubo presencia de coliformes fecales en ninguna de las muestras analizadas, antes ni des-

pués del tratamiento, con lo que se cumple con lo establecido por la Norma Técnica Ecua-

toriana: Agua potable. Requisitos NTE INEN 1 108:2014 cuarta revisión. El resumen del

análisis de coliformes se presenta en la Tabla 4.23.

Tabla 4.23: Resultado de coliformes fecales por NMP/100 mL en M1 y M2 antes y

después del tratamiento de cloración

M1 M2 Norma NTE INEN

1529-6: 1990-02

Cumpli-

miento

Antes Después Antes Después Máximo

NMP/100mL

0,0 0,0 0,0 0,0 <1,1 Cumple

4.1.2.2 Aerobios mesófilos

El análisis microbiológico de aerobios mesófilos en las muestras de agua subterránea antes

y después del tratamiento se detalla en las Tablas 4.24 y 4.25, respectivamente.


antes del tratamiento de cloración

Dilución 10-1 10-2 10-3 Resul-

tado

Cajas selecciona-

das

Número de colo-

nias

Número de colo-

nias

Número de colo-

nias

UFC14/m

L

M1 5 0 0 0 0 0 0 0 0 55

M1’ 6 0 0 0 0 0 0 0 0

M2 4 0 0 0 0 0 0 0 0 50

M2’ 6 0 0 0 0 0 0 0 0

14 UFC/mL: unidades formadoras de colonias por mililitro

63

Para el cálculo se empleó la Ecuación 3.11.

Cálculo para M1:

𝑁𝐸 =11

1 × 2 × 10−1= 55 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑛𝑖𝑎𝑠

Cálculo para M2:

𝑁𝐸 =10

1 × 2 × 10−1= 50 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑛𝑖𝑎𝑠


después del tratamiento de cloración

Dilución 10-1 10-2 10-3 Resul-

tado

Cajas selecciona-

das

Número de colo-

nias

Número de colo-

nias

Número de colo-

nias

UFC/m

L

M1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

M1’ 0 0 0 0 0 0 0 0 0

M2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

M2’ 0 0 0 0 0 0 0 0 0

En la tabla 4.25 podemos ver que los 0,08mL de NaClO al 5% por litro de agua, en 40

minutos de contacto, son efectivos para eliminar todas las bacterias aerobias mesófilas.

4.1.2.3 Giardia y Cryptosporidium

El análisis microbiológico de Giardia y Cryptosporidium en las muestras de agua subterrá-

nea antes y después del tratamiento se detalla en la Tabla 4.26.

Tabla 4.26: Análisis microscópico antes y después del tratamiento de cloración

Antes Después

Mues-

tra

Cryptosporidium Giardia Cryptosporidium Giardia

Número de ooquistes

/ 100L de agua

Número de quis-

tes / 100L de agua

Número de ooquistes

/100L de agua

Número de quis-

tes / 100L de agua

M1 Ausencia Ausencia Ausencia Ausencia

M2 Ausencia Ausencia Ausencia Ausencia

En la tabla 4.26 puede verse que en las muestras de agua, antes y después del tratamiento

de cloración, no existe presencia de Cryptosporidium ni Giardias.

64

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones

Se desarrolló un tratamiento de potabilización de agua para consumo humano, de

un pozo artesiano de la Comuna Armero de la ciudad de Quito, mediante trata-

miento convencional de sedimentación, cloración y filtración.

Se estructuró un plan de muestreo y análisis fisicoquímicos y microbiológicos que

permitió caracterizar el agua subterránea de la Comuna Armero en la Ciudad de

Quito antes y después del tratamiento de potabilización.

La concentración de hipoclorito de sodio que se determinó como adecuada fue de

4,4mg de NaClO por litro, que equivale a 0,08mL de NaClO al 5% (dos gotas) por

litro de agua a tratar con un tiempo de contacto de 40 minutos. Lo que corresponde

a 4,0mLNaClO/min, en tanques de 250L cuyo caudal es 0,87L/s.

La concentración del cloro libre residual disminuye a la mitad, para la muestra en

condiciones de lluvia (M1), en 1 hora con 22 minutos y para la muestra en condi-

ciones sin lluvia (M2) en 1 hora con 40 minutos.

Todos los parámetros que se analizaron en el agua subterránea de la Comuna Ar-

mero luego de la desinfección (M1 y M2) cumplieron con la Norma Técnica Ecua-

toriana NTE INEN

1108:2014 para Agua Potable-Requisitos.

Para implementar el tratamiento de potabilización determinado experimental-

mente, el grupo misionero IWC construyó una planta de potabilización en la Co-

muna Armero de la ciudad de Quito (ver Anexo 5 y Fotografía 24). El agua tratada

por la planta se mandó analizar a un laboratorio certificado confirmándose que el

agua cumple con la Norma Técnica Ecuatoriana INEN 1108:2014 (ver Anexo 4).

Se realizaron charlas informativas del uso del agua y cuidados en la limpieza de

los tanques instalados (ver Anexo6).

5.2 Recomendaciones

Se recomienda encaminar a las siete familias de la comuna a programas de inclu-

sión social, para que se les concientice en la necesidad de los servicios básicos por

la seguridad de su salud.

Continuar realizando análisis fisicoquímicos y microbiológicos del agua de la co-

muna, periódicamente, para confirmar que el agua y los tanques se los está tratando

correctamente.

65

El último análisis fisicoquímico, microbiológico y parasitológico del agua potabi-

lizada se realizó el 23 de octubre de 2014 por el Laboratorio de Ofertas y Servicios

al Público (OSP) de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central

del Ecuador (Ver Anexo 4). A partir de esa fecha los análisis, cuidados, cambios y

mejoras de la planta de potabilización corren por cuenta de la directiva de la co-

muna Armero de ciudad de Quito (ver Anexo 8).

Realizar charlas con la gente de la comunidad sobre la importancia del consumo

de agua segura, los cuidados que deben tener los tanques para que no envejezcan

prematuramente por agentes ambientales, el buen lavado de los mismos y la im-

portancia del ahorro del agua.

Construir una barrera de protección en el ingreso al pozo artesiano para evitar cual-

quier acceso que pueda contaminar la fuente.

En la misma comuna existen más fuentes de agua natural que no están siendo uti-

lizadas para ningún fin, por lo que se recomienda analizarlas para darles algún pro-

pósito útil. Para el agua superficial utilizar la NORMA INEN 2655:2012 IMPLE-

MENTACIÓN DE PLANTAS POTABILIZADORAS EN SISTEMAS PÚBLI-

COS DE AGUA POTABLE.

66

BIBLIOGRAFÍA

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Universidad Central del Ecuador, Quito.

68

ANEXOS

Anexo 1: Parámetros de la Norma NTE INEN 1 108:2014 Requisitos del agua potable y

su fuente de contaminación

TABLA 1. Características físicas, sustancias inorgánicas y radiactivas

Parámetro Unidad Límite máximo permi-

sible Fuente de Origen

Color

Unida-

des de

color

apa-

rente

(Pt-Co)

15 -

Turbiedad NTU 5 -

Olor no objetable -

Sabor no objetable -

Inorgánicos

Antimonio, Sb mg/L 0,02 Disolución de las cañerías y

accesorios metálicos de fontanería

Arsénico, As mg/L 0,01 Corteza terrestre

Bario, Ba mg/L 0,7 Corteza terrestre

Boro, B mg/L 2,4 Corteza terrestre

Cadmio, Cd mg/L 0,003 Aguas residuales, fertilizantes

Cianuros, CN mg/L 0,07 Contaminación Industrial

Cloro libre resi-

dual1) mg/L 0,3-1,5 Industrial y doméstico

Cobre, Cu mg/L 2,0 Revestimientos de tuberías, válvulas

accesorios de fontanería, aleaciones

Cromo, Cr

(cromo total) mg/L 0,05 Corteza terrestre

Fluoruros mg/L 1,5 Corteza terrestre

Mercurio, Hg mg/L 0,006 Aguas subterráneas con presencia de

menas

Níquel, Ni mg/L 0,07 Producción de aceros inoxidables

Nitratos, N-NO3 mg/L 50 Fertilizante, escorrentías de tierras

agrícolas

Nitritos N-NO2 mg/L 3,0 Conservante alimentario, escorrentías

de tierras agrícolas.

Plomo, Pb mg/L 0,01 Contaminación industrial, minera, des-

cargas de hornos.

Radiación total

α* Bg/L 0,5 Degradación de las mismas piedras

Radiación total

β** Bg/L 1,0 Degradación de las mismas piedras

Selenio, Se mg/L 0,04 Corteza terrestre 1)Es el rango en el que debe estar el cloro libre residual luego de un tiempo mínimo de contacto

de 30 minutos

*Corresponde a la radiación emitida por los siguientes radionucleidos:210Po, 224Ra, 226Ra, 232Th, 234U, 238U, 239Pu

** Corresponde a la radiación emitida por los siguientes radionucleidos:60Co, 89Sr, 90Sr, 129I, 134Cs, 137Cs, 210Pb, 226Ra

69

TABLA 2. Sustancias orgánicas

Parámetro Uni-

dad

Límite máximo

permisible Fuente de Origen

Hidrocarburos policiclicos aromáticos

HAP Benzo (a) pireno mg/L 0,0007

Residuos de fabrica-

ción humana

Hidrocarburos

Benceno mg/L 0,01

Gasolinas, disolven-

tes

Tolueno mg/L 0,7

Xileno mg/L 0,5

Estireno mg/L 0,02

1,2-Dicloroetano mg/L 0,03

Elaboración de PVC,

disolventes

Cloruro de vinilo mg/L 0,0003

Tricloroeteno mg/L 0,02

Tetracloeteno mg/L 0,04

Di(2-etilhexil) ftalato mg/L 0,008

Residuos de fabrica-

ción humana

Acrylamina mg/L 0,0005

Epiclorohidrina mg/L 0,0004

Hexaclorobutadieno mg/L 0,0006

1,2-Dibromoetano mg/L 0,0004

1,4-Dioxano mg/L 0,05

Ácido Nitrilotriacético mg/L 0,2

TABLA 3. Plaguicidas

Parámetros Uni-

dad

Límite máximo per-

misible Fuente de Origen

Atrazina y sus metabolitos cloro-5-

triazina mg/L 0,1

Contacto con pesti-

cidas

Isoproturón mg/L 0,009

Lindano mg/L 0,002

Pendimetalina mg/L 0,02

Pentaclorofenol mg/L 0,009

Dicloroprop mg/L 0,1

Alacloro mg/L 0,02

Aldicarb mg/L 0,01

Aldrín y Deldrín mg/L 0,00003

Carbofuran mg/L 0,007

Clorpirifós mg/L 0,03

DDT y metabolitos mg/L 0,001

1,2-Dubromo-3-cloropropano mg/L 0,001

1,3-Dicloropropeno mg/L 0,02

Dimetoato mg/L 0,006

Endrín mg/L 0,0006

Terbutilazina mg/L 0,007

Cloridano mg/L 0,0002

Hidroxiatrazina mg/L 0,2

70

TABLA 4. Residuos de desinfectantes

Parámetros Uni-

dad

Límite máximo permi-

sible Fuente de Origen

Monocloramina mg/L 3,0

Contacto con desinfec-

tantes Si pasa de 1,5 mg/L investi-

gar:

N-Nitrosodimethylamine

mg/L 0,0001

TABLA 5. Subproductos de desinfectantes

Parámetros Uni-

dad

Límite máximo per-

misible Fuente de Origen

2,4,6triclorofenol mg/L 0,2

Contacto con desinfec-

tantes

Trihalometanos totales

Si pasa de 0,5 mg/L investigar:

- Bromodicloro-

metano

- Cloroformo

mg/L

mg/L

mg/L

0,5

0,06

0,3

Ácido tricloacético mg/L 0,2

TABLA 6. Cianotoxinas

Parámetros Unidad Límite máximo permisible Fuente de Origen

Microcistina-LR mg/L 0,001 -

TABLA 7. Requisitos Microbiológicos

Microorganismo máximo Fuente de origen

Coliformes fecales

Tubos múltiples NMP/100ml < 1,1* Contaminación fecal

Filtración por membrana UFC/100L de

agua < 1** Contaminación fecal

Cryptosporidium, número de quies-

tes/100L de agua Ausencia -

Giardia lambia, número de quis-

tes/100L de agua Ausencia -

* < 1,1significa que en el ensayo de NMP, utilizando una serie de 5 tubos de 20mL ó 10 tubos de

10mL, ninguno es positivo.

** < 1 significa que no se observan colonias

La información del Anexo 1 fue tomada de la Norma NTE INEN 1 108:2014 Requisitos

del agua potable (INEN, 2014) y de las Guías para la calidad del agua potable

(Organización Mundial de la Salud, 2011).

71

Anexo 2: Imagen satelital de los alrededores del pozo artesiano.

72

Anexo 3: Índice de NMP de bacterias cuando se utiliza tres series de cinco tubos cada

uno conteniendo 10mL de medio y sembrando 1mL de cada dilución

Dilución

10-1

Dilución

10-2

Dilución

10-3

NMP/g

ó cm3

Dilu-

ción 10-

1

Dilu-

ción 10-

2

Dilu-

ción 10-

3

NMP/g ó

cm3

0 0 0 ˂1,1 4 0 0 13

0 0 1 2 4 0 1 17

0 0 2 4 4 0 2 21

0 1 0 2 4 0 3 25

0 1 1 4 4 1 0 17

0 1 2 6 4 1 1 21

0 2 0 4 4 1 2 26

0 2 1 6 4 2 0 22

0 3 0 6 4 2 1 26

1 0 0 2 4 2 2 323

1 0 1 4 4 3 0 27

1 0 2 5 4 3 1 33

1 0 3 8 4 3 2 39

1 1 0 4 4 4 0 34

1 1 1 6 4 4 1 40

1 1 2 6 4 5 0 41

1 2 0 6 4 5 1 48

1 2 1 8 5 0 0 23

1 2 2 10 5 0 1 31

1 3 0 8 5 0 2 43

1 3 1 10 5 0 3 58

1 4 0 11 5 0 4 76

2 0 0 5 5 1 0 33

2 0 1 7 5 1 1 46

2 0 2 9 5 1 2 63

2 0 3 12 5 1 3 84

2 1 0 7 5 2 0 49

2 1 1 9 5 2 1 70

2 1 2 12 5 2 2 94

2 2 0 9 5 2 3 120

2 2 1 12 5 2 4 148

2 2 2 24 5 2 5 177

2 3 0 12 5 3 0 79

2 3 1 14 5 3 1 109

2 4 0 15 5 3 2 141

3 0 0 8 5 3 3 175

3 0 1 11 5 3 4 212

3 0 2 13 5 3 5 253

3 1 0 11 5 4 0 130

3 1 1 14 5 4 1 172

Tomado de: (Pascual & Calderón, 2000)

73

Anexo 4: Análisis final del agua entregada a la Comuna Armero

74

75

76

Anexo 5: Diseño de la planta construida por el grupo IWC

BOMBA A

GASOLINA

TANQUE DE SEDIMENTACIÓN

TANQUES DE CLORACIÓN

FILTRO PREDISEÑADO

SALIDA DEL AGUA

TRATADA

500L

250L

250L

77

Anexo 6: Tríptico para el manejo y cuidado del agua tratada

78

79

Anexo 7: Familias beneficiadas

ACTUALMENTE

ANTES

80

Anexo 8: Acta de entrega de planta de potabilización

81

82

83

FOTOGRAFÍAS

Fotografía 1: Entrada al pozo artesiano (Quito 21/10/2012)

Fotografía 2: Interior del pozo artesiano (Quito 21/10/2012)

84

Fotografía 3: Muestra de agua recolectada (Quito 19/10/2012)

Fotografía 4: Calibración del medidor de pH (Quito 19/10/2012)

85

Fotografía 5: Medición del pH por dos métodos (Quito 19/10/2012)

(Quito 19/10/2012) (Quito 17/03/2013)

Fotografía 6: Traslado de las muestras para los análisis

86

Fotografía 7: Toma de la muestra M1 en temporada de lluvia (Quito 19/03/2013)

Fotografía 8: Toma de la muestra M2 en temporada seca (Quito 17/04/2013)

87

Fotografía 9: Preparación de los medios de cultivo

Tubos con BGBL

88

Confirmación de la presencia de coliformes totales

Fotografía 10: Resultados del análisis para coliformes totales en la muestra antes del tra-

tamiento de cloración.

Fotografía 11: Resultados del análisis para coliformes totales en el Agua después

del tratamiento de cloración.

10-1 10-2 10-3

10-1

10-1 Blanco

No existe desprendimiento de gas. Resultado: negativo

para coliformes totales.

89

Turbidimetría (NTU) (Equipo del OSP de Ambiental) Colorímetro (Pt-Co) (Laboratorio académico de Química Ambiental)

Conos para sólidos sedimentables Desecador para sólidos totales

Fotografía 12: Equipos utilizados para los Análisis físicos del agua

90

(Equipo del OSP de Ambiental)

Fotografía 13: Espectrofotómetro de Absorción Atómica con generación de hidru-

ros/Marca Perkin Elmer ANALYST 100

Fotografía 14; Preparación de las muestras para medición de metales

91

(Laboratorio académico de Química Ambiental)

Fotografía 15: Análisis de las muestras con las diferentes dosis de NaClO con su respec-

tivo tiempo de contacto

Fotografía 16: Muestras para la determinación del cloro residual

92

Fotografía 17: Muestras para la cinética de cloración

(Laboratorio académico de Química Analítica Instrumental)

Fotografía 18: Determinación del pH luego del tratamiento de cloración

93

Construcción de la planta potabilizadora

Fotografía 19: Camino al pozo artesiano (Quito 22/06/2013)

(Quito 30/06/2013)

Fotografía 20: Bomba a gasolina para subir el agua desde el pozo hasta un suelo estable

94

(Quito 30/06/2013)

Fotografía 21: Subiendo el agua

Fotografía 22: El agua sacada del pozo artesiano y subida a una superficie plana

95

(Quito 30/06/2013)

Fotografía 23: Bases para los tanques

(Quito 04/07/2013)

Fotografía 24: Instalación de los tanques

Tanques de cloración

250L Tanque de sedimentación

500L

96

Fotografía 25: Salida del agua tratada

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 4.1.3 Determinación de la demanda de cloro........

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