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Análisis de aguasAnálisis de aguas
Normas de calidad de las aguasNormas de calidad de las aguasLegislaciónLegislaciónSistemas de muestreo y conservación de Sistemas de muestreo y conservación de la muestrala muestraDeterminación de parámetros globales de Determinación de parámetros globales de calidadcalidadDeterminación de nutrientes principales en Determinación de nutrientes principales en aguas naturalesaguas naturales
Análisis de aguasAnálisis de aguas
Criterios de calidad del agua. Legislación Definición de calidad. Calidad de las aguas según su uso. Definición de los indicadores o parámetros de calidad.Indicadores físicos (turbidez, color, olor, sabor, temperatura, conductividad)Indicadores químicos (pH, dureza, oxígeno disuelto, materia orgánica, nutrientes, pesticidas, metales pesados)Indicadores biológicos (métodos ecológicos, microbiológicos, fisiológicos y bioquímicos, ecotoxicológicos)Establecimiento de las normas de calidad medioambiental.
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NORMAS DE CALIDAD ⇒ FIJAR LÍMITES
⇓ ⇓
Resultado de las Según uso y repercusiones
respuestas sobrelos organismos
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La Reglamentación propone
- Concentración máxima recomendable (tope a alcanzar)
- Concentración máxima aceptable (límite de pérdida de calidad)
- Concentración máxima admisible (Cantidad máxima desfavorable, con peligro para la salud)
Las normas serán distintas y más o menos restrictivas según el uso del agua
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Política de agua comunitaria (21/2/1996):
Directiva 76/160/CEE relativa a la calidad del agua de baño y modificada por la Directiva 91/692/CEE;Directiva 98/83/CEE relativa a la calidad de aguas destinadas alconsumo humano;Directiva 75/440/CE relativa a la calidad requerida para aguas superficiales destinadas a la producción de agua potable y modificada posteriormente por las Directivas 79/869/CEE, 90/656/CEE y 91/692/CEE;Directiva 91/271/CEE relativa al tratamiento de las aguas residuales urbanas y modificada por la Directiva 98/15/CEE;Directiva 96/61/CE relativa a la prevención y control de la contaminación.
Directiva 2000/60/CE por la que se establece un marco comunitario de actuación en el ámbito de la política de aguas.
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Introducción a la Directiva 2000/60/CE Introducción a la Directiva 2000/60/CE por la que se establece un marco por la que se establece un marco comunitario de actuación en el comunitario de actuación en el ámbito de la política de aguasámbito de la política de aguas
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¿En qué se basa la Directiva Marco de Aguas (DMA)?
“El agua no es un bien comercial como los demás, sino un patrimonio que hay que proteger, defender y tratar como tal”.
Los objetivos de la Directiva Marco de Aguas se pueden resumir en:
Proteger los ecosistemas acuáticos de la UE;
Promover un uso sostenible del agua basado en la protección, a largo plazo, de los recursos hídricos disponibles;
Contribuir a paliar los efectos de las inundaciones y sequías
¿Cuándo surge el problema en torno a la calidad del agua? A partir del siglo XIX:
⇓
- Acusado desarrollo de la población mundial
- Incremento de las concentraciones urbanas
- Avanzado estado de desarrollo industrial
Definición de algunos indicadores
Aguas naturales y/o residuales y/o por los procesos de tto.
En función de su forma (disuelta y/o particulada)
Criterios de calidad de las aguas
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CLASIFICACIÓN DE LOS INDICADORES DE LA CALIDAD DEL AGUA
- Indicadores físicos (turbidez, SS, color, olor, sabor, temperatura, conductividad)
- Indicadores químicos (pH, dureza, oxígeno disuelto, materia orgánica, nutrientes, pesticidas, metales pesados)
-Indicadores biológicos (métodos ecológicos, microbiológicos, fisiológicos y bioquímicos, ecotoxicológicos) Como en la vida Como en la vida
acuáticaacuáticaFísicos, químicos, Físicos, químicos, microbiológicos, microbiológicos, radiactivosradiactivos
Sanitarios OrganolépticosSanitarios OrganolépticosEstéticos, Económicos Estéticos, Económicos
de usode usode tratamientode tratamiento
RecreoRecreo
pHpH, oxígeno disuelto, , oxígeno disuelto, sólidos sólidos sedimentablessedimentables
y flotantes, y flotantes, temperaturatemperatura
Físicos, químicos, Físicos, químicos, microbiológicos, microbiológicos, radiactivosradiactivos
Suelo Suelo PlantaPlanta
RiegoRiego
ColiformesColiformes, materiales , materiales tóxicos, sabores y tóxicos, sabores y olores, olores, pHpH, oxígeno , oxígeno disuelto, turbidez, disuelto, turbidez, color, temperaturacolor, temperatura
Físicos, químicos, Físicos, químicos, microbiológicos, microbiológicos, radiactivosradiactivos
Sanitarios Económicos Sanitarios Económicos de usode usode tratamientode tratamiento
AcuáticoAcuático
IdemIdemFísicos, químicos, Físicos, químicos, microbiológicos, microbiológicos, radiactivosradiactivos
Sanitarios,OrganolépticosSanitarios,OrganolépticosEstéticos, Económicos Estéticos, Económicos de uso, de tratamientode uso, de tratamiento
DomésticoDoméstico
Coliformes,materialesColiformes,materialestóxicos, radiactividad, tóxicos, radiactividad, sabores y olores, sabores y olores, pHpH, , oxígeno disuelto, oxígeno disuelto, turbidez, color, turbidez, color, temperaturatemperatura
Físicos, químicos, Físicos, químicos, microbiológicos, microbiológicos, radiactivosradiactivos
Sanitarios,OrganolépticosSanitarios,OrganolépticosEstéticos, Económicos Estéticos, Económicos de uso, de tratamientode uso, de tratamiento
BebidaBebida
Criterios de calidadCriterios de calidadParámetrosParámetrosAspectosAspectosUsoUso
Análisis de aguasAnálisis de aguas¿¿Qué variables deben evaluarse en un análisis de aguaQué variables deben evaluarse en un análisis de agua? ?
Características organolépticasCaracterísticas organolépticas
Parámetros generales: Parámetros generales: pHpH, conductividad eléctrica, y temperatura , conductividad eléctrica, y temperatura
Cantidad de oxígeno: Cantidad de oxígeno: OxígenoOxígeno disuelto, DQO, DBO, COTdisuelto, DQO, DBO, COT
Aniones: cloruros (para evaluar la salinidad), nitritos (indicadAniones: cloruros (para evaluar la salinidad), nitritos (indicadores ores de acción bacteriológica), nitratos (nutrientes), fosfatos de acción bacteriológica), nitratos (nutrientes), fosfatos (procedentes de fertilizantes y detergentes), sulfitos (fuentes (procedentes de fertilizantes y detergentes), sulfitos (fuentes industriales), sulfuros ( indicadores de acción bacteriológica) industriales), sulfuros ( indicadores de acción bacteriológica) y y cianuros (desechos industriales)cianuros (desechos industriales)
Cationes: sodio (salinidad), calcio y magnesio (dureza), amonio Cationes: sodio (salinidad), calcio y magnesio (dureza), amonio (acción bacteriológica), y metales pesados ((acción bacteriológica), y metales pesados (PbPb, , CdCd, y , y HgHg))
Sustancias orgánicas: hidrocarburos, fenoles, pesticidas, etc.Sustancias orgánicas: hidrocarburos, fenoles, pesticidas, etc.
Examen bacteriológico: importante en aguas de consumoExamen bacteriológico: importante en aguas de consumo
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Turbidez
provocada por materia insoluble, en suspensión o dispersión coloidal Efecto Tyndall (reflexión de la luz)).Mide la extensión con la que un rayo de luz es reflejado a su paso por el agua, con un ángulo de 90°.Depende del tamaño y superficie de la materiase mide en unidades nefelométricas
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Sólidos en suspensión
Método directo que determina la cantidad de sólidos presentes en la muestra (métodos gravimétricos: evaporación y/o filtración)
Filtración mg/l (ppm)Evaporación (105ºC y 180ºC): mg/l (ppm).Distingue sólidos en suspensión y disueltos
Distinción de materia orgánica entre los SSOXIDACIÓN M.O.(450 ºC)→ CO2 + H20 + GASES
SOLIDOS TOTALES - M.O. = SÓLIDOS INORGÁNICOS
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Sólidos disueltos: Cantidad de materia disuelta determinada por evaporación (105ºC ) previa filtración
Sólidos totales: Suma de sólidos en suspensión y disueltos
Residuo seco: Peso del material después de evaporar un litro de agua. Si se ha filtrado previamente, corresponderá a los sólidos disueltos sean volátiles o no.
Sólidos volátiles : Sólidos que se volatilizan a 180ºC
Materia particulada total: Material particuladoretenido por un filtro de 0.45 µm. Se determina mediante filtración y pesada
NO HAY IDENTIFICACIÓN ESPECÍFICA. NO SABEMOS EL POTENCIAL DE CONTAMINACIÓN
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TemperaturaAfecta a la solubilidad de las sales y de los gasesAfecta a los procesos biológicos (acelera la velocidad de las reacciones químicas)
Aumento T ⇒ Disminución O2 ⇒Aumento consumo O2
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Conductividad
Capacidad que presenta el agua para conducir la electricidad (sales)conductividad elevada: salinidad elevada y valores anómalos de pH.ConductímetroConductímetro: aguas muy mineralizadas : aguas muy mineralizadas mSmS//cmcm; ; aguas poco mineralizadas aguas poco mineralizadas µµS/cm. S/cm. mineralización media: 333 y 833 mineralización media: 333 y 833 µµS/cmS/cmSalinidad: contenido iónico total del agua. Salinidad: contenido iónico total del agua. (s(sólidos disueltos)ólidos disueltos) g/g/KgKg
Indicador de vertidos y evaluador del uso de agua para riego
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Existencia de más de 10 millones de compuestos químicos.
Para su caracterización:-Indicadores generales (pH)-Indicadores de grupos de compuestos (pesticidas, materia orgánica…)-Indicadores de un componente específico
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- Alcalinidad: presencia de CO3= y HCO3- además de otras bases (boratos, arseniatos, fosfatos, silicatos, etc.)
CO32- (aq) + H2O → HCO3-HCO3- (aq) + H2O → CO2 (aq) +H2O + OH-H3SiO4 (aq) + H2O → H4SiO4(aq) + OH-PO43- (aq) + H2O → HPO42- (aq) + OH-
Par amortiguador: CO32-/ HCO3-
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Dureza
-Indicador de la calidad del agua.
SUMA DE TODOS LOS CATIONES MULTIVALENTES PRESENTES EN EL AGUA (Ca y Mg)
-Altas concentraciones de cationes divalentes impiden la formación de espuma con el jabón y favorece la formación de depósitos de sales en electrodomésticos.
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Valoración con EDTA o Absorción/Emisión Atómica0-60 mg CaCO3/l ⇒ AGUA BLANDA60-120 mg CaCO3/l ⇒ AGUA MODERADAMENTE DURA≥120 mg CaCO3/l ⇒ AGUA DURA≥150 mg CaCO3/l ⇒ RECHAZO
• Aguas subterráneas ⇒ >300 mg/l
Análisis de aguasAnálisis de aguasOxígeno disueltoO2 (gas) ↔ O2 (aq)tres vías de entrada: Disolución del oxígeno atmosférico La fotosíntesisReaireación por agitaciónConsumo:oxidación de materia orgánica/inorgánicarespiración de los seres vivosProcesos condicionados por la disolución del gas (temperatura)Porcentaje de saturación (relación entre el valor medido y el de saturación):
100%- condiciones óptimas<100%- contaminación orgánica>100%- exceso de productores primarios
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- Método Winkler (forma de MnO2, acidificación, yodometría)Mn2+ + O2 +2 OH- ↔ MnO2 +2H2OMnO2 + 2I- +4H+ ↔ Mn2+ + I2 +2H2OI2 + 2 S2O32- ↔ 2I- + S4O62-- Sondas de oxígeno
O2 + 4H+ + 4e- ↔ 2H2O
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demandademanda bioquímica de oxígenobioquímica de oxígeno ((DBO)DBO): : capacidad de la materia orgánica para consumir oxígeno. Se realiza por microorganismos.Cantidad de oxígeno disuelto consumido (mg O2/l) en una muestra de agua por los microorganismos cuando descomponen la materia orgánica a una temperatura de 20°C.
Aguas muy puras DBO < 3 Aguas muy puras DBO < 3 ppmppm O2O2Pureza intermedia DBO entre 3Pureza intermedia DBO entre 3--5 5 ppmppm O2O2Aguas contaminadas DBO Aguas contaminadas DBO >> 8 ppm O28 ppm O2Aguas residuales urbanas DBO entre 100Aguas residuales urbanas DBO entre 100--400 ppm O2400 ppm O2Aguas industriales DBO hasta 10.000 Aguas industriales DBO hasta 10.000 ppmppm O2O2
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diferencias entre la degradación real de la materia orgánica en diferencias entre la degradación real de la materia orgánica en condiciones naturales y las que se producen en el laboratorio condiciones naturales y las que se producen en el laboratorio Limitaciones de la DBO
- Variabilidad en microorganismos y materia orgánica- Sustancias o compuestos fácilmente degradables- Presencia de materiales tóxicos- Cantidad de microorganismos presentes- Dilución de las muestras- Tiempo de obtención del resultado- Especies que reaccionan con el oxígeno (oxidación del amonio)- Reproducibilidad de las muestras (±20%)- Reproducibilidad de las condiciones de trabajo
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Métodos de oxidación químicaMayoría de los compuestos orgánicos son oxidados a dióxido de carbono y agua por agentes oxidantes fuertes en condiciones ácidas y bajo ebullición.La oxidación se puede llevar a cabo con K2Cr2O7 o con KMnO4
Cr2O72Cr2O72-- + 14H+ + 6e+ 14H+ + 6e-- → 2Cr3+ + 7H2O → 2Cr3+ + 7H2O • Cantidad de agente oxidante = cantidad de
M.O. que ha reaccionado = valor de O2 consumido (mg/l)
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DBO DQO-Compuestos orgánicos biodegradables
- Puede biodegradar compuestos aromáticos
-Compuestos orgánicos totales
- Las sustancias inorgánicas pueden oxidarse
- No degrada compuestos aromáticos
DBO/DQO < 0,2 CONTAMINANTES DE NATURALEZA NO BIODEGRADABLE
DBO/DQO > 0,6, CONTAMINANTES DE NATURALEZA BIODEGRADABLES
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RELACIÓN DQO/DBO
A esta relación se le conoce como índice de biodegradabilidad
DQO/DBO =1.5 ⇒ Materia orgánica muy degradableDQO/DBO =2 ⇒ Materia orgánica moderadamente degradableDQO/DBO =10 ⇒ Materia orgánica poco degradable
Este parámetro nos ayudará a decidir en el tratamiento biológico
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Carbono Orgánico Total (COT)Oxidación total del carbono orgánico presente en la muestra por radiación ultravioleta o por combustión catalítica, transformándolo en CO2 (determinación volumétrica, conductividad térmica o sonda
específica). Los resultados se expresan en mg C/lCondiciones de determinación de COT
- Posibilidad de automatización (menor tiempo y mayor nº de muestras)- Método de rutina en instalaciones industriales
Buen indicador de la contaminación orgánica:COT < 10 mg/l Aguas naturalesCOT > 100 mg/l Aguas residuales
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RELACIÓN DQO/COT
DQO/COT =2.52
DQO/COT =5.33 ⇒ Valor máximo que puede alcanzar
DQO/COT ⟩ 5.33 ⇒ Materia inorgánica oxidable
DQO/COT =3 ⇒ Agua residual urbana
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EUTROFIZACIÓN : ENRIQUECIMIENTO DESMESURADO DEL AGUA CON NUTRIENTES
Nutrientes limitantes en el crecimiento fitoplanctónico: Nitrógeno y Fósforo ⇒
EUTROFIZACIÓN: CONSECUENCIASEnriquecimiento en nutrientes del agua
⇓Crecimiento de especies vegetales
⇓Crecimiento de biomasa animal
⇓Degradación de la biomasa muerta (bacterias aeróbicas)
MO + O2 → CO2 + H2O + Energía
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Determinación por técnicas espectrofotométricasNitrógeno total: 15 Nitrógeno total: 15 mgmg/l (poblaciones de /l (poblaciones de 10.000 a 100.000 habitantes) y 1mg/l para 10.000 a 100.000 habitantes) y 1mg/l para poblaciones de mas de 100.000 poblaciones de mas de 100.000 habitantes)habitantes)Fósforo total: 2 Fósforo total: 2 mgmg/l (poblaciones de /l (poblaciones de 10.000 a 100.000 habitantes), y 1mg/l 10.000 a 100.000 habitantes), y 1mg/l para poblaciones de mas de 100.000 para poblaciones de mas de 100.000 habitantes)habitantes)
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Be Be As As AuAu CoCoSe Se HgHg Ni Ni TeTeTlTl Cu Cu PdPd PbPbZnZn AgAg SbSb SnSnCdCd BiBi PtPt CrCr
Ti Ti HfHf ZrZr WWNbNb TaTa Re Re GaGaLa Os La Os RhRh IrIrRuRu BaBa
NaNaK K LiLi MoMoMgMg Fe Fe CaCa MnMn AlAl
MUY TÓXICOS Y MUY TÓXICOS Y ACCESIBLESACCESIBLES
TÓXICOS TÓXICOS INSOLUBLES O MUY INSOLUBLES O MUY RAROSRAROS
NO CRÍTICOSNO CRÍTICOSAnálisis de aguasAnálisis de aguas
Sodio y potasio
alcio y magnesio
monio
metales pesados
indica salinidad
están relacionados con la dureza del agua
contaminación con fertilizantes y heces
de efectos muy nocivos; se bioacumulan en la cadena trófica;
Análisis de aguasAnálisis de aguas Análisis de aguasAnálisis de aguas
Metales pesados
- En aguas naturales, en ppb o ppt (trazas)
Persistencia
Acumulación[M]↓
Organismos superiores
[M]↑
Contaminación de
Metales por actividad
antropogénica
Bioacumulación
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Análisis de aguasAnálisis de aguas Análisis de aguasAnálisis de aguas
Análisis de aguasAnálisis de aguas
INDICADORESBIOLÓGICOS
Evaluación de los organismos presentes dando una estimación de la calidad del agua
PROVOCA DISTINTOS EFECTOSEN LOS ORGANISMOS
Variación en concentración
Presencia de determinadas
sustancias
Criterios de calidad de las aguas
Análisis de aguasAnálisis de aguas
PROVOCA DISTINTOS EFECTOS EN LOS ORGANISMOS:
Cambio en la composición de las especies que forman las Comunidades acuáticas
Cambio en los grupos que predominan en un determinado hábitat
Empobrecimiento en el nº de especies
Alta mortalidad en estadios de vida más sensibles
Mortalidad general de las poblaciones
Cambio en el metabolismo o aparición de deformidadesmorfológicas
Criterios de calidad de las aguas
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Venta jas de los ind icadores b io lóg icos
In tegración de d istin tos e fectos a lo la rgo de la v ida de lo sO RGAN ISM O S IN D ICAD O RES, conociendo s ituación actua l y e fecto de an te rio res acc iden tes que hayan pod ido ocurrir.
R equ iere un equ ipam ien to m enos so fis ticado que lo s aná lis is qu ím icos.
Se rea lizan de fo rm a ráp ida e in s itu por expertos.
Las m etodo log ías em p leadas para proponer IN D ICAD O RES BIO LÓ G ICO S se pueden ag rupar en :
M étodos eco lóg icosM étodos m icrob io lóg icosM étodos fis io lóg icos y b ioqu ím icosM étodos eco tox ico lóg icos
C rite rio s d e c a lid a d d e la s a g ua s
Análisis de aguasAnálisis de aguas
Métodos ecológicos
- Indicadores de contaminación y/o alteración del caudal o del hábitat. Son los más usados.
- Cada organismo ocupa un hábitat preferente en función de lascondiciones físicas, químicas y biológicas:
Cambio en condiciones ⇒Cambio en la población
- Aplicación de un criterio general ⇒ Establecimiento de índices en función de las especies presentes
ÍNDICES BIÓTICOS
Criterios de calidad de las aguas
Análisis de aguasAnálisis de aguas
ÍNDICESBIÓTICOS
Presencia/ausenciade grupos deorganismos
Trent Biotic IndexBMWPÍndice BILL (ríos Besós y Llobregat)
Información general del sistemaNO indican qué sustancia/sprovocan la alteración
Criterios de calidad de las aguas
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Organismos seleccionados ⇒ BACTERIAS COLIFORMES (E. coli)límites máximos admisibles para el agua potable,10 ml de agua no se encuentran gérmenes coliformesaguas de bañosinferior a 500 y en todo caso no llegará a 10.000 por 100 mlEl primer número tiene valor indicativo, el segundo es de cumplimiento obligatorio.
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La muestra se tomará en frasco estéril. La muestra se tomará en frasco estéril. La muestra ha de ser representativa de La muestra ha de ser representativa de la fuente original. la fuente original. Se evitará Se evitará la contaminaciónla contaminación de la de la muestra durante y después de obtenerla. muestra durante y después de obtenerla. La muestra se analizará lo mas pronto La muestra se analizará lo mas pronto posible. posible. Si no es posible examinar la muestra Si no es posible examinar la muestra enseguida, deberá guardarse en enseguida, deberá guardarse en refrigeraciónrefrigeración entre 0 y 10 entre 0 y 10 ºCºC. .
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Métodos fisiológicos
- OBJETIVO: Medida de la velocidad con que los organismos presentes en el agua son capaces de crecer, degradar un sustratoo generar un producto
- ∆velocidad ⇒ MODIFICACIÓN DEL ESTADO FISIOLÓGICO, CAUSADO POR PRESENCIA DE UNA ALTERACIÓN O CONTAMINACIÓN
- No se usan habitualmente ⇒ DIFICULTAD DE IDENTIFICAR CUÁLESSON LOS ORGANISMOS PRESENTES
- PRODUCCIÓN DE O2 ⇒ Incubación del plancton en botellas con Condiciones ambientales controladas (con/sin luz, a 20ºC, durante 24 h)
Criterios de calidad de las aguas
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M étodos b ioquím icos
- Alternativa para e l seguim iento de m icroorganism os de interés deform a rápida, usando técnicas de bio logía m olecular.
D IFICULTADES PARA SU APLIC AC IÓ N:
⇒ Elevado precio de los reactivos⇒ Esfuerzo requerido para la obtención de resultados
-Técnica de éxito : FISH (HIBRIDACIÓ N IN SITU C O N SO NDAS FLUO RESC ENTES)
Criterios de calidad de las aguas
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Métodos ecotoxicológicos- Procedimientos estandarizados con organismos seleccionados, delos que se conoce su respuesta en determinadas condiciones
INCONVENIENTE:
⇒Limitación en situaciones reales porque distintos organismosse comportan de distinta forma ante la misma sustancia tóxica
VENTAJA:⇒Resultados comparables
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