QUÍMICA AMBIENTAL

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ACTIVIDAD COLABORATIVA UNIDAD 1

QUÍMICA DE LA HIDRÓSFERA

TUTOR DEL CURSO

JUAN SEBASTIAN FLOREZ TABARES

INTEGRANTES

Carmen Cilia Arias Núñez Código 31.488.033

Dorys Rocío Vallejo Código 59.177.476

Jorge Iván Hernández Código 1.112.619.932

Luis Fernando Duque. Código

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD - CEAD PALMIRA

ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

MARZO DE 2016

FASE 1. PLANIFICACIÓN: IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA:

Pérdida de la vida acuática por eutrofización, generada por vertimientos de sustancias químicas provenientes de la agricultura.

FASE 2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN: MONITOREO DE LA CONTAMINACIÓN

Parte A. Diagrama causa-efecto

Figura 1. Fuente: propia

PARTE B. MAPA CONCEPTUAL CON JUICIOS DE VALOR

Figura 2. Fuente: propia

FASE 3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN: MUESTREO Y TRATAMIENTO

Parte C. Metodología(s) de remediación química

El método de remediación química a utilizar para la remoción de Fósforo será el de precipitación química.

MÉTODO DE MUESTREO

El método de muestreo será el fisicoquímico en aguas superficiales, el cual permite medir parámetros como conductividad, temperatura, turbidez, oxígeno disuelto y pH, es importante que se tomen de muestras puntuales para garantizar su representatividad. En el río se va a sumergir en la mitad de la sección transversal, a una profundidad comprendida entre los 20 y 30 cm de la superficie las sondas multiparamétricas, pHmetro y Conductimetro y se realiza la lectura.

En cuanto a la técnica que se utilizara, se puede adoptar la de muestreo manual porque hay sitios de fácil acceso en la fuente de agua que se está estudiando, y ésta técnica permite que se observen los cambios en cuanto a características del agua como las sustancias flotantes, el olor y color. Al ser aguas eutrofizadas son más notorias sus características.

También el tipo de muestra que se puede tomar es la muestra integrada en donde se hace la toma de muestra en varios puntos de manera simultánea, se utiliza el método del incremento de ancho-igual, lo que permite tener una serie de aquellas muestras puntuales.

En el método del incremento de ancho – igual se mide el ancho de orilla a orilla de la corriente en el canal, posteriormente se debe dividir el ancho, esto debe ser en cuatro incrementos iguales para así obtener tres verticales para la toma de la muestra, entonces será a ¼, ½ y ¾ de la sección transversal del río. En cada vertical se va a dividir en tres partes equitativas el volumen total de muestra para lograr determinar el volumen.

Muestreo

Imagen 1. Fuente: SIAR LA LIBERTAD.

MATERIALES A UTILIZAR

En la toma de muestra en campo

Elementos de protección personal: guantes, botas, tapabocas, gafas y casco.

Muestreador o balde, termómetro, hielera, hielo para refrigerar las muestras, erlenmeyer, frascos de vidrio, frascos de plástico, gotero, embudo, bolsa pequeña de basura, cinta de enmascarar, botiquín de primeros auxilios, formato de muestreo, esferos y marcadores

En el laboratorio

Portaobjetos con escala micrométrica, aceite de inmersión y aplicador, pañuelos, formularios para anotar el recuento de las especies.

Para determinar fósforo total.

Celdas de vidrio de 1 ó 10 cm de paso óptico Viales de 40 ml, dosificadoras o pipetas de 1 y 2 ml, probetas de 100 y 50 ml, Vasos de precipitado de 200 y 50 ml, balones aforados de 50 ml, erlenmeyers de 125 ml, vidrios de reloj, cuchara de vidrio o espátula de porcelana para la adición de cristales de persulfato.

REACTIVOS

En el método de precipitación química:

Coagulantes inorgánicos:

Sales de aluminio, Sales de hierro, Carbonato de calcio, Fe3+, Al3+, Fe2+, Ca2+.

Para determinar fósforo total.

Acido perclórico concentrado (70%), ácido clorhídrico concentrado, solución de hidróxido de sodio 4N, solución indicadora de fenolftaleína al 1%:, solución de hidróxido de sodio 1 N, solución de ácido sulfúrico, persulfato de amonio (NH4 )2 S2 O8, o persulfato de potasio K2 S2 O8 en cristales.

EQUIPOS

En la toma de muestra en campo

Equipos de medición de caudal (Molinete), Varilla del molinete, Equipo multiparámetros (pH, conductividad, oxígeno disuelto, temperatura), Sondas multiparamétricas, Conductimetro, pH- metro, Cinta métrica, Baterías cargadas, Beiler, Arnés de seguridad, Lazo (línea de seguridad)

En el laboratorio

Microscopio óptico, Campana extractora, Placa calefactora, Baño de arena o baño de agua, Pipetas, Tubos de centrífuga, Vasos de precipitados, Medios para medir volúmenes de 20 ml de agentes oxidantes, Centrífuga.

Para determinar fósforo total.

Espectrofotómetro VIS con rango espectral de 400- 900 nm, plancha de calentamiento, campana de extracción, autoclave con capacidad de desarrollar 98 a 137 KPa.

DETERMINACIÓN DEL FÓSFORO TOTAL

El fósforo se presenta en combinación con la materia orgánica, y es importante contar con un método de digestión que permita eficazmente la liberación del fósforo como ortofosfato con el fin de poder cuantificar el fósforo total.

Para determinar el fósforo total se tendrá en cuenta el método de digestión con ácido perclórico.

El método se puede aplicar a todo tipo de aguas naturales y su precisión viene dada por el método empleado para determinar la concentración de iones PO4 3- liberados.

Procedimiento

Digestión con ácido perclórico

Primero se adiciona en un Erlenmeyer de 125 ml, 50 ml de muestra sin filtrar Luego se agrega 3 ml de ácido perclórico concentrado y se agita. Posteriormente se somete a calentamiento en una plancha para llevar a cabo la

digestión de la materia orgánica En el momento que se desprendan vapores blancos del ácido perclórico, se debe

disminuir la temperatura y cubrir con un vidrio de reloj. Se deja por 10 minutos en estas condiciones

La temperatura se va disminuyendo y se dejar enfriar Luego se agrega 3 ml de ácido clorhídrico y se calienta de nuevo Al observar que la muestra tenga ya unos 5 ml, se apaga la plancha y se deja enfriar Cuando ya se tiene la muestra fría, se agregan 2 gotas de solución indicadora de

fenolftaleína Posteriormente se neutralizar la solución agregando NaOH 4N, hasta obtener una

coloración ligeramente rosada El volumen de la muestra se debe ajustar a 25 ml y se procede a la determinación de los

fosfatos Con cada set de muestras se debe montar un blanco de reactivos y un estándar de 1.5

µg.at P/l

Calibración

La calibración del método para la determinación de los fosfatos liberados durante la digestión.

Se debe verificar el proceso de digestión y la cuantificación de la muestra. Se hace uso de una solución estándar de fosfato de concentración conocida (1.5 µg.at P/l), sometiéndola a todos los pasos del proceso y luego se establece la concentración.

Cálculos

La determinación de fósforo total como µg.at P/l se lleva a cabo a través de la lectura final de iones fosfatos liberados después de haber sometido la muestra a un proceso de digestión.

“Es necesario recordar que, si se llevó a digestión una muestra de 50 ml y para la determinación de los fosfatos se ajustó el volumen a 25 ml, se debe dividir la concentración obtenida por dos”. (Instituto de investigaciones marinas y costeras, 2003, p, 68).

Diagrama de flujo

Figura 2. Fuente: Instituto de investigaciones marinas y costeras.

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS ESPERADOS EN EL MÉTODO DE REMEDIACIÓN

“PRECIPITACIÓN QUÍMICA”

Para la eliminación del fósforo se va a realizar una adición de sales ya sea de aluminio o de hierro y de calcio, las cuales permiten formaciones de precipitados mixtos de hidróxidos y fosfatos que decantan rápidamente.

Al inicio el precipitado tiende a contener un exceso de hidróxido con respecto al precipitado que se forma con más tiempo. El hidróxido presente va a reaccionar con los fosfatos solubles y enriquecer el precipitado de fosfatos de hierro. Es importante recircular los sólidos precipitados que aún son parcialmente reactivos y tienen capacidades floculantes. (Suárez, 2007).

En la precipitación de fosfatos se hace uso del Calcio, el cual se añade en forma de caliza Ca (OH)2. Luego se tiene que este va a reaccionar con la alcalinidad natural del agua residual para producir carbonato cálcico, siendo fundamental en la eliminación de fósforo.

Ca (HCO3)2 + Ca (OH)2 à 2CaCO3 ↓+ 2H2O

Ahora es importante tener en cuenta que el valor del pH del agua residual aumenta hasta 10, el exceso de iones calcio reaccionan con el fosfato para precipitar como hidroxiapatito:

10 Ca2+ + 6 PO43- + 2 OH- ↔ Ca10 (PO4)*6(OH)2 ↓ (LENNTECH, 1998 - 2016).

En cuanto a la dosis requerida de caliza, aproximadamente es de 1.5 veces la alcalinidad como CaCO3. Es importante la neutralización buscando reducir el pH por lo que se hace uso de la recarbonatación con CO2 antes de continuar con un posterior tratamiento.

Sobre el Aluminio y el hierro se tiene que el sulfato de aluminio hidratado se utiliza en la precipitación de sulfatos y fosfatos de aluminio (AlPO4). La reacción es la siguiente:

Al3+ + HnPO43-n ↔ AlPO4 + nH+

La dosis necesaria tiene que ver con la eliminación de fosfatos que se quiera conseguir. La eficacia de la coagulación va a decrecer en cuanto se vaya disminuyendo la concentración de fósforo. Ahora bien, en la práctica, si se busca eliminar entre el 80-90% se logra con dosis de coagulante que esté entre 50 y 200 mg/L. (LENNTECH, 1998 - 2016).

También suele utilizarse sulfato férrico y sulfato ferroso para remoción de fósforo. La reacción es:

Fe3+ + HnPO43-n ↔ FePO4 + nH+

Para la formación de fosfato férrico se combinan los iones de hierro, los cuales tienen una reacción lenta con la alcalinidad natural y tiende a añadirse un coagulante, que puede ser caliza, con la finalidad de que se eleve el pH y se facilite la coagulación.

Los resultados que se esperan con el método de remoción es eliminar en un 90% el fósforo y que su concentración esté por debajo de 0,5 mg/L

REFERENTES BIBLIOGRÁFICOS

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Confederación Hidrográfica del Ebro. (2005). Protocolos de muestreos y análisis para fitoplancton, fitobentos (Microalgas bentónicas), macrofitos, invertebrados bentónicos, Ictiofauna. Recuperado el 10 de marzo de 2016, de http://www.magrama.gob.es/es/agua/publicaciones/Protocolos_muestreo_biologico_con_portada_tcm7-16059.pdf

Fuquene, D. (2013). Sistemas de abastecimientos de agua. Bogotá: UNAD.

Instituto de investigaciones marinas y costeras. (2003). Manual de técnicas analíticas para la determinación de parámetros fisicoquímicos y contaminantes marinos (aguas, sedimentos y organismos). Recuperado el 11 de marzo de 2016, de http://www.invemar.org.co/redcostera1/invemar/docs/7010manualTecnicasanaliticas..pdf

Lenntech. (1998-2016). Proceso de eliminación de Fósforo. Recuperado el 05 de marzo de 2016, de http://www.lenntech.es/eliminacion-del-fosforo.htm

Manahan. S. (2007). Introducción a la química ambiental (1a. ed.). Barcelona: Reverté. S. A.

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Pütz, P. (2010). Eliminación y determinación de fosfato. Recuperado el 07 de marzo de 2016, de http://www.interempresas.net/Quimica/Articulos/37743-Eliminacion-y-determinacion-de-fosfato.html

Salas, H & Martino, P. (1996). Curso de eutrofización en lagos cálidos tropicales. Recuperado el 04 de marzo de 2016, de http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cd33/sala13/041477-medidaseurotificacion.pdf

SIAR LA LIBERTAD. Río Moche sigue contaminado por aguas residuales y relaves del ande liberteño. Recuperado el 11 de marzo de 2016, de http://siar.regionlalibertad.gob.pe/index.php?accion=verDestacados&idevento=809&idtipoevento=4

Suárez, J & Jácome, A. (2007). Eliminación de fósforo en los procesos de depuración de aguas residuales. Recuperado el 08 de marzo de 2016, de ftp://ceres.udc.es/Master_en_Ingenieria_del_Agua/master%20antiguo_antes%20del%202012/Segundo_Curso/Tratamientos_Avanzados_del_Agua/master___TEMA_N___ELIMINACION_DE_FOSFORO.pdf

Universidad Nacional Abierta y a Distancia. La Universidad. 2016. http://campus03.unad.edu.co/ecbti04/course/view.php?id=214