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PRÁCTICA 5. DEMANDA DE CLORO, COLOR Y pH

1.0 OBJETIVOS Objetivo general -

Determinar la demanda de cloro, color y pH , realizando cada respectivo procedimiento a una muestra problema brindada.

Objetivos específicos -

Comparar los resultados de la medición de cloro, pH y color con la legislación vigente para agua potable. Determinar las particularidades químicas de cada una de las muestras dadas. Evaluar las características de cada muestra de agua de acuerdo a los resultados de los parámetros calculados.

2.0 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO Se realizaron las siguientes determinaciones 2.1 CLORO LIBRE Y CLORO TOTAL Se tomó la muestra sin realizar ningún tratamiento y se midieron 500 ml de muestra, esta se llevó a una botella ámbar, luego se adiciono la cantidad 5 mg Cl /L y 8 mg/l NH​4​CL 0,0035 M se esperó 30 minutos y 1 hora de contacto. Se determinó el Cloro libre y cloro residual total , respectivo en los tiempos estipulados. la determinación fue hecha por dpd, tomando el sobre de dpd para cloro libre,se adiciono a un vial enrasando con la muestra y agitando varias veces, hasta su medida, se repitieron los pasos para el cloro total cambiando el respectivo sobre de dpd para el de cloro total. 2.2 COLOR Para este parámetro se utilizó, el colorímetro, tomando para esta dos muestras, una muestra de agua de agua potable y la otra agua de fuente natural (Lago ubicado en Univalle, Meléndez), la muestra fue colocada en un tubo de ensayo y colocada en el colorímetro,el cual contiene un estándar que al observarse cambia su tonalidad , debido a un dial con varios matices de tonalidades con un número debajo de cada tonalidad, está dial se giró hasta que ambas coincidieron en el color. y se procedió a anotar la lectura 2.3 PH Se tomaron dos muestras una de agua potable y otra de agua de una fuente natural (Lago ubicado en Univalle, Meléndez), estas fueron llevadas al pHmetro , sumergiendo el bulbo en

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la muestra teniendo precaución en que no tocara las paredes del recipiente , y realizando un lavado con agua destilada entre cada medida, los resultados fueron anotados, hasta que la medición en el pHmetro fue estable. CÁLCULOS C loro T otal = Cloro libre + Cloro Combinado EC 1. La ​Ecuación 1.​ Aplica para Cloro total C loro Combinado = Cloro Combinado − Cloro libre EC 2. La ​Ecuación 2.​ Aplica para Cloro total C T = Cloro Libre (mg/L) x T iempo (min) EC 3. La ​Ecuación 2.​ Aplica para Concentración y Tiempo de contacto (CT)

3.0 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para la muestra problema se realizaron cálculos para evaluar los diferentes parámetros obteniendo la tabla 1 : Tiempo de contacto 34:29

1:13:09

Resultado (mgCl/ L)

CT ( mgCl-min/L)

Cloro libre

1,45

.

Cloro total

1,67

49.7

Cloro Combinado

0,22

Cloro libre

1,18

Cloro total

1,58

Cloro Combinado

0,40

86.14

Tabla 1 . Datos Cloro Libre , Combinado y Total Según la resolución 2115 de 2007 El valor aceptable del cloro residual libre en cualquier punto de la red de distribución del agua para consumo humano deberá estar comprendido entre 0,3 y 2,0 mg/L. La dosis de cloro por aplicar para la desinfección del agua y asegurar el residual libre debe resultar de pruebas frecuentes de demanda de cloro. Para la muestra en el tiempo aproximado de ½ hora tiene un cloro libre de 1.45 mg/L lo cual indica que esta cumple la norma y efectivamente se encuentra el cloro como agente desinfectante en forma de ácido hipocloroso o hipoclorito. por otra parte el cloro combinado es el cloro que está asociado con materia orgánica (formado principalmente cloraminas) y que aún tiene un determinado poder desinfectante, pero las cloraminas son

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las menos efectivas y, por ejemplo, no matan ciertos organismos como Giardia Lamblia. El cloro es efectivo en el caso de E.coli y virus del polio y el tiempo de contacto del cloro para Giardia Lamblia es mucho mayor que el requerido para la bacteria E.Coli y virus del polio. Es importante resaltar que La Organización Mundial de la Salud (OMS) señala que no se ha observado ningún efecto adverso en humanos expuestos a concentraciones de cloro libre en agua potable. Para la muestra con tiempo de contacto de 1 hora se denota que sigue cumpliendo con los requisitos de la resolución pero se nota una disminución del cloro libre mientras que la del cloro combinado crece, debido a que cuando se añade un desinfectante al agua, no solo reacciona con microorganismos patógenos, sino también con otras sustancias presentes en el agua, como impurezas, metales solubles, partículas, materia orgánica y otros microorganismos.Las características químicas y físicas del agua influyen en la desinfección. Por ejemplo, la presencia de hierro, manganeso, sulfuro de hidrógeno y nitratos normalmente reaccionan con los desinfectantes y suponen un impedimento para la desinfección. La turbidez del agua también reduce la afectividad de desinfección. Los microorganismos pueden quedar protegidos del efecto de los agentes desinfectante por la turbidez de las aguas .Factores que influyen en la desinfeccion del agua [En linea] Disponible en : https://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/factores/factores-definfeccion-agua.htm 30/03/18 Ahora bien, los datos para la fase de color y pH se encuentran reflejados en la tabla N°2 Parámetros aceptados según Resolución 2115 Color

pH

Agua potable

0 UPC

Agua de lago

40,0 UPC

Agua potable

7,40 und

Agua de lago

7,16 und

Muestra

5,30 und

≤15 UPC

6,50 - 9,00 und

Tabla N° 2 Color y pH Al comparar el Color del agua potable con la resolución 2115 de 2007 podemos denotar que el agua potable cumple satisfactoriamente con este parámetro, mientras que para la muestra de Agua de lago su valor está 2.7 veces por encima de la norma, esto debido a los materiales disueltos y suspendidos dentro de ella. En aguas naturales el color proviene de las numerosas materias orgánicas procedentes de la descomposición de vegetales, así como de diversos productos y metabolitos orgánicos que habitualmente se encuentran en ellas (colocaciones amarillentas). Además, la presencia de sales solubles de Fe y Mn (aguas subterráneas y superficiales poco oxigenadas) también produce un cierto color en el agua.

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En aguas naturales de lagos y embalses suele existir una relación directa entre color y pH, de forma que cuando aumenta el segundo lo hace el primero.En aguas de lagos y embalses, el color del agua profunda durante la época de estratificación térmica es marcadamente más alto al del agua superficial. Por otro lado, las colocaciones rojizas observadas a veces en aguas de bebida proceden del hierro y las negras del manganeso divalentes que se oxidan por la adición de cloro u otros agentes oxidantes, generando la correspondiente precipitación de oxihidróxidos coloreados poco solubles. Otras veces, el color procede de la oxidación de las propias conducciones de agua potable, que si son de cobre provoca colocaciones verde-azuladas. En este sentido, la importancia del color en el agua de consumo es fundamentalmente, de carácter organoléptico: cuando se toma agua coloreada, ineludiblemente se la asocia a agua "peligrosa" para la salud. Análisis de Agua . [En linea] disponible en : http://www4.ujaen.es/~mjayora/docencia_archivos/Quimica%20analitica%20ambiental/tema %2010.pdf​ 30/03/18 Para el pH vemos que ambas cumplen con este parámetro, indicando que el agua potable cumple con la norma en este aspecto El pH de un agua se debe sobre todo al equilibrio carbónico y a la actividad vital de los microorganismos acuáticos.Respecto a lo primero, la secuencia de equilibrios de disolución de CO​2 en un agua, y la subsiguiente disolución de carbonatos e insolubilización de bicarbonatos, alteran drásticamente el pH de cualquier agua. Además, la actividad fotosintética reduce el contenido de CO​2 disuelto de un agua, mientras que la respiración de los organismos heterótrofos produce CO​2 causando un efecto contrario con respecto al pH medido. El valor de pH de aguas superficiales se encuentra en el intervalo de 6 a 8.5,pudiendo las aguas subterráneas presentar menores valores de pH que las superficiales. En lagos y embalses, el pH experimenta una evolución espacial y temporal ligada a la dinámica térmica del lago, de forma que esta variable disminuye con la profundidad del agua. Además, durante la mezcla la variación es apenas de 0.1-0.15 u.pH en toda la columna de agua; en cambio, durante la estratificación térmica, en las aguas superficiales ricas en fitoplancton que usan CO​2 como alimento, se hallan valores de pH bastante más altos que en profundidad. En estas zonas profundas, pobres en O​2 y con abundantes microorganismos reductores, los valores de pH son más bajos, del orden de 1.0 u.pH inferiores a los de las aguas de superficie. Análisis de Agua . [En linea] disponible en : http://www4.ujaen.es/~mjayora/docencia_archivos/Quimica%20analitica%20ambiental/tema %2010.pdf​ 30/03/18 Así para la muestra se obtiene un pH de 5.30 unidades, por medio de la figura 1 se determinará los porcentajes de HClO y CLO

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Figura 1 . Porcentajes de HClO y ClO A Través de la figura podemos observar que para un pH de 5.30 unidades se tiene un porcentaje de 100% de HClO, por ende se concluye que la concentración del HOCL está íntimamente relacionada con la velocidad de acción del hipoclorito en solución, en el que el pH es un factor decisivo en el proceso sanitizante. A un pH menor de 6.5 la presencia de HClO es del 100% y por lo tanto, es un punto en el cual el sanitizante logra su máxima eficiencia. Mercer (1957), con esporas de ​B. macerans,​ mostró que una solución de 15 ppm de hipoclorito tendría un efecto del 99% de reducción de los microorganismos en 8.5 minutos a pH 6, y que serían necesarios aproximadamente 42 minutos para el mismo efecto a un pH 8. Tampoco encontró ninguna diferencia significativa en la actividad biocida con cloro gaseoso, hipoclorito de sodio e hipoclorito de calcio. Friberg et al. (1956), en su trabajo con bacterias y virus, concluyeron que el efecto virucida del cloro libre disponible se ve afectado por el pH de la misma manera que en la acción biocida. La cloración de agua: factores de desinfección adecuada [En linea] dispónible en :​https://www.wattagnet.com/articles/3043-la-cloracion-de-agua-factores-de-desinfeccion-ade cuada​ 31/03/18 dado origen a la tabla 3

Tabla 3​ . Eficacia de la desinfección con base en la presencia de HCLO tomado de :https://www.wattagnet.com/articles/3043-la-cloracion-de-agua-factores-de-desinfeccion-adecuada

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4.0 CONCLUSIONES -

Para las muestras de cloro se demostró que las concentraciones de Cl libre estaban dentro de las normatividades colombianas vigentes (Resolución 2115). La eficacia de los agentes desinfectantes está estrechamente relacionada con el pH y el tiempo de contacto El color de una muestra de agua es importante debido a su factor estético, pero además de esto puede influir en la adhesión de partículas suspendidas. La desinfección es un procedimiento eficaz y necesario, para que el agua no se convierta en un vector trasmisor de enfermedades Una recomendación para la práctica sería dar más tiempo entre grupos para poder tener un tiempo de contacto preciso.

5.0 PREGUNTAS Y RESPUESTAS 1. ¿Qué es una solución amortiguadora? R// Las soluciones amortiguadoras o también llamadas soluciones buffer, son soluciones con la capacidad de mantener el ph en valores aproximadamente constantes aun cuando se le agregan pequeñas cantidades de ácido o base a la solución. Una disolución buffer o amortiguadora se caracteriza por contener simultáneamente una especie débil y su par conjugado: un ácido débil y la sal de su par conjugado H A + H 2O ⇔ A − + H 3O + una base débil y la sal de su par conjugado B + H 2 O ⇔ BH

+

+ OH

−

Se debe contener una concentración relativamente grande de cada uno de los integrantes del par conjugado, de manera que la especie ácida pueda reaccionar con los iones OH​- y la especie básica pueda reaccionar con los iones H​+​. 2. ¿Qué significa una alta conductividad en una muestra de agua? R// La conductividad es una medida de la propiedad que poseen las soluciones acuosas para conducir la corriente eléctrica.Esta propiedad depende de la presencia de iones, su concentración, movilidad, valencia y de la temperatura de la medición. Las soluciones de la mayor parte de los compuestos inorgánicos son buenas conductoras. Las

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moléculas orgánicas al no disociarse en el agua,conducen la corriente en muy baja escala. Conductividad Eléctrica [En línea] disponible en: http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/Conductividad+El%C3%A9ctrica.pdf/f25e 2275-39b2-4381-8a35-97c23d7e8af4 . 30/03/18 Según la resolución 2115 indica que el valor máximo aceptable para la conductividad puede ser hasta 1000 microsiemens/cm. Este valor podrá ajustarse según los promedios habituales y el mapa de riesgo de la zona. Un incremento de los valores habituales de la conductividad superior al 50% en el agua de la fuente, indica un cambio sospechoso en la cantidad de sólidos disueltos y su procedencia debe ser investigada de inmediato por las autoridades sanitaria y ambiental competentes y la persona prestadora que suministra o distribuye agua para consumo humano. Resolución 2115 , pág 3 [En línea], disponible en : http://www.minambiente.gov.co/images/GestionIntegraldelRecursoHidrico/pdf/Legislaci%C3 %B3n_del_agua/Resoluci%C3%B3n_2115.pdf​. 30/03/18 3. ¿Qué utilidad tiene la medición de la turbiedad y color en los análisis de agua? R// La turbidez es la dificultad del agua, para transmitir la luz debido a materiales insolubles en suspensión, coloidales o muy finos, que se presentan principalmente en aguas superficiales. Son difíciles de decantar y filtrar, y pueden dar lugar a la formación de depósitos en las conducciones de agua, equipos de proceso, etc. Además interfiere con la mayoría de procesos a que se pueda destinar el agua. La turbidez nos da una noción de la apariencia del agua y sirve para tener una idea acerca de la eficiencia de su tratamiento. Las partículas suspendidas absorben calor de la luz del sol, haciendo que las aguas turbias se vuelvan más calientes, y reduciendo así la concentración de oxígeno en el agua (el oxígeno se disuelve mejor en el agua más fría). Además algunos organismos no pueden sobrevivir en agua más caliente, mientras que se favorece la multiplicación de otros. Las partículas en suspensión dispersan la luz, de esta forma decreciendo la actividad fotosintética en plantas y algas, que contribuye a bajar la concentración de oxígeno más aún. El principal impacto de una alta turbidez es meramente estético: a nadie le gusta el aspecto del agua sucia. Pero además, es esencial eliminar la turbidez para desinfectar efectivamente el agua que desea ser bebida. Esto añade costes extra para el tratamiento de las aguas superficiales. Las partículas suspendidas también ayudan a la adhesión de metales pesados y muchos otros compuestos orgánicos tóxicos y pesticidas. Turbidez. [En linea] disponible en: https://www.lenntech.es/turbidez.htm#%C2%BFCu%C3%A1l%20es%20la%20m%C3%A1xi ma%20turbidez%20permitida%20en%20el%20agua%20para%20consumo%20humano 30/03/18 El color del agua es importante no sólo para beber, sino también para los ambientes acuáticos, el hogar y el uso industrial. El color del agua puede ser causado por los materiales disueltos y suspendidos dentro de ella. En la medición del color tanto del agua como las aguas residuales, existe una distinción entre el color aparente y el color real. El color aparente es el color recibido de la muestra, dicho color incluye tanto los materiales suspendidos como los disueltos dentro del agua. El color verdadero es el color de la

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muestra luego de que ha sido filtrada y los materiales suspendidos han sido removidos, tales como algas y demás partículas que pueden causar turbidez. El color verdadero es el resultado de las especies que están únicamente disueltas en el agua – material orgánico, minerales o químicos. Medicion del Color. [En línea ] disponible en : http://quimicotecnica.com/tip-color-measurement/​ 30/03/18 4. Presente la relación existente entre el color y el contenido de materia orgánica natural en muestras de aguas naturales. R// El agua natural no contaminada suele tener ligeros colores rojizos, pardos, amarillentos o verdosos debido, principalmente, a los compuestos húmicos, férricos o los pigmentos verdes de las algas que contienen entre otras esta es llamada materia orgánica de origen natural, Afectando así pues el color de la fuente de agua por otra parte las aguas contaminadas pueden tener muy diversos colores pero, en general, no se pueden establecer relaciones claras entre el color y el tipo de contaminación. 5. ¿Cuál es la importancia del contenido de sólidos suspendidos y la turbiedad en el proceso de desinfección de las aguas? R// Esta pregunta fue contestada anteriormente en la pregunta 3 6. ¿Cuál es rango de concentración de cloro de libre que se debe mantener en la red de distribución y que problema se genera si se supera este rango? R// Según la resolución 2115 El valor aceptable del cloro residual libre en cualquier punto de la red de distribución del agua para consumo humano deberá estar comprendido entre 0,3 y 2,0 mg/L. La dosis de cloro por aplicar para la desinfección del agua y asegurar el residual libre debe resultar de pruebas frecuentes de demanda de cloro 7. ¿Cuál es el principal objetivo por el cual se requiere el cloro residual en una red de distribución de agua potable? R// La desinfección es una operación de importancia incuestionable para el suministro de agua potable. La destrucción de microorganismos patógenos es una operación fundamental que muy frecuentemente se realiza mediante productos químicos reactivos como el cloro. La desinfección constituye una barrera eficaz para numerosos patógenos (especialmente las bacterias) durante el tratamiento del agua de consumo y debe utilizarse tanto en aguas superficiales como en aguas subterráneas expuestas a la contaminación fecal. La desinfección residual se utiliza como protección parcial contra la contaminación con concentraciones bajas de microorganismos y su proliferación en el sistema de distribución. (OMS, 2006) 8. ¿Cuáles son las formas de cloro residual presentes en el agua luego del proceso de desinfección? Explique.

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R// El cloro después de la desinfección está presente principalmente de dos formas : como cloraminas , las cloraminas son las menos efectivas para continuar con la desinfección, y son usadas como desinfectantes secundarios en la red de distribución de agua. Estas son formadas principalmente por la interacción de materia orgánica y Cl . la otra forma residual presente del cloro es como Cloro residual libre , que en función del pH y el respectivo tiempo de contacto se encuentra como HClO y ClO, siendo los principales agentes desinfectantes. 9. ¿Explique los siguientes tipos de cloración: cloración marginal, cloraminación,cloración sobre el punto de quiebre, super cloración y decloración? R// ​La cloración marginal se utiliza en los sistemas de abastecimiento de agua de calidad alta y consiste simplemente en añadir una dosis de cloro que genera la concentración deseada de cloro libre residual. Cloraminación es un compuesto químico de fórmula NH​2​Cl. Por lo general se utiliza como una solución diluida con función desinfectante. El término cloramina también hace referencia a una familia de compuestos orgánicos con fórmulas R​2​NCl y RNCl​2 (siendo R un grupo orgánico). También son muy conocidas la dicloramina, NHCl​2​, y el tricloruro de nitrógeno, NCl​3​.es comunmente usado como desinfectante secundario en los sistemas de distribución de agua Punto de quiebre en cloración​ (break point) Adición de cloro al agua hasta que la demanda de cloro ha sido satisfecha, para tener un residual de cloro libre en el agua tratada Supercloración Método que consiste en incrementar la concentración de cloro para remover toda la materia orgánica existente en un cuerpo de agua, el cuerpo por acción del sol , bajara los niveles de cloro hasta sus niveles constantes Decloración ​práctica que consiste en la eliminación de la totalidad del cloro combinado residual presente en el agua después de la cloración, para reducir los efectos tóxicos de los efluentes descargados a los cursos de agua receptores o destinados a la reutilización. . 10. ¿Cómo varían los tiempos de contacto para eliminar los diferentes tipos de microorganismos? R// Cuanto mayor es el tiempo de contacto, mayor será la posibilidad de destrucción de los microorganismos para una cierta dosis de cloro aplicado. la Tabla 4 muestra la variación de los productos de la dosis de cloro por el tiempo de contacto, necesarios para inactivar virus y protozoarios en función del pH y la temperatura. Se puede observar que las mejores condiciones (esto es, los menores valores de TD) se obtienen a valores de pH de 7,0 a 7,5 y a las temperaturas mayores Ada

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Barrenechea y Lidia de Vargas. Desinfección [En http://www.ingenieroambiental.com/4014/diez.pdf​ 31/03/18

línea

]

disponible

en

:

TABLA 4​ Valores de tiempo de contacto vs dosis de cloro tomado de : http://www.ingenieroambiental.com/4014/diez.pdf

11. ¿De qué factores depende la realización de una demanda de cloro a un agua natural a ser desinfectada? R// La demanda de cloro varía para diferentes aguas; aún para la misma agua depende de la dosis de cloro aplicada, de la magnitud y tipo de residual deseado, del tiempo de contacto, del pH y de la temperatura. En general, a mayor tiempo de contacto y mayor temperatura del agua, más efectiva es la desinfección; por el contrario, a pH alto disminuye la concentración de ácido hipocloroso y por consiguiente disminuye la efectividad de la cloración. Monica Ibargüen Y Lina Bernal Demanda de Cloro [En linea ] Disponible en : http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/handle/11059/1784/628166286132I12.pdf?seq uence=1

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6.0 BIBLIOGRAFÍA Guia de laboratorio Practicas Quimica Ambiental, Luz Edith , Hector Mario , 2012 https://www.wattagnet.com/articles/3043-la-cloracion-de-agua-factores-de-desinfeccion-ade cuada​ 31/03/18 http://www.minambiente.gov.co/images/GestionIntegraldelRecursoHidrico/pdf/Legislaci%C3 %B3n_del_agua/Resoluci%C3%B3n_2115.pdf http://www4.ujaen.es/~mjayora/docencia_archivos/Quimica%20analitica%20ambiental/tema %2010.pdf​ 30/03/18 http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/368-soluciones-buffer-o-amortiguadoras .html​ 30/03/18 http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/Conductividad+El%C3%A9ctrica.pdf/f25e 2275-39b2-4381-8a35-97c23d7e8af4​ 30/03/18 http://www.minambiente.gov.co/images/GestionIntegraldelRecursoHidrico/pdf/Legislaci%C3 %B3n_del_agua/Resoluci%C3%B3n_2115.pdf​.30/03/18 http://quimicotecnica.com/tip-color-measurement/​30/03/18

https://www.lenntech.es/turbidez.htm#%C2%BFCu%C3%A1l%20es%20la%20m%C3%A1xi ma%20turbidez%20permitida%20en%20el%20agua%20para%20consumo%20humano 31/03/18 http://www.ingenieroambiental.com/4014/diez.pdf​ 31/03/18 http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/handle/11059/1784/628166286132I12.pdf?seq uence=1​ 31/03/18