El agua es esencial para la vida. Su calidad es importante para la salud humana, la vida acuática y el equilibrio de los ecosistemas. Un parámetro fundamental de la calidad del agua es el oxígeno disuelto (OD), que representa la concentración de oxígeno gaseoso presente en forma líquida en el agua.
El oxígeno disuelto es un parámetro esencial para la calidad del agua, afectando la salud de la vida acuática, el equilibrio de los ecosistemas y la calidad general del agua. En las aguas residuales, además, determina en gran medida el funcionamiento de los procesos biológicos destinados a eliminar la materia orgánica, el amoníaco y otros contaminantes.
Qué es el oxígeno disuelto en el agua residual
El oxígeno disuelto en el agua es la cantidad de oxígeno presente en forma líquida, expresada en unidades como miligramos por litro (mg/L) o partes por millón (ppm). El oxígeno disuelto se refiere al oxígeno que se encuentra en el agua en forma de gas.
El oxígeno disuelto se refiere a las moléculas de oxígeno presentes en el agua en forma molecular libre (O₂) y disponibles para los organismos acuáticos. La concentración de oxígeno disuelto en el agua se mide en miligramos por litro (mg/L) o en porcentaje de saturación.
En el control de la calidad del agua también puede utilizarse como referencia el porcentaje de saturación. El oxígeno disuelto (OD) es la medida de la concentración de oxígeno en el agua, usando como referencia el 100% de saturación de oxígeno en el aire.
Cuando el porcentaje de saturación de oxígeno es del 100%, el agua tiene una saturación igual a la atmosférica y es usado como valor de referencia.
Por qué es importante el oxígeno disuelto en aguas residuales
El oxígeno disuelto (OD) desempeña un papel fundamental en el tratamiento biológico de aguas residuales, ya que favorece la actividad metabólica de los microorganismos que descomponen los contaminantes orgánicos.
El tratamiento biológico de aguas residuales se basa en la actividad de microorganismos, principalmente bacterias, que descomponen la materia orgánica. Para que estos microorganismos funcionen eficazmente, es necesario que haya suficiente oxígeno disuelto en el agua.
Degradación de la materia orgánica
En primer lugar, los microorganismos aeróbicos, que requieren oxígeno, son los más efectivos en la degradación de compuestos orgánicos.
Los microorganismos como las bacterias y los hongos también dependen del oxígeno disuelto para respirar. En los ambientes acuáticos, estos microorganismos descomponen la materia orgánica y la descomponen en compuestos más simples.
En las plantas de tratamiento de aguas residuales, el oxígeno es esencial para el tratamiento aeróbico de las aguas residuales. Los microorganismos en el proceso de tratamiento requieren oxígeno disuelto para descomponer la materia orgánica.
Eliminación de contaminantes
En el tratamiento de aguas residuales, mantener la cantidad adecuada de oxígeno disuelto es esencial para la eliminación efectiva de contaminantes, como la DBO (demanda bioquímica de oxígeno), la DQO (demanda química de oxígeno) y el amoníaco (NH₄-N).
El oxígeno favorece el proceso de nitrificación, en el que el amoníaco se convierte en nitritos y nitratos, que luego quedan disponibles para las plantas.
Durante la nitrificación se requieren niveles más altos de OD para la oxidación del amoníaco. Para la eliminación de DBO, un nivel moderado de OD es suficiente para la degradación de la materia orgánica. En la desnitrificación, en algunos casos, pueden ser necesarios niveles reducidos de oxígeno para promover la conversión de nitrato en gas nitrógeno.
Prevención de olores y condiciones anaeróbicas
En segundo lugar, un nivel bajo de oxígeno puede dar lugar a condiciones anaeróbicas, lo que puede generar la producción de gases malolientes, como el sulfuro de hidrógeno.
Una cantidad insuficiente de OD puede provocar un rendimiento deficiente del tratamiento y una eliminación incompleta de contaminantes.
Estabilidad del proceso
Además, la variabilidad en la concentración de oxígeno disuelto puede afectar la estabilidad del proceso de tratamiento.
En resumen, el oxígeno disuelto es un factor crítico en el tratamiento biológico de aguas residuales. Su adecuada gestión no solo optimiza la degradación de la materia orgánica, sino que también previene problemas asociados, como malos olores y fluctuaciones en la calidad del agua.
Qué ocurre cuando hay poco o demasiado oxígeno disuelto
| Condición | Consecuencia principal |
|---|---|
| Cantidad insuficiente de OD | Rendimiento deficiente del tratamiento y eliminación incompleta de contaminantes. |
| Nivel bajo de oxígeno | Condiciones anaeróbicas y producción de gases malolientes, como el sulfuro de hidrógeno. |
| Demasiado OD | Desperdicio de energía y aumento de los costos operativos. |
| Valores inferiores al 100% de saturación | Uso del oxígeno para oxidar materia orgánica con una tasa superior a la normal. |
| Valores superiores al 100% de saturación | Presencia superior a la normal de productores primarios, como algas y fitoplancton. |
Cuando la saturación de oxígeno es menor del 100%, es un indicador de que algunos microorganismos están utilizando el oxígeno para oxidar la materia orgánica con una tasa superior a la normal; es decir, en el río en estudio hay un uso de oxígeno superior al generado por el metabolismo de las algas que puede crear episodios de anoxia.
Este hecho podría indicar un aumento en la concentración de materia orgánica en el agua, originada por un vertido de aguas residuales.
Por otro lado, si el agua está sobresaturada (valores mayores del 100%), indica una presencia superior a la normal de productores primarios (algas y fitoplancton), desarrollados gracias a un exceso de nutrientes y a la disponibilidad de la luz.
Factores que influyen en la concentración de oxígeno disuelto
La solubilidad del oxígeno en el agua está influenciada por varios factores, entre ellos la temperatura, la salinidad y la presión atmosférica.
Temperatura
La temperatura tiene un impacto directo en la solubilidad del oxígeno. El agua fría puede retener más oxígeno que el agua caliente.
El oxígeno disuelto en agua varía de forma inversamente proporcional a la temperatura, es decir, una mayor temperatura implica una menor concentración de oxígeno disuelto en el agua.
Por ejemplo, a 0 °C, el agua puede retener alrededor de 14 mg/L de oxígeno, mientras que a 30 °C, puede retener solo alrededor de 7 mg/L.
La temperatura también influye en la tasa metabólica de los organismos acuáticos. El agua más caliente aumenta la tasa metabólica de los peces y los invertebrados, lo que conduce a un mayor consumo de oxígeno.
Este hecho podría explicar la mayor mortalidad de peces en el verano, ya que las balsas desconectadas que presentan los ríos mediterráneos favorecen un aumento de temperatura y una menor disponibilidad de oxígeno para los organismos que las habitan.
La temperatura es una medida del grado de calor del cuerpo del agua. Este parámetro puede incidir mucho en la calidad del agua, ya que determina otras propiedades y procesos que tienen lugar en el agua como la viscosidad, la solubilidad de los gases y de las sales, procesos fisiológicos de los organismos que provocan variaciones de su metabolismo, la proliferación de ciertos microorganismos, etc.
La temperatura varía anualmente a consecuencia de la meteorología y del clima. Esta variación tiene mucha incidencia dentro del ecosistema fluvial, ya que determina la riqueza y abundancia de los organismos.
Finalmente, hay que tener en cuenta que la temperatura incide, además, en la solubilidad del oxígeno en el agua. Este efecto tiene una fuerte incidencia sobre la fauna y la flora acuática asociada al curso del agua.
Salinidad y conductividad
La salinidad del agua afecta su capacidad para disolver el oxígeno. En el agua salada, la concentración de oxígeno disuelto es menor que en el agua dulce.
La conductividad es una medida de las cargas iónicas que circulan dentro del agua. Esta medida nos ofrece una información general de la concentración de sales e iones (sales disociadas) presentes en el agua.
La concentración de sales en el agua depende de diversos factores. Uno de ellos es el tipo de sustrato geológico por el cual transcurre el agua. Así, si el agua ha pasado por terrenos calcáreos, la concentración de sales será mayor que si lo ha hecho por terrenos graníticos.
Otra fuente de iones es el vertido de aguas residuales, tanto urbanas como industriales.
El incremento de la conductividad y, por lo tanto, de la salinidad del agua, tiene graves efectos sobre el ecosistema fluvial, llegando incluso a una fuerte reducción de la biodiversidad.
A partir de concentraciones mayores de 1.500 mg/l de sales se notan los efectos sobre la biota fluvial y, en el caso de riego con esta agua, en los cultivos. Si se sobrepasan los 2.000 mg/l, se reduce fuertemente la biodiversidad dentro del agua.
Presión atmosférica y profundidad
La presión atmosférica y la profundidad del agua también afectan la cantidad de oxígeno que se puede disolver en el agua.
A mayor altitud, la presión del aire es menor, lo que significa que hay menos oxígeno disponible para su disolución en el agua.
Movimiento y turbulencia
El movimiento del agua, como las olas, las corrientes y las turbulencias, puede aumentar los niveles de oxígeno al promover la aireación.
Cuando el agua se agita, el aire puede mezclarse con ella de manera más eficaz, lo que permite que el oxígeno se disuelva.
Fotosíntesis y respiración
Las plantas acuáticas, las algas y el fitoplancton producen oxígeno como subproducto de la fotosíntesis.
Por otro lado, la respiración de los organismos acuáticos consume oxígeno. Durante la noche, los organismos fotosintéticos no producen oxígeno, y la respiración se convierte en el principal proceso que consume el oxígeno disuelto.
Contaminación y eutrofización
La contaminación, en particular la proveniente de desechos orgánicos, fertilizantes y efluentes industriales, puede reducir significativamente los niveles de oxígeno disuelto.
Cuando la materia orgánica ingresa al agua, los microorganismos la descomponen, un proceso que consume oxígeno.
La eutrofización, un proceso en el que el exceso de nutrientes (a menudo nitrógeno y fósforo provenientes de la escorrentía agrícola) promueve el crecimiento excesivo de algas, también puede provocar la pérdida de oxígeno.
Relación entre oxígeno disuelto, DBO y DQO
Demanda Biológica de Oxígeno
La Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) mide la cantidad de oxígeno disuelto consumido, bajo condiciones preestablecidas por la oxidación microbiológica de la materia orgánica presente en el agua.
Existen diferentes condiciones preestablecidas para determinar este parámetro, pero la más frecuente es la DBO5, que usa unos periodos de incubación de cinco días.
Este proceso se lleva a cabo en la oscuridad para evitar la acción de los productores primarios, ya que con la fotosíntesis generarían oxígeno, inexistente inicialmente, que desviaría los resultados.
Demanda Química de Oxígeno
La Demanda Química de Oxígeno (DQO) es una medida de la cantidad de oxígeno disuelto consumido, bajo condiciones preestablecidas por la oxidación química de la materia orgánica biodegradable presente en el agua.
Se usan diferentes oxidantes, como el dicromato potásico o el permanganato potásico.
Este ensayo permite medir la cantidad de compuestos orgánicos, sales minerales oxidables (como los sulfuros), ya sean biodegradables o no.
Interpretación conjunta de DBO y DQO
Los parámetros DBO y DQO aportan informaciones diferentes por lo que, frecuentemente se usan los dos en las medidas de la calidad química del agua.
Normalmente, los valores de la DQO son mayores que los de la DBO, porque el oxidante químico es capaz de reaccionar con sustancias de difícil biodegradación para los microorganismos.
También tiene interés el coeficiente entre los valores DBO y DQO. Esta relación nos indica el tipo de contaminación de las aguas residuales.
| Relación DBO/DQO | Interpretación |
|---|---|
| Inferior a 0,2 | Vertido de tipo inorgánico, probablemente aguas residuales industriales. |
| Superior a 0,6 | Vertido orgánico, probablemente aguas residuales urbanas, restos de ganado o industria alimenticia. |
Finalmente, de estos dos parámetros hay que destacar que la DQO es más fácil de estandarizar, si bien no refleja tan bien como la DBO la capacidad de autodepuración del medio natural.
Cómo se mide el oxígeno disuelto
La medición precisa de este parámetro se realiza mediante medidores especializados que utilizan sondas para detectar la presencia de oxígeno.
La medición del oxígeno disuelto es fundamental para controlar la calidad del agua.
Método de titulación de Winkler
El método de titulación de Winkler es un método químico clásico que se utiliza para medir el oxígeno disuelto.
En este método, las muestras de agua se fijan con reactivos que reaccionan con el oxígeno y la reacción química resultante se titula con una concentración conocida de un agente reductor.
Sensores electroquímicos
Los sensores electroquímicos se utilizan habitualmente para realizar mediciones de oxígeno disuelto en tiempo real.
Estos sensores suelen constar de un sistema de electrodos que mide la corriente generada por la reducción del oxígeno en un cátodo.
Los medidores de OD utilizan electrodos que responden a la concentración de oxígeno en el agua.
Sensores polarográficos
Los sensores polarográficos, un subconjunto de los sensores electroquímicos, se basan en la reducción del oxígeno en el cátodo de una solución electrolítica.
El proceso de medición de Oxígeno disuelto ha pasado por muchas etapas diferentes. realizar la medida mediante la utilización de sensores amperométricos (aún existentes).
Sensores ópticos
Los sensores ópticos de oxígeno disuelto se basan en la tecnología de fluorescencia.
Estos sensores miden la atenuación dependiente del oxígeno de la fluorescencia emitida por una sustancia en presencia de oxígeno disuelto.
Medidor óptico de oxígeno disuelto HI98198
Instalación y mantenimiento de sensores de OD
La colocación del sensor de oxígeno es de vital importancia para una correcta medición.
La ubicación debe permitir que el sensor entre en contacto con una muestra representativa del agua y que la señal pueda enviarse correctamente al sistema de control.
La suciedad afectaría a la medida del oxígeno, no siendo una medida real, y puede provocar plazos de mantenimiento más cortos.
Durante la instalación y la operación deben revisarse la membrana, el estado del sensor y la posibilidad de interferencias o del no envío de la señal al controlador o sistema de gestión (PLC/SCADA).
El punto de medición debe seleccionarse de acuerdo con las características de la planta y de los puntos de medición. En algunos casos puede considerarse el punto medio del tanque como ubicación representativa.
El control de otros parámetros también puede ser necesario, por ejemplo, mediante un sensor de ion selectivo (ISE) de Amonio (NH4+).
Control del oxígeno disuelto mediante aireación
Para garantizar niveles óptimos de oxígeno disuelto, es importante implementar un control efectivo.
Aireación
En primer lugar, la aireación es el proceso de inyectar aire en el agua para aumentar la concentración de OD.
Los difusores de disco son un componente clave para mantener niveles óptimos de OD.
Un difusor de aireación es un dispositivo diseñado para introducir aire u oxígeno en las aguas residuales mediante la producción de finas burbujas.
Estos difusores se utilizan comúnmente en procesos de tratamiento biológico, donde unos niveles adecuados de oxígeno son esenciales para el crecimiento de microorganismos que degradan la materia orgánica.
Funciones principales de los difusores de disco
- Proporcionar oxígeno para apoyar la actividad microbiana.
- Aumentar la eficiencia de la transferencia de oxígeno en aguas residuales.
- Mejorar el rendimiento general de los procesos de tratamiento biológico.
Relación entre el difusor de disco y el oxígeno disuelto
El difusor de disco contribuye a controlar el OD mediante la dispersión de finas burbujas de aire en las aguas residuales.
También aumenta la eficiencia de la transferencia de oxígeno, garantizando que los microorganismos reciban suficiente oxígeno para descomponer los contaminantes.
Ajuste del caudal de aire
Al variar el flujo de aire del difusor de disco, se puede influir directamente en la cantidad de oxígeno disuelto en el agua.
Un mayor flujo de aire resulta en mayores concentraciones de oxígeno, mientras que un flujo de aire menor reduce los niveles de oxígeno.
Esto permite un control dinámico según la etapa del tratamiento.
Elección del difusor adecuado
Los diferentes tipos de difusores, por ejemplo, de burbuja fina, de burbuja gruesa o de cerámica, producen burbujas de distintos tamaños.
Los difusores de burbuja fina son especialmente eficientes en la transferencia de oxígeno porque producen burbujas más pequeñas, que se disuelven con mayor eficacia en el agua.
Monitorización y control automatizados
Las plantas modernas de tratamiento de aguas residuales suelen utilizar sensores de oxígeno disuelto en línea conectados a sistemas de control.
Estos sistemas pueden ajustar el difusor de disco en tiempo real, garantizando que los niveles de oxígeno disuelto (OD) se mantengan dentro del rango óptimo para el tratamiento biológico.
Al ajustar la configuración del difusor en tiempo real en función de las mediciones de oxígeno disuelto, las plantas pueden garantizar que cada etapa del tratamiento esté optimizada, mejorando así la eficiencia general y reduciendo el desperdicio de energía.
Ventajas de los difusores de disco
- Alta eficiencia de transferencia de oxígeno: las burbujas finas garantizan una transferencia de oxígeno eficiente, lo que conduce a un mejor tratamiento de aguas residuales.
- Ahorro de energía: al controlar con precisión el flujo de aire, los difusores ayudan a minimizar el consumo de energía en comparación con los aireadores mecánicos tradicionales.
- Distribución uniforme de oxígeno: los difusores distribuyen el oxígeno uniformemente en todo el tanque de tratamiento, lo que garantiza condiciones óptimas para los microorganismos.
- Bajo mantenimiento: los difusores son duraderos y requieren menos mantenimiento que los sistemas de aireación mecánica, lo que reduce los costos operativos.
Aplicación en las distintas etapas del tratamiento
En plantas de tratamiento de aguas residuales municipales a gran escala, mantener niveles estables de oxígeno disuelto es crucial para un tratamiento eficaz.
Los difusores de disco permiten un control preciso de los niveles de oxígeno durante las diferentes etapas del tratamiento.
- Nitrificación: durante esta etapa, se requieren niveles más altos de DO para la oxidación del amoníaco.
- Eliminación de DBO: un nivel moderado de DO es suficiente para la degradación de la materia orgánica.
- Desnitrificación: en algunos casos, pueden ser necesarios niveles reducidos de oxígeno para promover la conversión de nitrato en gas nitrógeno.
Otros parámetros relacionados con la calidad del agua
Turbidez y materia en suspensión
Estos dos parámetros miden la cantidad total de partículas suspendidas en el agua.
La turbidez mide los sólidos en suspensión de forma indirecta a partir de la extinción de un rayo de luz incidente, conocido a través de una muestra de agua.
Cuanto más turbia sea el agua, más interceptado queda el haz de luz incidente y varía la medida final de la turbidez.
La medida de los sólidos en suspensión (mg/l) nos indica los sólidos retenidos después de pasar por un filtro de 45 µm.
El incremento de sólidos en suspensión en el río implica una reducción de la entrada de la luz en el agua. Consecuentemente, se reduce la producción de algas y los organismos que dependen de éstas.
Dureza
La dureza es la medida de la cantidad de cationes multivalentes, con más de una valencia, presentes en el agua.
Ya que el calcio y el magnesio son los más abundantes, se puede considerar que la dureza equivale a la concentración de estos dos por litro de agua, generalmente expresado en mg/l de CaCO3.
Se denominan aguas blandas las que poseen una concentración menor a 50 mg/l de CaCO3 y aguas duras aquellas que tienen concentraciones superiores a 200 mg/l de CaCO3.
Índice fisicoquímico ISQA
El ISQA (Índice Simplificado de la Calidad del Agua) utiliza algunos parámetros explicados.
Se calcula a partir de la combinación de cinco parámetros fisicoquímicos, ponderados cada uno de ellos, según unas funciones matemáticas que los relacionan con la calidad del agua.
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| T | Se calcula a partir de la medida de la temperatura del agua (ºC). Alcanza valores de 1 a 0,8. |
| A | Se calcula a partir de la oxidabilidad del permanganato y se expresa en mg O2/l. A adquiere valores de 0 a 30. |
| B | Se calcula a partir de la materia en suspensión (MES) en mg/l. B adquiere valores de 0 a 25. |
| C | Se calcula a partir del oxígeno disuelto en agua (mgO2/l). C se expresa en mg/l y adquiere valores de 0 a 25. |
| D | Se calcula a partir de la conductividad a 18ºC. D se expresa en µS/cm, y adquiere valores de 0 a 20. |
La concentración se encuentra muy relacionada con la oxidabilidad y, sobre todo, con el contenido de materia orgánica biodegradable.
La conductividad mide la movilidad iónica como consecuencia de la concentración de sales inorgánicas, principalmente, cloruros y sulfatos.
Si la conductividad se ha medido a 25ºC, para convertirla a 18ºC se debe multiplicar por 0,86.
El ISQA puede tener valores entre 0 y 100, donde 100 es la mejor calidad.
La Agencia Catalana del Agua (ACA) ha asociado, para cada rango de valores ISQA, un indicador del uso del agua, considerando la calidad que requiere.
Pero con este índice, no se tienen en cuenta otros factores como los nutrientes, la concentración de metales pesados, el amonio o los pesticidas que pueden alterar la calidad del agua.
El ISQA tampoco indica el estado de salud del río, entendido como un ecosistema, concepto holístico que va más allá de la calidad del agua.
Aplicaciones del control del oxígeno disuelto
- El monitoreo de los niveles de OD en cuerpos de agua naturales como ríos, lagos y océanos ayuda a evaluar la salud general de los ecosistemas.
- En la acuicultura, el oxígeno disuelto es un parámetro crítico para la salud de los peces y mariscos de cultivo. Mantener niveles óptimos de oxígeno disuelto es necesario para asegurar el crecimiento y la supervivencia de los organismos.
- En las plantas de tratamiento de aguas residuales, el oxígeno es esencial para el tratamiento aeróbico de las aguas residuales.
- Los organismos reguladores utilizan mediciones de oxígeno disuelto para establecer normas y directrices de calidad del agua para la salud pública y la protección del ecosistema.
- En procesos industriales como la producción de pulpa y papel, la fabricación de productos químicos y el procesamiento de alimentos, es posible que sea necesario controlar cuidadosamente los niveles de oxígeno disuelto para optimizar las reacciones y mantener la calidad del producto.
El oxígeno disuelto es un indicador vital de la salud de los ecosistemas acuáticos y un componente esencial para la supervivencia de los organismos aeróbicos.
Su medición y gestión son fundamentales para garantizar la calidad del agua, respaldar industrias como la acuicultura y el tratamiento de aguas residuales y proteger el medio ambiente.
tags: #oxigeno #disuelto #en #agua #residual
Publicaciones populares:
- Cómo mantener el cloro automático en el agua del pozo
- ¿Es recomendable usar agua destilada en la limpiadora de vapor?
- Guía definitiva de limpieza y desinfección de aires acondicionados con sprays
- Propiedades hidrorepelentes de la piel tratada
- Por qué no funciona el modo depuración USB y cómo solucionarlo en Android