Turbidez

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La turbidez o turbiedad es la turbidez de un fluido causada por un gran número de partículas individuales que generalmente son invisibles a simple vista, similar al humo en el aire. La medición de la turbidez es una prueba clave de la calidad del agua.

Los fluidos pueden contener materia sólida en suspensión que consta de partículas de muchos tamaños diferentes. Mientras que algunos materiales suspendidos serán lo suficientemente grandes y pesados ​​como para asentarse rápidamente en el fondo del recipiente si se deja reposar una muestra líquida (los sólidos sedimentables), las partículas muy pequeñas se asentarán muy lentamente o no se asentarán en absoluto si la muestra se deja reposar. agitado regularmente o las partículas son coloidales. Estas pequeñas partículas sólidas hacen que el líquido parezca turbio.

La turbidez (o neblina) también se aplica a sólidos transparentes como el vidrio o el plástico. En la producción de plástico, la neblina se define como el porcentaje de luz que se desvía más de 2,5° desde la dirección de la luz entrante.

Causas

La turbidez en aguas abiertas puede ser causada por el crecimiento de fitoplancton. Las actividades humanas que alteran la tierra, como la construcción, la minería y la agricultura, pueden generar altos niveles de sedimentos que ingresan a los cuerpos de agua durante las tormentas debido a la escorrentía de las aguas pluviales. Las áreas propensas a altas tasas de erosión de los bancos, así como las áreas urbanizadas, también aportan grandes cantidades de turbidez a las aguas cercanas, a través de la contaminación de las aguas pluviales de superficies pavimentadas como carreteras, puentes, estacionamientos y aeropuertos. Algunas industrias, como la explotación de canteras, la minería y la recuperación de carbón, pueden generar niveles muy altos de turbidez a partir de partículas de roca coloidal.

En el agua potable, cuanto mayor sea el nivel de turbidez, mayor será el riesgo de que las personas desarrollen enfermedades gastrointestinales. Esto es especialmente problemático para las personas inmunodeprimidas, porque los contaminantes como virus o bacterias pueden adherirse a los sólidos en suspensión. Los sólidos en suspensión interfieren con la desinfección del agua con cloro porque las partículas actúan como escudos para virus y bacterias. De manera similar, los sólidos en suspensión pueden proteger a las bacterias de la esterilización ultravioleta (UV) del agua.

En cuerpos de agua como lagos, ríos y embalses, los altos niveles de turbidez pueden reducir la cantidad de luz que llega a profundidades más bajas, lo que puede inhibir el crecimiento de plantas acuáticas sumergidas y, en consecuencia, afectar a las especies que dependen de ellas, como peces y mariscos. Los altos niveles de turbidez también pueden afectar la capacidad de las branquias de los peces para absorber el oxígeno disuelto. Este fenómeno se ha observado regularmente en toda la Bahía de Chesapeake en el este de los Estados Unidos.

Para muchas áreas de manglares, se necesita una alta turbidez para mantener ciertas especies, como para proteger a los peces jóvenes de los depredadores. Para la mayoría de los manglares a lo largo de la costa este de Australia, en particular la bahía de Moreton, se necesitan niveles de turbidez de hasta 600 unidades nefelométricas de turbidez (NTU) para la salud adecuada del ecosistema.

Medición

La unidad de medida de turbidez más utilizada es la Unidad de turbidez de formazina (FTU). ISO se refiere a sus unidades como FNU (Unidades Nefelométricas de Formazina). ISO 7027 proporciona el método de calidad del agua para la determinación de la turbidez. Se utiliza para determinar la concentración de partículas suspendidas en una muestra de agua midiendo la luz incidente dispersada en ángulo recto desde la muestra. La luz dispersada es capturada por un fotodiodo, que produce una señal electrónica que se convierte en turbidez. El hardware de código abierto se ha desarrollado siguiendo el método ISO 7027 para medir la turbidez de forma fiable utilizando un microcontrolador Arduino y LED económicos.

Hay varias formas prácticas de verificar la calidad del agua, siendo la más directa alguna medida de atenuación (es decir, reducción de la fuerza) de la luz cuando pasa a través de una columna de muestra de agua. El método de la vela de Jackson utilizado alternativamente (unidades: unidad de turbidez de Jackson o JTU) es esencialmente la medida inversa de la longitud de una columna de agua necesaria para oscurecer completamente la llama de una vela vista a través de ella. Cuanta más agua se necesita (cuanto más larga sea la columna de agua), más clara será el agua. Por supuesto, el agua sola produce cierta atenuación, y cualquier sustancia disuelta en el agua que produzca color puede atenuar algunas longitudes de onda. Los instrumentos modernos no usan velas, pero este enfoque de atenuación de un haz de luz a través de una columna de agua debe calibrarse y reportarse en JTU.

La propensión de las partículas a dispersar un haz de luz enfocado en ellas ahora se considera una medida más significativa de la turbidez del agua. La turbidez medida de esta manera utiliza un instrumento llamado nefelómetro con el detector instalado al lado del haz de luz. Llega más luz al detector si hay muchas partículas pequeñas que dispersan el haz de la fuente que si hay pocas. Las unidades de turbidez de un nefelómetro calibrado se denominan unidades de turbidez nefelométrica (NTU). Hasta cierto punto, la cantidad de luz que refleja una determinada cantidad de partículas depende de las propiedades de las partículas, como su forma, color y reflectividad. Por esta razón (y la razón por la que las partículas más pesadas se asientan rápidamente y no contribuyen a una lectura de turbidez), una correlación entre la turbidez y los sólidos suspendidos totales (TSS) es algo inusual para cada ubicación o situación.

La turbidez en lagos, embalses, canales y el océano se puede medir usando un disco Secchi. Este disco blanco y negro se sumerge en el agua hasta que ya no se puede ver; la profundidad (profundidad de Secchi) se registra luego como una medida de la transparencia del agua (inversamente relacionada con la turbidez). El disco Secchi tiene las ventajas de integrar la turbidez sobre la profundidad (donde están presentes capas de turbidez variable), ser rápido y fácil de usar y económico. Puede proporcionar una indicación aproximada de la profundidad de la zona eufótica con una división de 3 veces de la profundidad Secchi, sin embargo, esto no se puede utilizar en aguas poco profundas donde el disco todavía se puede ver en el fondo.

Un dispositivo adicional que puede ayudar a medir la turbidez en aguas poco profundas es el tubo de turbidez. El tubo de turbidez condensa el agua en un tubo graduado que permite la determinación de la turbidez en base a un disco de contraste en su fondo, siendo análogo al disco de Secchi.

La turbidez del aire, que provoca la atenuación solar, se utiliza como medida de la contaminación. Para modelar la atenuación de la irradiación del haz, se han introducido varios parámetros de turbidez, incluido el factor de turbidez de Linke (TL).

Estándares y métodos de prueba

Estándares de agua potable

Los gobiernos han establecido estándares sobre la turbidez permitida en el agua potable. En los Estados Unidos, los sistemas que utilizan métodos de filtración directos o convencionales no deben tener una turbidez superior a 1,0 unidades nefelométricas de turbidez (NTU) en la salida de la planta y todas las muestras de turbidez deben ser inferiores o iguales a 0,3 NTU durante al menos el 95 %. de las muestras en cualquier mes. Los sistemas que utilizan filtración distinta a la filtración convencional o directa deben seguir los límites estatales, que deben incluir una turbidez que no supere las 5 NTU en ningún momento. Muchos servicios públicos de agua potable se esfuerzan por alcanzar niveles tan bajos como 0,1 NTU. Los estándares europeos para la turbidez establecen que no debe ser más de 4 NTU.

Estándares de agua ambiental

Estados Unidos

La Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) ha publicado criterios de calidad del agua para la turbidez. Estos criterios son evaluaciones científicas de los efectos de la turbidez, que los estados utilizan para desarrollar estándares de calidad del agua para los cuerpos de agua. (Los estados también pueden publicar sus propios criterios). Algunos estados han promulgado estándares de calidad del agua para la turbidez, que incluyen:

Métodos analíticos

Los métodos de prueba analíticos publicados para la turbidez incluyen:

Tratamiento

La turbidez se trata comúnmente mediante un proceso de sedimentación o filtración. Según la aplicación, se dosificarán reactivos químicos en la corriente de aguas residuales para aumentar la eficacia del proceso de sedimentación o filtración. Las plantas de tratamiento de agua potable y de aguas residuales municipales a menudo eliminan la turbidez con una combinación de filtración de arena, tanques de sedimentación y clarificadores.

El tratamiento de agua in situ o la dosificación directa para el tratamiento de la turbidez es común cuando los cuerpos de agua afectados están dispersos (es decir, hay numerosos cuerpos de agua repartidos en un área geográfica, como pequeños embalses de agua potable), cuando el problema no es constante. (es decir, cuando hay turbidez en un cuerpo de agua solo durante y después de la temporada de lluvias) o cuando se requiere una solución de bajo costo. El tratamiento in situ de la turbidez implica la adición de un reactivo, generalmente un floculante, distribuido uniformemente sobre la superficie del cuerpo de agua. Luego, los flóculos se asientan en el fondo del cuerpo de agua donde permanecen o se eliminan cuando se drena el cuerpo de agua. Este método se usa comúnmente en minas de carbón e instalaciones de carga de carbón donde los estanques de recolección de aguas pluviales tienen problemas estacionales con la turbidez.

Reactivos

Hay una serie de reactivos químicos disponibles para tratar la turbidez. Los reactivos disponibles para tratar la turbidez incluyen sulfato de aluminio o alumbre (Al 2 (SO 4) 3 ·nH 2 O), cloruro férrico (FeCl 3), yeso (CaSO 4 ·2H 2 O), cloruro de polialuminio, cadena larga polímeros a base de acrilamida y numerosos reactivos patentados. La química del agua se debe considerar cuidadosamente cuando se dosifican productos químicos, ya que algunos reactivos, como el alumbre, alterarán el pH del agua.

El proceso de dosificación también debe tenerse en cuenta cuando se utilizan reactivos, ya que los flóculos pueden romperse si se mezclan demasiado.