La calidad del agua es un factor crítico para la salud humana, los ecosistemas acuáticos y una amplia gama de procesos industriales. Entre los diversos parámetros que definen la calidad del agua, la concentración de sólidos totales disueltos (TDS, por sus siglas en inglés) y sólidos totales en suspensión (TSS) juega un papel fundamental. Si bien los TSS son partículas que pueden ser vistas y filtradas, los TDS se refieren a las sustancias inorgánicas y orgánicas de muy pequeño tamaño, inferiores a 2 micras, que se encuentran completamente disueltas en el agua. Estos sólidos disueltos, que incluyen minerales, sales y metales en forma de moléculas, átomos, cationes o aniones, son un indicador clave de la calidad del agua, a pesar de no ser considerados un contaminante primario.
Comprendiendo los Sólidos Totales Disueltos (TDS)
Los sólidos totales disueltos (TDS) comprenden principalmente sales inorgánicas, como calcio, magnesio, potasio, sodio, bicarbonatos, cloruros y sulfatos, junto con pequeñas cantidades de materia orgánica. La concentración de TDS se define como la suma de todas las sustancias filtrables presentes en el agua que pueden determinarse gravimétricamente. En la mayoría de los casos, los TDS están compuestos predominantemente por iones.
La norma secundaria de calidad del agua de la USEPA establece un valor máximo de 500 mg/L para la concentración de TDS con el fin de garantizar que el agua potable resulte agradable al paladar. Niveles elevados de sólidos disueltos en el agua potable pueden afectar negativamente su sabor, confiriéndole un gusto amargo o salado.
La Importancia de los Sólidos Totales en Suspensión (TSS)
Los sólidos totales en suspensión (TSS), nocivos en exceso y recogidos como un contaminante convencional en la Ley sobre Agua Limpia de Estados Unidos, pueden ser un indicador de la calidad de cualquier muestra de agua, ya sea del océano o de aguas residuales. Cuando el agua se vierte a través de un filtro previamente pesado, las partículas que quedan una vez que el filtro se seca se clasifican como TSS.
Los altos niveles de sólidos en suspensión pueden afectar la turbidez del agua, aumentar su temperatura y disminuir los niveles de oxígeno disuelto (OD). El aumento de la temperatura se produce porque las partículas en suspensión absorben más calor, lo que a su vez agota el oxígeno, afectando negativamente a los organismos acuáticos. Un mayor nivel de sólidos también ralentiza la fotosíntesis de las plantas acuáticas al reducir la transferencia de luz. En consecuencia, las cantidades elevadas de sólidos en suspensión en lagos, embalses, ríos y arroyos pueden tener efectos perjudiciales para el sistema ecológico.
Diferenciando TSS de la Turbidez
Aunque los sólidos en suspensión causan turbidez, medir la turbidez no es lo mismo que medir los sólidos en suspensión. Una medición de sólidos en suspensión, según la definición de la USEPA, determina la cantidad de sólidos en una muestra teniendo en cuenta el peso, mientras que una medición de turbidez muestra la dispersión de la luz por parte de los sólidos en suspensión. Cuando la composición de las partículas de la muestra cambia, las características de dispersión de la luz de la muestra pueden variar de forma impredecible. Esto requeriría realizar una curva de calibrado de los sólidos en suspensión (mediante gravimetría) frente a los valores de turbidez medidos (NTU) en una serie de muestras con niveles variables de sólidos en suspensión. Incluso en estos casos, muchas muestras no presentan una relación lineal entre los sólidos en suspensión (ppm) y el valor de turbidez (NTU). Esto puede deberse a interferencias como el color, la forma de las partículas, la distribución y la absorción de luz.
Métodos de Determinación de Sólidos Totales Disueltos (TDS)
La determinación de TDS en el agua se puede realizar a través de varios métodos, cada uno con sus propias ventajas y limitaciones.
1. Medición de Conductividad Eléctrica
Los resultados de TDS se derivan frecuentemente de la conductividad eléctrica del agua. Un medidor de conductividad, como la sonda CDC401, utiliza un factor TDS predeterminado (comúnmente 0,5, basado en cloruro sódico) para estimar la concentración de sólidos disueltos. Sin embargo, este factor puede ajustarse y, para una mayor exactitud, se recomienda determinarlo mediante un método gravimétrico aprobado por la normativa, como el método Hach 8163. Un agua que no contiene iones disueltos es dieléctrica (aislante eléctrico); los iones le confieren conductividad. La conductividad de un agua es proporcional al contenido de iones en ella.
2. Métodos Gravimétricos para Sólidos Totales y en Suspensión
Los métodos gravimétricos son el estándar de oro para la determinación de sólidos, tanto disueltos como en suspensión. El procedimiento general implica la evaporación de una muestra de agua y el secado del residuo resultante a una temperatura constante.
Sólidos Totales (ST): Analíticamente, los sólidos totales son el material residual que se obtiene luego de la evaporación de una muestra y su subsecuente secamiento en un horno a una temperatura definida y constante (típicamente 103-105ºC) hasta peso constante. El incremento de peso del filtro representa el total de sólidos suspendidos.
Sólidos Totales Disueltos (SDT o TDS): Los sólidos disueltos totales son el residuo que queda después de evaporar una muestra de agua previamente filtrada a través de un elemento de fibra de vidrio con una abertura de 1.5 micras. El agua se evapora y el residuo se lleva hasta 180°C.
Sólidos Suspendidos Totales (SST): Los sólidos suspendidos totales son los que quedan retenidos en el filtro de fibra de vidrio con abertura de 1.5 micras. El procedimiento para la determinación de SST implica filtrar una muestra representativa a través de un filtro previamente pesado. El residuo retenido se seca a 103-105ºC hasta peso constante, y el incremento de peso del filtro representa el total de sólidos suspendidos.
El proceso detallado para la determinación de sólidos suspendidos incluye:
- Preparación del filtro: Se utilizan filtros circulares de fibra de vidrio, sin aditivos orgánicos. Estos deben ser prelavados, secados a 103-105ºC hasta peso constante, enfriados en un desecador y pesados.
- Filtración de la muestra: Se vierte un volumen conocido de muestra de agua a través del filtro preparado, asegurando que la muestra sea representativa.
- Secado del filtro con el residuo: El filtro con el residuo retenido se seca en un horno a 103-105ºC hasta alcanzar un peso constante.
- Pesaje final: El filtro se enfría en un desecador hasta temperatura ambiente y se pesa. Se repite el secado y pesaje hasta que la diferencia entre pesajes sucesivos sea mínima (generalmente menor del 4% o de 0,5 mg del peso anterior).
Los materiales y equipos necesarios para este método incluyen filtros de fibra de vidrio, embudos con filtro de membrana o crisoles Gooch, aparatos de filtración, discos de aluminio o acero inoxidable para pesar, un desecador, una estufa de secado, una balanza analítica, una bomba de vacío y un agitador magnético.
Cuantificación por gravimetría
3. Métodos Colorimétricos y Tiras Reactivas
Existen también métodos más sencillos y rápidos para la determinación de ciertos componentes del agua, que pueden ser útiles para un monitoreo preliminar o en aplicaciones donde la alta precisión no es primordial.
Tiras Reactivas: Son tiras pequeñas de un solo uso que cambian de color para indicar la concentración de un químico específico. El usuario sumerge la tira en la muestra de agua o la expone a un chorro de agua, espera un tiempo determinado y compara el color resultante con una tabla de colores para estimar la concentración. Estos kits son simples pero menos precisos, especialmente si no se siguen las instrucciones.
Kits de Discos de Colores: Estos kits implican la adición de un reactivo (en polvo o líquido) a una muestra de agua en un tubo. Luego, el tubo se coloca en una caja de plástico con un disco graduado de colores. El usuario gira el disco para encontrar la coincidencia de color más cercana e identificar la concentración del químico. Son más complejos y costosos que las tiras reactivas, pero generalmente más precisos.
Aplicaciones y Consideraciones Adicionales
El conocimiento de los sólidos totales en suspensión y disueltos en el agua de entrada es crucial para determinar los procesos y procedimientos de tratamiento adecuados, como la selección de agentes de coagulación/floculación, para reducir la carga en los filtros. El agua ultrapura, esencial para la producción de energía, por ejemplo, requiere un control riguroso de la cantidad de sólidos en suspensión.
Los instrumentos para sólidos en suspensión de Hach®, así como la serie HQ y los analizadores Pocket Pro y Pocket Pro+, proporcionan soluciones para la medición de sólidos y turbidez en diversas aplicaciones. La sonda Solitax sc, por ejemplo, utiliza un LED infrarrojo y detectores para medir la turbidez y la retrodispersión, requiriendo calibración de la muestra real para optimizar la compensación del tamaño y la forma de las partículas.
Aunque no se consideran un contaminante primario, los TDS son un indicador importante de la calidad del agua. Los altos niveles de TDS pueden afectar el sabor del agua potable y, en algunos casos, se ha investigado su relación con efectos sobre la salud. Algunos compuestos de los TDS, como los cloruros y sulfatos, pueden contribuir a la corrosión o incrustación en los sistemas de distribución de agua, afectando tuberías, calentadores y electrodomésticos.
Es importante destacar que la medición de turbidez y la medición de sólidos en suspensión son parámetros distintos. La turbidez mide la dispersión de la luz, mientras que la medición de sólidos en suspensión se basa en el peso. La relación entre ambos puede variar significativamente dependiendo de la naturaleza de las partículas.
La elección del método de análisis dependerá de la aplicación específica, la precisión requerida y los recursos disponibles. Para un control riguroso y preciso, los métodos gravimétricos y la medición de conductividad son esenciales, mientras que las tiras reactivas y los kits de discos de colores ofrecen soluciones más accesibles para un monitoreo rápido.
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