Ciencia en la Vida Cotidiana

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La Demanda Química de Oxígeno (DQO) es una prueba crucial para medir la fuerza orgánica de las aguas residuales domésticas e industriales. Cuantifica el oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica a dióxido de carbono y agua, usando agentes oxidantes fuertes bajo condiciones ácidas. A diferencia de la DBO, la DQO oxida toda la materia orgánica, incluso la biológicamente resistente, resultando en valores generalmente más altos que la DBO.

Su principal ventaja es la rapidez (aproximadamente 3 horas) frente a los 5 días de la DBO. Sin embargo, no distingue entre materia orgánica biodegradable e inerte. El dicromato de potasio es el oxidante preferido por su eficacia y pureza. Se requiere un catalizador de ión plata para oxidar ciertos compuestos y la adición de sulfato mercúrico para eliminar la interferencia del cloruro, que es la más común.

Los resultados de DQO son vitales para el diseño y control de plantas de tratamiento, así como para identificar condiciones tóxicas y sustancias biológicamente resistentes en conjunto con la prueba de DBO. La prueba genera residuos peligrosos, por lo que se promueven métodos de reflujo cerrado para reducir el volumen de desechos.

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La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) es el oxígeno que bacterias requieren para estabilizar materia orgánica bajo condiciones aeróbicas. Esta prueba bioanalítica es crucial para determinar la carga contaminante de aguas residuales, fundamental para el control de la polución y el diseño de tratamientos de agua.

La prueba se realiza durante 5 días a 20°C, ya que se ejerce gran parte de la DBO total. Por la baja solubilidad del oxígeno, muestras fuertes requieren dilución. Para resultados fiables, requiere condiciones óptimas: ausencia de tóxicos, presencia de nutrientes y “siembra” de organismos mixtos.

La reacción de DBO sigue una cinética de “primer orden”. Un factor importante es la nitrificación, la oxidación de amoníaco que también consume oxígeno e interfiere con la DBO carbonácea, tras 5 días. Esta interferencia puede ser inhibida para mediciones precisas. La DBO es vital para evaluar eficiencia de depuración y autodepuración hídrica.

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El oxígeno disuelto (OD) es esencial para la vida aeróbica. Su solubilidad es baja, influenciada inversamente por la temperatura y salinidad, y directamente por la presión atmosférica. Esta baja solubilidad limita la autodepuración natural del agua.

Su importancia ambiental es clave para definir condiciones biológicas (aeróbicas/anaeróbicas), sustentar la vida acuática, ser la base de la prueba de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), y su rol en el control de corrosión y el tratamiento de aguas.

La recolección de muestras exige cuidado (evitar aireación) y “fijación” inmediata. El método estándar de medición es el Winkler (iodométrico), una titulación donde el oxígeno libera yodo, valorado con tiosulfato 0.025 N. Existen modificaciones (ej., Azida) para superar interferencias. Las sondas de membrana permiten mediciones in situ, requieren calibración (Winkler) y compensación por temperatura/salinidad.

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El cloruro, un componente omnipresente en todas las aguas naturales, cuya concentración aumenta con el contenido mineral y por fuentes como el agua de mar, suelos, desechos humanos (aproximadamente 6 g/persona/día) y vertidos industriales. La evapotranspiración en zonas áridas también concentra cloruro, como en el río Colorado.

Aunque el cloruro en concentraciones razonables no es nocivo para la salud humana, a partir de 250 mg/L confiere un sabor salado objetable. Por ello, la EPA de EE. UU. y la OMS establecen un estándar secundario de 250 mg/L para el agua potable. También es crucial para la irrigación, ya que altas concentraciones de cloruro pueden dificultar la absorción de agua por las plantas debido a la presión osmótica. Históricamente, el cloruro se usó para detectar contaminación de aguas subterráneas y aún tiene uso limitado como trazador debido a sus propiedades únicas: no es detectable visualmente, no es tóxico, no es adsorbido por el suelo ni alterado biológicamente, y es fácilmente medible.

Los métodos de determinación incluyen procedimientos instrumentales como la potenciometría y la cromatografía iónica, así como métodos menos costosos para campo: el método de Mohr (argentométrico), que usa nitrato de plata e indicador cromato de potasio, y el método de nitrato mercúrico, que es menos propenso a interferencias y se realiza a un pH más bajo con difenilcarbazona como indicador. También se menciona el método colorimétrico de ferricianuro para análisis automatizado. El conocimiento del nivel de cloruro es importante para la selección de fuentes de agua, el diseño de aparatos de desalinización y el control de la intrusión de agua de mar en acuíferos. También se utiliza para fines regulatorios y para corregir la determinación de la demanda química de oxígeno (DQO).

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La desinfección del agua, vital para prevenir enfermedades. Aunque la cloración redujo el tifus, ahora preocupa la formación de trihalometanos (THMs), subproductos carcinógenos regulados. Se exploran alternativascomo cloraminas, dióxido de cloro (ClO2) y ozono. ClO2 no forma THMs y el ozono es eficaz contra protozoos, pero carecen de residual duradero, a diferencia del cloro. La química del cloro en agua forma ácido hipocloroso (HOCl) e ion hipoclorito (OCl-), el “cloro libre”. La reacción con amoníaco genera “cloro combinado” (cloraminas). La cloración al punto de quiebre oxida el amoníaco para obtener residual de cloro libre. La demanda de cloro es la cantidad consumida por impurezas. Métodos como la titulación amperométrica y DPD diferencian los residuales, cruciales para el control y la seguridad de la desinfección.

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La dureza del agua por su consumo excesivo de jabón y la formación de incrustaciones en sistemas de calentamiento. Se clasifica desde “blanda” (0-75 mg/L como CaCO3) hasta “muy dura” (300+ mg/L). Es causada por cationes metálicos multivalentes, principalmente calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+). Su origen radica en el contacto del agua con suelos y rocas donde el CO2 disuelve carbonatos. Aunque es segura para el consumo humano, su impacto principal es la ineficiencia con el jabón y los problemas de incrustación para la ingeniería.

La determinación se realiza por cálculo o el método titulométrico con EDTA. Este método emplea EDTA como agente quelante y un indicador que cambia de color al complejar los iones de dureza. Se distinguen dureza de carbonatos(temporal, eliminable por ebullición) y de no carbonatos (permanente). Entender estos tipos es crucial para el diseño y control de procesos de ablandamiento.

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La alcalinidad como la capacidad de un agua para neutralizar ácidos, principalmente debida a sales de ácidos débiles como bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos. Tiene poca relevancia para la salud directa, pero impacta el sabor y el estándar de pH (8.5) de la EPA.

Se mide por titulación volumétrica con H2SO4, expresada como CaCO3. Los puntos finales clave son pH 8.3 (fenolftaleína, para hidróxido y la mitad del carbonato) y pH 4.5 (para la alcalinidad total). La titulación potenciométrica ofrece mayor precisión.

Es vital para el tratamiento de agua (coagulación, ablandamiento, control de corrosión) y como indicador de capacidad amortiguadora en aguas residuales y naturales (ej. lluvia ácida). Cambios de pH por aireación o proliferación de algas pueden alterar las formas de alcalinidad y el pH del agua.

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La acidez en el agua, indicando que está presente si el pH es inferior a 8.5. Distingue dos tipos: acidez por dióxido de carbono (CO2), común en aguas naturales (pH > 4), originada por absorción atmosférica o descomposición orgánica; y acidez mineral, en aguas con pH inferior a 4, proveniente de residuos industriales o drenajes mineros.

Aunque no es una preocupación de salud directa, la acidez es crucial por su corrosividad y es fundamental para el diseño y control de tratamientos de agua (ej., ablandamiento, biológicos). Además, contribuye a la lluvia ácida.

La medición se realiza principalmente por titulación: acidez mineral hasta pH 3.7 (metil naranja) y acidez total hasta pH 8.3 (fenolftaleína). La determinación de CO2 exige un muestreo cuidadoso o puede calcularse a partir del pH y la alcalinidad, aunque con limitaciones de precisión.

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El pH como la medida de la intensidad de la condición ácida o alcalina de una solución, que expresa la actividad del ion hidrógeno. Es fundamental en la ingeniería y ciencia ambiental, afectando procesos clave como coagulación, desinfección, ablandamiento de agua, control de corrosión y tratamientos biológicos/químicos de aguas residuales. Su concepto surge de la comprensión de ácidos/bases y la disociación del agua (Kw = {H+}{OH-} = 10^-14 a 25°C). Sorenson propuso la escala de pH (0-14) para simplificar la expresión de la actividad iónica. El electrodo de vidrio se ha convertido en el método estándar para la medición del pH, reemplazando al electrodo de hidrógeno, y se calibra con soluciones tampón. Es vital interpretar el pH como una medida de la intensidad ácida o básica, no de la acidez o alcalinidad total.