ACERCA DEL AUTOR

WILLIAM ANTONIO LOZANO-RIVAS

williamlozano@hotmail.com

Es Ingeniero Ambiental y Sanitario, graduado con honores de la Universidad de la Salle (2003). PhD en Biotecnología Ambiental del programa interuniversitario de la Universidad Internacional de Andalucía, la Universidad de Málaga y la Universidad de Córdoba, en España. En este mismo país, obtuvo -con máxima calificación- el título de Máster en Ingeniería del Agua, en la Universidad de Sevilla (2008). Es Experto por la Universidad de Salamanca en Tecnología del agua (2006); tuvo grado de honor en la Especialización en Creación de Modelos en Ecología y Gestión de los Recursos Naturales de la Universidad Politécnica de Cataluña (2006) y posee estudios en Ciencias Hidrológicas del “Cooperative Program for Operational Meteorology Education & Training -COMET-” de los Estados Unidos.

Es Premio Nacional de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (2013) por sus trabajos de investigación en depuración de aguas residuales industriales. En dos ocasiones ha sido becario de la Diputación Provincial de Huelva, de la Diputación de Sevilla y de la E.U.P. de la Universidad de Sevilla para estudios de postgrado. En el año 2003 fue galardonado en Bruselas, Bélgica, con el “Development Cooperation Prize”, otorgado por el Ministerio de Desarrollo Europeo, por su trabajo investigativo y propuesta tecnológica en potabilización de aguas, en favor de la mejora en la salud, el progreso y la disminución de la pobreza en los países menos desarrollados.

Ha trabajado en diversos proyectos hídricos y de saneamiento ambiental para la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, la Secretaría Distrital de Ambiente, el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación -ICONTEC- y la Pontificia Universidad Javeriana, entre otros. Así mismo se ha desempeñado en el área de medio ambiente, seguridad industrial y salud ocupacional en obras de infraestructura urbana del Instituto de Desarrollo Urbano -IDU-. En el año 2011 fue el coordinador del primer proyecto en Colombia en evaluación de alternativas para la recuperación de ríos urbanos.

Tiene una importante trayectoria como docente de pregrado y postgrado de diversas universidades públicas y privadas en Colombia y como profesor visitante de postgrado en la Escuela Universitaria Politécnica de la Universidad de Sevilla, España. Es miembro de la Escuela Internacional de Ingeniería del Agua de Andalucía, España (EIA) y de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (ACODAL). Es autor de varios libros y artículos científicos en prestigiosas revistas nacionales e internacionales y autor y coautor de un gran número de capítulos de libro en temas de gestión urbana, tecnología ambiental y recursos hídricos. Actualmente es Docente-Investigador de la Universidad Piloto de Colombia.

PRESENTACIÓN

El presente texto está dirigido especialmente al desarrollo de prácticas de laboratorio de alumnos de pregrado en ingenierías y ciencias ambientales. Los métodos expuestos tienen el doble propósito de ilustrar los principios químicos fundamentales del análisis de aguas y el de familiarizar a los alumnos con las técnicas empleadas en el laboratorio.

Los presentes protocolos para el análisis químico de las aguas son guías simplificadas fundamentadas en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, en las Normas ISO y las normas UNE y AENOR de España. De ninguna manera se pretende que estos protocolos se encuentren al nivel de los procedimientos certificados por el IDEAM en los laboratorios avalados para este fin; no deben ser considerados entonces como un reemplazo de los Métodos Estándar, Normas o guías oficiales de procedimientos analíticos similares.

Este texto debe entenderse como un manual de procedimientos adaptados a las prácticas de calidad del agua en los cursos de pregrado de ingenierías y otras carreras afines a las ciencias ambientales que, sin requerir un nivel alto de precisión, le permiten al estudiante entender algunas de las rutinas de laboratorio empleadas para la obtención de datos que se relacionan con la calidad del agua. Muchos procedimientos han sido ajustados deliberadamente y con conciencia de la pérdida de alguna precisión de los datos obtenidos, para ajustar la práctica al estrecho tiempo disponible en cada jornada de clase, que generalmente no excede las 2 horas en la mayoría de las universidades. Por esta razón, de manera intencionada, se han omitido algunos procedimientos que eliminan interferencias en muestras complejas, pero se ha procurado respetar al máximo el método estandarizado. De igual manera se exponen métodos sencillos que no requieren de equipos especializados, considerando las limitaciones que pueden presentarse en muchos de los laboratorios de las instituciones educativas en Colombia.

Es importante resaltar que todas las fotografías y las gráficas son el resultado de las pruebas en laboratorio realizadas por el autor, quien también presenta ecuaciones, modelos y fórmulas inéditas, deducidas a partir de su experiencia práctica y de un prolongado trabajo de investigación en el laboratorio.

La manera de presentar el texto ha sido por lecciones, las cuales son una propuesta de orden de ejecución de las prácticas de laboratorio. En cada lección de los métodos analíticos, se ha incluido -brevemente- el fundamento y la importancia de cada parámetro en la calidad de las aguas; no se quiso ahondar mucho en cada tema, considerando la gran cantidad de textos especializados, varios de ellos universitarios, a los cuales los estudiantes pueden acceder con facilidad.

El autor agradece a José Ignacio Rodríguez Rojas, químico de amplia experiencia en el sector de la química ambiental, el tratamiento y la calidad de las aguas, por sus valiosas sugerencias, así como su invaluable autoría en la Lección 23. Espero que este texto sea de gran ayuda para la práctica estudiantil en los laboratorios de química del agua y en las prácticas de campo.

William Antonio Lozano-Rivas

wlozanorivas@gmail.com

LECCIÓN PRELIMINAR. LA CALIDAD FISICOQUÍMICA DE LAS AGUAS

Agua en el planeta

El agua siempre ha sido el recurso de mayor valía para el hombre desde su existencia en este planeta. Así es como todas las civilizaciones ancestrales coincidían en sacralizarla y fue siempre para ellos un bien venerado que no sólo era empleado como símbolo hierático, sino al que también se le atribuían propiedades curativas y mágicas. Para ellos y aún para nosotros hoy, representa la vida misma y el poder vital de la tierra.

Se estima que existen unos mil trescientos ochenta y seis millones de kilómetros cúbicos (1.386’000.000 km3) de agua en el planeta, de los cuales alrededor de 1.338’000.000 km3 reposan en los océanos (el 96,5%, aproximadamente) que a su vez aportan cerca del 90% del agua que viaja constantemente por la atmósfera y que se estima en unos doce mil novecientos kilómetros cúbicos (12.900 km3).1

Con estos datos se considera que la distribución del agua en el planeta es aproximadamente la siguiente (Monsalve Sáenz, 1999):

Océanos                  97,00% Glaciares                  2,40% Agua subterránea    0,54%

Agua superficial         0,06% Agua atmosférica     0,001%

Para el agua subterránea se conoce que más del 50% de ella es inaccesible, dado que se encuentra a más de 800 m de profundidad y no existen aún los recursos técnicos y económicos para hacerla aprovechable.

Agua en Colombia

Se sabe que Colombia es un territorio rico en aguas continentales, a pesar del deficiente manejo de este “recurso”. El rendimiento hídrico en el país se estima del orden de 59 L/s*km2 (esto significa que, en promedio, por cada kilómetro cuadrado de territorio se tiene disponible un caudal de 59 L/s, el cual podría abastecer a más de 30.000 personas aproximadamente), con una longitud de ríos que sobrepasan los 15.000 km, buena parte de ellos navegables, y espejos de agua que ocupan cerca de 3 millones de hectáreas entre ciénagas, pantanos, embalses, lagos y lagunas.

A manera de referente, el rendimiento hídrico promedio para América del Sur es de 21 L/s*km2, mientras que el del planeta es de 10 L/s*km2. La zona continental del país vierte al mar 1’240.000 m3/s de agua dulce (proveniente de los ríos) que es, aproximadamente, el 3% de la escorrentía del planeta, a pesar de que el país sólo representa el 0,7% del área planetaria.

Se calcula que Colombia posee más de 800.000 km2 entre arrecifes de coral, praderas marinas y manglares, aunados a significativas zonas insulares tanto en la costa Caribe como en la Pacífica. El potencial hidroeléctrico del país supera los 90.000 megavatios; tanto así, que casi el 80% de la capacidad de generación eléctrica instalada en el país corresponde a este tipo de energía (Roa & Blanco, 1986).

Colombia es uno de los 6 países junto con Ecuador, Perú, Venezuela, Costa Rica y Panamá que tienen ecosistemas de páramo, participando con el 57% del territorio de páramos en el mundo. Estos son llamados “Fábricas de Agua” y “Reguladores de Caudal”, no obstante, se ven seriamente amenazados por la ampliación de la frontera agrícola y ganadera (CEPAD, Centro de Estudios para el Desarrollo de la Administración Pública, 2000).

Pero no todas las cifras son positivas, ya que al igual que la mayoría de países, Colombia ha sufrido la mala planificación y el manejo inadecuado del recurso hídrico. Esto se debe, en buena parte, a la ausencia de planes de manejo de cuencas hidrográficas, a la falta de control de vertidos de aguas residuales tanto urbanos e industriales, como agropecuarios, a la erosión causada por la deforestación y el uso y la ocupación inadecuada de suelo, entre otras muchas razones, que han conducido -inevitablemente- a una restricción de los usos del recurso, derivando en la llamada escases hídrica (IDEAM, 2010).

Casi el 50% de las cuencas medias se encuentran intervenidas con actividad humana (Márquez, 2001). El Río Bogotá es uno de los más contaminados del mundo y el Río Tunjuelo, de la misma cuenca, es el río más contaminado químicamente en Colombia. En un año, el país vierte cerca de 650.000 toneladas de DBO, 74% de origen doméstico y 26% de origen industrial y agropecuario (IDEAM, 2004).

Aunque prácticamente ninguna zona tiene ausencia de agua, la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios mostró que, en el 2003, más del 80% de los municipios no tenía agua potable (según normativa) lo que representa más de un 30% de la población del país. De igual forma, más del 25% del territorio urbano nacional no cuenta con cobertura de alcantarillado, mientras que en las zonas rurales esta cifra puede superar el 70% (Roda, 2004). Así, aunque el país tenga grandes volúmenes de agua bañando su territorio, una buena parte de ella se encuentra contaminada e inutilizable para uso humano.

Calidad del Agua

Se define como calidad del agua al conjunto de características organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas que debe tener el agua, para conferirle un uso determinado, entre los cuales se cuentan:

• Consumo humano y doméstico.

• Preservación de flora y fauna.

• Agrícola.

• Pecuario.

• Recreativo.

• Industrial.

• Estético.

• Pesca, maricultura y acuicultura.

• Navegación y transporte acuático.

La calidad del agua tiene una estrecha relación con la salud y la pobreza. Cuando se habla de agua, no basta sólo tenerla de calidad sino también en cantidad, ya que también la escasez de agua se relaciona con enfermedades parasitarias asociadas a falta de higiene. Malas condiciones en el agua de bebida afectarán la salud de las personas y una persona enferma no trabaja, no produce, no construye y se convierte en un pasivo para la comunidad, lo cual le impide progresar económica y ambientalmente.

La Organización de las Naciones Unidas (ONU) afirma que casi 900 millones de personas viven sin agua potable en el mundo (EFE, La ONU afirma que casi 900 millones de personas viven sin agua potable en el mundo, 2010) y en 2006, la Asesora del Director General de la Organización Mundial de la Salud (OMS) para asuntos de Desarrollo Sostenible y Salud Medioambiental, Susanne Weber-Mosdorf, afirmaba que una media de 4500 niños menores de 5 años morían diariamente por falta de agua potable o saneamiento (EFE, cada día mueren 4.500 niños en el mundo por falta de agua potable o saneamiento, 2006). En Colombia, la situación es también crítica: La Defensoría del Pueblo afirmó que unas 9 millones de personas no tienen acceso a agua potable y que otras 21 millones están en situación no deseada y de vulnerabilidad preocupante por el mal servicio de acueducto (En Colombia nueve millones de personas no tienen acceso a agua potable, 2009).

La calidad del agua siempre ha sido un aspecto de preocupación; de hecho, el primer intento por definir la calidad del agua lo propuso un ingeniero romano quien estableció sus características con base en la reacción del agua al hervirla, la forma en que los vegetales se cocían en ella y en los efectos estomacales que producía cuando se bebía. Es curioso pensar que apenas a principios del siglo pasado, las cosas no habían avanzado mucho en este aspecto, y que la calidad del agua se medía con 6 parámetros que obedecían a aspectos organolépticos como el color, el olor, el sabor o las sustancias suspendidas en el agua. Actualmente, se emplea, alrededor del mundo, entre 60 y 100 parámetros de calidad para determinar su potabilidad; en Colombia, se usan cerca de 50.

El agua en su estado puro no es natural. En la naturaleza, las aguas de ríos, embalses, lagos, depósitos subterráneos, mares y lluvias, presentan diferentes contenidos de sales, minerales, gases y partículas que están presentes en los medios en los que se halla el recurso hídrico y que son arrastrados por éste; por ejemplo, el cauce de un río, el estrato geológico en el que subyace el acuífero o la composición de la atmósfera, entre otros. Así mismo, algunos contaminantes generados de forma natural o derivados de las actividades humanas (aguas residuales, pesticidas, productos agrícolas, desechos industriales, etc.), son incorporados en el agua, variando sus características al punto de imposibilitar muchos de sus usos, incluyendo el de consumo humano.

Se considera como contaminación hídrica a la presencia de formas de energía, elementos, compuestos (orgánicos o inorgánicos) que disueltos, dispersos o suspendidos alcanzan una concentración tal, que limita cualquiera de los otros usos del agua (consumo humano, uso agrícola, pecuario, industrial, recreativo, estético, conservación de flora y fauna, etc.). Esta definición deja en evidencia que el uso del agua depende, de manera ineludible, a sus características físicas, químicas, microbiológicas y organolépticas que definen su calidad en función del uso establecido por una normativa.

Las aguas superficiales son, evidentemente, más susceptibles de ser alteradas que las subterráneas2, las cuales están protegidas por el mismo suelo, en mayor o menor grado, dependiendo de sus características y porosidad. No obstante, las aguas de pozo -aunque generalmente más claras- tienen altas cargas de minerales como hierro y manganeso, así como altos contenidos de anhídrido carbónico proveniente del lavado del CO2 atmosférico, lo que además la hace presentar valores bajos de pH por la conversión de este gas en ácido carbónico. Las aguas lluvias pueden también estar contaminadas con gases y residuos químicos contaminantes presentes en la atmósfera y las aguas de mar presentan elevados niveles de cloruro de sodio (sal) que dificultan su aprovechamiento. De esta manera, el agua en la naturaleza presenta una notable variabilidad en su calidad, lo que exige un conocimiento profundo de sus características para identificar con certeza los tratamientos más apropiados que deben ser aplicados para corregirla y hacerla apta para diferentes usos.

Todo lo anterior plantea un panorama claro de la importancia de la evaluación de la calidad del agua tanto en sus aspectos fisicoquímicos como en los microbiológicos; es en este primer aspecto, en el que el libro se enfoca con el ánimo de preparar al estudiante no sólo en la interpretación y en la comprensión de la relevancia ambiental de los resultados de los análisis (los cuales les permitirán tomar decisiones técnicas y administrativas) sino también, en el conocimiento de los procedimientos más comunes que permiten llegar a estos significativos datos.

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