Calidad Del Agua / Evaluacion y diagnostico
- 1a Edición
- Colombia UNIVERSIDAD DE MEDELLIN 2011
- 456p Ilustración 17 X 24 CM
Contenido PRESENTACIÓN ............................................................................................................. 23 CAPÍTULO 1 Conceptos generales 1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS CUERPOS DE AGUA ...................................................... 27 1.2 IMPORTANCIA DEL RECURSO AGUA ................................................................... 28 1.3 EL AGUA Y EL MUNDO ......................................................................................... 29 1.4 LOS RECURSOS HÍDRICOS EN COLOMBIA .......................................................... 32 1.4.1 Vertientes ................................................................................................... 32 1.4.2 Aprovechamiento de los recursos hídricos en Colombia ............................. 32 1.5 NATURALEZA DEL PROBLEMA ............................................................................ 34 1.5.1 Los problemas de contaminación, sus efectos deteriorantes y las variables asociadas con la calidad del agua. .............................................................. 34 1.5.2 Perspectiva general .................................................................................... 34 1.6 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS Y CONCEPTOS BÁSICOS EN EL ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL AGUA ................................................................................. 37 1.6.1 Concepto de carga y flujo de contaminantes .............................................. 37 1.6.1.1 Concepto de carga contaminante (W).............................................. 37 1.6.1.2 Concepto de flujo contaminante (J) ................................................. 37 1.6.2 Expresiones y términos utilizados en calidad del agua ............................... 38 1.6.2.1 Reacciones químicas ....................................................................... 39 1.6.2.2 Concentración ................................................................................. 41 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 43 CAPÍTULO 2 Características físicas, químicas y biológicas del agua 2.1 DEFINICIÓN DE CALIDAD DEL AGUA .................................................................. 47 2.2 AGUA CRUDA O EN ESTADO NATURAL (SIN TRATAMIENTO) ........................... 48 2.3 AGUAS RESIDUALES ............................................................................................ 50 2.4 AGUA TRATADA (AGUA POTABLE) ...................................................................... 52 ▪ 8 2.5 PROPIEDADES DEL AGUA ..................................................................................... 52 2.6 PARÁMETROS FÍSICOS, QUÍMICOS Y BIOLÓGICOS ............................................ 55 2.6.1 Parámetros físicos ...................................................................................... 55 2.6.2 Parámetros químicos .................................................................................. 59 2.6.2.1 Indicadores ..................................................................................... 59 2.6.2.2 Sustancias químicas ....................................................................... 69 2.6.3 Características biológicas ........................................................................... 78 2.7 RESUMEN SOBRE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, QUÍMICAS Y BIOLÓGICAS DEL AGUA .................................................................................... 81 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................................. 88 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 90 CAPÍTULO 3 Introducción a la toxicología acuática 3.1 GENERALIDADES SOBRE TOXICOLOGÍA ACUÁTICA .......................................... 93 3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS TÓXICOS ....................................................................... 94 3.3 LOS BIOENSAYOS .................................................................................................. 96 3.4 TOXICIDAD AGUDA Y CRÓNICA .......................................................................... 99 3.5 EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS DE TOXICIDAD ........................................ 101 3.5.1 Unidades de toxicidad ............................................................................... 103 3.5.2 Aplicación de los resultados de los ensayos de toxicidad .......................... 106 3.5.2.1 Aplicación de los datos para la protección contra la toxicidad aguda. ........................................................................................... 106 3.5.2.2 Protección contra la toxicidad crónica .......................................... 107 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................................110 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................111 CAPÍTULO 4 Usos y criterios de calidad del agua 4.1 RELACIÓN ENTRE PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA Y SUS USOS BENÉFICOS ...........................................................................................................117 4.2 CRITERIOS DE CALIDAD DEL AGUA ..................................................................118 4.3 CONTAMINANTES DE INTERÉS SANITARIO ..................................................... 136 4.4 RESUMEN SOBRE USOS BENÉFICOS DEL AGUA ................................................ 137 4.5 ESTABLECIMIENTO DE USOS Y OBJETIVOS DE CALIDAD DEL AGUA EN UN RECURSO HÍDRICO ................................................................................. 137 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 145 ▪ 9 CAPÍTULO 5 Índices de calidad del agua 5.1 DEFINICIÓN DE ÍNDICE DE CALIDAD DEL AGUA ............................................. 149 5.2 EMPLEO DE ÍNDICES DE CALIDAD DEL AGUA ...................................................151 5.3 EL CONCEPTO DE FUNCIÓN DE CALIDAD DEL AGUA ....................................... 152 5.4 CONSTRUCCIÓN DE ÍNDICES DE CALIDAD DEL AGUA ..................................... 153 5.4.1 Metodología para la construcción de un índice de calidad del agua ........... 153 5.4.1.1 Primer paso: Definir el (los) objetivo(s) para el cual se va a utilizar el IQA. .......................................................................... 153 5.4.1.2 Segundo paso: Seleccionar los parámetros por incluir en el IQA .. 153 5.4.1.3 Tercer paso: Formular la expresión matemática para calcular el IQA. .......................................................................................... 154 5.4.2 Aplicación del método para la construcción de un IQA ............................... 155 5.5 ÍNDICES DE CALIDAD CON BASE EN LAS CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS DEL AGUA.............................................................................. 160 5.6 ÍNDICES BIOLÓGICOS DE CALIDAD DEL AGUA (IBA) ........................................161 5.6.1 El indicador ideal ..........................................................................................161 5.6.2 Macroinvertebrados acuáticos como indicadores de contaminación orgánica .................................................................................................... 163 EJERCICIOS PROPUESTOS ........................................................................................... 165 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 167 CAPÍTULO 6 Manejo y análisis de datos de calidad del agua 6.1 MANEJO, ALMACENAMIENTO Y ACCESO A DATOS DE CALIDAD DEL AGUA ............................................................................................................172 6.2 ESTADÍSTICAS BÁSICAS .....................................................................................173 6.2.1 Medidas de tendencia central y cuartiles. .................................................176 6.2.2 Medidas de dispersión o variabilidad. .......................................................177 6.3 DISTRIBUCIONES .................................................................................................178 6.3.1 Aplicación de la distribución normal al análisis de datos de calidad del agua .................................................................................................... 182 6.3.1.1 Método visual para chequear la normalidad de los datos ............. 184 6.3.1.2 Método gráfico para chequear la normalidad de los datos ............ 184 6.3.1.3 Pruebas estadísticas ..................................................................... 185 ▪ 10 6.3.2 Distribuciones no normales. .................................................................... 189 6.4 PRUEBAS O CONTRASTE DE HIPÓTESIS (LA PRUEBA t DE STUDENT) ........... 190 6.5 CORRELACIÓN Y ANÁLISIS DE REGRESIÓN...................................................... 199 6.5.1 Correlación .............................................................................................. 200 6.5.2 Análisis de regresión ................................................................................ 201 6.6 PRESENTACIÓN DE DATOS ................................................................................ 206 6.6.1 Tipos de presentaciones gráficas .............................................................. 207 6.6.2 Gráficos de series de tiempo ..................................................................... 207 6.6.3 Resumiendo las características de calidad del agua (diagramas de caja). 208 6.7 ERRORES ............................................................................................................. 209 6.7.1 Validación de los datos .............................................................................. 209 6.7.1.1 Outliers (puntos extremos o raros) ............................................... 209 6.7.1.2 Calidad de los datos y datos faltantes ............................................210 6.7.2 Errores estadísticos ...................................................................................210 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................................211 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 213 CAPÍTULO 7 Monitoreo de calidad del agua 7.1 ASPECTOS GENERALES SOBRE MUESTREO ..................................................... 218 7.1.1 Representatividad de la muestra .............................................................. 218 7.1.2 Técnicas de muestreo apropiadas ............................................................. 218 7.1.3 Preservación de las muestras ................................................................... 218 7.1.4 Análisis de datos ...................................................................................... 218 7.2 TIPOS DE MUESTRAS ......................................................................................... 219 7.2.1 Muestra instantánea ................................................................................. 219 7.2.2 Muestra compuesta ................................................................................... 220 7.2.3 Muestra integrada .................................................................................... 221 7.3 CLASES DE MUESTREO ...................................................................................... 221 7.3.1 Muestreo manual ...................................................................................... 221 7.3.2 Muestreo automático ................................................................................ 221 7.4 FRECUENCIA DE MUESTREO ............................................................................. 221 7.5 IDENTIFICACIÓN DE LAS MUESTRAS ............................................................... 222 7.6 MANEJO DE LAS MUESTRAS ............................................................................. 223 ▪ 11 7.7 PRESERVACIÓN DE LAS MUESTRAS .................................................................. 224 7.8 EQUIPOS DE MUESTREO .................................................................................... 224 7.8.1 Muestreadores manuales .......................................................................... 224 7.8.2 Muestreadores automáticos ...................................................................... 225 7.8.2.1 Muestreador no proporcional ........................................................ 225 7.8.2.2 Muestreadores para aguas residuales ........................................... 226 7.8.3 Muestreadores para biota ......................................................................... 228 7.8.4 Sensores ................................................................................................... 228 7.9 UBICACIÓN DE LAS ESTACIONES DE MUESTREO ............................................. 229 7.9.1 Toma de muestras en alcantarillados........................................................ 229 7.9.2 Toma de muestras en corrientes o canales ............................................... 229 7.9.3 Toma de muestras en lagos o embalses .................................................... 230 7.10 MEDICIÓN DE CAUDALES .................................................................................. 230 7.11 DISEÑO DE PROGRAMAS DE MUESTREO DE CALIDAD DEL AGUA ................. 231 7.11.1 Generalidades ........................................................................................... 231 7.11.2 Número de muestras ................................................................................. 232 EJERCICIOS PROPUESTOS .......................................................................................... 233 CAPÍTULO 8 Comportamiento de las sustancias contaminantes en el medio acuático 8.1 REACCIONES ....................................................................................................... 237 8.1.1 Fundamentos de las reacciones ................................................................ 237 8.1.1.1 Tipo de reacciones ......................................................................... 237 8.1.1.2 Cinética de las reacciones ............................................................. 238 8.1.1.3 Reacciones de orden cero, primer y segundo orden ....................... 239 8.1.2 Análisis de los datos sobre constantes de reacción ................................... 242 8.1.3 Efectos de la temperatura ......................................................................... 244 8.2 BALANCE DE MASA ............................................................................................ 245 8.3 CLASIFICACIÓN DE LOS REACTORES ............................................................... 246 8.3.1 Reactores por lotes, cochadas o “batch” ................................................... 246 8.3.2 Reactores completamente mezclados........................................................ 247 8.3.2.1 Condiciones de estado no estable .................................................. 247 8.3.2.2 Condiciones de estado estable ...................................................... 248 ▪ 12 8.3.3 Reactores flujo pistón ............................................................................... 248 8.3.4 Reactores completamente mezclados en serie .......................................... 250 8.4 MOVIMIENTO DE CONTAMINANTES EN EL MEDIO ACUÁTICO ....................... 252 8.4.1 Advección ................................................................................................. 252 8.4.2 Difusión - Dispersión ................................................................................ 254 8.4.2.1 Difusión ........................................................................................ 254 8.4.2.2 Dispersión..................................................................................... 256 8.4.3 Reacciones ................................................................................................ 258 8.4.4 Sumideros ................................................................................................. 258 8.5 ECUACIÓN GENERAL DE BALANCE DE MASA .................................................. 258 8.6 BALANCE DE OXÍGENO ...................................................................................... 259 8.6.1 Componentes principales del análisis de OD ............................................ 259 8.6.2 Inventario de aportantes y consumidores de OD ...................................... 260 8.6.3 Componentes consumidores de oxígeno disuelto ...................................... 262 8.6.3.1 Demanda bioquímica de oxígeno carbonácea ............................... 262 8.6.3.2 Demanda bioquímica de oxígeno nitrogenada (DBON) ................. 267 8.6.3.3 Demanda béntica de oxígeno ........................................................ 271 8.6.3.4 Respiración ................................................................................... 273 8.6.4 Componentes aportantes de oxígeno ........................................................ 273 8.6.4.1 Reaireación ................................................................................... 273 8.6.4.2 Fotosíntesis ................................................................................... 275 8.6.5 Fuentes puntuales o fuentes distribuidas de contaminación (sumideros) . 275 8.7 BALANCE FINAL DE OXÍGENO ........................................................................... 276 EJERCICIOS PROPUESTOS .......................................................................................... 276 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 277 CAPÍTULO 9 Constantes y coeficientes de reacción 9.1 CONSTANTE DE DESOXIGENACIÓN CARBONÁCEA .......................................... 281 9.1.1 Constante de desoxigenación (k1) ............................................................. 282 9.1.1.1 Método logarítmico ....................................................................... 283 9.1.1.2 Método de Thomas ....................................................................... 284 9.1.2 Constante de desoxigenación en la corriente receptora (kd) ...................... 286 9.1.2.1 Método de Bosko ........................................................................... 287 9.1.2.2 Expresiones predictivas para calcular kd ...................................... 287 ▪ 13 9.1.3 Constante de remoción efectiva de DBO en el cuerpo de agua (kR) .......... 288 9.1.4 Comentarios generales acerca de k1, kd y kR ............................................. 291 9.2 CONSTANTE DE NITRIFICACIÓN ....................................................................... 292 9.2.1 Métodos para calcular kN .......................................................................... 293 9.2.1.1 Método de Courchaine .................................................................. 293 9.2.1.2 Método de Cibulka ........................................................................ 293 9.2.2 Factores ambientales que afectan la nitrificación ..................................... 296 9.2.3 Comentarios generales acerca de kN ......................................................... 297 9.3 CONSTANTE DE REAIREACIÓN ......................................................................... 297 9.3.1 Reaireación en ríos y corrientes ................................................................ 298 9.3.2 Reaireación en ambientes acuáticos lénticos ............................................ 300 9.3.2.1 Lagos y embalses .......................................................................... 300 9.3.2.2 Estuarios....................................................................................... 301 9.3.3 Comentarios finales acerca de ka .............................................................. 301 9.4 FOTOSÍNTESIS - RESPIRACIÓN (F - R) .............................................................. 303 9.4.1 Generalidades ........................................................................................... 303 9.4.2 Técnica de las botellas claras y oscuras .................................................... 305 9.5 DISPERSIÓN – DIFUSIÓN .................................................................................... 308 9.5.1 Coeficiente de difusión en embalses, lagos, etc. ....................................... 308 9.5.2 Coeficiente de dispersión en corrientes (ríos, quebradas, etc.). ................. 309 9.5.3 Coeficiente de dispersión en estuarios .......................................................311 9.6 DEMANDA BÉNTICA DE OXÍGENO .....................................................................311 9.6.1 Factores que afectan la SOD ......................................................................311 9.6.2 Técnicas para medir la SOD...................................................................... 312 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................................314 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................315 CAPÍTULO 10 Aplicación de las ecuaciones básicas de transporte de contaminantes a corrientes de agua (ríos, canales, etc.) 10.1 SIMULACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO Y DBO ................................................... 320 10.2 DÉFICIT CRÍTICO Y TIEMPO CRÍTICO ............................................................... 325 10.3 CARGA ORGÁNICA PERMISIBLE ........................................................................ 326 10.4 CONDICIONES ANAERÓBICAS ........................................................................... 338 ▪ 14 10.5 LONGITUD DE MEZCLA ...................................................................................... 341 EJERCICIOS PROPUESTOS ........................................................................................... 342 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 347 CAPÍTULO 11 Estratificación térmica 11.1 LOS CONCEPTOS DE ESTRATIFICACIÓN Y LAGO CÁLIDO TROPICAL ............. 353 11.2 IMPORTANCIA DE LA ESTRATIFICACIÓN TÉRMICA ........................................ 355 11.3 ESTRATIFICACIÓN EN LOS CUERPOS DE AGUA ............................................... 356 11.3.1 Comportamiento estacional (termoclina estacional) ................................. 357 11.3.2 Comportamiento diurno (termoclina diurna) ............................................ 358 11.4 MECANISMOS DE MEZCLA Y TRANSPORTE EN LOS CUERPOS DE AGUA LÉNTICOS ............................................................................................................ 360 11.4.1 Acción del viento ...................................................................................... 360 11.4.2 Afloramiento del metalimnio .................................................................... 361 11.4.3 Afloramiento del hipolimnio ..................................................................... 362 11.4.4 Flujos de entrada (afluentes) ..................................................................... 363 11.5 MÉTODOS PARA EVALUAR LA ESTRATIFICACIÓN EN RESERVORIOS ............. 364 11.5.1 Método comparativo ................................................................................. 366 11.5.2 Método ARAI ........................................................................................... 376 11.5.3 Expresiones matemáticas (números adimensionales) para determinar el grado de estratificación ......................................................................... 379 11.5.4 Estratificación determinada utilizando modelos matemáticos de simulación de la calidad del agua ......................................................... 384 11.6 COMENTARIOS FINALES SOBRE LA ESTRATIFICACIÓN TÉRMICA ................. 385 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 385 CAPÍTULO 12 Eutroficación 12.1 GENERALIDADES SOBRE EUTROFICACIÓN ...................................................... 390 12.1.1 Nutrientes, eutrofia y crecimiento algal ................................................... 391 12.1.2 Clasificación de los estados tróficos .......................................................... 392 12.1.3 Efectos negativos de la eutroficación ........................................................ 393 ▪ 15 12.1.3.1 Efectos en el abastecimiento de agua .......................................... 393 12.1.3.2 Efectos en los usuarios ................................................................ 394 12.1.3.3 Efectos adicionales ...................................................................... 394 12.1.3.4 Efectos sobre la salud .................................................................. 395 12.1.4 Efectos positivos de la eutroficación ......................................................... 395 12.2 EL CONCEPTO DE NUTRIENTE DISPONIBLE ..................................................... 395 12.3 EL CONCEPTO DE NUTRIENTE LIMITANTE ...................................................... 396 12.3.1 Bioensayos ................................................................................................ 397 12.3.2 Análisis químicos ..................................................................................... 398 12.3.3 Relación N/P .............................................................................................. 398 12.4 FUENTES O APORTANTES DE NUTRIENTES ..................................................... 400 12.4.1 Evaluación de las cargas o fuentes puntuales de nutrientes ..................... 400 12.4.2 Evaluación de las cargas (fuentes) distribuidas o dispersas de nutrientes 401 12.4.2.1 Coeficientes de aporte de nutrientes (tasas de exportación) ....... 401 12.4.2.2 Balances de masa para calcular las cargas distribuidas .............. 402 12.4.2.3 Mediciones de campo para calcular las cargas o fuentes distribuidas. .............................................................................. 403 12.4.2.4 Relaciones estequiométricas ....................................................... 404 12.5 DETERMINACIÓN DEL ESTADO TRÓFICO ......................................................... 409 12.5.1 Estado trófico determinado utilizando modelos matemáticos de simulación de la calidad del agua ..........................................................410 12.5.1.1 Modelo de calidad del agua WASP7 (Water Quality Analysis Simulation Program) ...................................................................411 12.5.1.2 Modelo de calidad del agua CEQUALW2 ..................................... 412 12.5.2 Métodos simplificados para evaluar el estado trófico ................................ 413 12.5.2.1 Estado trófico según clasificación limnológica ............................414 12.5.2.2 Clasificación trófica para lagos cálidos tropicales ........................415 12.6 PROCEDIMIENTOS PARA LA APLICACIÓN DEL MÉTODO DEL CEPIS ...............416 12.7 APLICABILIDAD Y RESTRICCIONES DEL MÉTODO DEL CEPIS ........................ 420 12.8 CONTROL DE LA EUTROFICACIÓN .................................................................... 421 12.8.1 Medidas preventivas ................................................................................. 421 12.8.1.1 Control de vertimientos .............................................................. 422 12.8.1.2 Mecanismos de producción limpia .............................................. 423 12.8.1.3 Control de aguas de escorrentía ................................................. 423 12.8.2 Medidas correctivas .................................................................................. 423 12.8.2.1 Procesos mecánicos .................................................................... 423 12.8.2.2 Control químico .......................................................................... 424 12.8.2.3 Control biológico ........................................................................ 424 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 425 ▪ 16 CAPÍTULO 13 Introducción a la modelación de la calidad del agua en corrientes de agua 13.1 CONCEPTOS BÁSICOS ........................................................................................ 429 13.1.1 Sistema ...................................................................................................... 429 13.1.2 Experimento .............................................................................................. 430 13.1.3 Modelo ....................................................................................................... 430 13.1.4 Simulación ................................................................................................. 430 13.2 EL PROBLEMA: ¿QUÉ SE PUEDE HACER CON UN MODELO DE CALIDAD DEL AGUA? .......................................................................................................... 431 13.2.1 Estudios descriptivos ................................................................................. 432 13.2.2 Predicciones de calidad del agua ............................................................... 432 13.2.3 Analizar problemas específicos ................................................................. 433 13.3 PROCESO DE MODELACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA ................................. 433 13.4 SELECCIÓN DEL MODELO ................................................................................... 436 13.5 CALIBRACIÓN Y VERIFICACIÓN DEL MODELO ................................................. 437 13.5.1 Calibración del modelo ............................................................................. 437 13.5.2 Verificación del modelo ............................................................................. 440 13.6 ANALIZANDO LA PRECISIÓN DEL MODELO ..................................................... 441 13.7 NOTAS Y OBSERVACIONES IMPORTANTES SOBRE EL PROCESO DE MODELACIÓN ................................................................................................ 442 13.8 MODELO QUAL2K ............................................................................................... 442 13.8.1 Descripción del modelo ............................................................................. 442 13.8.2 Iniciando la aplicación .............................................................................. 444 13.8.3 Representación conceptual ....................................................................... 445 13.8.4 DBO rápida lenta, DBO rápida y materia orgánica partículada (MOP). ...... 446 13.8.5 Régimen hidráulico del sistema ................................................................ 447 13.8.6 Marco geográfico y climático .................................................................... 447 13.9 APLICACIÓN DEL MODELO................................................................................. 447 EJERCICIOS PROPUESTOS ........................................................................................... 455 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 457 ▪ 17 Tablas Tabla 1.1 Distribución del agua en la Tierra ............................................................. 29 Tabla 1.2 Distribución de los recursos hídricos superficiales por paises .................. 31 Tabla 1.3 Problemas de contaminación, sus efectos y variables asociadas con la calidad del agua ........................................................................................ 35 Tabla 2.1 Características del agua cruda en el embalse A ubicado en el Oriente de Antioquia .................................................................................................. 49 Tabla 2.2 Calidad promedio del agua de mar ............................................................ 50 Tabla 2.3 Características promedio de las aguas residuales en EPM ........................ 50 Tabla 2.4 Características más importantes de las aguas residuales en general y su procedencia. .............................................................................................. 51 Tabla 2.5 Calidad del agua suministrada por EPM ................................................... 52 Tabla 2.6 Parámetros ambientales propuestos para medir en el recurso agua ......... 82 Tabla 3.1 Clasificación de toxicidad basada en UTa .................................................. 104 Tabla 4.1 Usos del agua de acuerdo con la contaminación del agua ......................... 116 Tabla 4.2 Relación entre los parámetros de calidad del agua y sus usos................... 119 Tabla 4.3 Criterios de calidad para uso del agua para enfriamiento industrial ......... 125 Tabla 4.4 Estándares y criterios de calidad para uso del agua para irrigación (agricultura restringida) ............................................................................ 127 Tabla 4.5 Estándares y criterios de calidad para uso del agua para irrigación (agricultura no restringida) ....................................................................... 128 Tabla 4.6 Estándares y criterios de calidad para uso del agua para irrigación (agricultura con y sin restricciones) .......................................................... 129 Tabla 4.7 Criterios de calidad para usos del agua para procesos industriales en general 131 Tabla 4.8 Criterios de calidad para usos del agua para hábitat para peces ............... 132 Tabla 4.9 Criterios de calidad para usos del agua para recreación con restricciones (Contacto secundario o limitado) .............................................................. 134 Tabla 4.10 Criterios de calidad para usos del agua para recreación sin restricciones (Contacto primario) ................................................................................... 135 ▪ 18 Tabla 4.11 Criterios generales de calidad del agua para los diferentes usos del agua 138 Tabla 5.1 Características que debe reunir un grupo biológico para ser utilizado como bioindicador. ............................................................................................. 162 Tabla 6.1 Estadísticas básicas de para P total en el embalse A ................................ 175 Tabla 6.2 Intervalos de frecuencia calculados con hoja de cálculo Excel® 2007 ....... 179 Tabla 7.1 Frecuencias sugeridas para la recolección de muestras compuestas ......... 222 Tabla 8.1 Estrategias para determinar k y el orden n de las reacciones .................... 242 Tabla 8.2 Valores de DBO antes de tratamiento en USA y algunos países de Latinoamérica ..................................................................................................... 262 Tabla 9.1 Valores del coeficiente de actividad de acuerdo con la pendiente de la corriente receptora según Bosko ............................................................... 287 Tabla 9.2 Comparación entre kd y kR en algunos ríos ............................................... 289 Tabla 9.3 Rangos de profundidad y velocidad para aplicar las expresiones de O´Connor y Dobbins, Churchill y Owens y Gibbs en la determinación de la reaireación 299 Tabla 9.4 Diferentes valores de SOD reportados en la literatura .............................. 312 Tabla 11.1 Definición de variables asociadas a la hidrodinámica de los reservorios .. 361 Tabla 11.2 Parámetros usados para la generación de gradientes térmicos ................. 366 Tabla 11.3 Datos de temperatura y gradiente para el embalse Z - Sitio de captación . 367 Tabla 11.4 Datos de temperatura y gradiente para el embalse Y - Sitio de captación . 369 Tabla 11.5 Datos de temperatura y gradiente para el embalse Y - Zona media del embalse 372 Tabla 12.1 Coeficientes de exportación de nutrientes en g/m2 /d ................................ 401 Tabla 12.2 Características fisicoquímicas y biológicas utilizadas para determinar la presencia del fenómeno de eutroficación en embalses .............................. 409 Tabla 12.3 Clasificación limnológica del estado trófico con base en el contenido de fósforo y otras variables ............................................................................ 414 Tabla 12.4 Comparación entre el promedio geométrico anual de fósforo y clorofila α para lagos cálidos tropicales (CEPIS) y la clasificación trófica de lagos templados (OECD) ..................................................................................... 414 ▪ 19 Figuras Figura 1.1 Vertientes hídricas en Colombia ........................................................ 33 Figura 1.2 Ingeniería de la calidad del agua ....................................................... 36 Figura 1.3 Concepto de carga y flujo contaminante ............................................ 37 Figura 2.1 Diferentes formas de sólidos presentes en el agua. ............................ 58 Figura 2.2 Escala de pH ...................................................................................... 60 Figura 2.3 Clases de acidez según el pH ............................................................. 61 Figura 2.4 Forma química del ión alkyl-benceno sulfonato ................................. 70 Figura 2.5 Ensayo de los tubos múltiples ............................................................ 81 Figura 5.1 Función de calidad para DBO5............................................................ 152 Figura 6.1 Histograma de los datos de P total en el embalse A .......................... 178 Figura 6.2 Histograma de frecuencias construido con los datos de la Tabla 6.1 .. 181 Figura 6.3 Distribución normal estándar ............................................................ 182 Figura 6.4 Curva de frecuencia acumulada para el caso del embalse A .............. 185 Figura 6.5 Diagrama de caja para resumir datos de calidad del agua ................. 208 Figura 7.1 Muestra de etiquetas para identificar muestras de agua .................... 223 Figura 7.2 Muestreador no proporcional (Reproducida de la referencia 4) .......... 225 Figura 7.3 Equipo para tomar muestras integradas y compuestas ...................... 226 Figura 7.4 Equipo para tomar varias muestras a la vez 227 Figura 7.5 Muestreador de canasta ..................................................................... 228 Figura 7.6 Localización de los puntos de muestreo en una sección transversal de una corriente o un canal ............................................................... 230 Figura 7.7 Toma de muestras en un embalse o un lago ...................................... 231 Figura 8.1 k en reacciones de orden cero ............................................................ 239 Figura 8.2 k en reacciones de primer orden ........................................................ 240 Figura 8.3 Significado de la tasa de reacción k (Reproducida de la referencia 1) 241 Figura 8.4 Análisis de balance de masa .............................................................. 245 Figura 8.5 Reactor por lotes ................................................................................ 247 Figura 8.6 Reactor flujo pistón. (Reproducida de la referencia 1) ........................ 249 Figura 8.7 Reactores completamente mezclados en serie ................................... 251 Figura 8.8 Cambio en la concentración de una sustancia debido al transporte advectivo ............................................................................................ 252 Figura 8.9 Cambio en la concentración de un contaminante por transporte convectivo ............................................................................................... 254 Figura 8.10 Diferencia entre advección y difusión (Reproducida de la referencia 1) 255 ▪ 20 Figura 8.11 Contraste entre difusión y dispersión. (Reproducida de la referencia 1) 256 Figura 8.12 Principales componentes del problema de OD.................................... 260 Figura 8.13 Interrelación entre los componentes del balance de OD (Reproducida de la referencia 1) .............................................................................. 261 Figura 8.14 Curva de demanda bioquímica de oxígeno ......................................... 263 Figura 8.15 Formulación de la cinética de la DBO ................................................. 264 Figura 8.16 Diferentes formas de n presentes en las aguas naturales .................. 267 Figura 8.17 Relación entre la DBON, DBOC y DBO total ....................................... 269 Figura 8.18 Esquema de definición de la difusión del OD en el agua .................... 274 Figura 9.1 Tasa de reaireación ka (d-1) en función de la velocidad y la profundidad (Reproducida de la referencia 3) ......................................................... 300 Figura 9.2 Variación de la fotosíntesis durante el día asumiendo un comportamiento simuisoidal (Reproducida de la referencia 2). ......................... 304 Figura 9.3 Coeficientes de difusión en varios ambientes (Reproducida de la referencia 2) ....................................................................................... 309 Figura 10.1 Comportamiento del oxígeno disuelto en una corriente de agua 321 Figura 10.2 Tipos de descargas de aguas residuales en una corriente (Reproducida de la referencia 4) .............................................................................. 341 Figura 11.1 Comparación entre embalses estratificados y no estratificados ......... 354 Figura 11.2 Esquema de estratificación en un reservorio ..................................... 358 Figura 11.3 Circulación del agua en un embalse operando “filo de agua” ........... 365 Figura 11.4 Gradientes de temperatura en los embalses Playas y Punchiná ......... 375 Figura 12.1 Diferentes formas de nitrógeno y fósforo en un embalse (Adaptado de la referencia 6) ................................................................................... 396 Figura 12.2 Diagrama de porcentajes de nutrientes y de humedad que constituyen la composición de la biomasa del fitoplancton (Reproducida de la referencia 2) ....................................................................................... 399 Figura 12.3 Clasificación trófica según el CEPIS (Adaptado de la referencia 1) .... 416 Figura 12.4 Distribución de probabilidad de nivel trófico según el modelo del CEPIS (Reproducida de la referencia 1) ......................................................... 417 Figura 12.5 Estrategias para el control de nutrientes ........................................... 422 Figura 13.1 Diagrama esquemático del procedimiento de calibración del modelo 439 Figura 13.2 Representación gráfica de los segmentos y cargas contaminantes en el río ................................................................................................... 445 Figura E3.1 Cálculo de LC50 para el ejercicio 3.1 ................................................... 103 Figura E4.1 Calidad del agua del recurso hídrico del ejercicio 4.1......................... 144 Figura E6.1 Distribución de probabilidad para la concentración de P en el embalse A ........................................................................................................ 186 Figura E6.2 Probabilidad de que X > 375 ............................................................. 187 ▪ 21 Figura E6.3 Curva de probabilidad 188 Figura E6.4 Contraste de hipótesis lateral ............................................................ 196 Figura E6.5 Resultados del análisis de datos utilizando la hoja de cálculo Excel® 2007 ....................................................................................... 199 Figura E 6.6(1) Curvas de tendencia para la serie dada .............................................. 203 Figura E 6.6(2) Intervalos de predicción ..................................................................... 203 Figura E6.6(3) Resultados en Excel® del análisis de correlación y regresión. ............ 243 Figura E8.1 Curvas para calcular el orden n y la tasa de reacción k ...................... 265 Figura E8.3 Variación de la DBOC ejercida contra el tiempo ................................. 266 Figura E8.4 Variación de la DBO remanente con el tiempo ................................... 271 Figura E8.5 Resultados gráficos de la DBO ........................................................... 284 Figura E9.1 Cálculo de k1 utilizando el método logarítmico .................................. 286 Figura E9.2 Método de Thomas para el cálculo de k1 ............................................ 294 Figura E9.5(1) Comportamiento de la DBO en el tiempo ........................................... 296 Figura E9.5(2) Gráfica para calcular kN ..................................................................... 303 Figura E9.6 Cálculo de la tasa de aeración, ka ....................................................... 307 Figura E9.7 Valores de las variables para determinar F y R .................................. 333 Figura E10.2 Perfil de OD y DBO ............................................................................ 337 Figura E10.3(1) Perfil de OD para el ejercicio 10.3 ...................................................... 337 Figura E10.3(2) Perfil de DBO para el ejercicio 10.3 .................................................... 340 Figura E10.4 Perfil de OD considerando la zona anaeróbica .................................... 378 Figura E11.1 Curva Volumen – Área contra cota – Embalse Playas ........................ 380 Figura E11.2 Esquema del embalse para el ejercicio 11.2 ....................................... 405 Figura E12.1 Esquema general del embalse ............................................................ 449 Figura E13.1(1) Datos de identificación y control del programa QUAL2K ................... 450 Figura E13.1(2) Datos sobre el elemento cabecera ...................................................... 451 Figura E13.1(3) Datos sobre los tramos ....................................................................... 451 Figura E13.1(4) Datos sobre las constantes y coeficientes por tramos ........................ 452 Figura E13.1(5) Datos sobre las constantes y coeficientes cinéticos ............................ 452 Figura E13.1(6) Datos sobre las fuentes o cargas puntuales de contaminación ........... 453 Figura E13.1(7) Perfil de oxígeno disuelto - Ejercicio 13.1 .......................................... 453 Figura E13.1(8) Perfil de DBO - Ejercicio 13.1 ............................................................. 453
Este libro recoge los aspectos más importantes relacionados con la calidad del agua en ambientes lóticos ríos y corrientes superficiales y lénticos lagos y embalses. De una manera práctica e integrada, el texto recopila los conceptos básicos de diferentes ciencias como la estadística, la química del agua, las evaluaciones ambientales y la modelación, y los aplica para que el lector pueda diagnosticar y evaluar la calidad del agua, proponer medidas de mitigación a los problemas y establecer criterios, usos y objetivos de calidad del agua. Los temas están presentados recurriendo a la discusión teórica y presentando ejemplos prácticos de cada aspecto contemplado. Con base en lo anterior, el libro está dirigido a que sea utilizado en programas de pregrado y posgrado en ingeniería en los cursos de calidad del agua, tratamiento de aguas, contaminación de recursos hídricos, evaluaciones ambientales, etc. También, puede ser una herramienta muy importante en la planeación, ordenamiento y conservación de cuencas para las autoridades ambientales y empresas prestadoras de servicios públicos.