Análisis De Aguas De La Vega Media Del Río Segura

analisis de aguas.qxd 12/06/2006 14:28 PÆgina 31

Química y Medio Ambiente

Análisis de aguas de la vega media del río Segura Resumen: El presente trabajo "Análisis de aguas de la Vega Media del río Segura", subvencionado por la Caja de Ahorros del Mediterráneo y llevado a cabo por los alumnos del instituto de Bachillerato de Ceutí, se planteó más que como un trabajo cien- tífico, como una experiencia didáctica en el campo de la Química, consistente en la caracterización simplificada de un agua, desde el punto de vista químico, dada la gran importancia de este disolvente y sus múltiples aplicaciones como bebida, usos domésticos, riegos, piscicultura, usos industriales, etc. Aparte de este objetivo básico, esta experiencia pretende alcanzar una meta más amplia como aplicación didáctica, que a con- tinuación se expone. Objetivos cación de aguas sino como introducción a una enseñanza activa de la química, en la Los objetivos que se pretenden alcanzar que deben manejarse sustancias diversas, con la realización de esta experiencia, son estudiar sus interacciones y aplicarlas al los siguientes: 1) Conectar la actividad del conocimiento de nuestro entorno ambiental. aula con el medio natural del entorno. En este sentido el tema de calidad de las aguas Actividades realizadas en la zona de la Vega Media del Segura, alcanza gran interés, debido a problemas Visita y explicación de contaminación por nitratos, producto de M.C. Guillén F. Mateo Como primera actividad y con objeto de la lixiviación por la lluvia de los abonos Miró* Asensio nitrogenados empleados en la agricultura familiarizar a los alumnos con lo que pos- de la zona. 2) Fomentar en el alumno el teriormente se llevaría a cabo en el labora- estudio crítico de la actividad científica. 3) torio, se realizó una visita a las depuradoras de Zarandona (aguas residuales) y de Diagnosticar de una forma sencilla la con- Contraparada (aguas potables). Previa- taminación de las aguas, demostrando así mente a la visita por las plantas, los técni- la utilidad de la Química en el estudio del cos que allí trabajaban nos explicaron entorno ambiental 4) Estimular a los alum- sobre un panel de control, el funcio- nos a que investiguen por sí mismos, namiento de las mismas. Esta explicación busquen bibliografía y amplíen las deter- fue posteriormente enriquecida al recorrer minaciones realizadas. J. Navarro Gómez las instalaciones, recibiendo una exhausti- Aplicaciones didácticas va explicación de todo el proceso de depuración de aguas residuales, hasta convertirlas en aptas para riego (Zarandona), y del proceso de potabilización (Contraparada). Trataremos Creemos que esta experiencia puede tener múltiples aplica- de resumir los puntos más destacables de ambas explica- ciones didácticas dentro de la química de bachillerato. Las ciones. reacciones básicas de las actividades que se pretenden realizar Previamente al proceso de depuración que consta de varias y que más adelante se detallan, tales como precipitación de fases, se recoge el agua residual urbana e industrial mediante sales insolubles de cloruro y cromato de plata (rojo), reducción estaciones de bombeo. Posteriormente se realiza un pretra- de nitratos a monóxido de nitrógeno en la determinación cua- tamiento para separar los sólidos mayores de 6 mm, en esta litativa de estos compuestos, y reacción fotoquímica de reducción fase es donde se produce la entrada del agua y puede trer con- del ión plata (I) a plata metálica, se pueden utilizar como pa- sigo gran cantidad de sales o metales pesados, no haciéndola radigmas de los procesos químicos que se estudian. Asimismo apta para la depuración. El tratamiento primario, para separar la elevación de la temperatura al agregar ácido sulfúrico en el los flotantes (grasas) se lleva a cabo en dos depósitos quedan- análisis de nitratos y la necesidad de enfriar para desarrollar do los flotantes en el superior y el resto del agua en el infe- la reducción de nitrato a monóxido de nitrógeno, son ejem- rior. En esta fase se forman los fangos a partir de sólidos y plos de los cambios energéticos y del efecto de la temperatu- grasa eliminados del agua que son dirigidos al flotador para ra en los procesos químicos. ser sometidos a agua y aire a presión, provocando su flotación La determinación de cloruros es fraccionada y resulta una y posterior eliminación. En un tratamiento secundario, se pro- excelente introducción a la aplicación del producto de solu- duce la decantación para eliminar la materia orgánica, para bilidad. El análisis de nitratos y la determinación de materia ello se emplean bacterias aerobias que la degradan en el pro- orgánica presente en el agua , que se lleva a cabo tratándola ceso de oxidación que tiene lugar como consecuencia de su con un reactivo oxidante como el permanganato de potasio, respiración. Este agua con menos materia orgánica se suele son ensayos útiles como ejemplos de reacciones redox y ade- destinar a un sector de la agricultura (tomateros). cuados para realizar en laboratorios escolares con no mucho El tratamiento terciario tiene por objeto eliminar las sales material disponible. del agua a través de procesos de ósmosis inversa. Como resul- Se trata pues de una experiencia útil, no solo como clasifi- tado se obtiene agua limpia sin color ni olor pero con bacterias procedentes del proceso de depuración. Mediante un pro- Departamento de Física y Química del Instituto de Bachillerato ceso de cloración se lleva a cabo la desinfección para elimi- de Ceutí - Ceutí ( Murcia ). nar los microorganismos presentes en el agua. Como resulta- C-e: [email protected] do de la depuración del agua se producen gran cantidad de

Anales RSEQ fangos que pueden ser utilizados como abono, ya que una vez ria orgánica, cromo y sales. La contaminación agrícola como fermentados gracias a la acción de bacterias anaerobias se consecuencia de las enormes cantidades de fertilizantes uti- elimina la materia orgánica. Tras esto se someten a procesos lizados que una vez en el suelo son arrastrados por el agua, de de deshidratación para provocar que espesen y formar una forma que en las aguas residuales sobrantes se recogen pasta que sirve como abono para la agricultura. El paso final plaguicidas (insecticidas organofosforados y organoclorados) de todos estos procesos es la realización de análisis en el la- nitratos y otros compuestos tóxicos. Entre las posibles solu- boratorio para comprobar que tanto el agua como los fangos, ciones cabría destacar la instalación de puntos de muestreo y son óptimos para el consumo. control, mejorar la dotación y ampliación de los servicios de inspección, la utilización de variedades agrícolas con menor Conferencia consumo de agua, prohibición del crecimiento indiscriminado de regadíos, implantación de nuevos sistemas de riego y va- Una segunda actividad en relación con el tema, se llevó a riedades agrícolas. cabo en la sala de medios audiovisuales del instituto. Consistió en una charla sobre el tema. "Estado del río Toma de muestras Segura", a la cual asistieron todos los alumnos de bachillera- to. Actuó como conferenciante Dña. Mercedes Llorens, pro- La tercera actividad que se llevó a cabo, fue la toma de mues- fesora ayudante adscrita al departamento de Ingeniería tras de agua del río Segura, para su posterior análisis en los Química de la Universidad de Murcia. En dicha charla se laboratorios del instituto. Para este propósito se realizaron dos indicó el estado del río Segura desde el nacimiento a la salidas, la primera tuvo como objetivo recoger muestras de la desembocadura, tomando como punto de referencia un estu- zona que comprende las localidades de Archena, Ulea y Ojós. dio llevado a cabo por el grupo de aguas del departamento de En una segunda salida se recogieron muestras de la zona que Ingeniería Química. Pudimos comprobar la calidad del agua a comprende las localidades de La Ribera de Molina, Llano de lo largo del cauce del río, centrándose en las inmediaciones Molina y Lorquí. Las muestras de agua se tomaron a nivel del río a su paso por Ceutí. También se dio un repaso al esta- superficial y se almacenaron en recipientes de plástico, el do de las depuradoras existentes en la zona, de los distintos agua presentaba un aspecto turbio como consecuencia de tratamientos que en ellas recibe el agua y los análisis a que es partículas en suspensión. De cada zona del río se tomaron 5 o sometida. La charla fue acompañada de diapositivas que 6 muestras de 1 litro aproximadamente, se transportaron en aludían en cada caso al comentario, pudiendo observar fotos autobús hasta el laboratorio, para proceder en los dos días del río, gráficos y estadísticas. Tras la charla, tuvo lugar un siguientes a su análisis. Una vez en el laboratorio, se filtraron coloquio donde los alumnos pudieron participar exponiendo cuidadosamente varias veces hasta que desapareció la tur- sus puntos de vista e interesándose por el tema. bidez. Cada muestra procedente de una zona del río, se frac- De esta charla, entresacamos los principales puntos en cionó a su vez en tres frascos de 250 ml, de forma que los cuanto a las características y problemática del río Segura. El análisis se pudieran realizar por triplicado para la obtención Segura es un verdadero ecosistema fluvial en cuanto a de valores medios. No se usaron conservantes. especies animales y vegetales a lo largo de su recorrido por la Vega Alta, aunque desgraciadamente esta función ya no existe Determinaciones analíticas en laboratorio en la Vega Media ni en la Vega Baja. A pesar de todo se pueden encontrar en la Región de Murcia los llamados En el laboratorio se realizaron una serie de pruebas de tipo "bosque de ribera", por su vegetación exuberante formada cualitativo y cuantitativo sobre todas las muestras de agua por sauces, cañaverales y espadañas cercanos al cauce del río, recogidas y en las que participaron todos los alumnos de y algo más alejados se encuentran olmos silvestres, chopos y bachillerato. Las determinaciones que se llevaron a cabo álamos. Aún se puede ver el bosque de ribera en la zona de los fueron las siguientes: Almacenes en Cieza, no muy lejos de Ceutí. En cuanto a la fauna de gran riqueza se conservan mamíferos como la pH.- Es un buen índice de la contaminación del agua, siempre nutria, aves como el mirlo acuático, el martín pescador, que su valor sea muy ácido o muy básico, considerándose anfibios, reptiles o truchas. límites normales para aguas de consumo doméstico los com- La mayor problemática que hoy soporta el río Segura es sin prendidos entre 5,5 y 9,5. lugar a dudas la contaminación que afecta a toda la cuenca incluidos los pantanos. La ingesta de agua desde aproximada- Análisis químico cualitativo mente la Vega Media, supondría el ingreso inmediato en un centro sanitario. Las altas concentraciones de materia orgáni- Cloruro.- En un tubo de ensayo se trata una muestra de agua ca consumen oxígeno, mermando las posibilidades de vida con nitrato de plata, la aparición de un precipitado blanco que existentes y provocando emanaciones de sulfídrico. Según un ennegrece con la luz, insoluble en ácido nítrico y soluble en estudio de la Comisión Pro-Río el grado de contaminación amoniaco, indica la presencia de cloruro. por materia orgánica es unas 250 veces superior al permitido. Calcio.- Una muestra de agua se trata con cloruro amónico, Esta contaminación se debe principalmente a la gran cantidad hidróxido amónico y oxalato amónico por este orden, la apari- de industrias que se concentran en las localidades ribereñas, ción de un precipitado blanco insoluble en ácido acético indi- industrias alimentarias (cárnicas, cítricas) y conserveras de la ca la presencia de calcio. zona de Molina de Segura. También industrias de encurtido Nitrato.- Su presencia es resultado de la contaminación con que provocan vertidos de salmueras sin ningún tipo de residuos de fertilizantes o aguas residuales. Su valor debe ser tratamiento. Las industrias del curtido, en la ribera de río inferior a 10 ppm. De forma cualitativa se aprecia la presen- Guadalentín (Lorca) vierten aguas residuales con tintes, mate- cia de nitrato añadiendo a 1 ml de agua, 5 ml de ácido sulfúri-

Análisis de aguas de la vega media del río Segura

co y unas gotas de brucina, extremando la precaución debido Materia orgánica.- Es uno de los principales factores de con- a la toxicidad de este compuesto. La aparición de coloración taminación del agua ya que al descomponerse provoca la roja, que pasa a naranja, después a amarilla y finalmente a desoxigenación de la misma. Para su determinación se aplicó verde, indica la presencia de nitrato, aunque estos colores son un ensayo rápido basado en el tratamiento de la muestra con a veces difíciles de apreciar. un reactivo oxidante, permanganato de potasio 0,01 N, Sulfuro.- Se trata una muestra de agua con acetato de plomo durante 10 minutos a ebullición. El exceso de oxidante no (II), la aparición de un precipitado negro, indica la presencia consumido se hace reaccionar después con un exceso conoci- de sulfuro. do de ácido oxálico 0,01 N y el sobrante se valora con diso- Amoniaco.- La investigación del amoniaco se realiza por el lución de permanganato potásico hasta coloración rosada. En método de Nessler. El reactivo Nessler, se compone de dos medio suficientemente ácido (sulfúrico 0,1 N) el perman- +2 soluciones: Solución 1, formada por 50 g de ioduro de mercu- ganato se reduce a Mn y la materia orgánica se oxida a CO2 rio II y 36 g de ioduro de potasio en 1litro de agua destilada. y H2O. El resultado se expresa como mg de oxígeno por litro Solución 2, formada por 150 g de hidróxido de potasio puro de agua equivalentes al permanganato consumido. en 1 litro de agua destilada. Para realizar el ensayo, se toma 1 Residuo seco.- Se denomina residuo seco al peso de las sus- ml de agua y se le añade una gota de cada solución del reacti- tancias sólidas desecadas obtenidas por evaporación de un vo Nessler. Los ensayos positivos dan coloración naranja. volumen de agua previamente filtrada. Para su determinación Nitrito.- Su presencia es consecuencia de la contaminación se utilizó una balanza analítica con capacidad de 150 g y sen- con estiércol. Su valor ha de ser inferior a 0,5 ppm.. Para sibilidad 0,001 g., expresándose el resultado en mg de resi- hacer un ensayo se utiliza el test de nitritos, que consiste en duo por litro de muestra. introducir una varilla indicadora en la muestra problema. En presencia de ión nitrito se produce un cambio de color que Resultado de los análisis indica la concentración aproximada de este ión. En general para todas las determinaciones cuantitativas, se Análisis químico cuantitativo realizaron los experimentos por triplicado. Los datos que a continuación se exponen son el valor medio de los resultados. Dureza.- Es una característica química del agua que está determinada por el contenido de sales de calcio y magnesio, AGUA DE ARCHENA estos iones presentes en el agua forman un complejo de tipo A. pH………………………….7,2 quelato con la sal disódica del ácido etilendiaminotetraacéti- B. Análisis cualitativo co (AEDT). La determinación de la dureza del agua se basa - cloruro: ensayo positivo en una valoración complexométrica con AEDT y su posterior - nitrato : ensayo positivo - nitrito: ensayo positivo.Concentración aproximada: entre 1 conversión a dureza total expresada como cg de CaCO3 por litro de agua (grados franceses). La desaparición de las últi- y 5 ppm mas trazas de elementos a valorar, se aprecia por el viraje de - amoniaco: no significativo un indicador específico de la dureza total que es el negro de C. Dureza………………………..35º franceses eriocromo T. Se emplean 100 ml de agua , dos gotas de diso- D. Residuo seco………………….1 mg/l lución de negro de eriocromo T al 1% y 2 ml de disolución E. Cloruro………………………..145 ppm reguladora de amoniaco-cloruro amónico de pH 10. En estas F. Materia orgánica…………… 160 ppm condiciones se titula con AEDT (sal disódica) 0,01 M hasta viraje de púrpura a azul. AGUA DE ULEA A. pH…………………………… 7,3 Para definir el tipo de agua, a nivel de dureza, el resultado B. Análisis cualitativo obtenido puede compararse con la escala: - cloruro: ensayo positivo - nitrato: ensayo positivo - muy blanda 0 - 7 º HT - nitrito: ensayo negativo - blanda 7 - 14 º HT - amoniaco: no significativo - semidura 14 - 21º HT C. Dureza…………………………..27º franceses - bastante dura 21 - 32º HT D. Residuo seco……………………3 mg/l - dura 32 - 54º HT E. Cloruro…………………………..86,2 ppm - muy dura > 54º HT F. Materia orgánica………………...195 ppm

Cloruro.- La determinación se basa en una valoración con AGUA DE OJÓS nitrato de plata para formar un precipitado blanco de cloruro A. pH………………………………7,5 de plata. Si como indicador se utilizan iones cromato se apre- B. Análisis cualitativo cia el punto final por la aparición de un color rojo debido a la - cloruro: ensayo positivo formación de cromato de plata. Se utilizan 10 ml de muestra - nitrato: ensayo negativo y se valoran con una disolución 0,1M de nitrato de plata, apre- - nitrito: ensayo positivo. Concentración aproximada entre 1 ciándose la aparición de una turbidez permanente debida a la y 5 ppm precipitación del cloruro de plata, previamente se habían aña- - amoniaco: no significativo dido dos gotas de una disolución 0,005 M de cromato de pota- C. Dureza……………………………….25º franceses sio para visualizar el punto final de la valoración, que tiene D. Residuo seco…………………………6 mg/l lugar por viraje a color rojo debido a la precipitación del cro- E. Cloruro ………………………………89,5 ppm mato de plata. F. Materia orgánica……………………..365 ppm

Anales M. C. Guillén Miró, F. Mateo Asensio, J. Navarro Gómez RSEQ AGUA DE LLANO DE MOLINA Conclusiones A. pH…………………………………. 8,6 B. Análisis cualitativo El trabajo realizado fue diseñado como una experiencia - cloruro: ensayo positivo didáctica, de la que finalmente se han podido extraer algunos - nitrato: ensayo negativo datos científicos de interés, teniendo en cuenta las observa- - nitrito: ensayo negativo ciones realizadas y los resultados de los análisis efectuados. - amoniaco: no significativo C. Dureza……………………………….36º franceses Estos datos se resumen a continuación a modo de resumen. D. Residuo seco…………………………3 mg/l En primer lugar quiere destacarse el hecho de que, en ge- E. Cloruro……………………………….225 ppm neral, las muestras de agua analizadas presentaban turbidez. F. Materia orgánica……………………..230 ppm Como es sabido, esta impide el paso de la luz y afecta a la fotosíntesis, dificultando asimismo la respiración de los AGUA DE LORQUÍ organismos acuáticos, y produciendo un aumento de la con- A. pH……………………………………7,9 centración de gases tóxicos, la aparición de malos olores y la B. Análisis cualitativo variación del color del agua. En algunas de las muestras, - cloruro: ensayo positivo concretamente las de Archena y Ulea, se detectó la presencia - nitrato: ensayo negativo de nitrato,debido probablemente a la existencia de residuos de - nitrito: ensayo negativo fertilizantes. Valores superiores al límite permitido de 0,5 - amoniaco: no significativo ppm de nitrito se detectaron en las muestras de agua de C. Dureza…………………………………37º franceses Archena, Ojós y Ribera de Molina, como consecuencia de D. Residuo seco…………………………...1 mg/l una probable contaminación con estiércol. E. Cloruro…………………………………360 ppm En cuanto al contenido en calcio y magnesio (parámetro de F. Materia orgánica………………………..80 ppm dureza), se puede considerar "algo dura" al agua procedente de las localidades de Ojós y Ulea, y como "dura", a las de AGUA DE RIBERA DE MOLINA Archena, Ribera de Molina, Lorquí, y Llano de Molina. La A. pH……………………………………….7,6 dureza de estas últimas, con una concentración de 370−380 B. Análisis cualitativo - cloruro: ensayo positivo mg/l de Ca CO3, las hace indeseables para algunos usos - nitrato: ensayo negativo domésticos e industriales ya que provocan que se consuma - nitrito: ensayo positivo. Concentración aproximada de 1 a 5 ppm más jabón al producirse sales insolubles. También pueden dar - amoniaco: no significativo lugar a incrustaciones en tuberías. C. Dureza……………………………………38º franceses Todas las aguas presentaban valores de materia orgánica D. Residuo seco……………………………..1 mg/l superiores al permitido (50 mg O2/l). E. Cloruro………………………………… 215 ppm Como se ha indicado, la descomposición de los residuos F. Materia orgánica…………………………195 ppm provoca la falta de oxígeno en el agua. En este sentido las más contaminadas serían las procedentes de Llano de Molina y Materiales empleados Ojós y la menos la de Lorquí, localidad próxima a nuestro instituto. El pH indicador del grado de acidez del medio, se Para la realización de este trabajo hemos empleado los sigu- mantiene en valores normales de 7 a 8 para todas las muestras ientes materiales : analizadas. Desde el punto de vista didáctico consideramos que esta A. Material de laboratorio experiencia ha sido altamente positiva, tanto por el interés que - Matraces aforados de 1000 y 500 ml ha despertado en los alumnos, al ser la primera vez que rea- - Matraces erlenmeyer de 250 ml lizaban un proyecto de este tipo, como por el reto que ha - Probetas de 100 ml supuesto para el profesorado participante al tener que revisar, - Pipetas de 10 ml controlar y organizar todos los datos obtenidos por los alum- - Vasos de precipitados de 100 y 250 ml nos que han participado. Los objetivos que nos propusimos al - Buretas de 50 ml comienzo del mismo, se han alcanzado satisfactoriamente en - Cápsulas de porcelana, tubos de ensayo etc lo que supone la conexión del alumno, tan acostumbrado a B. Reactivos químicos recibir clases de tipo teórico, con el entorno que le rodea ya - nitrato de plata, cloruro de sodio que mediante esta experiencia han podido diagnosticar de una - cloruro de bario, cromato de potasio forma sencilla la contaminación del agua del río Segura a su - ácido sulfúrico, AEDT(sal disódica) paso por diferentes localidades, leer bibliografía relacionada - ácido clorhídrico, amoniaco, cloruro amónico con el tema, se ha desarrollado en ellos el espíritu crítico que - disoluciones reguladoras de pH 4; 7 y 10 toda actividad científica lleva aparejado. Han tomado con- - permanganato de potasio, ácido oxálico ciencia de la utilidad de la química en el estudio del entorno ambiental y de la gran labor social que los químicos realizan C. Aparatos de medida así como de la importancia del trabajo en equipo. - pH/ potenciometro digital. Crison. mod. 502 (calibrado con Por último, hemos podido comprobar que esta ha sido la reguladoras de pH 4 y 7) mejor manera de que el alumno comprenda y asimile concep- - Balanza monoplano, marca Snug. 150g; sensibilidad 0,001g tos de cierta dificultad para él, tales como producto de solu-

Análisis de aguas de la vega media del río Segura

bilidad, reacciones de precipitación, mecanismo de acción de Referencias los indicadores, disoluciones reguladoras y su importancia como estabilizadoras del medio, concepto de pH, estudio de [1] G.H. Ayres, “Análisis químico cuantitativo”, Ed. del casti- las volumetrías y de las valoraciones complexométricas, re- llo, 1974 acciones redox y manejo de aparatos como el pH-metro digi- [2] F. Pino pérez y J.M.Cano Pavón, "Gravimetrías y méto- tal o la balanza así como el conocimiento de todo el material dos analíticos de separación", Universidad de Sevilla, 1977 [3] F. Pino Pérez, "Técnicas experimentales de análisis cua- de vidrio del laboratorio y su utilidad. litativo". F. Pino Pérez. Universidad de Sevilla, 1979 [4] W. F. Pickering, "Química analítica moderna", Reverté, Agradecimientos Madrid, 1980 [5] R. Chang, "Tratado de química general". Mc Graw Hill, Queremos hacer hincapié en la innegable utilidad de la pues- Madrid, 1981 ta en marcha de estos proyectos de innovación educativa, y [6] E. Gutierrez Ríos, "Tratado de química inorgánica", Re- mostrar nuestro agradecimiento a la Caja de Ahorros del verté, 1984 Mediterráneo, que nos ha brindado la oportunidad de llevarlo [7] F. Burriel, F. Lucena, S. Arribas, J. Hernández, "Química a la práctica. analítica cualitativa", Paraninfo, Madrid, 1994

Los Grupos Especializados de Química Inorgánica y Química del Estado Sólido de la Real Sociedad Española de Química convocan su próxima Reunión Bianual, QIES-06, que tendrá lugar en la Casa de la Convalecencia de Barcelona entre el 10 y el 14 de Septiembre de 2006. La casa de la Convalecencia es un centro asociado a la Universidad Autónoma de Barcelona que se encuentra ubicada en el complejo del Hospital San Pablo.

Contacto

Dra. Amparo Fuertes Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (CSIC) Campus de la UAB · 08193 Bellaterra (Cerdanyola del Vallès) Barcelona Tel.: +34 93 580 1853, ext. 277 · Fax: +34 93 580 5729

Secretaría: Nuria Gómez Gallego Elena López Domínguez

www.icmab.es/qies06 C-e: [email protected]