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8IntroducciónLa mayoría de los países tienen marcoslegales orientados a regular los vertimientosde agua de naturaleza doméstica e industrial.Estos controles buscan determinar laconcentración de carga contaminante presenteen los efluentes que llegan a los cuerpos deagua y que afectan la calidad de esta.En Colombia existe un marco legalorientado a regular los vertimientos deeste recurso en los diferentes sectoresindustriales, por ejemplo, el portal webdel Ministerio de Ambiente y DesarrolloSostenible estipula que:La norma de vertimientos, la Resolución0631 de 2015 reglamenta el artículo 28del Decreto 3930 de 2010 y actualizael Decreto 1594 de 1984 (vigente desdehace 30 años) respondiendo a la nuevarealidad urbana, industrial y ambientaldel país. Esta permite el control de lassustancias contaminantes que llegana los cuerpos de agua vertidas por 73actividades productivas presentes enocho sectores económicos del país.Esta Resolución es de obligatoriocumplimiento para todas aquellaspersonas que desarrollen actividadesindustriales, comerciales o deservicios y que en el desarrollo deestas generen aguas residuales, queserán vertidas en un cuerpo de aguasuperficial o al alcantarillado público(Ministerio de Ambiente y DesarrolloSostenible, 2021).En este sentido, el aumento de lapoblación y los desarrollos industriales, hangenerado impactos negativos en el uso delrecurso hídrico, de acuerdo con Ruiz, Carvajaly Escobar (2007, 172) los cuerpos de agua sonfuertemente afectados por sustancias cadavez más agresivas y difíciles de tratar debidoa su naturaleza química.A raíz de la crisis que se está viviendoentorno al problema de la contaminacióndel agua, la mayoría de los gobiernos definenprogramas de monitoreo que buscan medirparámetros físicos, químicos y biológicos(Ruiz, Carvajal & Escobar, 2007, 177). En efecto,desde que la calidad del agua se convirtióen una preocupación mundial, distintasorganizaciones y comunidades científicashan desarrollado métodos analíticos queapuntan a generar información precisa sobrelas sustancias contaminantes presentes enlos hidrosistemas. A propósito, The StandardMethods Organization es una entidad integradapor tres sociedades técnicas: La AsociaciónEstadounidense de Salud Pública (APHA),la Asociación Estadounidense de ObrasHidráulicas (AWWA) y la Federación del MedioAmbiente del Agua (WEF), quienes desde elaño de 1905, han realizado un compendiode técnicas analíticas para estimar la cargacontaminante del agua, el cual se consolidócon el nombre de Standard Methods forthe Examination of Water and Wastewater,documento que se convirtió en referente parala comunidad científica cuyo campo de interéses monitorear la calidad del agua.Por otro lado, es importante entendercómo funcionan estas técnicas, primero,cuando se habla de turbiedad, se estáhaciendo referencia a una propiedad ópticade una suspensión que hace que la luz seareemitida y no transmitida a través de lasuspensión (Carpio, 2007, 2), y en segundoREVISTA PRODUCCIÓN LIMPIA–Vol. 16 No 1 – enero/junio – 2021 / S. BolívarModelo correlacional de sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales domésticas mediante análisis de turbiedad189

lugar, la termogravimetría referenciadacomo método 2540 D del Methods for theExamination of Water and Wastewater ,consiste en retener partículas sólidas en unfiltro de fibra de vidrio a través del que se hacepasar una muestra homogénea; el residuo quequeda retenido se seca a 103 – 105 C y elincremento en el peso del filtro representa lacantidad de SST (Hernández, 2007, 2), esteúltimo requiere un tiempo de desarrollo deaproximadamente dos días, el cual es superioral tiempo necesario para el primero.Al respecto, en el campo de la investigaciónrelacionado con el desarrollo de nuevosmétodos analíticos y/o estrategias queapunten a mejorar el tiempo y la generaciónde resultados obtenidos en la medición delos distintos parámetros de la calidad delagua, se plantean diseños experimentalescon el objetivo de vincular una técnica conotra y que permita determinar parámetroso hacer aproximaciones que ayuden a tomardecisiones frente a los tratamientos que laindustria suele utilizar para sus vertimientos,sin embargo, es claro que el documentode referencia Standard Methods for theExamination of Water and Wastewater noconsidera el establecimiento de relacionesentre métodos analíticos distintos, aunqueello no representa un impedimento paralograrlo.Se puede afirmar entonces que este tipode relaciones vinculantes entre métodosanalíticos no es tan sencillo como se quisiera,porque una muestra de agua que presentauna diversidad de contaminantes en términosde sus propiedades físicas y químicas haceque no solo la naturaleza de la muestrasea compleja, sino el mismo análisis sobreella (Nasrabadi et al (2014). No obstante,algunos investigadores ya han intentadodiseñar modelos correlacionales entre SSTy turbiedad, lo que lo convierte en un temade interés de algunos estudios (Nasrabadiet al., 2014, Nasrabadi et al., 2016; Downing,2006; Rügner et al., 2014; Stubblefield et al.,2007 & Torres et al., 2013). Al consultar losresultados de estos diseños experimentalespropuestos por otros (Nasrabadi et al., 2016;Torres et al., 2013; Rügner et al., 2014), sehallaron experiencias positivas, sin embargo,hay otros que han encontrado dificultadesen asumir este modelo como algo válido ogeneralizado (Downing, 2006 y Gippel, 1995).Existen varias razones que justificanel hecho de que establecer este tipo decorrelaciones es una tarea compleja, entreellas se destacan:1.La distribución del tamaño de laspartículas es una variable importanteporque hay una dependencia con lascaracterísticas de la fuente y de losperiodos estacionales. También, secree que hay una relación directaentre el tamaño y la concentración,ya que pueden presentarseaglomeraciones dependiendo de laspropiedades de las mezclas que seforman (Gippel, 1995).2. La naturaleza de la partícula esimportante porque la gravedadespecífica en sustancias orgánicassuele ser menor que en los minerales,lo que afecta también su suspensiónen la superficie. Normalmente laspartículas con superficie porosa tienenun orden de distribución muy distintoREVISTA PRODUCCIÓN LIMPIA–Vol. 16 No 1 – enero/junio – 2021 / S. BolívarModelo correlacional de sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales domésticas mediante análisis de turbiedad190

0a las partículas con superficies suaves,lo que tiene también implicacionesen la forma en que se refleja la luzdurante la medición de la turbidez(Gippel, 1995).3. El color del agua hace que la luzincidente y dispersa se absorbaparcialmente, por lo que se reduce laturbidez nefelométrica (Gippel, 1995).4. Por otro lado, Downing (2006) centrasu trabajo en describir las causas enla sensibilidad de los sensores ópticosde diferentes modelos para medir laturbidez, lo cual es un indicador delas incertidumbres que se presentanen los instrumentos para medir losparámetros determinados.Básicamente, lo anterior representavariables que se tuvieron en cuenta endistintas investigaciones, sin embargo,aunque todas coinciden en el análisisde muestras compuestas, vemos que losresultados no fueron los mismos paratodos y ello se justifica en el hecho de queel comportamiento de los sedimentoses aleatorio y depende de las variablespreviamente mencionadas.Por lo tanto, esta investigación seorientó en establecer un modelo decorrelación entre la concentración de SSTy turbiedad en muestras de Caolín quepermita una determinación rápida e in-situde los niveles de SST en aguas residualesdomésticas. Para tal efecto, se prepararondiversas muestras de Caolín a diferentesconcentraciones que representan la cargacontaminante de SST del agua. El Caolín esun tipo de mineral de arcilla que suele serutilizado como material de referencia en ladeterminación de sólidos sedimentables yde SST por ser un material casi insoluble enagua, formando una mezcla heterogénea.Esta propiedad fue el criterio para elegirlocomo uno de los componentes para lapreparación de dichas soluciones, ya que eltipo de solución que forman se asemeja a lasmuestras de agua problema.Existen razones que justifican el hechode no poner en consideración otrosparámetros distintos a los mencionados,primero, porque la dispersión de sólidosen los sistemas acuosos es una interacciónde naturaleza física, mientras que el pH, eloxígeno disuelto, la demanda química deoxígeno (DQO) y la demanda biológica deoxígeno (DBO) son variables de tipo químico,las cuales no guardan una relación directacon la dispersión de la luz, mientras que laspartículas sólidas si la tienen. En relacióncon lo anterior, Downing (2006) y Kronvang,Grant y Laubel (1997) ponen en discusiónla utilidad de los sensores ópticos en lamedición de SST como los sistemas láser,dispersores de luz y los de fibra óptica, entreotros, puesto que la presencia de sólidos enestos sistemas si genera dicha dispersión,sin embargo, no se requieren equipos muysofisticados para lograr su estimación, comolos turbidímetros que son equipos ópticoscaracterizados por ser de bajo costo si secomparan con otros. Segundo, SamboniRuiz, Carvajal Escobar y Escobar (2007)realizaron una revisión de los parámetrosfisicoquímicos como indicadores de calidady contaminación del agua, donde se muestraque los SST en contraste con la DBO, tienenun comportamiento gradual que permitenREVISTA PRODUCCIÓN LIMPIA–Vol. 16 No 1 – enero/junio – 2021 / S. BolívarModelo correlacional de sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales domésticas mediante análisis de turbiedad191

hacer un seguimiento más detallado, porejemplo, cuando el cambio de la calidad deagua se da en un rango de 0 a 100 (Índice decalidad del agua, ICA), la variación de la DBOes de 0 a 30 mg/L, mientras que en los SST esmayor; y tercero, investigaciones como las deSchwarz, Gocht y Grathwohl (2011); Rügner,Schwientek, Egner y Grathwohl (2014) yNasrabadi, Ruegner, Sirdari, Schwientek yGrathwohl (2016) plantean la posibilidadde correlacionar SST con la turbiedad, sinponer en consideración otros parámetroscomo los ya mencionados, lo que significa,que no es necesario hacerlo si el interés secentra en establecer una correlación entreSST y turbiedad.Materiales y MétodosPara el planteamiento de un modelo decorrelación entre la concentración de SSTy turbiedad se establecieron tres etapas:Primero, se preparó una solución de 1000mg/L en base seca de Caolín y de esta, seprepararon 12 soluciones acuosas de 35,75, 105, 145, 185, 225, 265, 305, 345, 385,425 y 465 mgCaolín/L. Seguidamente, seprocedió a realizar mediciones de turbiedadpor cuadruplicado, como se observa másadelante en la tabla N 1. Segundo, unavez obtenidos los datos experimentales,estos se promediaron para construir lacurva de calibración (figura N 1) que sirviópara estimar la concentración de SST porel método de turbiedad a dos muestrasproblema. Tercero, las muestras problemafueron tomadas de distintas fuentes, con elfin de que estas gozaran de característicasparticulares. Una de ellas fue captadade un afluente (hidrosistema urbano)localizado en 6 12’43.8”S 75 36’13.1”W,y la otra fue tomada de un acuariolocalizado en 6 16’57.3”N 75 33’15.2”E, cuyacontaminación consta de material orgánico,entre otros. En este caso, se sometieron aanálisis ambas muestras de agua problemacon características diferentes, con el fin dedarle robustez a la correlación obtenida.A estas muestras de agua residualdoméstica se les aplicaron dos métodos: elprimero, fue el 2540 D a través del cual seestimó el contenido de SST, y el segundo, fueun análisis de turbiedad por cuadruplicadodonde se obtuvieron los resultadosregistrados en la tabla N 2. Este estudio sellevó a cabo en el laboratorio de química delInstituto Tecnológico Metropolitano (ITM)sede Robledo.ResultadosDe acuerdo con los resultadosexperimentales registrados en la tabla N 1que se muestra a continuación:REVISTA PRODUCCIÓN LIMPIA–Vol. 16 No 1 – enero/junio – 2021 / S. BolívarModelo correlacional de sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales domésticas mediante análisis de turbiedad192

2Tabla N 1. Resultados de la medición de turbiedad a las diluciones de Caolín preparadas.Concentraciónmg Caolín/LLectura deturbiedad 1(NTU)3512,58 0,2575Lectura deturbiedad 2(NTU)Lectura deturbiedad 3(NTU)Lectura deturbiedad 4(NTU)TurbiedadPromedio(NTU)12,71 0,2512,59 0,2512,58 0,2512,59 0,2537,50 0,7537,58 0,7536,76 0,7437,29 0,7537,40 0,7510548,97 0,9845,22 0,9048,44 0,9749,84 1,0048,71 0,9614574,40 1,4971,60 1,4370,50 1,4174,36 1,4972,98 1,4518599,33 1,9996,21 1,92101,7 2,03100,6 2,0199,97 1,99225117,0 2,34114,0 2,28110,0 2,20116,2 2,32115,1 2,29265124,7 2,49125,5 2,51127,0 5,54126,3 2,53125,9 2,52305149,1 2,98147,4 2,95151,0 3,02147,4 2,95148,3 2,97345180,2 3,60185,0 3,70184,9 3,70186,6 3,73185,0 3,68385195,9 3,92191,1 3,82197,0 3,94186,3 3,73193,5 3,85425216,0 4,32218,3 4,37222,1 4,44222,5 4,45220,2 4,39465259,5 5,19267,0 5,34266,6 5,33258,2 5,16263,1 5,26Fuente: Elaborado por los autores.Se pudo establecer una regresión linealentre SST y la turbiedad promedio de lascuatro lecturas reportadas en esta, comose muestra en la figura N 1. Es importanteaclarar que las incertidumbres de lasNTU promedio se calcularon aplicandolas reglas de propagación de errores/incertidumbres (Vargas et al., 2008) a partirde la incertidumbre de cada valor estimado,el cual corresponde al 2% del valor de lalectura de acuerdo con la incertidumbredel turbidímetro (MICRO TPW 20000)empleado en este .00150.00200.00250.00300.00Turbiedad (NTU)Figura N 1. Curva de calibración NTU vs SST.REVISTA PRODUCCIÓN LIMPIA–Vol. 16 No 1 – enero/junio – 2021 / S. BolívarModelo correlacional de sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales domésticas mediante análisis de turbiedad193

En la anterior curva de calibración (figuraN 1) se observa que a medida que aumenta laturbiedad también aumenta la concentraciónde SST, evidenciándose una correlación linealentre ambos parámetros, en contraste,Nasrabadi et al., (2016) en su investigaciónlogró establecer dicha correlación para unconjunto de datos en un intervalo de 202-1212mg /L para SST y 63-501 NTU para turbiedad,logrando un R2 0,96, lo que muestra unatendencia a la posibilidad de establecervínculos entre ambos métodos analíticossiempre que la distribución de tamaños nosea muy heterogénea. Por ejemplo, Foster,Millington y Grew (1992) hallaron que ensuspensiones de sedimentos fluviales conconcentraciones de hasta 400 mg/L, laturbiedad no variaba significativamente parapartículas entre 16 y 63 µm, en contraste,Bright, Mager y Horton (2020) encontraronque en partículas suspendidas con tamañosmenores a 6 µm no existe una relaciónsistemática entre las NTU y los SST.S e g u i d a me n te , se e s t i mó l aconcentración de SST de las muestrasde agua problema afluente y acuario(consideradas aguas residuales domésticas)a partir del valor promedio de NTU que seregistra en la tabla N 2, cuyos resultadosfueron de 47,69 2,78 y 106,29 1,90mgSST/L respectivamente, según:[SST] 1,8136T 16,551Donde:[SST]: Concentración de sólidossuspendidos totales expresado comomgSST/L.T: Turbiedad expresado como NTU.Tabla N 2. Resultados de la medición de la turbiedad en las muestras de agua.Lectura deturbiedad 1(NTU)Lectura deturbiedad 2(NTU)Lectura deturbiedad 3(NTU)Lectura deturbiedad 4(NTU)TurbiedadPromedio(NTU)Muestra afluente18,28 0,3715,17 0,3016,17 0,3218,17 0,3617,17 0,34Muestra acuario49,20 0,9849,76 1,0047,69 0,9550,03 1,0049,41 0,98Fuente: Elaborado por los autores.Finalmente, a las mismas muestras deagua problema se les determinó de nuevola concentración de SST pero por el método2540 D, obteniendo como resultado unaconcentración de 49,00 mgSST/L para elafluente y 104,50 mgSST/L para el aguadel acuario.DiscusiónDe acuerdo con los resultados obtenidosde las muestras del afluente y el acuario seobserva que existe una diferencia del 2,7 %y 1,7 % respectivamente comparado con loestimado por el método termogravimétrico2540 D. Esto significa que es posibleestablecer una correlación entre los métodosREVISTA PRODUCCIÓN LIMPIA–Vol. 16 No 1 – enero/junio – 2021 / S. BolívarModelo correlacional de sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales domésticas mediante análisis de turbiedad194

4mencionados aquí para los intervalos entre35-465 mgSST/l y 12-263 NTU para turbiedaden aguas residuales domésticas. Si bien,los resultados no son exactos entre unoy otro método, esta información es útilpara conocer de forma rápida e in-situ laconcentración de SST de las muestras, lo quepermitirá establecer un plan de contingenciaque favorezca un mayor control de dichasaguas antes de ser desechadas, y así poderdar cumplimiento a lo establecido en laResolución 0631 de 2015. Considerandoque esta norma establece que el límitepermisible de SST para los vertimientos deaguas residuales domésticas es de 75mg/L,se evidencia que la muestra del afluenteestá cumpliendo con lo establecido en dicharesolución, caso contrario, es lo que ocurrecon la muestra del acuario donde se obtuvoun resultado por encima de lo permitido.En correspondencia con lo anterior, loserrores relativos de los resultados puedendeberse a distintas causas, entre ellas a lavariedad de parámetros como la densidad,el tamaño y la forma de las partículas,así como el color del agua, que puedenafectar la relación entre los valores de SSTy la turbiedad (Downing, 2006 citado porNasrabadi et al., 2016, 2).ConclusiónDe acuerdo con los resultadosexperimentales obtenidos y la discusiónanterior, se concluye que es posible estableceruna correlación para la determinación dela concentración de SST usando el métodode turbiedad, que permita su estimaciónrápida e in-situ. Lo anterior se cumple en unintervalo de 35-465 mgSST/l y 12-263 NTU paraturbiedad en aguas residuales domésticas.ReferenciasBright, C., Mager, S. y Horton, S. (2020).Response of nephelometric turbidityto hydrodynamic particle size of finesuspended sediment. InternationalJournal of Sediment Research, 35(5),444-454.Carpio, T. (15 de junio de 2007). Turbiedad pornefelometría (método B). Instituto deHidrología, Meteorología y EstudiosAmbientales. iedad por c6a6dbc#: :text La%20tu r b i e d ad %20 e s %20 u na e%20laDowning, J. (2006). Twenty-five years withOBS sensors: The good, the bad, andthe ugly. Continental Shelf Research,26(17-18), 2299-2318.Foster, I. D. L., Millington, R. y Grew, R. G.(1992). The impact of particlesize controls on stream turbiditymeasurement; some implicationsfor suspended sediment yieldestimation. Erosion and sedimenttransport monitoring programmes inriver basins, 210, 51-62.Gippel, C. J. (1995). Potential of turbiditymonitoring for measuring the transportof suspended solids in streams.Hydrological processes, 9(1), 83-97.REVISTA PRODUCCIÓN LIMPIA–Vol. 16 No 1 – enero/junio – 2021 / S. BolívarModelo correlacional de sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales domésticas mediante análisis de turbiedad195

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de sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales de uso doméstico mediante el método de turbidez, con filiación al Institución Universitaria ITM en el periodo de agosto a noviembre de 2020, financiado por la Institución Universitaria ITM, en la ciudad de Medellín - Colombia. 2 Estudiante de Química Industrial.