La guía completa para la medición de turbidez en el agua

La turbidez es una de las cualidades más comunes e intuitivas del agua. Lo primero que notamos en el agua es lo turbia que está. Sin embargo, detrás de la turbiedad existen algunas implicaciones importantes. La turbidez puede afectar todo, desde cómo se desinfecta el agua hasta la calidad de nuestros lagos, océanos y arroyos.

En esta guía, repasaremos qué es la turbidez, las razones por las que se mide, opciones para los análisis y consejos para obtener resultados más exactos.

¿Qué es la turbidez?

En su forma más simple, la turbidez es solo lo turbio del agua. La turbiedad generalmente proviene de partículas que están suspendidas en el agua y que no podemos ver individualmente. Estas partículas podrían ser algas, suciedad, minerales, proteínas, aceites o incluso bacterias.

La turbidez es una medición óptica que indica la presencia de partículas suspendidas. Se mide haciendo brillar una luz a través de la muestra y cuantificando la concentración de partículas en suspensión. Mientras más partículas se encuentren en la solución, mayor será la turbidez.

Es importante tener en cuenta que, a pesar de que la turbidez se relaciona con los sólidos en suspensión, medir la turbidez no es lo mismo que medir los sólidos suspendidos totales (SST). Las mediciones de SST son gravimétricas, que cuantifican la masa de los sólidos suspendidos en una muestra, realizadas pesando los sólidos separados.

Importancia de la turbidez

La turbidez es un parámetro de referencia de la calidad del agua en todos los entornos, desde una instalación municipal de agua potable hasta para el control ambiental.

El objetivo principal del tratamiento del agua potable es eliminar y reducir la turbidez. A lo largo del proceso de tratamiento, la turbidez es medida en diferentes etapas para determinar la eficiencia del tratamiento y para garantizar el cumplimiento de las regulaciones gubernamentales. La materia suspendida (sólidos, algas, etc.) en el agua reduce la eficacia de los productos químicos desinfectantes y pueden actuar como un portador de bacterias y parásitos.

La turbidez tiene una gran importancia en el control ambiental, donde la turbiedad del agua puede indicar contaminación. Por ejemplo, después de una tormenta, los escurrimientos de la agricultura, la tala y los sitios de construcción puede inundar rápidamente las aguas naturales con sedimentos. Esto puede interrumpir la vida acuática que habita en el fondo del agua, lo que requeriría de dragado para remediarlo.

¿Cómo se mide la turbidez?

Existen muchos métodos para medir la turbidez. Como una medición de que tan turbia está el agua, podemos usar desde métodos visuales hasta medidores a gran escala para cuantificarla.

Algunos métodos visuales, como el disco Secchi, son ideales para el uso ambiental de campo. Este consiste en un disco que se sumerge en el agua hasta que ya no es visible. La profundidad a la que el disco ya no es visible es la profundidad de Secchi. Este método es subjetivo y funciona mejor en aguas naturales de movimiento lento y baja turbidez.

La mejor forma de medir la turbidez en una gran variedad de muestras es con un nefelómetro, también conocido como turbidímetro. Los turbidímetros utilizan un detector de luz y filtros para medir la dispersión de la luz y leer las unidades de turbidez, como unidades de turbidez nefelométricas (NTU) o unidades de turbidez de formazina (FTU).

¿Cómo medir la turbidez?

La mayoría de los esfuerzos para reducir la turbidez se dirigen a la prevención de eventos de contaminación. Sin embargo, el agua potable y las plantas de aguas residuales tratan el agua para reducir la turbidez. Se han establecido normas para garantizar la seguridad del agua potable y la eficiencia del proceso. Unos de los primeros pasos en el proceso de tratamiento del agua potable es eliminar las partículas en suspensión del agua.

Para lograr la clarificación, el agua se mezcla con un coagulante, como el alumbre. El suelo y otras partículas tienen una carga negativa y se repelen entre sí, dando lugar a  partículas finas dispersas. La adición de alumbre neutraliza el material suspendido para que las partículas se unan para formar partículas más grandes, conocidas como “flóculos”. Posteriormente, el agua pasa a través de un tanque de sedimentación, donde los medios filtrantes eliminan los flóculos.

Después de que se eliminan la mayoría de las partículas disueltas, el agua pasa a través de un filtro final que retira hasta el 99.5% de los sólidos suspendidos restantes.

La USEPA requiere que el 95% del agua potable en un periodo de un mes tenga una lectura de turbidez menor a 0.5 NTU y que ninguna muestra exceda 5 NTU en ningún momento.

Elección del medidor de turbidez

Los medidores de turbidez son dispositivos que tienen una fuente de luz, una lente y un detector localizados a 90°de la fuente de luz que trabajan juntos para medir la turbidez de una muestra. Cuando se coloca una muestra en el paso entre la fuente de luz y el detector, algunas de las partículas en la muestra dispersan la luz de tal forma que llega al detector a 90°. El detector determina la cantidad de luz dispersada y compara la lectura con los estándares en una curva de calibración.

Algunos medidores incorporan otro detector a 180° para contabilizar la luz transmitida. Esto puede ayudar con muestras que tienen una alta turbidez para corregir la pérdida de luz debido a la atenuación y retrodispersión (reflexión). Las mediciones de la turbidez a 90° y 180° se denominan método de relación.

Una vez que tenga su medidor, tomar las mediciones de turbidez es muy sencillo e involucra solamente unos simples pasos:

1. Calibre el medidor con los estándares
2. Llene una celda con la muestra
3. Limpie el exterior de la celda y si trabaja con muestras con muy baja turbidez, utilice aceite de silicón en el exterior de la celda.
4. Coloque la celda dentro del medidor y tome la lectura.

Estándares de turbidez

Los estándares de turbidez son una parte igualmente importante de la medición. La mayoría de los estándares modernos de turbidez están hechos de formazina, un polímero sintético con un tamaño de partícula uniforme. El polímero está hecho de hidracina y hexametilentetramina. La consistencia de este compuesto lo ha llevado a su aprobación por casi todas las organizaciones de estándares, tales como ISO, EPA y ASBC. Una suspensión de 1.25 mg/L de sulfato de hidracina y 12.5 mg/L de hexametilentetramina en agua tiene una turbidez de una Unidad de Turbidez de Formazina (FTU)

La mayoría de las otras unidades de turbidez se basan en FTUs, pero varían de acuerdo con el método utilizado. Existen muchas unidades diferentes, pero aquí presentamos algunos ejemplos:

• Unidades de turbidez nefelométricas (NTU): Unidad que es igual a FTU pero se mide utilizando un diseño de medidor de turbidez que cumple con los estándares EPA.
• Unidad de Relación de Turbidez Nefelométrica (NTRU). Unidad basada en EPA que utiliza el método de relación para determinar la turbidez.
• Unidades Nefelométricas de Formazina (FNU): Iguales a FTU pero medidas usando las normas ISO 7027 para el diseño del medidor.
• Sociedad Estadounidense de Químicos Cerveceros (ASBC-FTU). Usa los estándares ASBC para el diseño del medidor de turbidez.

Es importante decidir con qué método debe cumplir cuando elige un medidor de turbidez. Existen muchos diseños diferentes de medidores de turbidez, pero dos son los más comunes: los que cumple con EPA 180.1 y los que cumplen con la norma ISO 7027.

Es importante tener en cuenta que los medidores no están aprobados individualmente por estos organismos, sino que, simplemente se ajustan a los requisitos establecidos por estas normas.

Medidores de turbidez que cumplen con EPA

Los medidores que cumplen con la EPA cumplen con el método estándar 180.1, el estándar para determinar la turbidez en muestras de agua potable, subterránea, superficial, residual y de mar. Funciona mejor en un intervalo de 0 a 40 NTUs, lo que lo hace ideal para muestras de bajo intervalo.

Además, estos medidores tienen los siguientes requisitos (Extracto de Métodos para la Determinación de Sustancias Inorgánicas en Muestras Ambientales)

• Fuente de luz: Lámpara de tungsteno que opera a una temperatura entre 2200 – 3000 °K.
• Distancia recorrida por la luz incidente y la luz dispersa dentro del tubo de muestra: El total no debe exceder los 10 cm.
• Detector: Centrado a 90° de la trayectoria de la luz incidente y no excede ±30° desde 90°. El detector, y el sistema de filtro si se utiliza, debe tener una respuesta máxima espectral entre 400 nm y 600 nm.
• La sensibilidad del instrumento debe permitir la detección de una diferencia de turbidez de 0.02 NTU o menor en aguas que tienen menos de 1 unidad.

Según estos requisitos, los medidores que cumplen con la EPA son:

(+) Ideales para mediciones de intervalo bajo, como agua potable.

(+) Cumplen con las normas EPA para el uso de informes

(-) Rendimiento deficiente con muestras con color debido a la absorbancia de la luz blanca

Medidores de turbidez que cumplen con ISO

Estos medidores tienen requisitos similares a los de la EPA, pero presentan algunas diferencias clave:

• La longitud de onda para la fuente de “luz” debe ser un LED infrarrojo de 860 nm. Hay que considerar que técnicamente no se trata de una luz visible, sino de radiación infrarroja (IR).
• El ancho de banda espectral de la radiación incidente debe ser inferior o igual a 60 nm.

Los medidores que cumplen con ISO también tienen detectores de luz a aproximadamente 90° de la fuente de radiación, aunque el método también admite el uso de detectores en otros ángulos para determinar la cantidad de luz que es atenuada por la muestra (es decir, a 0°C). En general:

(+) Los medidores ISO utilizan una LED infrarroja, que elimina la interferencia por el color de la muestra.

(+) El método de relación permite una mayor exactitud en muestras de mayor turbidez.

(-) No aceptado por la US-EPA para propósitos de presentación de informes.

No importa qué tipo de medidor elija, asegúrese de consultar a cualquier agencia regulada si los valores de turbidez son para fines de informes. Ambos medidores pueden usar los estándares de formazina o AMCO-AEPA-1, un estándar disponible comercialmente.

Seis consejos para mediciones de turbidez exactas

Ahora que sabe cómo realizar las mediciones y qué tipo de medidores existen, mostraremos algunas mejores prácticas para el análisis de la turbidez:

1. Inicie con celdas en buen estado

Como se mencionó, cuando se mide turbidez se está determinando la turbidez de una muestra causada por los sólidos en suspensión. Para ello, se necesita una celda para contener la muestra.

Las celdas son una parte crítica de la ecuación debido a que la luz pasa a través de ellas al igual que la muestra. Asegúrese de que las celdas sean transparentes y libres de rayaduras. Las rayaduras interferirán con la forma en que la luz pasa a través del vidrio, llevando a falsos resultados.

Por fortuna, arreglar esto es tan fácil como reemplazar cualquier celda que esté manchada o muestre rayaduras visibles.

• Aplique aceite de silicón a sus celdas

Al igual que con las rayaduras e imperfecciones visibles en el vidrio pueden afectar las lecturas de turbidez,  las pequeñas manchas imperceptibles también pueden afectar los resultados. Estas manchas aparentemente microscópicas son especialmente relevantes si se miden muestras en el intervalo bajo, así como con el agua potable.

El aceite de silicón se puede usar para enmascarar imperfecciones en el vidrio. El aceite de silicón tiene el mismo índice de refracción que el vidrio, por lo que no interferirá con las lecturas. Simplemente tome unas gotas de aceite, agréguelo a la celda y luego limpie bien la celda con un paño sin pelusa. Una vez hecho esto correctamente, debe tener una celda que parezca prácticamente seca sin aceite visible.

Es importante tener en cuenta que el aceite de silicona solo es efectivo para llenar imperfecciones menores en el vidrio. Las rayaduras grandes y visibles deben  considerarse como una señal para reemplazar la celda.

• Uitlice estándares de turbidez vigentes

Todos estamos de acuerdo en que la clave para obtener resultados exactos es realizar una calibración exacta, y una calibración exacta proviene de estándares confiables.

Aunque los estándares modernos basados en formazina son más estables y confiables que los utilizados históricamente, aún son perecederos. Los métodos de la EPA establecen que los estándares de formazina (a 40 NTU) hechos internamente deben prepararse mensualmente y que cualquier dilución de este estándar debe prepararse diariamente. Además, los estándares de formazina tienen una tendencia a coagularse y asentarse en el fondo del recipiente.

Para ahorrar tiempo, busque los estándares primarios AMCO-AEPA-1 que están disponibles comercialmente y se ajustan al medidor. Idealmente, estos estándares deben venir como un kit en viales presellados que se pueden colocar fácilmente en la celda. Los estándares AMCO también son más estables que los estándares de formazina casera, permitiendo años de uso (aproximadamente 3 años). Busque aquellos que cuenten con un certificado de análisis (COA) y la fecha de vencimiento para su tranquilidad.

• Limpie la celda

Todos hemos dejado algunos materiales, de laboratorio o de otro tipo, para limpiar más tarde, pero definitivamente no lo hagas con las celdas de turbidez. Las manchas en la celda pueden absorber la luz o dispersarla, lo que resulta en una medición de turbidez del vidrio sucio y de la muestra. Es fundamental que las celdas de turbidez estén especialmente limpias.

Si se forman manchas en el vidrio, use un ácido diluido y otro limpiador para eliminar las manchas. Una vez limpias, asegúrese de enjuagar las celdas con agua destilada o desionizada.

• Uso del método de relación

A medida que aumentan las partículas en suspensión en una muestra, esta tiende a dispersarse, así como a absorber y reflejar la luz. Esta luz “perdida” puede hacer que las mediciones de turbidez se lean de manera diferente al valor real.

Puede resolver este problema de las muestras de alta turbidez de dos maneras. Una manera de hacerlo es diluyendo cualquier muestra altamente turbia con agua libre de turbidez. Una vez diluida, se mide la muestra normal y posteriormente se corrige por el factor de dilución. El método EPA 180.1 requiere dilución para cualquier muestra por encima de 40 NTU antes de la medición.

Otra forma de compensar la luz que está retrodispersada o atenuada es usar el método de relación. Muchos medidores están equipados con otros detectores a diferentes ángulos para determinar y compensar la luz perdida. Los diseños que utilizan estos métodos cumplen con el método estándar 2130B y la norma provisional mejorada para el tratamiento de aguas superficiales de la USEPA.

• Evite la condensación en las celdas

Finalmente, la turbidez puede verse afectada por la condensación. Con el tiempo, se puede formar condensación en el vidrio, especialmente si las muestras son frías. La condensación en el exterior del vidrio oscurece la luz de las muestras, lo que causa lecturas erróneas de turbidez.

Puede evitar esto simplemente limpiando las celdas periódicamente con un paño limpio y sin pelusa. Engrasar la celda también ayuda a reducir la condensación.

Especificaciones del medidor de turbidez HI98703

Especificaciones generales