1.10: Laboratorio

Objetivos de aprendizaje

• Después de leer este capítulo deberá ser capaz de identificar y explicar los siguientes temas relacionados con los laboratorios de plantas de tratamiento:
• Equipo en el laboratorio
• Seguridad de laboratorio
• Pruebas de calidad del agua
• Contaminantes probados en laboratorio y en toda la planta de tratamiento

Trabajar en un laboratorio es probablemente algo en lo que nunca pensaste a la hora de decidir explorar la carrera del tratamiento del agua. Sin embargo, trabajar en un laboratorio es uno de los aspectos más críticos de la profesión. Muchas agencias más grandes tienen un personal dedicado de personal de laboratorio que maneja gran parte del análisis diario de la calidad del agua, pero los operadores siguen desempeñando un papel clave. Después de todo, el operador es la persona encargada de dirigir la planta, monitorear las alimentaciones químicas y realizar verificaciones de rutina de la planta para garantizar que el sistema funcione sin problemas. Un científico de laboratorio puede ejecutar todas las pruebas del mundo, pero como no son ellos los que manejan la planta, un residuo de cloro menor puede que no les destaque. La responsabilidad recae de lleno sobre los hombros del operador. Las regulaciones estatales requieren que los operadores tomen muestras de agarre durante todo el día para garantizar que los equipos de monitoreo en toda la planta funcionen correctamente.

Este tema se discute extendidamente en el curso de calidad del agua. Esto está destinado a ser una breve descripción general si aún no ha tomado ese curso.

Instrumentos y equipos de laboratorio

En todo el laboratorio, encontrará una variedad de vasos de precipitados, matraces, frascos de dilución y cilindros graduados. Muchos de estos instrumentos se ven iguales o similares pero todos tienen un trabajo y propósito únicos. Los vasos varían en tamaño de 25 a 4000 mL. Se utilizan para mezclar muestras durante el análisis químico. Una bureta es un receptáculo de vidrio largo y delgado similar a un tubo que se usa para medir y dispersar líquidos. Los matraces tienen cuello estrecho y son redondos en la parte inferior. Cada tipo de matraz tiene un propósito diferente, pero todos se ven muy similares.

Figura\(\PageIndex{1}\): (izquierda) Vasos — La imagen de Xavax es de dominio público. (derecha) Frasco volumétrico — imagen de Lucasbosch está licenciado bajo CC BY-SA 3.0

Los cilindros graduados son altos y cilíndricos y varían en tamaño desde 10 mL-4000 mL. Se utilizan para medir líquidos, pero no con precisión. Por ejemplo, se pueden utilizar durante una prueba de cloro para recoger un volumen general de agua. Si necesita una cantidad exacta, debe medirse con una pipeta u otro dispositivo de medición de líquidos similar y preciso. La pipeta mide un líquido con una precisión del 100 por ciento.

Figura\(\PageIndex{2}\): Botella de muestra — La imagen de σ64 está licenciada bajo CC BY-SA 3.0

Encontrarás botellas de muestra en cualquier laboratorio. Las botellas pueden ser de plástico o vidrio. Se utilizan para almacenar agua para futuras pruebas de laboratorio y no se utilizan para medir líquidos. Los frascos de muestra se utilizan para recolectar muestras bacteriológicas y para análisis químicos orgánicos. El frasco bacteriológico es uno de los frascos de muestra más importantes que encuentras en un laboratorio. Están hechos de plástico y son de 100 mL. Los operadores de tratamiento de agua deben tomar muestras bacteriológicas según la Regla Coliforme Total. Estas pruebas se realizarán diariamente en el laboratorio y en todo el sistema de distribución en base a su plan de muestreo coliforme.

Figura\(\PageIndex{3}\): (izquierda) Cilindro Graduado — Imagen de Lilly_M está licenciado bajo CC BY-SA 3.0. (derecha) Bureta — Imagen de Roland1952 está licenciada bajo CC BY-SA 3.0.

Otros artículos encontrados en el laboratorio

Las incubadoras se encontrarán en todos los laboratorios de una planta de tratamiento de agua. Se utilizan para mantener una temperatura para cultivos bacteriológicos. Se utilizan dos tipos de incubadoras, calor seco y baños de agua. Los usos comunes de las incubadoras incluyen pruebas coliformes, pruebas de múltiples tubos y recuentos de placas heterótrofas. Los hornos son otras piezas de equipo que se encuentran en el laboratorio. Los autoclaves, por ejemplo, se utilizan para esterilizar artículos de cristalería pero también pueden usarse para esterilizar material que ha sido contaminado por quizás una prueba coliforme positiva. Los refrigeradores se utilizan para almacenar muestras para futuras pruebas y para almacenar productos químicos utilizados para pruebas de calidad del agua. Estos refrigeradores son solo para uso laboral y no deben usarse para almacenar alimentos y bebidas.

Seguridad de Laboratorio

Los operadores deben estar siempre conscientes de la seguridad independientemente de dónde se encuentren en la planta de tratamiento. El laboratorio debe ser tratado de manera no diferente a si un operador cambiaba cilindros de cloro. Hay químicos que son combustibles y otros que pueden causar quemaduras graves si están expuestos a la piel. Algunos equipos de seguridad comunes encontrados en los laboratorios de plantas de tratamiento de agua:

• Protección para los ojos: la protección ocular debe incluir gafas de seguridad, gafas de seguridad o protectores faciales. No se recomienda usar lentes de contacto si se trabaja con productos químicos peligrosos. Gafas de seguridad recetadas están disponibles. Solo tienes un par de ojos, por lo que es importante protegerlos. Los laboratorios de agua tienen líquidos y sólidos que pueden penetrar fácilmente en tus ojos si no llevas el EPP (equipo de protección personal) adecuado.
• Botellas de seguridad para duchas/lavaojos: en caso de que algo entre en tus ojos, cada laboratorio está equipado con una regadera de seguridad. La ducha debe tener una palanca de tracción y un lavaojos.
• Extintor de incendios: los extintores se encuentran en cualquier edificio de los Estados Unidos. La mayoría de las empresas de tratamiento de agua brindarán capacitación formal sobre el uso adecuado de un extintor de incendios. En el caso de que no pueda apagar un incendio de laboratorio con el uso de un extintor, salga de la habitación de inmediato y llame al departamento de bomberos. Los extintores están pensados para apagar incendios muy pequeños muy rápidamente.

Figura\(\PageIndex{4}\): Lavaojos y regadera de emergencia — Imagen de Korn966 está licenciada bajo CC BY-SA 4.0

Metros

Los laboratorios utilizan una variedad de medidores para pruebas de calidad del agua. Aunque los medidores se encuentran en toda la planta de tratamiento, los medidores en el laboratorio se utilizan para verificar que el equipo en toda la planta de tratamiento esté funcionando correctamente. Los medidores más comunes utilizados por los operadores de tratamiento de agua son colorímetros de bolsillo para pruebas de cloro en campo, medidores de turbidez y medidores de pH. Los colorimetros de bolsillo son geniales para ser utilizados en campo, pero los resultados no son reportables. Para fines de cumplimiento, debe utilizar un colorímetro o fotómetro eléctrico.

Se utilizan medidores de pH y turbidímetros para verificar que el equipo esté funcionando en toda la planta. Como mínimo, un operador operará laboratorios de turbidez, cloro residual, temperatura del agua y pH. Todos estos parámetros son necesarios para el cumplimiento y verificación de TC. Estas mediciones son importantes para garantizar que la planta de tratamiento esté operando de acuerdo con la regla de tratamiento de aguas superficiales.

Pruebas microbiológicas

Las pruebas microbiológicas son probablemente las pruebas más importantes que realizan los profesionales del tratamiento del agua. Como se discute ampliamente en este texto, los operadores de aguas de tratamiento tienen como objetivo eliminar y desactivar los organismos patógenos del agua potable a través de la filtración y desinfección. Las regulaciones de agua requieren 3Log remoción y desactivación de Giardia y 4 log eliminación y desactivación de virus. Las bacterias caen en medio de Giardia y virus. Por lo tanto, se asume con seguridad que las bacterias serán eliminadas y desactivadas a lo largo del mismo proceso.

Los profesionales del agua prueban agentes microbiológicos mediante pruebas para el organismo indicador coliforme. Las bacterias coliformes no causan daño a los humanos, pero generalmente están presentes cuando los patógenos están presentes en el agua. La razón por la que los coliformes se han utilizado para identificar el agua contaminada desde hace más de 100 años es porque siempre están presentes en el agua contaminada. Aunque no haya contaminación fecal, siguen presentes. Sobreviven más tiempo en el agua que los patógenos y son fáciles de identificar con pruebas adecuadas. Cuando se identifica una muestra positiva, asumimos que el agua está contaminada hasta que se pueda probar lo contrario.

Las instalaciones de tratamiento de agua utilizan cuatro pruebas diferentes para el monitoreo de coliformes. El método más fácil, menos costoso y más común para la prueba coliforme es la prueba de presencia y ausencia (P-A). Tanto las pruebas P-A como las pruebas de fermentación en múltiples tubos (MTF) funcionan con base en que el coliforme produce gas a partir de la fermentación de lactosa dentro de las 24-48 horas. El método MTF utiliza tres pasos para la prueba. Incluye el ciclo de prueba presuntivo, confirmado y completado. La prueba presuntiva se realiza en 24 horas. Las muestras se incuban a 35 grados Celsius durante 24 horas y luego se revisan para ver si se ha formado una burbuja de gas o si la muestra está turbia. No quieres ver ninguna burbuja ni gas. Las muestras se incuban luego por otras 24 horas. Si no se forma gas, la prueba ha terminado y la muestra está ausente. Si hay una burbuja de gas, pasa a la prueba confirmada.

La prueba confirmada verifica que la muestra es positiva de coliformes y no de otro tipo de bacteria. Se agrega Lactosa Verde Brillante Vile a la muestra y luego se incuba por otras 48 horas. Se utiliza el mismo método. El técnico de laboratorio u operador verifica si se produce gas durante el periodo de incubación. El requisito mínimo para las operaciones de tratamiento de agua es la prueba presuntiva y confirmada. Las pruebas terminadas rara vez se utilizan excepto para el control de calidad por parte del personal del laboratorio En caso de una prueba positiva confirmada, entrará en vigor el protocolo de violación de bacterias coliformes.

El método P-A es el método más común para los operadores de tratamiento y el personal de muestreo de campo. Las botellas se transfieren fácilmente en una caja de hielo y la configuración es muy simple. Este método se conoce comúnmente como el método Colilert. La prueba utiliza una botella de muestra de plástico de 100 mL. Se agrega un nutriente a la muestra, la cual luego se incuba por un periodo de 24 horas a 35 grados Celsius. El nutriente hará que el agua se vuelva amarilla si hay coliformes presentes. En caso de una prueba positiva, la botella se puede colocar detrás de una luz fluorescente que se volverá de color azul lo que indica contaminación fecal por E. coli.

Las otras dos pruebas bacteriológicas incluyen MMO-MUG y el método de filtro de membrana. Las pruebas MMO-MUG vienen con el agente de prueba ya en los viales. Simplemente se agrega una muestra de 10 mL al vial. Al igual que con la prueba P-A, las muestras positivas para coliformes se volverán amarillas y para contaminación fecal se volverán azules. El proceso de membrana comienza con filtrar 100 mL de agua a través de un filtro de membrana. Después la muestra se agrega a una placa de Petri y se incuba por un periodo de 24 horas. Las muestras coliformes positivas se vuelven de color rojo-rosa. Las pruebas confirmativas requieren la incubación de un caldo por otras 24 horas.

Calidad Física del Agua

Los operadores prueban el agua en busca de propiedades físicas y contaminantes que causen daño a los humanos. Existen estándares secundarios relacionados con muchas de las pruebas físicas que realizan los operadores. La acidez es la capacidad de neutralizar una base. La alcalinidad es la capacidad del agua para neutralizar el ácido. La razón por la que los operadores están preocupados por la acidez y alcalinidad del agua potable es que las diferentes escalas de pH tienen diferentes efectos en el tratamiento del agua. Cuando se agregan ácidos al agua, bajan el pH del agua. Puede ser necesario agregar una base fuerte para aumentar el pH. Los operadores quieren que una pequeña cantidad de carbonato de calcio presente en el agua se deposite alrededor de las tuberías del sistema de distribución. Esto ayuda a combatir la corrosión.

Cuando pensamos en la bebibilidad del agua, podríamos pensar en el color, el sabor, el olor y la temperatura. La estética física del agua importa e impacta en nuestro deseo de beber el agua. El color del agua potable puede indicar agua con mayores niveles de compuestos orgánicos y agua con HTM.

Los problemas de sabor y olor en el agua potable tratada son difíciles de probar. Muchos clientes se quejan de un fuerte olor a cloro en su agua potable. Los problemas de sabor y olor pueden provenir de la materia orgánica, el cloro, los gases disueltos e incluso los desechos industriales. La prueba de olor umbral se mide en la escala TON. (Muestra de agua de 100 mL + dilución dividida por 100 = TON.) El registro de agua como 3 probablemente atraerá quejas de los clientes.

La temperatura del agua juega un papel clave en el tratamiento del agua porque los desinfectantes funcionan mejor a temperaturas más altas. Sin embargo, la nitrificación ocurre durante los meses más cálidos del año por lo que la temperatura del agua tiene que ser manejada cuidadosamente. Las agencias de agua de las regiones más frías del país deben atender las condiciones de congelación dentro de su sistema de tratamiento y distribución. Durante el invierno, incluso en regiones más cálidas, la rotación de lagos puede causar grandes cambios en la calidad del agua.

La turbidez es la suspensión de partículas en agua. Los altos niveles de turbidez pueden significar problemas importantes dentro de la planta de tratamiento. Por lo tanto, se utiliza la turbidez para verificar qué tan eficiente está operando la planta de tratamiento. Los valores altos de turbidez pueden indicar niveles más altos de materia orgánica e inorgánica. Los organismos patógenos pueden esconderse detrás de la turbidez y hacer ineficaz la desinfección. La turbidez se mide en el laboratorio con un contador nefelométrico. Se agrega una fuente de luz y, en presencia de turbidez, la luz se dispersa, produciendo mayores números con mayores cantidades de turbidez.

Los dos últimos procedimientos de prueba de calidad del agua más comúnmente realizados por los operadores de tratamiento de agua son el cloro y el pH. El sistema de alimentación de cloro o cloramina es uno de los componentes más críticos de una planta de tratamiento de agua que los operadores monitorean a través de pruebas en línea y toman muestras.

La medición de la concentración de iones hidrógeno en el agua es pH. La escala de pH oscila entre 1 y 14 siendo 1 la más ácida y 14 la más básica. Los extremos superiores de ambos rangos producen la mayor corrosividad. 7 se considera neutral. No confundir pH con acidez o alcalinidad. Es importante monitorear el pH porque el pH se usa para controlar muchas reacciones químicas en la planta de tratamiento, incluyendo coagulación, desinfección, control de corrosión y eliminación de amoníaco. El pH también juega un papel clave en el cálculo de CT.

Revisión del Capítulo

1. Un organismo utilizado para indicar la posible presencia de contaminación por E. coli es ___________.
   1. Criptosporidium
   2. Giardia
   3. Coliformes
   4. Verde brillante vil
2. La prueba de presencia-ausencia (P-A) utilizada para las pruebas microbiológicas también se conoce comúnmente como ___________.
   1. Fermentación de múltiples tubos
   2. Filtración por membrana
   3. Prueba confirmada
   4. Colilert
3. Cuando se realizan pruebas de bacterias coliformes con el método de fermentación de múltiples tubos (MFT) ¿cuál es el mejor indicador para una prueba positiva?
   1. Cambio de color
   2. Formación de burbujas de gas
   3. Formación de un quiste
   4. Formación de turbidez
4. Las bacterias coliformes comparten muchas características con los organismos patógenos. ¿Cuál de los siguientes no es cierto?
   1. Sobreviven más tiempo en el agua
   2. Crecen en los intestinos
   3. Hay menos organismos coliformes que patógenos
   4. Siguen presentes en el agua sin contaminación fecal
5. ¿Cuál es el segundo paso en la prueba de fermentación en múltiples tubos?
   1. Prueba presuntiva
   2. Prueba negativa
   3. Finalizado
   4. Confirmado
6. ¿Cuál es el requisito de remoción y desactivación para Giardia?
   1. 2 Log
   2. 3 Log
   3. 4 Log
   4. No hay ningún requisito
7. El enfoque de barrera múltiple para el tratamiento del agua incluye la eliminación a través de qué método?
   1. Filtración
   2. Coagulación
   3. Desinfección
   4. Ambos 1 y 3
8. Una lectura de pH de 7 se considera ___________.
   1. Ligeramente ácido
   2. Ácidas
   3. Básico
   4. Neutral
9. Una lectura de turbidez superior a lo normal podría significar ___________.
   1. Un cambio en la calidad del agua
   2. Nada. Mantener el funcionamiento normal
   3. Contaminación microbiológica
   4. Ambos 1 y 3
10. ¿Cuál es el ingrediente utilizado durante la segunda prueba de fermentación en múltiples tubos?
    1. Colilert
    2. MMO/TAZA
    3. Verde brillante vil
    4. Cloro