La naturaleza del pH y su relevancia química

El pH representa la concentración de iones de hidrógeno (H⁺) en una solución acuosa. Se expresa en una escala logarítmica de 0 a 14, donde valores bajos indican acidez y valores altos, alcalinidad. En aguas residuales industriales, comerciales, municipales y agrícolas, este parámetro es esencial para determinar la estabilidad de reacciones químicas y la disponibilidad de sustancias.

Desde una perspectiva fisicoquímica, el pH determina:

• La movilidad y solubilidad de metales pesados, como cadmio, plomo, mercurio, arsénico o cromo. En ambientes ácidos, los metales tienden a mantenerse en solución, aumentando su toxicidad. En ambientes alcalinos pueden precipitar, pero también formar complejos más persistentes.
• La existencia de especies químicas de compuestos inorgánicos, como el amonio/amoníaco (NH₄⁺/NH₃), cuyo equilibrio depende directamente del pH. El amoníaco no ionizado es altamente tóxico para organismos acuáticos y suele incrementarse en aguas alcalinas.
• La actividad enzimática y el crecimiento microbiológico de procesos biológicos, especialmente en lodos activados o reactores anaerobios.
• La estabilidad de compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles, muchos de los cuales cambian su comportamiento según el pH.
• La eficiencia de procesos de coagulación, floculación y precipitación química, esenciales en plantas de tratamiento.

En esencia, el pH condiciona la dinámica química del agua residual. Un error de interpretación o una medición deficiente puede generar falsas lecturas de toxicidad, subestimación de riesgos o fallas operativas en plantas de tratamiento.

Importancia del pH desde la perspectiva normativa en México

En el país, la regulación de aguas residuales está regida principalmente por la NOM-001-SEMARNAT-2021, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en descargas a cuerpos receptores y sistemas de alcantarillado. Esta norma fija un intervalo de pH que debe respetarse para evitar riesgos ambientales:

• Descarga a cuerpos de agua nacionales: generalmente entre 6.5 y 10.0.
• Descarga a sistemas de alcantarillado urbano o municipal: típicamente entre 5.5 y 10.0.
• 
  

La razón detrás de este rango es múltiple:

1. Proteger los ecosistemas acuáticos de acidificaciones o alcalinizaciones abruptas.
2. Evitar daños a la infraestructura de alcantarillado (corrosión en ambientes muy ácidos o incrustaciones en ambientes alcalinos).
3. Prevenir reacciones peligrosas en redes de drenaje, como liberación de gases tóxicos por cambios bruscos en el equilibrio químico.
4. Asegurar la eficiencia de los tratamientos municipales, que dependen de un pH moderado.

Además, el pH se menciona en normas complementarias como:

• NOM-002-SEMARNAT-1996 (descargas a alcantarillado).
• NOM-003-SEMARNAT-1997 (aguas tratadas con fines de reúso).
• NMX-AA-008-SCFI-2016, que establece el método de prueba para la medición de pH en agua.

En materia de inspección y vigilancia, la PROFEPA verifica sistemáticamente el cumplimiento del pH como uno de los criterios básicos para determinar si una empresa incurre en infracciones o riesgo ambiental.

El pH como condicionante de la toxicidad en agua residual

Un aspecto frecuentemente subestimado es que el pH no solo se mide por razones regulatorias, sino porque funciona como un parámetro integrador de peligrosidad. Al modificar la solubilidad o la forma química de los contaminantes, el pH puede aumentar la exposición de organismos a sustancias tóxicas.

Ejemplos relevantes:

1. Metales pesados

En un pH ácido, el incremento de iones H⁺ promueve la solubilización de metales como Cd²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺ o Ni²⁺, aumentando su biodisponibilidad y su potencial toxicológico. Esto se observa en zonas industriales donde se vierten efluentes con procesos de galvanoplastia o minería.

2. Compuestos amoniacales

El equilibrio entre amonio y amoníaco está fuertemente determinado por el pH. A valores por encima de 9, la fracción tóxica (NH₃) puede superar niveles letales para peces e invertebrados acuáticos.

3. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y crecimiento microbiano

Las bacterias involucradas en la remoción de materia orgánica funcionan adecuadamente solo en rangos estrechos de pH. Fuera de ellos, la DBO puede incrementarse por inhibición del metabolismo microbiano.

4. Formación de gases tóxicos

A valores extremadamente bajos de pH, compuestos sulfurosos pueden convertirse en ácido sulfhídrico (H₂S), un gas tóxico, corrosivo y de alto riesgo para trabajadores.

Procesos de laboratorio para la medición de pH en aguas residuales

La confiabilidad de los resultados depende de seguir métodos estandarizados y condiciones estrictas de operación. El procedimiento más utilizado en México es el establecido en la NMX-AA-008-SCFI-2016, que define:

Equipamiento básico

• Potenciómetro o pH-metro calibrado.
• Electrodos combinados de vidrio.
• Soluciones amortiguadoras (buffers) de pH 4.00, 7.00 y 10.00.
• Termómetro para controlar temperatura.

Calibración

La norma exige una calibración diaria o antes de cada uso, con al menos dos puntos, idealmente tres. La temperatura debe mantenerse controlada, pues el pH varía con ella.

Muestreo

Las muestras deben:

• Tomarse en recipientes limpios, libres de contaminación cruzada.
• Mantenerse cerradas para evitar intercambio gaseoso.
• Analizarse preferentemente en sitio, ya que el pH puede cambiar durante el transporte.

Medición en campo

La medición in situ reduce incertidumbre y evita alteraciones derivadas de reacciones químicas espontáneas. Esto es particularmente importante en efluentes con alta carga orgánica o sustancias volátiles.

Buenas prácticas

• Enjuagar el electrodo con agua desionizada entre mediciones.
• Evitar burbujas de aire en el bulbo del electrodo.
• Verificar que el electrodo esté hidratado adecuadamente.
• Registrar temperatura simultáneamente.

La precisión en la medición del pH es crucial para la interpretación normativa y para el diseño de tratamientos correctivos.

Factores que alteran el pH en aguas residuales

En la práctica mexicana, existen múltiples fuentes que pueden alterar el pH, generando riesgos operativos y ambientales:

Procesos industriales

• Curtiduría: genera aguas muy alcalinas por uso de cal.
• Industria química: efluentes con ácidos minerales o bases fuertes.
• Textiles: uso extensivo de álcalis en procesos de teñido.
• Minería y metalurgia: acidificación por drenaje ácido.

Actividades municipales

• Degradación de materia orgánica: puede disminuir el pH por formación de ácidos grasos volátiles.
• Limpieza con detergentes: incrementa el pH por presencia de surfactantes alcalinos.

Agricultura

• Escurrimientos con fertilizantes nitrogenados: se alteran los equilibrios químicos y se generan cambios de pH.

Rellenos sanitarios y sitios de disposición final

En etapas tempranas, los lixiviados suelen ser ácidos (pH ≤5), lo cual favorece la movilidad de metales pesados y de compuestos orgánicos persistentes.

Ejemplos reales en México donde el pH ha sido determinante

Ríos contaminados por descargas industriales

En regiones de alto desarrollo industrial como el corredor León–Silao (Guanajuato) o el área metropolitana de Monterrey, se han documentado descargas con pH extremos que provocan mortandad de peces y afectación a la vida acuática.

Zonas agrícolas altamente tecnificadas

En estados como Sinaloa o Sonora, los cuerpos de agua receptores experimentan aumentos significativos de pH durante temporadas de riego intensivo por escurrimientos cargados con fertilizantes.

Lixiviados en rellenos sanitarios

En varias ciudades, las etapas iniciales del proceso anaerobio generan lixiviados ácidos que incrementan la solubilidad de metales, complicando su tratamiento y confinamiento.

Plantas de tratamiento municipales

En plantas de lodos activados, pequeñas variaciones de pH pueden descarrilar el equilibrio microbiológico, provocando espumas, bulking o pérdida de eficiencia en la remoción de DBO.

El pH como parámetro crítico en el tratamiento de aguas residuales

El control del pH es indispensable en cada etapa de tratamiento:

Pretratamiento

Muchos procesos de neutralización se implementan aquí para ajustar el pH antes de ingresar al tratamiento biológico. A menudo se utilizan:

• Hidróxido de sodio (NaOH) para elevar el pH.
• Ácido sulfúrico o ácido clorhídrico para disminuirlo.

La selección depende de la composición del efluente y de la seguridad operativa.

Tratamiento primario

Procesos como coagulación y floculación requieren un pH óptimo específico. A valores inadecuados, los coagulantes no funcionan correctamente y los sólidos no sedimentan.

Tratamiento biológico

Las bacterias aerobias y anaerobias requieren rangos estrechos para mantenerse activas:

• Sistemas aerobios: pH entre 6.5 y 8.5.
• Sistemas anaerobios: pH entre 6.8 y 7.2 para las etapas metanogénicas.

Desviaciones pueden provocar reducción en la producción de biogás o incremento en la DQO y DBO.

Tratamiento avanzado

Procesos como oxidación avanzada (AOPs), carbón activado o membranas pueden requerir ajustes de pH para maximizar la remoción de contaminantes específicos.

Consecuencias ambientales y sociales del incumplimiento del pH

Los impactos no se limitan al ecosistema; también incluyen aspectos sociales y económicos:

• Afectación a la flora y fauna acuática, con potencial daño a pesquerías locales y biodiversidad.
• Contaminación de cuerpos de agua utilizados para riego, lo que afecta calidad de cultivos.
• Problemas de salud pública si el agua contaminada llega a comunidades sin tratamiento adecuado.
• Corrosión de tuberías y daños a infraestructura urbana, generando costos elevados de reparación.
• Sanciones administrativas y legales para empresas que no cumplen con la regulación vigente, incluyendo clausuras temporales y multas elevadas.

Buenas prácticas para el control del pH en instalaciones industriales y municipales

El manejo adecuado del pH requiere una combinación de monitoreo constante, capacitación técnica y decisiones basadas en datos.

Algunas prácticas recomendadas incluyen:

• Realizar mediciones en sitio antes del envío a laboratorio, especialmente en efluentes dinámicos.
• Instalar sistemas automáticos de control de pH con sondas y bombas dosificadoras.
• Implementar bitácoras de calibración de equipos.
• Capacitar al personal operativo en interpretación de pH y riesgos asociados.
• Asegurar el mantenimiento preventivo de los electrodos y sensores.

Conclusión

El pH es mucho más que un número en una hoja de resultados: es un indicador integral del comportamiento químico, biológico y toxicológico del agua residual. Su adecuada medición y control son esenciales para garantizar el cumplimiento normativo en México, prevenir riesgos ambientales y proteger la salud pública. Además, constituye una herramienta clave para optimizar procesos industriales y municipales, reducir costos operativos y evitar sanciones regulatorias.

La comprensión profunda del pH permite anticipar problemas, diseñar estrategias de tratamiento efectivas y tomar decisiones informadas basadas en evidencia científica. Por ello, sigue siendo uno de los parámetros más estudiados, monitoreados y regulados en el análisis de aguas residuales a nivel nacional e internacional.



Preguntas Frecuentes (FAQ)