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Informe de cinética
INTRODUCCIÓN
El agua es fuente rica de poblaciones microbianas, las cuales consumen el oxígeno
presente en estas, tornando al agua aún más servida, condiciones que
desfavorecen a las condiciones de vida marina, (Pennet al., 2002).
El estudio de la demanda bioquímica de oxígeno permite cuantificar el grado de
contaminación o baja disponibilidad del oxígeno en torno diversos sectores de
manejo de agua, estudiando su impacto en el ser humano.
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) se usa como una medida de la cantidad
de oxígeno requerido para la oxidación de la materia orgánica biodegradable
presente en una muestra de agua y como resultado de la acción de la oxidación
bioquímica aerobia (Ramalho, 1996).
Mediante la comparación de la DBO de aguas servidas que ingresan con las que
salen de una planta de tratamiento, pueden determinar la eficacia del proceso de
tratamiento residual.
Por lo tanto, la cantidad de oxígeno que permanece en un tiempo determinado
cuantifica la DBO a ese tiempo; además, la reacción de biodegradación aerobia
global de aguas residuales posee o sigue una cinética de primer orden.
MARCO TEÓRICO:
La DBO se define como la cantidad de oxígeno que necesitan los
microorganismos del suelo para descomponer aeróbicamente la materia orgánica
biodegradable que lleva el agua de riego. Generalmente, en el laboratorio se mide
durante 5 días, a 20°C y pH neutro, obteniéndose el valor de DBO5 en mg/L; a los
20 días se estima que el consumo del oxígeno disuelto es total y que no estará
presente a este tiempo. En la práctica, realizamos el estudio de la DBO para 6 días
(DBO6); este parámetro permitirá conocer el O2 que se requiera para poder estimar
la eficacia de diferentes procesos, como por ejemplo los industriales.
GRÁFICO DE DBO.Donde:Lt: DBO remanente a un tiempo tL0: DBO inicial o cuanto t=0. Esta se considera la máxima demanda bioquímica de oxígeno.Y: DBO ejercida a un tiempo t.
Es conocido, que la oxidación bioquímica del oxígeno es un proceso lento: en 5 días
la oxidación de la materia carbonosa se produce en un 60-70%, requiriéndose 20
días para alcanzar el 95-99%(Casas, 2012), por eso la estimación realizada en esta
práctica a los 6 días se encuentra en un 60 - 70% del valor de DBO a los 20 días.
El método aplicado a la práctica fue el método de dilución y siembra, el cual busca
neutralizar una muestra del agua a analizar y se diluye con cantidades variables de
una disolución rica en oxígeno disuelto y microorganismos aerobios. Luego se
incuba durante 6 días en la oscuridad y a una temperatura controlada, en un frasco
completamente lleno y tapado. Para poder calcular la DBO6, se determina la
concentración de oxígeno disuelto antes y después de la incubación.
La cinética que presenta la DBO es la de una reacción de primer orden, expresado
como en el siguiente gráfico:
La ecuación de velocidad expresada de manera diferencial vendría a ser:
−dLdt = K.L; donde por integración tenemos Lt=L0e-kt
y k: constante específica de velocidad de reacción.
MATERIALES
Para la preparación de las muestras y blancos
Agua de estanque
Frascos Winkler de 300 mL
Pipetas
Sulfato de magnesio
Cloruro de Hierro
Cloruro de calcio
Buffer fosfato
Agua destilada
Para la Titulación
Bureta y soporte universal
Matraz
Pipetas
Reactivo Álcali-Yoduro-Ázida
Sulfato manganoso
Ácido sulfúrico concentrado
Tiosulfato de sodio 0.025 M
Almidón
Agua destilada
MÉTODO:
La muestra del estanque suministrada se diluyó. Las operaciones para la obtención
de la DBO se realizaron empleando esta solución diluida. Se prepararon blancos y
muestras en frascos Wincler, de 300 mL para efectuar el análisis de la DBO durante
los 6 días programados. Para la preparación de los blancos se adicionó en una
probeta de un litro 1 mL de los reactivos: sulfato de magnesio, cloruro de calcio,
cloruro férrico y buffer fosfato. Se completo el volumen con agua y se repitió el
procedimiento; esto se llevó a un bidón de agua de 20 L donde fue oxigenado y
saturado antes de llenar los frascos de Wincler. Luego se procedió a añadir la
muestra de agua estancada para llevar al 1% en v/v a la solución con respecto al
agua de estanque.
Terminado este proceso, se lleva a cabo la titulación, para la cual se necesito en un
frasco de muestra 1 ml de sulfato manganoso y 1ml de Ioduro de Azida; se retiro el
exceso y se tapo con cuidado. A continuación, se añadió 1 mL de ácido sulfúrico
concentrado. Se tapo nuevamente, se retiró el exceso y se agitó con cuidado hasta
que toda la solución formara una sola fase homogénea.
Para la titulación en si misma, se enrazó una bureta con Tiosulfato de sodio, esto
permitirá cuantificar la cantidad de oxigeno disuelto em mg/L. Se adicionaron 3
gotas de almidón, y se titula hasta el color transparente. Este gasto como se
mencionó anteriormente representa la cantidad de Oxígeno disuelto en mg/L de
solución.
RESULTADOS:A continuación se tienen los volúmenes empleados del tiosulfato de sodio para la
titulación:
TIOSULFATO DE SODIO, consumo en mL
1 mL de tiosulfato = 1g/mL de O2 disuelto
DÍAS BLANCOMUESTRA(promedio
)
DIFERENCIA
Entre Blanco y
muestra
DBO= ODi -ODf*(mg/mL de O2)
0
(Viernes)8.1 9.75 -1.65 0
1
(Sábado)8 9.05 -1.05 9.75-9.05= 0.7
2
(Lunes)4.3 6.5 -2.2 3.25
3
(Martes)7.5 7.75 -0.25 2
4
(Miércoles
)
6.1 6.5 -0,4 3.25
5
(Jueves)6.9 6.5 0.4 3.25
Tabla 1 : Volúmenes experimentales hallados durante la titulación con Tiosulfato de
sodio por 6 días.
0 1 2 3 4 5 6 70
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
f(x) = − 0.091906236178682 x² + 1.08040689960195 xR² = 0.957613193413929
Series2Polynomial (Series2)
En el gráfico del DBO, puede verse que esta sigue el patrón establecido como
cinética de primer orden hasta el tiempo 1, pero luego el error se muestra.
Se realizaron muestras blanco para no incluir factores distintos a la materia orgánica
que también consuman oxígeno disuelto con el transcurso del tiempo de evaluación.
Para empezar, se espera que el oxígeno disuelto en el día 0, tanto para el blanco
como para la muestra deba ser el mismo, ya que los microorganismos aún no han
iniciado el consumo de oxígeno; sin embargo los valores experimentales hallados,
muestran que si hay diferencia significativa entre estos, lo cual podría
fundamentarse debido a una mala manipulación en la titulación en un tiempo latente
en el cual los microorganismos podrían haber ejercido su acción de consumo
aeróbico. También se afirma que en estas interferencias, pueden estar incluidas la
presencia de nitritos, los cuales liberan Yodo a partir de los yoduros en el medio,
determinando una mayor o menor cantidad de oxígeno, generando una variación a
nivel de la estimación del Oxígeno disuelto. El empleo del ioduro de Azida, permitió
la adición de NaN3 junto al ácido sulfúrico que brinda el medio ácido para la
reacción; es aquí que también podrían explicarse los valores y diferencias
encontrados.
BIBLIOGRAFÍA:
QUELAL, L. 2012. Documentación del procedimiento de laboratorio para la DBO5 en el laboratorio de control de calidad de la empresa de acueducto y alcantarillado de Pereira S.A. E.S.P. “Proyecto de grado”. Facultad de tecnología. Universidad Tecnológica de Pereira. Pág. 16.