Guias DQO y DBO

7/22/2019 Guias DQO y DBO

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PROYECTO BIODISCOS-Metodologa para DQO Y DBO

DEMANDA QUMICA DE OXIGENO

A) Objet ivos

Determinar la concentracin de DQO en un cuerpo de agua residual por medio de dos mtodos de anlisis ( ref lujo abiertoy ref lujo cerrado).

Comparar los resultados obtenidos mediante dos tcnicas analticas ( Vo lumetra y co lo rimetra) Manejar el criterio de escogencia de un mto do d e anli s isde acuerdo al rango de concentracin esperado. Aprender a manejar el resultado del parmetro de DQO desde el punto de vista sanitario y ambiental.

B) Marco Terico

La DQO corresponde al nmero de equivalentes de Oxigeno requerido para oxidar la fraccin de una muestra susceptiblede oxidacin al Dicromato de Potasio en medio cido. La DQO no se corresponde con la estequiomtrica por lo tanto ella es

diferente a la DTeO. ( Demanda Terica de Oxigeno). Los valores de DQO corresponden al 80% u 85% de la DTeO,

dependiendo de la composicin qumica del agua residual que se est ensayando.

La DQO no diferencia entre la materia biolgicamente oxidable y la biolgicamente inerte.

Durante la determinacin de la DQO la materia orgnica se oxida hasta CO 2 y H2O, sin embargo hay algunos compuestos

qumicos que son difcilmente oxidables como la Piridina y algunos otros compuestos aromticos. Por esta razn, para que

se de esta oxidacin se debe agregar un catal izador: el AgSO4.

Los resultados de la DQO expresan el grado de contaminacin en cualquier cuerpo de agua; si el anlisis se hace antes y

despus de un tratamiento biolgico, fsico o qumico se puede medir la eficiencia de ste tratamiento a partir de los

resultados generados.

C) Procedimiento

Fundamento Terico del mtodo

Mtodo de reflujo abierto.

El ensayo se lleva a cabo calentando en condiciones de reflujo bien sea cerrado o abierto un volumen de muestra

determinado con un exceso conocido de Dicromato de Potasio en presencia de cido Sulfrico durante dos horas, para

generar en el sitio de la reaccin el cido Dicromtico que es el agente oxidante encargado de hacer la oxidacin. El dicromato

de color amarillo se consume al oxidar la muestra y se reemplaza por el ion Crmico color verdoso segn la ecuacin:

Cr2O72- + 14H+ + 6e 2Cr3+ + 7H2O

El exceso de Cr+6 se titula con el Sulfato ferroso amoniacal y la reaccin es la siguiente:

6Fe+2 + Cr2O72- + 14 H+ 6Fe3+ + 2 Cr3+ + 7H2O

Esta titulacin se hace en presencia de ferroina ( Fenantrolina) el cual forma un complejo de Ferrofenantrolina de color rojo

con el ion ferroso ( Fe+2 ) cuando todo el dicromato se ha reducido a Cr+3 y las adiciones posteriores de Sulfato ferroso

amoniacal generan un exceso de Fe+2.

Este mtodo se utiliza en muestras que tengan una concentracin menor a 100 mg / l, con concentraciones mayores se

debe hacer dilucin. Si la concentracin es menor a 50 mg / l se debe utilizar una solucin de dicromato menor a la

utilizada en el anlisis para concentraciones entre 50 y 100 mg / l que es 0.25N.

Mtodo de reflujo cerrado


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El mtodo de reflujo cerrado o micro DQO involucra las mismas reacciones qumicas de oxidacin de la materia orgnica.

La diferencia es que la medicin del exceso de Cr+6 no se hace por titulacin sino que se mide el color generado en la

reaccin en un espectrofotmetro a una longitud de onda de 600 nm.

Este mtodo es utilizado para concentraciones mayores a 100 mg/l. La curva de calibracin es lineal en el intervalo entre 100

mg/l y 900 mg/l, siendo necesario hacer dilucin cuando se estime que la muestra tiene una DQO superior a 900 mg/l, con lo

cual se garantiza que el resultado obtenido se encuentra en el rango de linealidad de la curva de calibracin.

Interferencias

En la determinacin de la DQO interfieren los cloruros, los nitritos y otros iones inorgnicos como Fe+2, Mn+2, SO3 y SO2 por

que ellos se pueden oxidar con el cido crmico o sea que dan una interferencia positiva. De estos el mas comn es el Cl - y la

reaccin que ocurre es la siguiente:

6Cl- + Cr2O7= + 14 H+ 3Cl2 + 2Cr3+ + 7H2O

Para eliminar esta interferencia se agrega el Sulfato de Mercurio por que el Hg2+ reacciona con los Cl- as:

Hg

2+

+ 2Cl

- HgCl2La relacin de Hg2SO4 : Cl

- debe ser 10:1.( Esta afirmacin debe ser tenida en cuenta principalmente en aguas de mar o en

salmueras, en estos casos se debe determinar la concentracin de cloruros antes de hacer la DQO). El ion Hg 2+ se combina

con el Cl- para formar HgCl2 que esencialmente est en forma no ionizada.

Si se agrega una cantidad insuficiente de Hg 2SO4 los cloruros en exceso precipitan el catalizador de AgSO4 evitando que

este cumpla su accin como catalizador y llevando a valores errneos de DQO.

Ag+ + Cl- AgClLa interferencia presentada por los Nitratos , Nitritos el Fe+2 y los sulfuros se puede evitar agregando a la solucin de

Dicromato cido sulfamico.

Muestreo

Las muestras que se utilicen en la determinacin de la DQO se deben tomar preferiblemente en un frasco de cristal en su

defecto se pueden tomar en frascos plsticos para llevarlas al laboratorio. Si no se van a analizar el mismo da se deben

acidificar con H2SO4 hasta pH< = a 2.0 y mantener refrigerado a 4c. Si las muestras tienen un alto contenido de slidos

suspendidos se debe homogenizar muy bien con un agitador para que al trabajar la muestra el anlisis sea representativo. No

se debe demorar mas de 7 das , despus de preservada para realizar la determinacin.

Forma de la prctica

Se determinar la concentracin de DQO a una muestra de aguas residuales y a una muestra de concentracin conocidapor el mtodo de reflujo abierto ( mto do macr o) y por el mtodo de reflujo cerrado ( mto do m ic ro) :

Materiales, Equipos y Reactivos

Materiales y Equipos

MacroDQO- Baln fondo plano 250 ml- Equipo para reflujo abierto- Pipetas volumtricas de 5 y 10 ml- Probeta de 50 y 200 ml- Bureta de 50 ml- Erlenmeyer de 300 mlMicroDQO- Reactor para microDQO- Tubos para el reactor- Espectrofotmetro- Pipetas volumtricas 0.5, 1 y 2 ml- Patrn de concentracin conocida- Agua destilada

Reactivos

MacroDQO- Muestra de agua residual- Solucin K2Cr2O7 0.25N- Hg2SO4 slido- H2SO4 concentrado ( contaminado conAg2 SO4 )- Ferroina - fenantrolina- Sulfato ferroso amoniacal ( SFA ), el cualse valora el da de la prcticaMicroDQO- Muestra de agua residual- Solucin digestora- H2SO4 concentrado ( contaminado conAg2 SO4 )- Patrn de concentracin conocida- Agua destilada

Diagrama de flujo y montajes

MicroDQO


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MacroDQO

Descripcin detallada

Mtodo Volumtrico o MacroDQO :

1. Completar 20 ml de solucin para analizar, con muestra y agua o muestra sola, dependiendo de la calidad del cuerpo de

agua que se vaya a trabajar.

2. Llevarlos a un baln fondo plano de 250 ml.

Agregar luego 10 ml de K2Cr2O7 0.25N, una pizca de Hg2SO4 y 30 ml de H2SO4concentrado que ya est contaminado con el

AgSO4. ( Este cido se debe agregar por las paredes y muy despacio porque la reaccin es muy exotrmica, se

Precalentar elreactor paramicroDQO

(1) 2.5 ml sln. muestra

(2) 1.5 ml sln. digestora(3) 3.5 ml H2SO4

Tubo dereaccin

Tiempo dedigestin =

2 horas

FIN

Anotar dato

Leer Abs a880 nm

Bajar tubo yenfriar

20 mlsln

Tapar tubo ycolocar en

reactor

(1) 10 ml K2Cr2O7(2) Hg2SO4(3) 30 ml H2SO4

someter adigestin

Baln de250 ml

( I )( II )

conectarsistema

someter adigestin

tiempo de digestin

= 2 horas

suspendercalentamiento

cambia a colorambar

erlenmeyer250 ml

(1) solucin problema(2) ferroina fenantrolinaSFA

volumen total =140 ml

probeta de200 ml

solucinproblema

aguadestilada

Bajar y enfriarbaln

( I )( II )

no si

+

+

anotardato

FIN

si

no

si n

( II ( I )

n

si


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generan vapores que pueden ser de compuestos orgnicos voltiles y dejaran de participar en el resultado de la

DQO).

3. Someter a reflujo durante dos horas.

4. Bajar y dejar enfriar.

5. Pasar el contenido del baln, o sea la muestra ya digerida, a una probeta de 500 ml y completar volumen a 140 ml con agua

destilada.

6. Pasar esto a un erlenmeyer de 300 ml y agregar unas gotas de ferroina-fenantrolina.7. Titular con sulfato ferroso amoniacal pasando por un color azul hasta llegar a un color mbar. Anotar el volumen gastado de

titulante ( SFA).

8. Este mismo procedimiento se debe realizar para agua destilada ( blanco) y una solucin de concentracin conocida ( patrn

).

Mtodo Colorimtrico o MicroDQO :

1. Tomar 2.5 ml de la solucin que contiene la muestra y colocarlos en el tubo de reaccin para microDQO.

2. Agregar 1.5 ml de solucin digestora, la cual contiene el K2Cr2O7 .

3.

Agregar 3.5 ml de H2SO4 contaminado con AgSO4.4. Tapar el tubo y colocarlo en el reactor, que se encuentra sometido a precalentamiento.

5. Llevar a digestin por dos horas.

6. Bajar el tubo y esperar que se enfre.

7. Leer la absorbancia a 600 nm en un espectrofotmetro.

8. Este mismo procedimiento se debe realizar con agua destilada, que servir como blanco para calibrar el equipo y para una

solucin de concentracin conocida ( patrn ).

D) Tareas de Ap rendizaje

Consulta preliminar

Temas a consultar y preparar antes de la prctica:

Reflu jo ab iert o, refl ujo cer rad o, vo lum etra, col or im etra, mtodo d e anlis is , demanda teric a de o xgeno, cat alizado r.

Realizacin de la prctica

Realizar los procedimientos descritos.

Realizacin del Informe

Incluir los anlisis estadsticos correspondientes a cada uno de los mtodos de anlisis. Adems, se deben comparar los

resultados de los dos mtodos entre si.

Clculos

Mtodo Vo lumtr ic o o Mac ro DQO .

La DQO se calcula mediante la siguiente frmula:

mg / l DQO = (VB - VF ) * NF * F * FD * 1000 / Vm

Donde :

VB = volumen de SFA consumido en la titulacin del blanco ( ml).

VF = volumen de SFA consumido en la titulacin de la muestra ( ml). NF = normalidad del SFA.

F = factor de equivalencia, para esta reaccin es 8

FD = factor de dilucin.

Vm = volumen de muestra ( ml )

Mtodo Co lo rimtr ic o o Mic ro DQO :

A partir de la ecuacin de la curva de calibracin que tiene la forma:


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Abs = m * DQO + bdonde:

m es la pendiente, b es el intercepto, Abs es la absorbancia y DQO es la concentracin de DQO ( mg /l), se despeja esteltimo trmino. As:

DQO = ( Abs - b ) / m

Consulta posterior

Se entrega el da de la prctica.

E) B ib lio gr afa

SAWYER, C. Chemistry for Environmental Engineering. McGraw Hill Editions. Cuarta edicin. Singapur, 1994. APHA, AWWA. Standard methods for the examination of Water and Wastewaters. Edicin 17. 1989. JEWKINS, Qumica del agua. Editorial Limusa. Mxico. 1998. SIERRA, J. Anlisis de aguas y aguas residuales. Centro de publicaciones U. de A. Medelln, 1985. ROMERO, J. Acuiqumica. Escuela colombiana de Ingeniera. Bogot, 1996. PEUELA, G. Notas de Laboratorio de Qumica Sanitaria II . U. de A. RAMALHO. R. Tratamiento de Aguas Residuales . Editorial Revert. Barcelona, 1992.

1.3 DEMANDA BIOQUMICA DE OXIGENO

A) Objet ivos

Determinar la demanda bioqumica de oxigeno ( DBO5) en un cuerpo de agua residual. Correlacionar los parmetros O.D., DQO y DBO para un cuerpo de agua definido.

B) Marco Terico

La DBO se define como la cantidad de oxigeno requerido por microorganismos para descomponer la materia orgnica

biodegradablede una muestra de agua.

Como es un bioensayoes indispensable mantener condiciones que garanticen la vida de los microorganismos.

Las reacciones involucradas en la DBO se pueden considerar como una oxidacin hmeda, es decir, no hay necesidad de

llevar a temperaturas altas para lograr la descomposicin de la materia orgnica.

Tericamente la oxidacin completa se da en un tiempo infinito, pero para efectos prcticos se considera completa a los 20

das. Experimentalmente se ha encontrado que al quinto da el valor de la DBO est entre el 70 % y el 80% de la DBO

ltima. Este es llamado la DBO5.

En aguas residuales domsticas la DBO5. representa entre el 65% y el 70% del total de la DQO.

La DBO total es igual a la suma de la DBO carbonaceamas la DBO nitrogenacea. La DQO carbonacea es debida al

carbono y la DBO nitrogenacea es debida al nitrgeno presente en los compuestos por accin de las bacterias

nitr i f icantes.

Aunque la DBO carbonacea y la nitrogenacea pueden ocurrir simultneamente, la nitrificacin normalmente no comienza

hasta que la DBO carbonacea no ha sido satisfecha completamente que es prcticamente despus del quinto da.

La nitr i f icacinpuede controlarse por adicin de productos qumicos ( azul de metileno) que inhiben el crecimiento de lasbacterias nitrificantes. Para que halla DBO nitrogenacea deben estar presentes tanto las bacterias nitrificantes como el

nitrgeno. La ausencia de cualquiera de estas dos condiciones, excluye la DBO nitrogenacea.

Los resultados del anlisis de la DBO son acertados siempre y cuando se controlen la temperatura y el pH y adems los

microorganismos deben estar adaptados al sustratode inters.


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C) Procedimiento

Fundamento Terico del mtodo

El concepto principal involucrado en la prueba de la DBO, es el consumo de oxigeno por parte de microorganismos cuando

estos descomponen materia orgnica en el proceso de la respiracin aerbica. En este proceso se libera energa (en su gran

mayora almacenada por las bacterias para realizar sus procesos vitales) de acuerdo con la reaccin:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 680 kcal

En el anlisis se determina la diferencia en la concentracin de oxigeno disuelto en un medio particular que contiene

oxigeno y sustrato (materia orgnica) para dos tiempos diferentes, el primero un tiempo cero momento en el cual entran en

contacto los microorganismos con el medio y el otro, o tiempo final momento en el cual se espera que haya una concentracin

menor de oxigeno disuelto a raz del consumo por parte de las clulas o microorganismos. Esta diferencia es indicativo de la

cantidad de materia orgnica susceptible de ser descompuesta biolgicamente y que est presente en el medio analizado.

Este es un ensayo emprico, condicin que le imprime limitaciones a los resultados que se obtienen. Esto es, dependiendo

de los microorganismos utilizados en el anlisis, se obtendrn resultados diferentes para una misma muestra a iguales

condiciones.

Interferencias

Las principales interferencias de este ensayo estn relacionadas con la vida de los microorganismos. Si el desecho contiene

por ejemplo metales pesados que afectan la supervivencia de stos se debe someter a aclimatacin, esto es que el cultivo de

microorganismos aprenda a consumir el material de la muestra antes de utilizarlos para degradar la materia orgnica

existente.

Una interferencia de mucha incidencia es la temperatura sobre todo en desechos industriales en cuyo proceso se manejan

altas temperaturas ya que se considera como valor medio representativo para la existencia de microorganismos 20c 1. Los

resultados obtenidos a otras temperaturas sern diferentes debido a que las velocidades de reaccin bioqumica son funcin

de la temperatura.

Otra interferencia que afecta positivamente los resultados de la DBO5 es la presencia de sustancias nitrogenadas

coexistiendo con las bacterias nitrificantes. Aunque la DBO nitrogenacea se supone que inicia despus del sexto da (debido a

que el proceso de reproduccin de ellas es muy lento) puede pasar que si hay mucha cantidad de estas bacterias desde el

principio y hay Nitrgeno en cualquiera de sus formas se inicie desde el 4to o 5to da aportando resultado de DBO5.

Muestreo

Cuando una agua residual presenta variaciones extremas en su composicin se debe hacer un muestreo instantneo que

represente las condiciones del cuerpo de agua en el momento de ser tomada la muestra. Si la composicin del desecho

presenta cierta variabilidad se debe hacer un muestreo compuesto, es decir pequeas muestras individuales que se toman ya

sea proporcional al tiempo al flujo y son mezcladas para formar una muestra total que es la que se somete a un anlisis

posterior. Si la variabilidad es muy alta se debe tomar muestras a una frecuencia de 1 a 4 horas , si la variabilidad del desecho

es bajo se pueden tomar las muestras individuales con una frecuencia de entre 1 y 8 horas. Se ha definido un mximo periodo

de retencin de 8 horas para una muestra a la cual se le realizar un anlisis de DBO 5 y este ser el tiempo limitante para

componer la muestra total. Las muestras sobre las que se va a trabajar la DBO 5 se deben llevar al laboratorio lo mas pronto

posible. Se debe refrigerar a 4c y no se debe dejar mas de 6 horas despus de muestreada para ser analizada.

Forma de la prctica

La prctica esta diseada de la siguiente forma:

Se somete una muestra de agua residual al contacto con microorganismos en un medio que contiene nutrientes y oxigeno

en saturacin.


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Este procedimiento se realiza por duplicado con el fin de mirar el hecho de que para dos recipientes bajo las mismas

condiciones iniciales, esto es, igual concentracin de oxigeno, igual concentracin de nutrientes e igual concentracin de

sustrato se espera que reporten los mismos resultados para un tiempo de incubacin a la misma temperatura.

Adems se evalan dos diluciones de la muestra de agua residual. A cada una de ellas se le realiza el duplicado en

mencin.

Materiales equipos y Reactivos

Materiales y Equipos- Oximetro- Bomba aireadora- Balde- Baln volumtrico 500 ml- Frasco Winkler ( 3 )- Incubadora

Reactivos- Agua de dilucin, contienemicroorganismosy nutrientes

- Muestra de agua residual

Diagrama de flujo y montajes1

0.5 * N litrosa ua destilada

1 ml semilla / l1 ml nutrien / l

BaldeSometer a

aireacin 2 horas

C

ASe realizdu licado

a ua de dilucin re arada

Agua dedilucin

X ml agua

Llevar aincubadora

Mantener a20C

tiem o = 5 das

Balnvol. de500 ml

Leer O.D.para

muestra y

vol. = 500

300 mlsolucin

Anotar datocomo M5 y B5

FrascoWinkler

Hay

burbu as

EliminarBurbu as

C

FIN

I

( II

( I )

( II )

si

si

n

n

Leer O.D. Anotardato como

300 ml aguadilucin

FrascoWinkler

Anotardato como Leer O.D.

D

( I )( II )

D

A

sino

no

si


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Descripcin detallada

Preparacin del agua de dilucin.

Esta es la que se utiliza para diluir la muestra a analizar, con el fin de garantizar la no saturacin de contaminacin

biodegradable que ocasionara la muerte de los microorganismos. Adems contiene losnutr ientes

, el oxigeno y lasemil la

necesarios para un buen avance del proceso.

1. Tomar 0.3 * N litros de agua destilada, siendo N el numero de muestras. Colocarlos en el recipiente adecuado donde se

pueda saturar de oxigeno ( con una bomba aireadora). Este ultimo procedimiento se realiza dos horas antes de la siembra.

2. Agregar una dosis de nutrientes y de semilla al agua de dilucin que debe ser de 1 ml por cada litro de esta agua de

dilucin. El pH debe estar entre 6.5 y 7.5

3. Al agua de dilucin con la que se va a trabajar aguas residuales domsticas no se le agrega microorganismos (semilla),

pues ya tienen. Para aguas residuales industriales la semilla que se agrega al agua de di lucin debe estar adaptada a dicha

agua residual.

Siembra de la muestra

1. El criterio para seleccionar el % de dilucin de la muestra es el siguiente:

% dilucin = ( 7.0 - 2.0 ) / DQOmta

donde 7.0 y 2.0 son la mxima y mnima concentracin de O.D. que debe estar para el buen desarrollo del proceso y

DQOmta corresponde a la DQO de la muestra.

2. Teniendo en cuenta este resultado preparar en un baln volumtrico de 500 ml dos diluciones ( una por encima y otra por

debajo del valor obtenido en la formula anterior) a partir de la muestra original y el agua de dilucin previamente

acondicionada.

3. Tomar 300 ml de los 500 ml acabados de preparar y llevarlos a un frasco winkler.4. Inmediatamente medir el O.D. ( t = 0 ) e incubar a 20 1 C.

5. Transcurridos 5 das hacer nuevamente la lectura del O.D. ( t = 5 ).

D) Tareas de Ap rendizaje

Consulta preliminar

Temas a consultar y preparar antes de la prctica:

DBO5, DBO ltima, DBO carbonacea, DBO nitro genacea, biodegradable, bioensayo, oxidacin h meda, bacterias

nitr i f icantes, nitr i f icacin, sustrato

Realizacin de la prctica

Llevar a cabo los pasos descritos para la prctica.

Realizacin del Informe

Incluir un anlisis comparativo de los resultados para las dos diluciones sembradas, adems el anlisis respectivo de los

duplicados en cada caso. Este estudio debe ir acompaado de los clculos estadsticos para los resultados.

Clculos

mg / l DBO5 = (M0 - M5 ) - [ (B0 - B5 ) * F *100 / PDonde :

M0 : O.D. de la muestra sembrada ( t = 0)

M5 : O.D. de la muestra sembrada ( t = 5)

B0 : O.D. del blanco ( t = 0)

B5 : O.D. del blanco ( t = 5)

F: factor de correccin del agua de dilucin; F = (300 - Vol. muestra en los 300 ) / 300

P: % de dilucin


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E) B ib lio gr afa

SAWYER, C. Chemistry for Environmental Engineering. McGraw Hill Editions. Cuarta edicin. Singapur, 1994. APHA, AWWA. Standard methods for the examination of Water and Wastewaters. Edicin 17. 1989. JEWKINS, Qumica del agua. Editorial Limusa. Mxico. 1998. SIERRA, J. Anlisis de aguas y aguas residuales. Centro de publicaciones U. de A. Medelln, 1985. ROMERO, J. Acuiqumica. Escuela colombiana de Ingeniera. Bogot, 1996. PEUELA, G. Notas de Laboratorio de Qumica Sanitaria II . U. de A. RAMALHO. R. Tratamiento de Aguas Residuales . Editorial Revert. Barcelona, 1992.

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