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.