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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