Lab-3-DBO-y-DQO

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Técnicas de Muestreo, Análisis e Interpretación de Datos Ingeniería Ambiental

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO):

Antes de comenzar con la técnica de DBO debemos comprender el significado y alcance de la técnica de determinación de oxígeno disuelto (OD) ya que ésta representa la base para el análisis de dicho parámetro (DBO). La tasa de oxidación bioquímica o DBO en una muestra puede ser determinada midiendo la cantidad de oxígeno disuelto (OD) en dicha muestra a lo largo del tiempo.

Determinación de Oxígeno disuelto: Método de Winkler

En medio básico una solución de sulfato manganoso produce un precipitado floculento de hidróxido de manganeso II.

MnSO

4

+ 2 OH- → Mn(OH)

2

+ SO

4

Si hay oxígeno en el medio, éste reacciona con el hidróxido de manganeso II y produce dióxido de manganeso IV hidratado (precipitado marrón, esta reacción es conocida como “fijación del oxígeno”).

Mn(OH)

2

+ 1/2 O

2

→ MnO

2

. H

2

O

Una vez terminada la reacción anterior se acidifica la solución y se disuelve el precipitado. En presencia de yodo este se oxida y el dióxido de manganeso IV se reduce a manganeso II. Por cada equivalente de iodo oxidado hay un equivalente de oxígeno.

MnO

2

.H

2

O + 2 I- + 4 H+ → Mn

2+

+ I

2

+ 3 H

2

O

Finalmente, el iodo liberado se titula con tiosulfato, y se utiliza almidón como indicador (el iodo forma un complejo azul con el almidón, el ioduro no). Hay un equivalente de tiosulfato por equivalente de iodo. El anión tiosulfato se oxida a anión tetrationato

I

2

+ 2 S

2

O

3

→ S

4

O

6

+ 2 I-

Demanda Química de Oxígeno

La DBO de una muestra de aguas es el oxígeno consumido por microorganismos y/o contaminantes que se oxiden en un intervalo de tiempo (lo común es 5 días) a temperatura controlada (la más habitual es 20°). Esta técnica consiste esencialmente en la medición del oxígeno consumido por microorganismos (generalmente bacterias) durante la utilización de la materia orgánica presente en la muestra, realizada en condiciones lo mas parecidas a las que ocurren en la naturaleza. La técnica de DBO es ampliamente utilizada en el análisis de efluentes domésticos e industriales, para determinar la cantidad de materia orgánica biodegradable que contiene la muestra en estudio. Dado que esta técnica solo evalúa materia orgánica biodegradable mientras que la DQO evalúa materia orgánica total, se espera que para una misma muestra los valores de DQO sean mayores (o en casos extremos muy semejantes) a los de DBO.

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Frascos con tapón esmerilado y material de vidrio para titular.

Reactivos:

• Agua de dilución. Se prepara con agregado de nutrientes (Fe, Ca, P y Mg) para favorecer el desarrollo microbiano.

• Solución de sulfato manganoso aprox. 2,15 M

• Reactivo de ioduro alcalino, que tiene, además de ioduro de potasio KI (o sódico) e hidróxido de K o Na, una pequeña cantidad de azida de K o de Na , para eliminar interferencias. Cuidado, es muy tóxica!!

• Acido sulfúrico concentrado (H2SO4 )

• Solución de tiosulfato de sodio 0,0125 N para titular (Na2S2O3 ) • Solución indicadora de almidón.

El método consiste en llenar los frascos para DBO (especiales para este tipo de ensayo) con muestras que contengan cierta cantidad de microorganismos (en nuestro ensayo son los presentes originalmente en la muestra) y medir la cantidad de oxígeno que consumen. Estas muestras luego se incuban a 20° C, durante 5 días. La cantidad de oxígeno disuelto en la muestra se mide al principio y al final del ensayo y la DBO se calcula por diferencia de estas dos mediciones. Al igual que para el ensayo de DQO no se descarta que el agua que se utiliza para las diluciones de las muestras pueda contener cantidades significativas de materia orgánica y se realiza un blanco de la misma.

Para trabajar con DBO es imprescindible hacer diluciones. Por la metodología empleada la cantidad de oxígeno de la que se dispone inicialmente es de aproximadamente 8 g, por lo cual solo una muestra de 8 o menos de DBO podría ponerse a incubar sin diluir.

Diagrama/ esquema de trabajo:

Se debe determinar la concentración de O2 inicial de las muestras y del agua de dilución. Para esto se fija el oxígeno de las muestras agregando 1 mL de sulfato manganoso y 1 mL de ioduro alcalino

Preparación y sembrado del ensayo de DBO:

Preparar las muestras en los frascos para DBO (aproximadamente 300 mL, tapón esmerilado), evitando que queden burbujas de aire. Considerar la cantidad de muestra a agregar y completar con agua de dilución

Llevar las muestras al incubador y dejar durante 5 días.

Titulación de las muestras: determinación de la DBO:

Fijar el oxígeno de las muestras agregando 1 mL de sulfato manganoso y 1 mL de ioduro alcalino.

Una vez que un tercio del floculado haya decantado, agregar 2 ml de H2SO4 concentrado, tapar y Agitar bien. En este momento el floculado debe desaparecer.

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Na2S2O3 0,0125 N, continuar hasta observar un color amarillo pálido. En este punto agregar gotas del indicador de almidón y proceder con la titulación hasta que desaparezca el color azul (punto final). Si es necesario realizar un duplicado de la titulación.

Calcular la cantidad de oxígeno disuelto (OD) considerando que:

Por cada equivalente de tiosulfato gastado hay un equivalente de iodo Por cada equivalente de iodo hay un equivalente de oxígeno.

Con los datos de OD para el Blanco, y Muestras T0 y T5 calcular la DBO para las muestras de entrada y salida de la planta de tratamiento de efluentes. Utilizar la siguiente fórmula:

DBO = ODm0 - [ODm5 x Vfrasco – ODH2O x VH2O] + DBOH2O Vm

m0: muestra día cero m5: muestra día cinco Vfrasco : Volumen del frasco Vm : Volumen de la muestras VH2O : Volumen del agua

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

La técnica de Demanda Química de Oxígeno (DQO) se utiliza para medir la “fuerza orgánica” de desechos tanto industriales como domésticos, esta permite analizar los desechos en términos de la cantidad total de O2 necesaria para ser oxidada a CO2 y H2O y evaluar la materia orgánica presente, tanto biodegradable como no biodegradable. El ensayo se basa en el principio básico de que todo compuesto orgánico, con muy pocas excepciones, puede ser oxidado completamente por la acción de agentes oxidantes en condiciones ácidas. Durante el análisis, la materia orgánica presente en la muestra es degradada a CO2 y H2O independientemente de la actividad microbiológica.

Una de las principales ventajas es el hecho que el ensayo se realiza en un tiempo no superior a 3 hs, mientras que la principal limitación de la técnica es que no permite discriminar entre la presencia/cantidad de materia orgánica biológicamente oxidable vs. no biológicamente oxidable. Siempre se espera que los valores de DQO, para una misma muestra, superen los de Demanda Bioquímica de Oxígeno (ver más adelante).

La técnica de DQO se utiliza ampliamente en el análisis de muestras de efluentes industriales y domiciliarios. El hecho de que pueda ser realizada y calculada en el mismo día permite evaluar las muestras inmediatamente; esto sumado a que la determinación puede realizarse sobre muestra acidificada (a pH < 2) que puede conservarse hasta 28 días permite repetir la determinación tantas veces como sea necesario en diluciones adecuadas. Realizado conjuntamente con en ensayo de DBO permite detectar la presencia de materia orgánica no oxidable biológicamente.

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El dicromato de potasio (K2Cr2O7) es el agente oxidante de elección ya que posee la capacidad de oxidar un amplio rango de sustancias orgánicas a CO2 y H2O. Para garantizar y poder medir la oxidación de toda la materia orgánica presente en las muestras el agente oxidante se utiliza en exceso. La acción del dicromato se ve favorecida en medio ácido y a altas temperaturas, condiciones en las cuales se lleva a cabo el ensayo.

Materiales y equipos:

Tubos de digestión: tubos de borosilicato, aprox. 15 mm de diámetro, con capacidad de 6 mL aprox., con tapa a rosca resistente al calentamiento y a la mezcla sulfocrómica.

Bloque calentador: revestido de aluminio, con agujeros adecuados para insertar los tubos de profundidad tal, que el nivel superior de mezcla quede, por lo menos, 5 mm dentro del bloque.

Espectrofotómetro: para usar a 600 nm, con cubas de 1 cm de paso óptico.

Reactivos:

• Acido sulfúrico concentrado: grado analítico.

• Solución Ácida de Dicromato de Potasio: en erlenmeyer de 1 L poner aprox. 500 mL de agua destilada, agregar 10,2285 g de Dicromato de Potasio (K2Cr2O7), grado patrón primario, secado previamente 2 hs a 103ºC y 167 mL de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4), mezclar, agregar agua hasta un poco menos de 1 L, enfriar y trasvasar a un matraz de 1 L, enrasar.

• Mezcla digestora: al momento de hacer los análisis preparar en erlenmeyer, una mezcla de 30% de solución ácida de dicromato de potasio y 70% de ácido sulfúrico concentrado (poner el dicromato primero y luego agregar, de a poco, el sulfúrico); el volumen a preparar depende del número de muestras. Dejar enfriar antes de usar. Consideramos, con exceso, que necesitamos 10 mL para blancos, 10 mL para testigo y 10 mL para cada muestra. El exceso nos sirve para repetir cuando vemos, después de la digestión, que debemos trabajar con otras diluciones del extracto.

Estándares:

- Solución madre de biftalato de potasio:Triturar biftalato de potasio[C6H4(COO)2HK] grado para análisis y luego llevar a peso constante, a 120ºC. Disolver 950 mg en agua destilada y llevar a 1.000 mL. Esta solución tiene una DQO teórica de 1000 mg O2/L. La solución es estable en heladera por más de 3 meses verificando que no tenga crecimiento visible de microorganismos. - Curva de calibración: de la solución madre de biftalato de potasio hacemos diluciones al 5, 10; 25; 40, 60; 70, 80 y 90 % en matraces de 100 mL que van de 50 a 900 mg O2/L. Procesar como en técnica analítica

- Estandar de trabajo: verificada la linealidad de la curva en el rango dado, se puede trabajar rutinariamente con un sólo estandar, por ejemplo el de 500 mg O2/L.

Muestra:

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Técnica analítica:

PRECAUCIONES: Durante la realización del práctico usar anteojos de seguridad y guantes. Agitar fuertemente la mezcla en los tubos antes de colocarlos en el bloque calentador para evitar calentamientos locales en el fondo del tubo que podrían producir una explosión.

Esquema de trabajo:

Se procesan Blanco de reacción, Estándar y Extracto por triplicado (para poder eliminar un dato si es necesario).

En recipientes rotulados: B (blanco de reacción), St (estándar) y E (extracto, con su Nº ) poner:

B St E

Mezcla digestora (mL) 2 2 2

Agua (mL) 1 - -

Estándar 500 mg O2 (mL) - 1 -

Extracto ó dilución (mL) - - 1

Tapar bien los tubos. Agitarlos todos juntos, puestos en una gradilla y colocarlos en el bloque calentador, precalentado a 150 ºC durante 10 minutos, durante 2 horas. Dejar enfriar, agitar los tubos puestos en una gradilla y leer en espectrofotómetro a 600 nm.

Cálculos:

Se expresa en mg de O2 /L:

-Trabajando con curva de calibración interpolar directamente. -Si se trabajó con un sólo patrón:

Abs E - Abs B

DQO (mg O2/L) = --- x cc St. (mg O2/L) Abs St. -Abs B

Donde:

Abs E = absorbancia del extracto (Si se usó extracto diluido, multiplicar el resultado por el factor correspondiente).

Abs B = absorbancia del blanco de reactivos Abs St. = absorbancia del estándar