OD – DBO - DQO
Ingeniería Sanitaria
Oxígeno disuelto (OD) • Se le llama Oxígeno Disuelto en un medio acuático a las moléculas de oxígeno en forma de gas que están disueltas en el agua. • El Oxígeno llega al agua por difusión desde la atmósfera, por aeración (movimientos o agitación) y como producto de la fotosíntesis. • Diferentes especies de organismos acuáticos requieren diferentes cantidades de oxígeno, pero generalmente requieren de, al menos, 6 ppm para un crecimiento y desarrollo normal • Niveles de OD por debajo de 3 ppm son estrésicos para la mayoría de los organismos • Constituye un indicador de contaminación de agua. •
Niveles altos de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad..
¿DE DÓNDE PROVIENE EL OXÍGENO? •
• •
El oxígeno que se halla en el agua proviene de muchas fuentes, pero la principal es el oxígeno absorbido de la atmósfera. Por aeración (movimientos o agitación) Otra fuente de oxígeno son las plantas acuáticas, incluyendo las algas; durante la fotosíntesis, las plantas eliminan dióxido de carbono y lo reemplazan con oxígeno.
Absorción Fotosíntesis
Calidad de Agua
¿A DÓNDE VA EL OXÍGENO?
Una vez en el agua, el oxígeno es utilizado por la vida acuática. Los peces y otros animales acuáticos necesitan oxígeno para respirar. El oxígeno es consumido también por las bacterias de plantas y animales muertos o en descomposición. Respiración Descomposición
OTROS FACTORES
El nivel de oxígeno de un sistema acuoso no depende sólo de la producción y el consumo. Hay muchos otros factores que contribuyen a determinar el nivel potencial de oxígeno, incluyendo:
Agua dulce o salobre: El agua dulce puede contener más oxígeno que la salobre. Temperatura: El agua fría puede contener más oxígeno que la caliente. Presión atmosférica (Altitud): A mayor presión atmosférica, el agua contendrá más oxígeno.
¿POR QUE ES IMPORTANTE EL OXIGENO DISUELTO? • La importancia del oxigeno disuelto radica en el cultivo de especies marinas tales como peces (salmones, truchas), camarones, fitoplancton. • Los niveles de OD disponibles en piscinas de producción dependen del balance entre las fuentes (fotosíntesis y difusión) y los consumos (respiración y oxidación). • La tasa de respiración de los organismos es proporcional a sus biomasas y esta influenciada por la temperatura del agua. • La concentración de OD se relaciona con: •
la corrosividad de las aguas,
• actividad fotosintética y
• grado de septicidad.
Calidad de Agua
La concentración de Oxígeno en el agua depende de: La temperatura
La salinidad La presión
La solubilidad del Oxígeno se reduce con un aumento en temperatura o en salinidad y aumenta al incrementarse la presión parcial de los gases.
•El agua dulce contiene más Oxígeno disuelto que el agua de mar a la misma presión y temperatura •La cantidad de Oxígeno absorbida por el agua disminuye al aumentar la altitud. Esto se debe a que la presión relativa del Oxígeno se reduce con un aumento en altitud. •A altitudes mayores hay menos Oxígeno en la atmósfera y, por lo tanto, se disuelve menos en el agua.
Niveles de Oxígeno Disuelto
La concentración del OD en el agua es medida, usualmente, en partes por millón (ppm) o en miligramos por litro (mg/L)
5 – 6 ppm → Suficiente para la mayor parte de las especies < 3 ppm → Dañino para la mayor parte de las especies acuáticas < 2 ppm → Fatal a la mayor parte de las especies
Significado Sanitario
En desechos líquidos, es el factor que determina si los cambios biológicos son hechos por organismos aeróbicos o anaeróbicos. – –
Aeróbicos requieren O2 libre y dan lugar a productos terminados e inocuos Anaeróbicos determinan productos finales, generalmente con algún alto contenido de materia orgánica sin estabilizar
Significado Sanitario
Es vital para mantener condiciones aeróbicas en aguas naturales que reciben materia polucionada.
En procesos de tratamiento aeróbico para tratamiento de desagües y desechos industriales.
El O2 es factor importante en la corrosión del hierro, particularmente en sistemas de distribución de agua y en calderas de vapor, siendo las pruebas de OD medios de control
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
El método a utilizar, depende de la naturaleza de la muestra y de las interferencias que tenga: –
Método de Winkler: únicamente debe usarse con aguas relativamente puras, que contengan menos de 0,1 ppm de N como nitritos y menos de 0,5 ppm de Fe+2.
–
Modificación de Alsterberg (al nitruro de sodio) se usa para la mayor parte de las aguas negras.
–
Modificación de Rideal Stewart (al permanganato), se debe usar únicamente en muestras que contengan Fe+2
Para tomar medidas...
•Cuando se vaya a determinar el Oxígeno disuelto, la muestra debe ser recién colectada y se debe realizar el análisis lo más pronto posible. •Por lo tanto, lo más conveniente es realizar las medidas in situ (en el lugar).
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO Método de Winkler para la determinación del Oxígeno Disuelto
Calidad de Agua
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
Calidad de Agua
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
Importancia de la determinación de OD en Ingeniería Sanitaria
En la determinación de la DBO En procesos de tratamiento biológicos –
aeróbico
Determinación de la capacidad de autodepuración de un río, mediante la medida del balance de oxígeno
Autodepuración
Proceso de recuperación de un curso de agua después de un episodio de contaminación orgánica. En este proceso los compuestos orgánicos son diluidos y transformados progresivamente por la descomposición bioquímica, aumentando su estabilidad. Cada etapa se caracteriza por su distinta composición física y química.
Autodepuración: Zonas de polución
Zona de degradación: – – –
Zona de descomposición: –
– – –
Inicio de la descomposición orgánica bajo la actividad bacteriana Aguas con aspecto sucio Disminuye rápidamente el contenido de oxígeno, estando cerca del 40% de saturación
Desprendimiento de gases Aguas con aspecto parduzco Aparición de lodos flotantes Contenido de oxígeno disuelto cercano a cero
Zona de recuperación: – –
–
Agua va adquiriendo gradualmente sus condiciones normales (oxígeno del aire y acción fotosintética) Reaparición de vegetales verdes Elevación del contenido de oxígeno hasta su proximidad a la saturación
Curva de déficit de oxígeno, zonas de calidad del agua que reflejan impactos en las condiciones físicas, y diversidad y abundancia de organismos
Impactos Ambientales: • Cuando el agua contiene la cantidad máxima de un gas disuelto, el agua está saturada para ese gas. Esta cantidad máxima depende de la temperatura del agua: mientras menor la temperatura, mayor la cantidad de gas que puede estar contenida en un volumen dado de agua.
• La concentración de gases no debe sobrepasar el 110%. A este porcentaje, el exceso de gas existe en forma gaseosa no disuelta. Los peces expuestos a altas concentraciones de gas pueden sufrir embolias (gas en los vasos sanguíneos) • A concentraciones de gas cercanas a la saturación se observan burbujas en la superficie de los peces. A esto se le conoce como enfisema.
• La purificación natural de los ríos también requiere niveles adecuados de oxígeno para permitir el desarrollo de todo tipo de forma viviente. • Cuando el OD alcanza concentraciones menores de 5,0 mg/L, la biota acuática entra en estado de estrés gaseoso. Unas pocas horas con niveles menores de 1-2 mg/L de Oxígeno son suficientes para matar a casi todos los peces de un río o lago. • Los microorganismos juegan un papel importante en la pérdida o consumo de Oxígeno en aguas superficiales. A medida que los microorganismos degradan materia orgánica se va perdiendo oxígeno del sistema.
Criterios usados para mantener o designar un uso:
Uso Designado
Niveles de O2 disuelto (mg/L)* mínimos permitidos
Vida Acuática
Peces de Aguas Cálidas
5,0
Peces de Aguas Frías
6,0
Epoca de oviposición
7,0
Biota Estuarina
5,0
Recreación
3,0
Efectos Ambientales
La introducción excesiva de materia orgánica puede producir el consumo total del Oxígeno disuelto en sistema acuático.
La exposición prolongada de los organismos a concentraciones menores de 6 mg O2/L podría no causar la muerte de los organismos, pero aumenta la susceptibilidad a otros “estresores” ambientales. Una concentración menor al 30% saturación (<2 mg O2/L ) por 1-4 horas elimina la mayor parte de la biota, sobreviviendo sólo aquellos insectos que respiran Oxígeno y bacterias anaeróbicas.
Recreación Si no hay concentraciones adecuadas de Oxígeno se lleva a cabo la degradación anaeróbica y respiración utilizando aceptadores de electrones aparte del Oxígeno. Algo muy común es observar la descomposición de sulfatos a ácido sulfhídrico (H2S), el cual imparte al agua un olor a huevo descompuesto. Se afecta así el calor recreativo del cuerpo de agua.
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)
Es la cantidad de oxígeno que requieren las bacterias durante la estabilización de la materia orgánica susceptible de descomposición en condiciones aerobias.
Parámetro que mide la contaminación orgánica por medio de la DBO5. Por materia biodegradable: materia orgánica que sirve como alimento a los microorganismos y que proporciona energía como resultado de su oxidación.
Aplicaciones
Se usa para determinar el poder contaminante de los residuos domésticos e industriales, en términos de la cantidad de oxígeno que requieren si son descargados a las corrientes naturales de agua Determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica.
Aplicaciones
Se usa para regulación.
establecer
criterios
de
Para realizar estudios que evalúan la capacidad de purificación de cuerpos de aguas receptores. Dimensionar las instalaciones tratamiento de agua residual
de
Medir la eficacia de algunos procesos de transformación.
Aplicaciones
Controlar el limitaciones a vertidos
cumplimiento de que están sujetos
las los
Medir la concentración de la contaminación de los residuos domésticos e industriales, en términos de oxígeno. Contribución y costos por el tratamiento del AR o vertimiento
Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce
Límites de descarga al sistema de alcantarillado público
Límites de descarga a un cuerpo de agua marina
¿Por qué se registra la lectura de DBO después de 5 días de incubación?
Porque después de este periodo ocurre la nitrificación.
La nitrificación requiere de oxígeno, por lo que la disminución de OD o incremento de DBO, ya no se debe a la oxidación del carbono orgánico que es lo que se desea medir en este tipo de prueba.
Proceso de nitrificación en la digestión del material orgánico
NITRIFICACIÓN OXIDACION MATERIA ORGANICA NITROGENADA
NH3 + 3/2 O2 HNO2 + 1/2 O2
NITROSOMAS
NITROBACTERIAS
HNO2 + H2O HNO3
BAJA VELOCIDAD DE REACCION TASA REPRODUCTIVA BAJA
Curva de la DBO AR Industrial CONSUMO DE OXÍGENO (mg/l) (DBO)
ETAPA 1
ETAPA 2
(Carbonacea)
(Nitrificación)
FASE 1
2
3
5 días
TIEMPO (días)
Curva DBO AR Doméstica
5 días
Se m
ill an oa
cli
ma
tad
a
Curva DBO vs Tiempo
Semilla no aclimatada 5 días
Etapas de la DBO
L. Aclimatación 1. Oxidación de C exógeno 2. Zona endógena (Oxidación de C exógeno) 3. Actividades predadoras de los protozoarios
L
1
2
3
5 días
LA DBO POR SER EL RESULTADO DE UNA SERIE DE REACCIONES BIOQUIMICAS DEPENDE: 6,5 – 8,5 UNIDADES
pH NUTRIENTES DBO5 100
:
Para la vida y crecimiento bacteriano N 5
:
P 1
Curva Generalizada de la Reacción de la DBO DBO ULTIMA (L)
DBO (mg/l) (y)
Baja velocidad debido a la baja concentración de sustrato
Velocidad máxima
Baja velocidad inicial debido a la baja concentración de bacterias
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO ES ENTONCES LA CANTIDAD EN (mg /L) DE OXIGENO NECESARIO A UNA POBLACION HETEROGÉNEA DE MICROORGANISMOS PARA OXIDAR TOTALMENTE O PARCIALMENTE, LAS SUSTANCIAS ORGANICAS DISUELTAS EN LAS AGUAS CONTAMINADAS, A UNA TEMPERATURA DE 20OC Y DESPUES DE 5 O 20 DIAS DE REACCION. DBO5
MIDE LA CANTIDAD DE OXÍGENO UTILIZADO PARA DESTRUIR SUSTRATOS CARBONACEOS. 70% OXIGENO TEORICO REQUERIDO.
DBO20
MIDE CONSUMO CARBONACEO + CONSUMO DEBIDO A LA OXIDACIÓN N-NH3 90% OXIGENO TEÓRICO REQUERIDO
Demanda Bioquímica de Oxígeno Tiempo
% Oxidación M.O.
5 días
60-70
20 días
95-99
DBO5, Método directo con electrodo:
Se ajusta la muestra a 20ºC y airearla
por
difusión
hasta
saturarla. Se llenan varios recipientes con la muestra
y
se
analizan
tres
muestras inmediatamente OD. El resto de las muestras se incuban
por cinco días a 20ºC. A los cinco días se determina el OD de las muestras y se calcula la DBO5.
DBO5, Método de dilución: Se considera que la velocidad de degradación bioquímica de la materia orgánica es directamente proporcional a la cantidad de material no oxidado que existe en el momento.
La velocidad a la que se utiliza el oxígeno en las diluciones del residuo esta en relación directa al porcentaje de residuo en la dilución. Una dilución al 10%, utiliza el oxígeno a una décima parte de la velocidad de una muestra al 100%.
NUTRIENTES MUESTRA AGUA DE DILUCIÓN
INCUBACIÓN POR CINCO DIAS A 20ºC MUESTRA
BLANCO
MEDICION DEL OXIGENO DISUELTO RESIDUAL
Medición de la DBO El agua de dilución: se realiza con agua desmineralizada o destilada ya que cumple con los factores ambientales. Inoculo: 2 mL de agua residual por litro de agua de dilución y airearla antes de su uso. Blancos: se deben tener mínimo tres por cada muestra y con la misma siembra del inoculo, 2mL. Diluciones del residuo: mínimo tres diferentes y deben cubrir un rango considerable. La DBO no es afectada por [O2] bajas como 0,5 mg/L de OD. No es confiable basar los valores de la DBO en diluciones que producen una disminución de O2 menor que 2mg/L.
Medición de la DBO Recipiente de incubación: de vidrio, con tapones esmerilados para evitar el atrapamiento del aire al momento de insertarlos y con cierre hidráulico que evite la entrada de aire durante la incubación. De color oscuro. OD inicial: el OD en DBO menores que 200mg/L debe ser mayor que el 1.0%. Si la dilución de la muestra es menor que el 20%, se lleva a 20ºC y se airea hasta saturar.
Medición de la DBO con muestras de diferentes diluciones
Para una DBO de 1.000 mg/L. Se debe utilizar una mezcla al 0,5%, si se incluye una mezcla al 0,2% y otra al 1,0% el intervalo de la DBO se extiende desde 200 a 3.500 mg/L, que debe compensar cualquier error en el calculo original
Medición de la DBO Calculo DBO: por porcentaje de mezclas DBO(mg/L)=[(ODb-ODi)100/%]-(Odb-ODs) Donde: b:botella, i: dilución, s: muestra original sin diluir Error: ±5% El valor más confiable: la muestra que tiene el mayor valor de depleción del oxígeno es el mejor
Medición de la DBO
Medición de la DBO Control de factores ambientales:
-Ausencia de materiales tóxicos. -pH y condiciones osmóticas favorables. -Disponibilidad de nutrientes. -Temperatura estándar. -Presencia de una población significativa organismos mixtos del mismo origen.
de
Es un parámetro que mide la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas
Es por esto que la reproductividad de los resultados y su interpretación no pueden ser satisfechos
DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO
No es aplicable, sin embargo, a las aguas potables, ya que al tener un contenido tan bajo de materia oxidable la precisión del método no sería adecuada
Se utiliza para medir el grado de contaminación y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mgO2/L).
Es un método aplicable en aguas continentales (ríos, lagos o acuíferos), aguas negras, aguas pluviales
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Es la cantidad de oxígeno consumido por los cuerpos reductores presentes en el agua sin la intervención de los organismos vivos. Efectúa la determinación del contenido total de materia orgánica oxidable, sea biodegradable o no.
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
En esta prueba, se determina la cantidad total de materia orgánica, en términos de la cantidad de oxígeno que se requiere para oxidar ésta a dióxido de carbono y agua. Para la oxidación de dicha materia orgánica se utilizan agentes fuertemente oxidantes en un medio ácido Se oxidan sustancias orgánicas difíciles de oxidar biológicamente (lignina) Se oxidan ciertas sustancias inorgánicas Algunas sustancias pueden ser tóxicas para los microorganismos. Se realiza en 3 horas.
DILUCIONES RECOMENDADAS PARA DIFERENTES VALORES ESPERADOS DE DBO
RELACIÓN ENTRE DBO Y DQO Son los parámetros más importantes en la caracterización de las aguas residuales.
La DBO consiste de un proceso biológico
La DQO es una prueba que solo toma alrededor de tres horas
Desventaja de la DBO que se requiere de mucho tiempo para el término del análisis
Desde luego, la muestra de agua deberá provenir siempre del mismo origen
Es posible para un agua superficial o residual correlacionar su valor de DBO y DQO
DBO5 / DQO
DBO5/DQO entre 0,3 y 0,8 = ARD.
DBO5/DQO > 0,5 tratamiento biológico
DBO5/DQO < 0,3 constituyentes tóxicos y/o aclimatación.
DETERMINACIÓN •
Las sustancias orgánicas e inorgánicas
oxidables presentes en la muestra, se oxidan
mediante
reflujo
en
solución
fuertemente ácida (H2SO4) con un exceso conocido de dicromato de potasio (K2Cr2O7) en presencia de sulfato de plata (AgSO4) que actúa como agente catalizador, y de sulfato mercúrico (HgSO4) adicionado para remover la interferencia de los cloruros. •
Después de la digestión, el remanente de K2Cr2O7 sin reducir se titula con sulfato ferroso de amonio; se usa como indicador de punto final el complejo ferroso de ortofenantrolina (ferroína).
•
La materia orgánica oxidable se calcula en términos de oxígeno equivalente.
MUESTRA OXIDANTE
DIGESTIÓN POR 60 MINUTOS A 150ºC MUESTRA
ESTANDARD
BLANCO
MEDICION DEL CROMATO REDUCIDO
CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES POR DBO Y DQO La importancia de este parámetro requiere de ciertos cuidados y
Estos
nutrientes
esencialmente:
son nitrógeno,
atención en la técnica analítica, ya que
fósforo, fierro, calcio, magnesio,
por ser un proceso biológico el manejo
etc., y se estabiliza el pH del
y tratamiento de la muestra es
agua de dilución con un buffer
delicado.
Si el material orgánico está en exceso estequiométrico de la cantidad de oxígeno requerido,
al término de la prueba no hay oxigeno disuelto que se pueda medir.
adecuado.
INTERRELACIONES ENTRE LOS PARÁMETROS ORGÁNICOS DBO , DQO, DTO Y COT
RELACION ENTRE DBO5 Y DQO
DBO5
/DQO = FRACCION DE MO OXIDABLE QUIMICAMENTE QUE PUEDE SER DEGRADADA BIOLOGICAMENTE.
DBO5 /DBO20 = IDEA SOBRE SUSTANCIAS ORGANICAS VELOZMENTE BIODEGRADABLES.
RELACIONES ENTRE DBO5, DQO Y COT O2 / C = 32/12 =2,66 LIMITES DE LA RAZON O2 / C
RESISTENCIA
CH4 +2 O2
CO2 +2 H2O
A LA DEGRADACION BIOLOGICA Y QUIMICA
O VALORES > 5,33
2 O2 / C = 64 / 12 = 5,33
5,33 SUSTANCIAS INORGANICAS
AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES : DBO5 /COT
MOHLMAN Y EDWARS (1931)
1,35 – 2,62
WURHMAN (1964)
1,87
BLACKMORE Y VOSHEL
1,31 – 1,63
FORD: DBO5 /COT = O2/C = 32/12 (0,90) (0,77) = 1,85 DBO5 = 77% DBOu
DBOu 90% DthO
DQO (mg/l)
Relación Entre DQO y COT en Aguas Residuales Industriales
1 2 3 COT (mg/l)
CORRELACIÓN ENTRE LOS PARÁMETROS DEL OXÍGENO Y LOS PARÁMETROS DEL CARBONO
Demanda de Oxígeno
COT
75 CARBONO ORGÁNICO TOTAL
25
60 CARBONO ORGÁNICO TEÓRICO
50
80
40 20
Nitrificación
DQO DBO20
DBO5 DEMANDA BIOL. 5 DÍAS
100
Th.CO
DOT
DEMANDA BIOL. 20 DÍAS
%
DO Th
DEMANDA DE OXÍGENO QUÍMICA
100
DEMANDA DE OXÍGENO TOTAL
%
DEMANDA DE OXÍGENO TEÓRICA
Carbono Orgánico Concentración
