MÉTODOS ANALÍTICOS BÁSICOS EN TRATAMIENTO DE AGUAS
1. OBJETIVO El objetivo de la práctica es la familiarización y aprendizaje del alumno en la realización de análisis básicos en el tratamiento de aguas, los cuales posibilitarán, tanto el seguimiento del proceso de depuración, como la obtención de las características básicas del agua.
2. CAMPO DE APLICACIÓN En la mayoría de las industrias el agua es un recurso ampliamente utilizado, más si cabe, si ésta se ubica dentro del marco de la industria alimentaria. En todas ellas, se podrían llevar a cabo estos análisis con el fin de controlar de forma básica la contaminación de las aguas de vertido.
3. FUNDAMENTO 3.1 Determinación de sólidos en aguas. Los sólidos en el agua pueden ser contemplados desde diversos puntos de vista, dependiendo del uso o del tipo de tratamiento al que un agua va a ser sometida.
Se llaman "Sólidos totales" los que quedan como residuo después de la evaporación del agua a 105ºC. De estos sólidos, la fracción que quedaría retenida por un filtro de membrana con un tamaño de poro de 1,2 micras,
constituye los denominados "sólidos suspendidos", y el resto los "sólidos disueltos".
Los sólidos sedimentables se definen como aquellos que se depositan en el fondo de un vaso cónico, llamado "cono de Imhoff", tras un período de un hora.
Por otra parte, en cada una de estas clases de sólidos puede a su vez distinguirse las fracciones "fija" o "no volátil" y "volátil", según que permanezca estable o no a una temperatura de 600 ºC. Tradicionalmente se considera que la fracción volátil corresponde a la materia orgánica, aunque esto no es exactamente así ya que existen fuentes de error como la descomposición del carbonato magnésico a 350 ºC. Esto hace necesario corregir numéricamente el valor obtenido cuando la concentración de carbonato magnésico es considerable, o bien regenerar químicamente el carbonato magnésico descompuesto.
De todas estas clases de sólidos las que se determinan con más frecuencia son los sólidos sedimentables, los sólidos en suspensión y los sólidos totales, y -de estos últimos- la fracción fija y la fracción volátil. (Ver figura 1)
MUESTRA
Cono Imhoff
Sólidos sedimentables
Filtración (fibra de vidrio)
Evaporación
Evaporación
Evaporación filtrado
Sólidos suspendidos
Sólidos filtrables
Horno mufla
Horno mufla
Sólidos susp. volátiles
Sólidos susp. no volátiles
Sólidos filtrables volátiles
Sólidos volát. totales
Sólidos totales
Sólidos filtrables no volátiles
Sólidos no volátiles totales
Sólidos totales
Figura 1. Relaciones entre los distintos tipos de sólidos encontrados en el agua.
La
determinación
de
los
sólidos
sedimentables
interesa
fundamentalmente a efectos del tratamiento de aguas, a fin de conocer el volumen y la densidad del fango que se obtendrá en los decantadores. Los sólidos en suspensión y los sólidos totales son de interés, tanto para definir la calidad del agua, como a efectos de su tratamiento. Las fracciones fija y volátil dan una buena idea sobre el tipo u origen de la contaminación del agua, especialmente para discernir en que medida interviene la materia orgánica en ella. Así mismo, esta determinación se efectúa al contenido del tanque de tratamiento biológico en la depuración de aguas residuales, a
efectos de controlar el funcionamiento de la planta. La muestra necesaria para la realización de estos análisis debe excluir cualquier elemento superior a 5 mm, para ello -si es necesario- deberá tamizarse por una malla de dicho calibre. El volumen de muestra necesario depende de la carga que contenga el agua, y debe ser tanto mayor cuanto menor sea ésta. Para la determinación de los sólidos sedimentables conviene disponer de una muestra de unos dos litros, para las restantes determinaciones puede bastar con 100 ml, en caso de aguas residuales muy cargadas, o bien ser necesario hasta 20 litros, en caso de aguas naturales.
3.2 Determinación de la demanda química de oxígeno. La Demanda Química de Oxígeno (DQO) es la cantidad de oxígeno requerida para oxidar la fracción orgánica de una muestra (agua natural, residual municipal o industrial) que es susceptible de serlo con oxidantes fuertes como el permanganato o el dicromato potásico en disolución ácida.
3.3. Determinación de la demanda biológica de oxígeno. Las aguas naturales, además de albergar numerosas formas de vida, reciben cantidades importantes de materia orgánica procedente de los vertidos
de
aguas
residuales
domésticas
e
industriales.
Los
microorganismos aerobios presentes en el agua, en presencia de materias
nutritivas, intentan aprovechar al máximo las circunstancias ambientales, abasteciéndose del oxígeno imprescindible para su actividad vital. Estos procesos se pueden expresar mediante la siguiente ecuación: Sustrato + microorganismos + O 2
+
nutrientes → CO 2
+
H 2 O + Energía + Biomasa
El oxígeno disuelto en el agua y la cantidad de elementos nutritivos, son factores limitantes para el crecimiento de los microorganismos y habrá que tener en cuenta que:
a) La cantidad de oxígeno disuelto, presente en un agua, se reduce durante la estabilización de la materia orgánica contenida en la aquella. b) Mientras exista oxígeno disuelto en el agua, la velocidad de oxidación es independiente de la cantidad de oxígeno disponible. c) El tipo y número de microorganismos presentes es un factor importante. d) La variación en el contenido de oxígeno es función de la cantidad y carácter de la materia orgánica.
Se define la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) como la cantidad de oxígeno utilizada por los microorganismos en el proceso de degradación bioquímica de la materia orgánica presente en el agua. La DBO en las aguas residuales es debida a tres clases de materiales:
a) Materiales orgánicos carbonáceos utilizados por los organismos aeróbicos como fuente de alimento.
b) Materias nitrogenadas derivadas del nitrito, amonio y compuestos orgánicos del nitrógeno que sirven de alimento a las bacterias específicas (Nitrosomas y Nitrobacter). 2+
2-
c) Materiales inorgánicos Fe , 3S0, S
2-
, etc., que se oxidan por el
oxígeno disuelto.
La determinación de la DBO incluye tanto la DBO carbonosa como la no carbonosa. En las aguas procedentes de un tratamiento primario, no hay un gran número de bacterias nitrificantes que pueden oxidar el amonio. La DBO nitrogenosa (DBO N) suele comenzar a ejercerse partir de los 5 días. En caso de que se sospechara que puede aparecer antes, hay que inhibirla con 2-cloro-6-triclorometilpiridina, porque si no la determinación de la DBO C se complica.
En esta práctica nuestro objetivo es obtener la DBO carbonosa. El valor de la DBO límite se obtiene aproximadamente a los 20 días; en la práctica se suele utilizar el valor de la DBO a los 5 días (DBO 5).
En un agua determinada existe un cierto contenido de materias orgánicas (alimentos) y de microorganismos (consumidores). Si medimos el oxígeno disuelto (O.D) al tiempo t 0 y al tiempo t, la diferencia entre (O.D)t y (O.D)t0 representa, indirectamente, el gradiente de actividad biológica que ha tenido lugar en el intervalo (t - t 0). Esta actividad biológica, responsable del consumo de oxígeno es, a su vez, una función de la cantidad de materia nutritiva transformada por los procesos bioquímicos,
en el mismo intervalo de tiempo. Así, la DBO en mg/l, para un intervalo de tiempo determinado se calculará como la diferencia entre (O.D) t0 y (O.D)t.
Las ventajas e inconvenientes de la DQO frente a la demanda biológica de oxígeno DBO son: -
Requiere menos tiempo para su realización (3 h) que otras pruebas (DBO 5 días).
-
No puede utilizarse para diferenciar entre materia orgánica biológicamente degradable y materia orgánica inerte.
-
No da información sobre la velocidad de oxidación biológica.
-
Sobre ella interfieren algunos constituyentes inorgánicos, como -
por ejemplo el Cl .
4. MATERIALES Y MÉTODOS 4.1 Determinación de los sólidos sedimentables. Esta determinación se realiza mediante un cono Imhoff, en el que puede leerse el volumen decantado. Para determinar la densidad del fango debe pesarse un volumen determinado de éste, el cual se podría extraer del fondo del cono de Imhoff, si dispusiera de válvula, o bien del fondo de un embudo de decantación.
.Material necesario.: - Cono de Imhoff de 1 1itro.
- Embudo de decantación de 750 ml (si el cono lmhoff no dispone de salida inferior). - Matraz aforado de 25 ml. - Balanza de precisi6n.
4.2 Determinación de los sólidos en suspensión Los sólidos en suspensión se determinan por filtrado, y posterior pesada del material retenido. A efectos prácticos, la filtración conviene realizarla a presión, o a vacío, para que no se demore excesivamente la determinación. Material necesario:
- Equipo de filtración. - Matraz Kitasato. - Bomba o trompa de vacío. - Estufa de desecación. - Filtro de 47 mm de diámetro y 0,45 micras. - Balanza de precisión. - Recipiente desecador.
4.3 Determinación de los sólidos totales La determinación de los sólidos totales se realiza por evaporaci6n y pesada. Es necesario que esta evaporación sea suave, sin que en ningún
momento llegue a producirse una ebullición tumultuosa, para evitar el arrastre de partículas por el vapor. Para ello lo ideal es llevarla a cabo en una estufa ventilada a un ambiente cercano, pero inferior, a los 100 ºC. Material necesario:
- Cápsula de porcelana de 150 ml. - Estufa de desecación, ventilada. - Recipiente desecador. - Balanza de precisión.
4.4 Determinación de las fracciones volátil y no volátil. Una vez determinados los sólidos totales, la determinación de la fracción no volátil se lleva a cabo por calcinación del residuo que quedó en la cápsula. Esta calcinación debe ser realizada a temperatura del orden de 600 ºC. Al calentar a esa temperatura la materia orgánica se descompone en agua y anhídrido carbónico que se evaporan. Así mismo, el carbonato magnésico se descompone a 350 ºC según la reacción siguiente:
MgCO 3
→
CO 2
+
MgO
Si existe en cantidad apreciable deberá regenerarse mediante la adición de una solución de carbonato de amonio. La reacción regenerante es la siguiente: MgO + ( NH 4 ) 2 CO 3
⇔
MgCO 3
+
2 NH 3
+
H 2O
Material necesario:
- Cápsula de porcelana con el residuo de los sólidos totales.
- Horno de mufla. - Estufa de desecación ventilada. - Recipiente desecador. - Balanza de precisión.
4.5 Determinación de la fracción volátil de los sólidos suspendidos. La fracción volátil de los sólidos suspendidos se determina de igual manera a la determinación de la fracción volátil en el apartado 5.4, es decir, por calcinación a una temperatura de 600 ºC del residuo seco que quedó en el filtro en la determinación de los sólidos en suspensión.
Material necesario: - Cápsula de porcelana con el filtro de los sólidos suspendidos - Horno de mufla. - Estufa de desecación ventilada. - Recipiente desecador. - Balanza de precisión.
4.5. Determinación de la demanda química de oxígeno. El método más utilizado es el m étodo estándar de oxidación con dicromato, en el cual, se utiliza este oxidante en el método de reflujo
porque es un oxidante fuerte aplicable a una gran variedad de muestras y de fácil manipulación. La eficacia de la oxidación es del orden del 95 al 100% del valor teórico. Este método es aplicable a valores de DQO comprendidos
entre 50 y 800 mg/l, para valores de DQO superiores habrá que diluir la muestra. Este test se lleva a cabo por calentamiento bajo condiciones de reflujo total de un determinado volumen de muestra de agua residual con un exceso conocido de dicromato en presencia de ácido sulfúrico del 96%. El período de reflujo standard es de 2 horas. Un tiempo de reflujo superior implicaría un valor de la DQO superior dado que ésta continúa aumentando hasta las 7 horas, tiempo para el que se estabiliza.
La reacción que tiene lugar es la siguiente:
Cr2 O 7
2−
+
14H
+
+
6e
−
⇔
2Cr 3
+
+
7H 2 O
donde el dicromato (naranja amarillento) oxida la materia orgánica reduciéndose a Cr
3+
(verde).
Interferencias: Los cloruros resultan ser una interferencia pues parte de Cr 2O7
2-
actúa oxidándolos según la ecuación:
6Cl
−
+
Cr2 O 7
2−
+
14H
+
⇔
3Cl 2
+
2Cr 3
+
+
7H 2 O
y, en este caso, los iones cromo no serían causa de la oxidación de la materia orgánica por los iones dicromato, con lo cual, a la hora de valorar el dicromato posteriormente, se obtendrían resultados erróneos. Así mismo -
+
los Cl pueden precipitar con la Ag añadida como catalizador.
Esta interferencia se reduce, pero no se elimina totalmente, -
añadiendo HgSO 4 (tóxico) a la mezcla en la proporción 10:1 HgSO 4:Cl antes de la ebullición a reflujo dando lugar a la formaci6n de cloromercuriato soluble. Para saber la cantidad de cloruros que hay en la muestra se lleva a cabo el siguiente test:
Se valora la muestra con nitrato de plata 0,0141 N y con indicador cromato potásico. Si se utiliza un volumen de muestra de 50 ml hay que multiplicar el volumen gastado por 10, y si utilizamos 25 ml, por 5. Para que no haya interferencias debe haber menos de 2000 mg/l de cloruros. Un -
mg/l de Cl es equivalente a 0,226 mg/1 de DQO. Se aconseja utilizar 1 g de sulfato mercúrico para 50 ml de muestra como la cantidad mínima que debe usarse donde la concentración de cloro es menor de 2000 mg/l.
Otra interferencia son los nitritos. El nitrito ejerce una DQO de 1,14 mg O2/mg NO2-N. Debido a que las concentraciones de NO 2 en el agua residual no suelen ser superiores a 1 ó 2 mg NO 2-N/l, esta interferencia se suele ignorar. La forma de eliminarla, en su caso, sería añadir 10 mg de ácido sulfámico por cada mg de NO 2 -N en el tubo de reflujo, es decir, en la dilución final. Añadirlo así mismo a la disolución standard de dicromato utilizada en el blanco de agua destilada.
El material y reactivos necesarios en este análisis es: - Tubos cilíndricos largos con la boca esmerilada. - Varillas agitadoras.
- Pipetas. - Matraz erleneyer de 500 ml. - Digestor. - Disolución ácida Ag 2SO4 - Disolución de color intervalo alto de DQO - Disolución de color intervalo bajo de DQO - Espectrofotómetro.
Normalmente se suelen utilizar Kit comerciales en los que vienen añadidos todos los reactivos necesarios para el análisis.
ADVERTENCIA.- Mediante este método se manipulan y se someten a ebullición soluciones de H 2SO4 y K2Cr2O7. Es necesario usar trajes de protección, guantes y la protección total de la cara. En caso de accidente el remedio más eficaz es el lavado abundante con agua clara. La adición de H2SO4 concentrado al agua y el agitado de los frascos, debe realizarse siempre con precaución. Para la preparación y manipulación de soluciones que contienen sulfato de plata y sulfato de mercurio (II) es necesario tomar precauciones ya que son sustancias tóxicas. Los reactivos utilizados contienen sales de mercurio de plata y de cromo. Las sales de mercurio descargadas en las corrientes receptoras pueden transformarse, por la acción de bacterias, en compuestos de metilmercurio muy tóxicos. Los productos resultantes deben ser manipulados o tratados antes de su eliminación, conforme a la reglamentación de sustancias tóxicas.
4.6. Determinación de la demanda biológica de oxígeno Para estimar el valor de la DBO se utiliza un modelo cinético de primer orden. En este modelo se supone que el consumo de oxígeno es sólo función de la DBO residual:
dDBO dt
= −
[DBO r ] k
(1)
donde: 3
DBOr : DBO residual a tiempo t (gr/m ). -1
k : constante de velocidad de la reacción (t ).
El efecto de la temperatura está incluido en la constante de velocidad (k = A . exp
-E/RT
). Integrando entre los límites iniciales DBO r=DBO0 para
t=0 y DBOr=DBOr para t=t obtenemos:
ln
DBO r DBO 0
= −
(2)
kt
y resolviendo entre los límites de integración se obtiene: -kt
DBOr = DBO0 e
(3) 3
donde DBO 0 es la DBO carbonosa límite en gr/cm . Transcurrido un tiempo t, la DBO producida por un agua residual en un ensayo analítico sería la límite o total (es decir, la que se producirá tras un tiempo infinito o DBO 0) menos la denominada residual o remanente (es
decir, correspondiente a la contaminación que aún no se ha oxidado, DBOr). Por tanto: DBO(t)=DBO 0-DBOr(t), es decir: DBO(t) = DBO0 (1-e
-kt
)
(4)
En la figura 1 se muestra una representación gráfica de la variación de la DBO en función del tiempo, indicándose DBO5 como el valor tras cinco días de ensayo analítico.
DBO (mg/L)
DBO5
tiempo
Figura 1. Curva típica de evolución de la DBO Como puede observarse, el valor de la DBO crece exponencialmente hasta los 5 días representando del 55% al 97% de la DBO I; a partir de aquí crece ligera y asintóticamente, alcanzando su valor límite a los 20 días.
El material y reactivos necesarios en este análisis es:
- DBOmetro. - Botellas de incubación. - Varillas de vidrio. - Agitadores magnéticos. - Pipetas de 125 cc. - Probetas - Disolución de fosfatos: Se disuelven 8,493 gr de monohidrógeno fosfato de sodio (Na2HPO4 . 2 H2O) y 2,785 gr de dihidrógeno fosfato de potasio (KH 2PO4) en 1000 ml de agua destilada. - Disolución de sulfato de magnesio de concentración 20 gr/l. - Disolución de cloruro de calcio de concentración 25 gr/l. - Disolución de cloruro férrico de concentración 1,5 gr/l. - Disolución de cloruro amónico de concentración 2 gr/l. - Hidróxido de litio.
5.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
5.1 Determinación de los sólidos sedimentables Verter 1 litro de la muestra en el cono de Imhoff. A los 45 minutos, sacudir el cono, imprimiéndole giros alternativos en torno a su eje, para facilitar el descenso de las materias que hubieran podido quedar retenidas sobre las paredes. Se obtendrá el peso en seco del matraz aforado, siendo esta medida el valor de PS. A los 60 minutos del comienzo se tomará la
lectura del volumen decantado en el cono de Imhoff, y se llenará el matraz aforado
cuidadosamente
con
el
material
decantado,
pesándose
seguidamente. Acto seguido se vaciará y limpiará el matraz aforado, se llenará con agua destilada hasta el enrase, pesándose nuevamente (el peso del matraz conteniendo agua se denotará como PA). El motivo de esta operación es compensar cualquier posible error que tuviera el matraz aforado en su volumen. Debido a que el valor de la densidad obtenido puede diferir en una unidad tan solo variando unas centésimas la medida tomada, es necesario extremar las precauciones en su determinación. Si siempre se utiliza el mismo matraz, no es necesario que cada vez se determine los valores de PA y PS, salvo que haya motivos fundados para dudar de su validez (p. ej. cambios notables de la temperatura ambiente).
El volumen de sólidos sedimentables se expresará en ml de materia decantable por litro de muestra. La densidad de los fangos decantados vendrá dada por la siguiente expresión: gr.fangos
=
ml.fango
PF − PS PA − PS
donde: PF : peso del matraz conteniendo el fango (mg). PA : peso del matraz conteniendo agua (mg). PS : peso del matraz seco (mg).
(5)
Observaciones:
En ocasiones, para conocer la decantabilidad de la muestra, las lecturas de volumen decantado se realizan a la hora y media, a la hora y tres cuartos, y a las dos horas, presentándose estos resultados en forma de curva. Si el agua está muy cargada (p.e. más de 140 ml de materias decantables por litro), puede usarse un matraz aforado de mayor volumen (p.e. 100 ml), con lo que la precisión de la balanza puede ser menor, para igual precisión en el resultado.
5.2Determinación de los sólidos en suspensión Desecar el filtro en estufa a 105 ºC, hasta peso constante, (mínimo: 2 h), sacarlo de la estufa, enfriarlo en el desecador, y pesarlo. Acoplar el filtro en el equipo de filtración, montarlo sobre el matraz Kitasato, y conectar éste a la bomba de vacío.
Llenar el embudo con el agua problema y poner en marcha la bomba de vacío. Filtrar el volumen deseado, llenando repetidas veces el embudo si es necesario, y mantener el vacío hasta que el papel de filtro comience a secarse. Retirar el filtro con cuidado, colocarlo sobre una cápsula de porcelana previamente pesada y ponerlo a desecar en la estufa a 105 ºC.(24 horas). Una vez seco, y enfriado en el desecador, se pesa la cápsula con el filtro, siendo el peso de las materias en suspensión la diferencia entre este valor, y el peso inicial del papel seco, más la cápsula vacía.
El resultado se expresará en mg de material en suspensión por litro de muestra:
U=
mg.sólidos.en.suspensión litro.de.muestra
=
( A − B − C) ⋅ 1000 volumen.muestra, ml
(6)
A = peso del filtro + cápsula + residuo, mg. B = peso de la cápsula, mg. C = peso del filtro, mg.
Observaciones:
Debe evitarse utilizar un tiempo excesivo en el traslado del papel de filtro desde la estufa al desecador, y desde éste a la balanza, para evitar que la humedad ambiente penetre en el mismo. La pesada debe, asimismo, procurar hacerse lo más brevemente posible.
En aguas residuales, con concentraciones de 100 a 500 mg/l de sólidos en suspensión basta con filtrar 100 ml de agua. En aguas naturales, con cargas menores a 5 mg/l, es necesario filtrar hasta unos 20 litros. En estos casos puede resultar preferible una concentración previa por centrifugaci6n aunque es un proceso muy laborioso.
5.3
Determinación de los sólidos totales Secar la cápsula en estufa a 105 ºC, hasta peso constante (mínimo: 2
h), sacarla de la estufa, dejarla enfriar en el desecador, y pesarla. Verter en la cápsula un volumen de 100 ml de la muestra, y depositarla en la estufa, a 95 ºC, hasta su total evaporación. Cuando toda el agua se haya evaporado, elevar la temperatura de la estufa hasta 105 ºC, y mantenerla durante 4 h. A continuación, sacar la cápsula de la estufa y dejarla enfriar en el desecador, pesando seguidamente. La diferencia entre las dos pesadas representa los sólidos totales contenidos en el agua evaporada.
El resultado se expresará en mg de sólidos totales por 1itro de agua:
Y=
ml.sólidos.totales
=
( A − B) ⋅ 1000
litro
ml.muestra
(7)
A = peso de residuo seco + cápsula, mg. B = peso de la cápsula, mg.
Observaciones: El volumen recomendado (100 ml) es adecuado para un agua residual. En aguas naturales, o con poca carga de materia sólida, es necesario evaporar un volumen mayor, lo cual debe hacerse llenando sucesivas veces la cápsula, y dejando evaporar cada vez el agua. Es válida
la observación anteriormente hecha, acerca de la necesidad de no perder tiempo en la pesada, para evitar la absorción por la cápsula o el residuo de la humedad ambiente. Interferencias:
El
agua
altamente
mineralizada
con
elevada
-
concentración de Ca, Mg, Cl y/o sulfato puede ser higroscópica y requerir un secado prolongado, desecación adecuada y rápida pesada. Se deben excluir los aglomerados o materias no homogéneas, así como el aceite y grasas que puedan haber en la superficie.
5.4
Determinación de las fracciones volátil y no volátil Introducir la cápsula en el horno de mufla, y ajustar éste a 600 ºC.
Una vez alcanzada la temperatura citada, mantenerlo 1 h. Dejar enfriar el horno, y extraer la cápsula. Completar su enfriado en el desecador. Pesar la cápsula La diferencia entre el peso de cápsula y residuo, antes y después de todas estas operaciones, es la llamada "pérdida al fuego". La diferencia entre el peso de los sólidos totales, anteriormente obtenido y la pérdida al fuego es el llamado "residuo fijo" o "no volátil".
Los resultados se pueden expresar de distintas formas: a) En mg de sólidos fijos por litro de muestra.
X=
mg.sólidos.fijos litro.muestra
=
( D − B) ⋅ 1000 ml.de.muestra
(8)
D = peso de residuo fijo de los sólidos totales + cápsula, mg. B = peso de la cápsula, mg.
b) Como porcentaje de los sólidos totales.
Residuo fijo (%) =
Y X
.100
(9)
c) En mg de sólidos volátiles por l de muestra.
mg.sólidos.volátiles l.muestra
=
( Y − X)
(10)
Observaciones: Puede prescindirse de la regeneración de los carbonatos si se tiene constancia de que su concentración en el agua es pequeña. También puede procederse a su compensación numérica, si se conoce el contenido en carbonato magnésico del agua.
5.5
Determinación de la fracción volátil de los sólidos suspendidos. La determinación se lleva a cabo de igual manera que en el caso
anterior, con la única precaución de utilizar para la determinación filtros cuyo peso calcinado sea conocido.
5.6
Determinación de la demanda química de oxígeno Se añaden 2,5 ml de muestra, 3,5 ml de disolución ácida Ag 2SO4 y
1,5 ml de reactivo de color (intervalo alto 100 < DQO < 1000, intervalo bajo DQO < 100) a dos recipientes cerrados por cada muestra y a dos blancos (muestras de agua destilada) a los que se les ha sometido a todo el proceso, se cierran y se colocan en digestor a 140ºC durante dos horas. Se mide la absorbancia a 600 nm a la muestra si es de intervalo alto y a 400 nm si es de intervalo bajo.
Sin embargo, debido a la peligrosidad de este procedimiento experimental, en la actualidad se utilizan viales comerciales, que contienen la mezcla oxidante (K 2Cr2O7, H2SO4 y Ag2SO4), y para su uso solamente es necesaria la adición de un volumen de muestra determinado, y su posterior digestión durante 2 horas a 148 ºC.
Si se utiliza el Kit comercial, seguir el procedimiento indicado en el mismo. El resultado se lee directamente en el espectrofótómetro.
5.7 Determinación de la demanda biológica de oxígeno Generalmente la DBO esperada se encuentra entre un 50% - 60% de la DQO. Según la DBO esperada el volumen de muestra a tomar será uno u otro. Deben consultarse las escalas siguientes para saber el volumen de muestra que hay que tomar.
DBO esperada
Volumen de muestra
Factor multiplicativo
0-40 0-80 0-200 0-400 0-800 0-2000 0-4000
432 cc 365 cc 250 cc 164 cc 97 cc 43,5 cc 22,7 cc
x1 x2 x5 x10 x20 x50 x100
Según el volumen de agua residual que se haya tomado habrá que multiplicar el valor de la DBO resultante por el factor multiplicativo que se da en la tercera columna.
Si la muestra que se quiere analizar no es de agua residual doméstica, habrá que sembrarla, esto es añadir 0,1 ml de fango/litro de muestra si se puede. Si no es posible se añadirá el mínimo posible, intentando acercarse a 0,1 ml/litro. Esto se hace con objeto de que en el agua existan los microorganismos necesarios para que tenga lugar la degradación de la materia orgánica. A continuación se llenan las botellas, perfectamente limpias con un volumen de muestra adecuado. Se añaden las sales para proporcionar nutrientes a los microorganismos.
La proporción en la que deben añadirse es: -
Sulfato de magnesio: 0,1 ml.
-
Cloruro cálcico: 0,1 ml.
-
Cloruro amónico: 0,1 ml.
- Cloruro férrico: 0,1 ml.
- Fosfatos: 0,1 ml
Debe comprobarse que el pH se encuentra dentro del intervalo 7 - 9, que es el adecuado para que se desarrollen los microorganismos, en caso de que no esté en este intervalo habrá que acidificar o basificar según sea el caso con NaOH (20 gr/l) o HCl 0,5 M. Se colocan las botellas en el DBOmetro y se dejan durante unos minutos (30') para que se estabilicen a la temperatura de 20 ºC. Debe tenerse en cuenta que durante el proceso de degradación también se produce CO 2. Con objeto de que éste no afecte en el valor de la DBO, se utiliza LiOH que se coloca en los tapones. La cantidad de hidróxido que se utiliza es de 0,25 gr/l de muestra (8 cucharaditas). Si el reactivo utilizado es LiOH. H 20 se utilizan 0,437 gr/l (13 cucharaditas).
Se siembran y se añaden los nutrientes a las muestras, se enrasan los manómetros de mercurio a cero, se tapan las botellas herméticamente y se toma la lectura del manómetro durante cinco días consecutivos.
El valor de la DBO determinado corresponde a la lectura manométrica a los 5 días (DBO 5), o a los 20 días (DBO límite, DBO l) multiplicando por el factor de dilución en el caso de que ésta se haya hecho (prestar atención a las posibles modificaciones de las características del agua debido a la dilución). Puede seguirse la lectura del manómetro todos los días y con los valores obtenidos construir la gráfica: DBO = f (t)
5.8 Fuentes de error. La temperatura a la que el residuo es secado y la duración de la operación tienen una gran importancia en los resultados, debido a las pérdidas de peso por volatilización de la materia orgánica, agua ocluida, agua de cristalización y gases de la descomposici6n química inducida por calentamiento, así como la ganancia de peso por oxidación.
Los residuos secados a 105 ºC pueden retener agua de cristalización y agua ocluida y la obtención de pesada constante puede ser muy lenta. Las pérdidas por volatilización de materia orgánica serán normalmente pequeñas. Los residuos secados a 180 ºC perderán casi toda el agua ocluida. Puede quedar algo de agua de cristalización, especialmente si existen en la muestra sulfatos. La materia orgánica aunque puede perderse por volatilización no es destruida totalmente. En cualquier caso, los valores de sólidos disueltos obtenidos por evaporación y secado a 180 ºC son más próximos a los verdaderos que los obtenidos a menor temperatura, por lo que la determinación directa de sólidos disueltos se suele realizar a esta temperatura.
Cuando la muestra contenga cantidades importantes de grasas y aceites, los resultados pueden no ser muy fiables. En todo caso, antes de tomar la muestra para el análisis es necesario dispersar con un agitador las grasas y aceites presentes. A no ser que se indique lo contrario, es
conveniente eliminar de las muestras las partículas grandes flotantes y los aglomerados sumergidos de materiales no homogéneos.
5.9 Gestión de residuos En la realización de la práctica se deberá tener especial cuidado con los residuos generados durante la misma, especialmente los producidos en el análisis de DBO y DQO, que serán eliminados en los contenedores dedicados a tal uso.
6 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS. 6.1 Determinación sólidos suspendidos totales y volátiles. Completa la siguiente tabla con los resultados experimentales:
Peso filtro seco = Peso (filtro + muestra seca) = Sólidos suspendidos totales (mg/l) = Peso (filtro + muestra calcinada) = Sólidos suspendidos volátiles (mg/l) =
6.2 Determinación de los sólidos sedimentables. Realiza los cálculos pertinentes y completa la siguiente tabla:
Volumen sólidos sedimentables= PF (mg) = PF (mg) = PS (mg) = Densidad fangos decantados (g/ml) =
Complete la tabla y represente gráficamente: Tiempo (min) 60 90 105 120
Volumen decantado (ml)
Volumen decantado (ml)
Tiempo
6.3 Determinación de los sólidos totales. Peso cápsula seca = Peso (cápsula + muestra seca) = Sólidos totales (mg/l) =
6.4 Determinación de las demandas química y biológica de oxígeno. -3
DQO (mg dm ) =
¿ Cómo sería el valor de DBO que cabría esperar con respecto al obtenido para la DQO? ¿ por qué?
Complete la gráfica y represente gráficamente realizando un pequeño comentario sobre la misma:
Día
-3
DBO (mg dm )
1 2 3 4 5
DBO -3 (mg dm )
Tiempo (día)
