Demanda química de oxígeno (DQO) y Demanda biológica de oxígeno (DBO).

Hola amigos de #stem-espanol y Steemians en general, en mi publicación anterior tuve la oportunidad de hablarles sobre la importancia del oxígeno disuelto en aguas y la descripción del método de winkler para su determinación.(https://steemit.com/stem-espanol/@joseleogon/importancia-del-oxigeno-disuelto-en-aguas-y-descripcion-del-metodo-de-winkler-para-su-determinacion) Dejando claro que la cantidad de oxígeno disuelto en el agua puede ser utilizado como un valor referencial para interpretar el grado de sustancias contaminantes presentes en la misma.

También les hice mención a dos ensayos que deben realizarse en conjunto al oxígeno disuelto, para dar una mejor interpretación sobre la presencia de cargas orgánicas o sustancias contaminantes en el agua, ya que la presencia de estos agentes agotara el oxígeno disuelto para lograr la degradación de las mismas, estos dos ensayos de los que les hablo son la Demanda química de oxígeno (DQO) y la Demanda biológica de oxígeno.

Vale la pena señalar que estas pruebas se utilizan mayormente en el caso de aguas residuales o en cuerpos de aguas donde se sospeche contaminación, y rara vez son utilizadas en el caso de aguas potables.

En esta publicación les hablare de la importancia de estos parámetros y les daré una descripción de los métodos utilizados a nivel de laboratorio para su determinación.

La demanda química de oxígeno y demanda biológica de oxígeno son dos parámetros que nos dan información de la carga orgánica que posee el agua, su determinación nos permite a elegir el tipo de tratamiento a utilizar en aguas residuales de origen doméstico, industrial o agrícola. Los resultados de ambos parámetros se expresan en ppm o mg/L de oxígeno.

Se refiere a la cantidad de oxígeno necesario para degradar por medio de un proceso de oxidación, la totalidad de la carga orgánica presente en el agua.

Es la cantidad de oxígeno requerida por los microorganismos para la degradación de las sustancias presentes en el agua, debido a que no todas las sustancias contaminantes en el agua son susceptibles a la degradación de tipo biológico, este valor siempre sera menor o igual a de la DQO.

Se obtiene al dividir el resultado obtenido de la demanda biológica de oxígeno entre el obtenido para la demanda química de oxígeno.

El resultado de esta relación es adimensional y sirve para definir el tipo de tratamiento a utilizar para la eliminación de cargas orgánicas en aguas de vertidos residuales.

Cuando el valor de esta relación es inferior a 0,2 significa que la mayor parte de la carga orgánica presente en el agua no es biodegradable, por tal motivo el tratamiento químico seria el adecuado para su depuración.

Cuando el valor de la relación se encuentra entre 0,2 - 0,4 se interpreta que la materia orgánica presente responde a la biodegradabilidad, por tal motivo los tratamientos de depuración recomendados son de tipo biológicos, como la utilización de cultivos bacterianos y lodos activos.

Cuando este valor es superior a 0,4 significa que la materia orgánica presente es muy biodegradable y para su depuración solo bastaría con un tratamiento de lodos activos.

Las sustancias contaminantes en el agua consumirán el oxígeno disuelto de la misma para lograr su metabolización a sustancias más simples, no solamente estas sustancias agotaran el oxígeno del agua, también la acción bacteriana, los microorganismos utilizan el oxígeno del agua para completar sus procesos biológicos consumiendo los nutrientes presentes en la misma. Ese exceso de nutrientes en el agua genera muchas veces las condiciones para la proliferación y multiplicación desordenada de algas y bacterias, las cuales terminan disminuyendo considerablemente el oxígeno disuelto y por consiguiente destruyendo la calidad del agua y los ecosistemas acuáticos, a este fenómeno se le conoce con eutrofización.

Con la finalidad de reducir esta problemática, a nivel internacional se han establecido regulaciones en cuanto a la carga orgánica de los vertidos a efluentes que generan las empresas, la actividades relacionadas con la agricultura y las aguas negras de origen doméstico, ya que en la mayoría de los casos estos vertidos terminan en ríos, lagunas y lagos. Es por ello que estas aguas deben cumplir ciertos requisitos mínimos para ser vertidas.

Su determinación se fundamenta en la degradación química toda la materia orgánica presente en el agua, mediante la acción de un agente oxidante fuerte, como los son el permanganato o el dicromato de potasio, el cual se hace reaccionar en un medio acidificado con ácido sulfúrico y con la presencia de sulfato de plata como catalizador.

La muestra de agua es diluida y se le adiciona una cantidad en exceso de dicromato de potasio y el restó de reactivos que propiciaran el medio para que ocurra la oxidación de la materia orgánica, se somete a calentamiento durante dos horas a una temperatura de 150°C, durante este tiempo los compuestos orgánicos se oxidarán y por ende reducirán el Cr+5 del dicromato de potasio al ion crómico Cr+3 tal como se muestra en la siguiente reacción:

La cantidad de dicromato reducido a Cr+3 será proporcional a la materia orgánica oxidada, y para determinarla se procede a titular el dicromato remanente con una solución de sulfato ferroso amoniacal, al saber la cantidad del dicromato que queda al finalizar el proceso y por diferencia con la cantidad añadida inicialmente puede determinarse lo que reacciona. En esta titulación se utiliza ferroina como indicador del punto de equivalencia o viraje, el cual estará definido por el cambio a una coloración rojiza en la muestra.

Es importante realizar un testigo o blanco, en donde se utilice agua destilada en vez de la muestra, para contrarrestar cualquier interferencia propia del proceso, y tenerlo en consideración al momento de realizar los cálculos respectivos.

En el siguiente video se muestra el procedimiento experimental para la determinación de este parámetro.

En este ensayo se mide el oxígeno consumido por la acción microbiana después de un periodo de incubación por lo general de 5 días, pero para que esta medición pueda efectuarse es necesario garantizar las condiciones idóneas para la proliferación bacteriana, que los microorganismos que consumen el oxigeno del agua cuenten con el pH y los nutrientes adecuados para la realización de sus procesos biológicos.

Por tal motivo previamente se prepara un agua de dilución a la cual se le adicionaran ciertas cantidades de fosfatos, cloruro de calcio, sulfato de magnesio, cloruro férrico y una solución reguladora de pH, esta agua de dilución también se someterá a un proceso de aireación para garantizar una buena concentración de oxígeno disuelto al iniciar el ensayo. Si se sospecha que el agua a analizar tiene muy poca presencia de microorganismos, se puede utilizar una siembra de estos utilizando agua de origen cloacal domestico, o proveniente de sedimentos de plantas de tratamientos de agua.

Una vez preparada el agua de dilución se procede a añadirle la muestra a analizar utilizando el factor de dilución que se ajuste al valor previamente obtenido para la DQO. Se determina la concentración inicial de oxígeno disuelto y se procede a incubar por 5 días, para nuevamente realizar la determinación del oxígeno disuelto, por diferencia entre este y el valor inicial se obtiene el oxigeno consumido, el cual representara la demanda de oxígeno requerida por los microorganismos para la metabolización de la materia orgánica biodegradable.

En el siguiente video se presenta de forma detallada la aplicación de este método experimental.