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Determinación de DQO: reflujo cerrado y colorimetría
DQO
La
Demanda Química de Oxígeno (DQO) es un parámetro global utilizado como
indicador del contenido orgánico de las aguas residuales y el agua natural, ampliamente
utilizado en el monitoreo de plantas de tratamiento de efluentes. En términos
generales, DQO se refiere a la cantidad de oxígeno disuelto necesario para
oxidar la materia orgánica en una muestra a través de un agente químico como el
dicromato de potasio (K2Cr2O7).
La
DQO es el único parámetro que se utiliza para medir la cantidad de residuos
industriales en el agua, que no se puede medir con la DBO *. Además, es muy
utilizado para fines operativos debido a la rapidez en la obtención de resultados,
en comparación con la DBO, siendo utilizado para caracterizar la calidad de las
aguas residuales domésticas y efluentes industriales y también se aplica tanto
en la determinación de la carga orgánica en plantas de tratamiento como en la
evaluación de la eficiencia del proceso de tratamiento, obteniendo así los
niveles de contaminación orgánica en recursos hídricos naturales, como lagos, represas
y ríos.
* Demanda bioquímica de oxígeno (DBO): determina
la cantidad de oxígeno que consumen los microorganismos para descomponer la
materia orgánica.
MÉTODOS DE
DETERMINACIÓN
El
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater es una publicación
de la AWWA/ALPHA/WEF que regula y recomienda métodos y procesos para el
análisis de agua y aguas residuales. Las metodologías están estandarizadas y
aceptadas como estándares en todo el mundo. La DQO de una muestra se determina a
través de la oxidación química de los compuestos orgánicos disueltos con
dicromato de potasio en una solución de ácido sulfúrico. El oxígeno consumido
por la conversión de compuestos orgánicos se expresa en mg O2 L -1.
La digestión de la muestra se puede realizar mediante el método de reflujo abierto, que es adecuado para una amplia gama de desechos donde se requiere un volumen de muestra mayor (aproximadamente 50 mL) y se puede realizar utilizando el digestor para DQO, modelo TE-128/6. Los métodos de reflujo cerrado son más económicos en el uso de reactivos, generan menores cantidades de residuos peligrosos, no necesitan llevarse a cabo en campana y son los más utilizados en los laboratorios. Sin embargo, requieren la homogeneización de muestras que contienen sólidos en suspensión para obtener resultados confiables.
Aunque
hay dos formas distintas de cuantificar la DQO mediante el método de reflujo
cerrado (titulométrico y colorimétrico), el procedimiento de preparación y
digestión de la muestra es el mismo para ambos.
El método titrimétrico se puede utilizar en muestras con alta turbidez y color residual después de la digestión con dicromato, pero tiene las desventajas del consumo y preparación de titulante e indicador, el uso de material de vidrio adicional y la falta de estandarización del punto final de titulación, ya que cada analista puede tener una percepción diferente del punto de cambio de color, lo que determina el final de la titulación. El método colorimétrico, en cambio, debe utilizarse en muestras que no presenten turbidez ni color, por lo que requieren mayor homogeneidad de la muestra, sin embargo, aseguran un resultado más preciso, una vez que el resultado final no depende de la percepción del analista.
REFLUJO CERRADO – COLORIMÉTRICO
El método de digestión con dicromato de potasio, usando el bloque dry block, modelo TE-021, es una reacción de oxidación en un medio fuertemente ácido a alta temperatura en presencia de un catalizador (sulfato de plata). Tras la oxidación de la materia orgánica presente (cambio de cromo del estado hexavalente (Cr6+) al estado trivalente (Cr3+) se obtiene la DQO directamente por colorimetría, ya que ambas especies de cromo se absorben en la región visible del espectro de luz.
Puede
ser utilizado el espectrofotómetro que permite el uso de cubetas cilíndricas
para DQO (opcional).
Además, el analizador de DQO se puede utilizar junto con los kits de reactivos, que ofrecen practicidad y reducen el tiempo en la preparación de reactivos, curva de calibración, reduciendo riesgos para el analista, etc. Para utilizar el analizador de DQO, el bloque dry block, modelo TE-021, debe contener 28 alojamientos de 16,5 x 70 mm de diámetro, compatibles con los tubos de DQO del analizador.
- Muestreo
Preferiblemente,
recolecte las muestras en frascos de vidrio. Siempre que sea posible, el
análisis debe realizarse después de la recolección; de lo contrario, la muestra
debe conservarse mediante acidificación a pH ≤ 2 utilizando ácido sulfúrico
concentrado. Mezcle (homogeneice) todas las muestras que contengan sólidos en
suspensión antes del análisis. Realice diluciones preliminares para residuos
que contengan un alto contenido de DQO para reducir el error inherente en la
medición de pequeños volúmenes de muestra.
- Curva de calibración
para DQO
Para
la construcción de curvas, prepare al menos 5 patrones de hidrogenoftalato de
potasio (KHP) con DQO equivalente para cubrir cada rango de concentración. Para
cada patrón se agrega un volumen específico de la solución de referencia,
completando el volumen final con agua destilada. Luego, retire un volumen
conocido de la solución anterior y agregue las soluciones de digestión y
catalítica, y realice la digestión. Después de enfriar a temperatura ambiente,
cada punto se lee en un espectrofotómetro.Cada vez que se prepara una nueva
solución, un cambio de marca de reactivo, etc., se debe realizar una nueva
curva de calibración. Se recomienda ejecutar un patrón conocido después de cada
número de análisis para certificar la validez de la curva.
- Procedimiento
1. Lavar los tubos con H2SO4
(ácido sulfúrico) 20% para eliminar interferentes
2. El volumen adecuado de muestras y reactivos varia conforme los tubos utilizados, de acuerdo con la Tabla 1.
3. Realice una prueba en blanco,
utilizando agua destilada en lugar de la muestra y realice el mismo
procedimiento.
4. Se debe homogeneizar la muestra,
agitando el frasco que contiene la muestra, luego, cuando sea necesario diluir
la muestra. La dilución debe realizarse utilizando el factor de dilución
correspondiente.
5. Colocar en los tubos, 1,5 mL de la
solución de digestión.
6. Adicionar 2,5 mL de muestra de agua
residual.
7. Adicionar 3,5 mL del reactivo ácido
sulfúrico
8. Cerrar los tubos y agitar varias
veces para homogeneizar. Mezclar bien antes de aplicar calor (siguiente paso)
para evitar calentar el fondo del tubo y una posible reacción exotérmica.
Se recomienda que los pasos 5 a 8 se realicen
en una campana de extracción de gases.
De lo contrario, use un protector facial y protéjase las manos del calor que se
produce cuando se mezclan las soluciones.
9. Colocar los tubos en el bloque dry block, modelo TE-021, para hacer
la digestión de la muestra a 150 °C por 2 horas.
10. Retire los tubos del bloque de digestión,
déjelos enfriar, agítelos y deje que la materia suspendida se asiente para asegurarse
de que el camino óptico esté despejado. Limpie correctamente los tubos antes de
las lecturas para evitar interferir con el paso de la luz.
11. En el espectrofotómetro, ajuste la
longitud de onda a 600 nm y "cero" con el blanco de prueba. Realice
la lectura de la muestra siguiendo el mismo procedimiento de la construcción de
la curva.
- Cálculo
Si las muestras, los patrones y el blanco se analizan en las mismas condiciones de volumen y longitud de la trayectoria óptica en un espectrofotómetro, calcule la DQO como se describe a continuación:
CONSIDERACIONES FINALES
La
DQO es un parámetro indispensable para determinar la cantidad de contaminantes
orgánicos e inorgánicos en el agua y los efluentes. Los valores de DQO suelen
ser superiores a los de la DBO, realizándose el análisis en un período más
breve.
El
aumento de la concentración de DQO en un cuerpo de agua se debe principalmente
a los vertidos de origen industrial, debido a la capacidad de detectar la
presencia de sustancias resistentes a la degradación biológica. Por su
importancia, el análisis de este y otros parámetros ambientales debe realizarse
siguiendo métodos estandarizados y utilizando equipos adecuados para tal fin,
asegurando así la confiabilidad de los resultados.
Soluciones y
reactivos
Solución de digestión:
adicionar, en 125 mL de agua destilada, 2,554 g de dicromato de potasio (K2Cr2O7),
previamente seco en estufa a 103°C por 2 horas, 41,75 mL de ácido sulfúrico,
8,325 g de H2SO4. Disolver, enfriar y completar, con agua
destilada, el volumen en balón volumétrico de 250 mL.
- Reactivo de ácido sulfúrico:
adicionar sulfato de plata (Ag2SO4) cristal o polco en H2SO4
en una proporción de 2,03 g de Ag2SO4 para 200 mL de
ácido sulfúrico concentrado. La disolución completa del sulfato de plata demora
cerca de 24 horas; por esto, se debe estar siempre atento a la necesidad de preparar
una nueva solución.
- Solución patrón de hidrogenoftalato
de potasio (KHP): de una cantidad de KHP seca a 120°C por 2 horas, pesar 425,0 mg y disolver en aproximadamente 500 mL
de agua destilada, e completar el volumen para 1000 mL en balón volumétrico.
Esta solución es estable hasta por 3 meses cuando es guardada en refrigeración.
Relación teórica entre KHP y la DQO: 1 mg de KHP= 1,171 mg O2.
SOBRE TECNAL
La
misión de Tecnal es contribuir al desarrollo científico, tecnológico y de la
industria nacional e internacional a través de la fabricación y
comercialización de equipos científicos, la prestación de servicios
especializados y la difusión del conocimiento.
La
empresa busca crecer de manera innovadora y sustentable, enfocada en la
continuidad y excelencia operativa, para convertirse en un referente en el
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/ WhatsApp +55 (19) 2105-6161, correo electrónico: comex@tecnal.com.br o a través de nuestra
página web haciendo clic aquí.
REFERENCIAS
APHA, Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater. E.W. Rice, R.B. Baird, A.D. Eaton, L.S. Clesceri,
editors. 23ª ed. Washington: American Public
Health Association, 2017. 1496p. (Method: 5220).
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS (UNICAMP). Centro Superior de
Educação Tecnológica. Tecnologia em Saneamento Ambiental. Apostila de
laboratório de Saneamento II–ST405/CESET-UNICAMP. Prof .Dra. Maria Aparecida Carvalho de Medeiros e
Tecnólogos: Geraldo Dragoni Sobrinho, Anjaina F. Albuquerque e Josiane A. de
Souza Vendemiatti, 2006.