analisis aguas residuales
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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)
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
Sólidos volát.
totalesSólidos no
volátiles totales
Sólidos totales
Sólidos
sedimentables
Cono Imhoff
Sólidos susp.
volátiles
Sólidos susp.
no volátiles
Horno mufla
Sólidos
suspendidos
Evaporación
Sólidos filtrables
volátiles
Sólidos filtrables
no volátiles
Horno mufla
Sólidos
filtrables
Evaporación
filtrado
Filtración (fibra
de vidrio)
Sólidos
totales
Evaporación
MUESTRA
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:
BiomasaEnergíaOHCOnutrientesOismosmicroorganSustrato 222 +++→+++
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).
c) Materiales inorgánicos Fe2+
, S032-
, S2-
, 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 (DBON) 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 DBOC 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 (DBO5).
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 t0 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 - t0). 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:
MgOCOMgCO 23 +→
Si existe en cantidad apreciable deberá regenerarse mediante la
adición de una solución de carbonato de amonio. La reacción regenerante
es la siguiente:
OHNH2MgCOCO)NH(MgO 233324 ++⇔+
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 método 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:
OH7Cr2e6H14OCr 2
32
72 +⇔+++−+−
donde el dicromato (naranja amarillento) oxida la materia orgánica
reduciéndose a Cr3+
(verde).
Interferencias:
Los cloruros resultan ser una interferencia pues parte de Cr2O72-
actúa oxidándolos según la ecuación:
OH7Cr2Cl3H14OCrCl6 2
3
2
2
72 ++⇔++++−−
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 HgSO4 (tóxico) a la mezcla en la proporción 10:1 HgSO4: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 NO2 en el agua
residual no suelen ser superiores a 1 ó 2 mg NO2-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 NO2 -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 Ag2SO4
- 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 H2SO4 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:
[ ]rDBOkdt
dDBO−= (1)
donde:
DBOr : DBO residual a tiempo t (gr/m3).
k : constante de velocidad de la reacción (t-1
).
El efecto de la temperatura está incluido en la constante de velocidad
(k = A . exp-E/RT
). Integrando entre los límites iniciales DBOr=DBO0 para
t=0 y DBOr=DBOr para t=t obtenemos:
ktDBO
DBOln
0
r −= (2)
y resolviendo entre los límites de integración se obtiene:
DBOr = DBO0 e- k t
(3)
donde DBO0 es la DBO carbonosa límite en gr/cm3.
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 DBO0) menos la denominada residual o remanente (es
decir, correspondiente a la contaminación que aún no se ha oxidado,
DBOr). Por tanto: DBO(t)=DBO0-DBOr(t), es decir:
DBO(t) = DBO0 (1-e- k t
) (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)
tiempo
DBO5
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 DBOI; 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 (KH2PO4) 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:
PSPA
PSPF
fango.ml
fangos.gr
−
−= (5)
donde:
PF : peso del matraz conteniendo el fango (mg).
PA : peso del matraz conteniendo agua (mg).
PS : peso del matraz seco (mg).
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.
5.2 Determinación 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:
ml,muestra.volumen
1000)CBA(
muestra.de.litro
suspensión.en.sólidos.mgU
⋅−−== (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:
muestra.ml
1000)BA(
litro
totales.sólidos.mlY
⋅−== (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.
muestra.de.ml
1000)BD(
muestra.litro
fijos.sólidos.mgX
⋅−== (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 (%) = 100.X
Y (9)
c) En mg de sólidos volátiles por l de muestra.
)XY(muestra.l
volátiles.sólidos.mg−= (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 Ag2SO4 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 (K2Cr2O7, 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 0-40 432 cc x1
0-80 365 cc x2
0-200 250 cc x5
0-400 164 cc x10
0-800 97 cc x20
0-2000 43,5 cc x50
0-4000 22,7 cc 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 CO2. 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. H20 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 (DBO5), o a los 20 días (DBO límite, DBOl)
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)
Volumen
decantado
(ml)
60
90
105
120
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.
DQO (mg dm-3
) =
¿ Cómo sería el valor de DBO que cabría esperar con respecto al obtenido
para la DQO? ¿ por qué?
Volumen
decantado (ml)
Tiempo
Complete la gráfica y represente gráficamente realizando un pequeño
comentario sobre la misma:
Día DBO (mg dm-3
)
1
2
3
4
5
DBO
(mg dm-3
)
Tiempo (día)
7 REFERENCIAS.
Clesceri, Lenore S., Greenberg, Arnold E. and Eaton, Andrew D. (1998)
Standard methods for the examination of water and wastewater. American
Public Health Association, Washington.