ESCUELA DE QUIMICA

CURSO DE LABORATORIO DE QUIMICA AMBIENTAL Y ANALITICA

PROFESORA: SILVIA SOTO CORDOBA

FECHA DE LA PRÁCTICA: 22 de setiembre2011

Práctica 9

DQO

Instituto Tecnológ

ico de Costa

Rica

Ode

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2009

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200

3008

41

INTRODUCCIÓN

La demanda química de oxigeno (DQO) expresa la cantidad de oxígeno necesario para la oxidación bioquímica, de los compuestos orgánicos degradables existentes en una muestra, es decir la DQO es la cantidad de oxigeno consumido en la oxidación mediante oxidantes químicos de los constituyentes orgánicos del agua(Marín, Revuelta, & Gómez, 2002).

La prueba de DQO permite medir en un residuo la cantidad de oxigeno que se requiere para la oxidación de la materia orgánica a dióxido de carbono y agua, esta prueba se basa en que todos los compuestos orgánicos pueden ser oxidados por la acción de agentes oxidantes fuertes en condiciones ácidas(Sawyer, McCarty, & Parkin, 2001). La medición de DQO es una medición semicuantitativa debido a que existe un 5% de materia orgánica que no reacciona

Una de las principales limitaciones de la prueba de DQO es la imposibilidad para diferenciar entre materia bilógicamente oxidable y materia biológicamente inerte y no proporciona ningún dato de la velocidad a la que el material biológicamente activo se estabiliza en las condiciones existentes en la naturaleza, sin embargo tiene la gran ventaja de que requiere poco tiempo de evaluación, la determinación se puede hacer en tres horas aproximadamente no así como la prueba de DBO que requiere de cinco días mínimo, debido a esto en muchos casos se utiliza la prueba de DQO como substituto de la DBO (Sawyer, McCarty, & Parkin, 2001).

La determinación de DQO, se basa en oxidar la materia orgánica por medio de un agente oxidante, y al cabo de 3 horas por lo general, se mide la concentración final del agente oxidante, ya sea por medio del método colorimétrico o por volumetría. Para la determinación de la DQO se han estudiado varios agentes oxidantes, se ha determinado que el dicromato de potasio es el más práctico de todos, pues es capaz de oxidar casi completamente una gran variedad de sustancias orgánicas en el agua, para que este agente oxide completamente la materia orgánica la solución debe ser fuertemente acida y estar a temperatura elevada, en consecuencia los materiales volátiles que inicialmente estaban en la muestra y los que se han formado en el periodo de digestión se pierden a menos de que se tomen medidas para evitarlo, es por esto que se suele emplear los condensadores de reflujo, que permiten que la muestra haga ebullición sin pérdida significativa de los compuestos orgánicos volátiles (Sawyer, McCarty, & Parkin, 2001).

En esta práctica se mide el DQO por medio de dos métodos: el volumétrico y el colorimétrico. El método de valoración consiste en que la muestra a analizar es suspendida en una solución fuertemente ácida con un exceso conocido de dicromato de potasio K2Cr2O7, solución digestora que se le agrega mercurio para atrapar los cloruros, ácido sulfúrico e iones plata como agente catalítico, debido a que es una reacción muy lenta. Tras la digestión el K2Cr2O7 sin reducir restante es valorado con sulfato de amonio ferroso para determinar la cantidad de K2Cr2O7c consumida y la materia oxidable se calcula en términos de equivalente en oxígeno. Este procedimiento es aplicable a los valores DQO entre 40 y 400 mg/l. (Método Estándar 5520 C.)(Hanna instruments).

También sucede que ciertos compuestos orgánicos en especial los ácidos grasos de bajo peso molecular no son oxidados por el dicromato, al menos que haya un catalizador, pero usar el dicromato para determinar la DQO tiene la ventaja de que este es un compuesto relativamente poco costoso que se puede obtener en alto estado de pureza (Sawyer, McCarty, & Parkin, 2001).

Cuando se utiliza el dicromato como agente oxidante la DQO es la cantidad de oxigeno químicamente equivalente a la cantidad de dicromato consumido en el proceso de oxidación. La semireacción de reducción es:

C2O7−2+14H+¿+6e−¿ →2Cr

3+¿+ 7H2O ¿

¿ ¿

Como la DQO es igual a la cantidad de dicromato consumido, expresado como mg/l de oxígeno presente en la disolución se utilizan blancos para determinar con mayor exactitud la cantidad del dicromato consumido, para ello se realizan dos blancos uno caliente y otro frio, el caliente imita las condiciones de las muestras pero al aumentar la temperatura el dicromato tiende a degradarse por lo que es importante usar el blanco frio para que calcular el volumen sin degradación de dicromato, los datos de ambos blancos sirven para corregir el volumen consumidos de dicromato en la muestra, la diferencia del volumen entre los dos blancos se le suma al volumen consumido por la muestra. si hubo degradación de dicromato, si el volumen en ambos blanco es igual no existió degradación del dicromato.

El otro método utilizado en la práctica para determinar el DQO es el colorímetro, este consiste en la oxidación del material de DQO a ion dicromato, como resultado, el cromo pasa de estado hexavalente (VI) a trivalente (III). Ambas especies de cromo exhiben un color y absorben luz en la región visible

del espectro. En la región 400 nm el ión dicromatoC2O7−2 absorbe mucha luz

mientras que el ión crómico Cr3+¿ ¿ absorbe mucho menos. En la región 600 nm es el ión crómico el que absorbe mucho y el ión dicromato tiene una absorción prácticamente nula. (Método Estándar 5220 D)(Hanna instruments). 

Entre las ventajas de usar el método colorimétrico para determinar DQO son: requiere menos cantidad de reactivos y de muestra, produce menos residuos peligrosos como el dicromato, es más rápido y barato comparándolo con el volumétrico, mientras que la ventaja del método volumétrico es que es más exacto que el método colorimétrico.

En cuanto a las sustancias que interfieren la medición de DQO lo que ocurre es que ciertos iones inorgánicos reducidos pueden ser oxidados y por lo tanto pueden llevar a resultados erróneamente altos. Los cloruros ocasionan los problemas más serios debido a que normalmente su concentración es alta en la mayoría de las aguas residuales, esta interferencia se puede eliminar agregando sulfato mercúrico a la muestra antes de agregar los otros reactivos, los nitrito son otra interferencia sin embargo rara vez se producen cantidades significativas en los residuos o en las aguas naturales (Sawyer, McCarty, &Parkin, 2001). Por otro lado, las sustancias inorgánicas como los iones de hierro (II), sulfuros, sulfatos, sulfitos y tiosulfatos se oxidan cuantitativamente bajo ciertas condiciones del ensayo y crean una DQO inorgánica, la cual interfiere cuando se requiere estimar el contenido orgánico del agua residual.

La prueba de DQO se combina normalmente con otras pruebas importantes para corroborar la efectividad de una planta de tratamiento. Es trascendental conocer la demanda química de oxígeno del agua de un sistema de tratamiento de aguas residuales que se vaya a descargar en un rio, debido a que en primer lugar es ilegal incumplir con la ley donde en el Reglamento de reuso y vertido de aguas residuales exigen como valor máximo de DQO de 1000 mg/L, y como segundo punto por ética profesional descargar agua con una alta demanda química de oxígeno, lo que va a provocar en el río es el consumo excesivo de oxígeno de éste y va a reducir el oxígeno disuelto, como consecuencia el río se volvería casi anaerobio, perjudicando la vida acuática de éste así como malos olores.

El objetivo de ésta práctica es determinar la demanda química de oxígeno por medio de dos métodos, el volumétrico y el colorimétrico, así como comparar ambos métodos, tener criterio propio sobre cuál sería el mejor aplicándolo a casos específicos,y amplio conocimiento sobre la base teórica de cada método

PROCEDIMIENTO

Preparacion de los reactivos para medicion de DQO

Método colorimétrico de determinación DQO

Método volumétrico de determinación DQO

DATOS Y OBSERVACIONES

CUADRO 1. VALORES DE ABSORBANCIA DE LAS MUESTRAS PATRÓN PARA DIFERENTES CONCENTRACIONES POR MEDIO DEL EQUIPO DE ESPECTROFOTOMETRÍA.

Muestra patrón [KHP] (±0,001) mg/L Absorbancia (±0,001)

1 50,000 0,024

2 100 0,048

3 200 0,100

4 300 0,187

FUENTE: Mediciones realizadas en el laboratorio de Química Analítica Ambiental, 29-09-11.

CUADRO 2. VALORES DE ABSORBANCIA PARA LAS MUESTRAS DEENTRADA Y DE SALIDA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DEL TEC POR MEDIO DE ESPECTROFOTOMETRÍA.

Entrada(±0,001)

Entrada(±0,001)

Salida(±0,001)

Salida(±0,001)

0,053 0,048 0,046 0,058

0,052 0,048 0,047 0,058

0,062 0,149 0,032 0,052

0,063 0,149 0,032 0,052

0,066 0,117 0,042 0,053

0,066 0,116 0,043 0,053

0,06 0,074 0,038 0,044

0,061 0,074 0,038 0,046

FUENTE: Mediciones realizadas en el laboratorio de Química Analítica Ambiental, 29-09-11.

CUADRO 3. VOLUMEN CONSUMIDO EN LA VALORACIÓN DEL DICROMATO CON LA FAS

MuestraVolumen inicial

(±0,05) mlVolumen final

(±0,05) ml

Volumen consumido (±0,07) ml

Blanco frío 0,00 5,00 5,00Blanco caliente 5,00 10,00 5,00

Patrón 10,00 12,40 2,40Entrada 1 12,40 17,00 4,60Entrada 2 17,00 21,50 4,50Salida 1 21,50 26,30 4,80Salida 2 26,30 31,00 4,70

FUENTE: Mediciones realizadas en el laboratorio de Química Analítica Ambiental, 29-09-11.

CALCULOS

De la ecuación de mejor ajuste de la figura 1, se tiene:

y= 0,0005x - 0,002

Donde x = concentración de KHP, y = absorbancia medida para cada muestra.

Cálculo de la concentración de KHP para la primera muestra del agua de entrada de la planta de tratamiento del ITCR.

Muestra 1. Entrada. Absorbancia = 0,053

Absorbancia=0,0005× [KH P ]−0,0020,053(±0,001)=0,0005× [KHP ]−0,002

[KHP ]=110 (±0,001)mg /L

Cálculo de la concentración de KHP para la onceava muestra del agua de entrada de la planta de tratamiento del ITCR.

Muestra 11. Entrada Absorbancia= 0,149

La absorbancia se sale de del rango de la ecuación de la figura 1, se utiliza entonces la ecuación de mejor ajuste del anexo 1.

Absorbancia=0,0006× [KHP ]−0,01490,149(±0,001)=0,0006× [KHP ]−0,0149

[KHP ]=273,17 (±0,001)mg /L

Cálculo de la concentración de KHP para la onceava muestra del agua de entrada de la planta de tratamiento del ITCR.

Muestra 11. Entrada Absorbancia= 0,149

La absorbancia se sale de del rango de la ecuación de la figura 1, se utiliza entonces la ecuación de mejor ajuste del anexo 1.

Absorbancia=0,0006× [KHP ]−0,01490,149(±0,001)=0,0006× [KHP ]−0,0149

[KHP ]=273,17 (±0,001)mg /L

Cálculo de la concentración de Oxígeno.

Por estequiometria 1000 mg KHP son equivalentes a 850 mg de O2.

C8H6O4 + 7,5 O2 → 8 CO2 + 3 H2O

1000mgKHP850mgO₂

=110 (±0,001)mg KHP

X mgO ₂

¿93,5 (±0,001 )mg /L

DQO=(V BC−V muestras ) xalicuotaK2Cr

2O7

xM K2Cr2O7

x 48000

alicuotamuestra xV BF

Para la muestra 1:

DQO=(5 (±0,007 )ml−4,60 (±0,07))x alicuotaK 2Cr

2O7

x 0.0417mol /L(0,025N ) x 48000

alicuotamuestra x5 (±0,007 )ml

RESULTADOS

CUADRO 4. VALORES DE DQO PARA CADA CONCENTRACIÓN DE KHP, DE LAS MUESTRAS DE ENTRADA Y SALIDA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DEL ITCR. METODO COLORIMETRICO

Lugar en la planta de tratamiento

[KHP] (±0,001)

[O2] (±0,001)

Lugar en la planta de tratamiento

[KHP] (±0,001)

[O2] (±0,001)

Entrada 110,00 93,50 Salida 96,00 81,60Entrada 108,00 91,80 Salida 98,00 83,30Entrada 128,00 108,80 Salida 68,00 57,80Entrada 130,00 110,50 Salida 68,00 57,80Entrada 136,00 115,60 Salida 88,00 74,80Entrada 136,00 115,60 Salida 90,00 76,50Entrada 124,00 105,40 Salida 80,00 68,00Entrada 126,00 107,10 Salida 80,00 68,00Entrada 100,00 85,00 Salida 120,00 102,00Entrada 100,00 85,00 Salida 120,00 102,00Entrada 273,33 232,33 Salida 108,00 91,80Entrada 273,33 232,33 Salida 108,00 91,80Entrada 220,00 187,00 Salida 110,00 93,50Entrada 218,33 185,58 Salida 110,00 93,50Entrada 152,00 129,20 Salida 92,00 78,20Entrada 152,00 129,20 Salida 96,00 81,60

FUENTE: Resultados obtenidos de las mediciones realizadas en el laboratorio de Química Analítica Ambiental, 29-09-11.

CUADRO 5. VALORES PROMEDIO DE DQO PARA LAS MUESTRAS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTOLugar de toma de la muestra DQO (±0,001) mg/L

Entrada 132,12Salida 81,39

FUENTE: Resultados obtenidos de las mediciones realizadas en el laboratorio de Química Analítica Ambiental, 29-09-11.

CUADRO 5.VALORES DE DQO PARA LAS MUESTRAS DE AGUA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO POR EL METODO VOLUMETRICO

MUESTRA DQO (±0.00)

Entrada 1 80,064Entrada 2 100,080Promedio de DQO para entrada 90,072Salida 1 40,032Salida 2 60,048

Promedio de DQO para salida: 50,040

40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

Series2

Linear (Series2)

[KHP]

Absorb

anci

a (

±0,0

01)

Figura 1. Gráfico de absorbancia para distintas concentración de la disolución patrón de KHP, por medio del equipo de espectrofotometría.

DISCUSIÓNCerca del 75% de los sólidos en suspensión y del 40% de los sólidos filtrables de un agua residual de concentración media son de naturaleza orgánica. Son sólidos que provienen de los reinos animal y vegetal, así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos. (ambientum, 2011) Para poder evaluar el daño que pueden llegar a producir las aguas residuales, se emplean diversas técnicas. Para medir DQO de varias muestras de agua de entrada y salida de la planta de tratamiento el Instituto Tecnológico de Costa Rica,

sede central. Se implementan dos métodos, el colorimétrico y el volumétrico.

En el caso del método volumétrico se mide el dicromato para determinar la cantidad de materia orgánica contenida en la muestra. Sabiendo la cantidad inicial se puede calcular por diferencia cuanto dicromato se consumió oxidando la materia orgánica de la muestra de agua. Conociendo la concentración final de Cromo (III) en cada muestra es fácil determinar la concentración de oxigeno por estequiometria, lo que se busca es consumo de O2 no tiene sentido dar el resultado en términos de concentración de dicromato o Cromo (III) residual, es por esto que los datos se transforman a mgO2/L mediante relaciones conocidas.

El método colorimétrico se basa en el mismo principio, pero se mide la cantidad de cromo (III) después del proceso de oxidación, mediante espectrofotometría. La lógica detrás de este moderno método es la misma que utiliza el método volumétrico, un agente oxidante que reacciona con los agentes reductores contenido en la muestra. El ion Cromo (VI) es anaranjado con una longitud de onda de 500 nm, al reducirse en Cromo (III) su color cambia a verde que tiene una longitud de onda de 600nm. (UTN, 2006)

El blanco frío se prepara con el objeto de valorar la disolución de sulfato de amonio y hierro (II) por medio de la disolución patrón de dicromato de potasio. El blanco caliente se usa para la corrección de la prueba, se sustituye la alícuota de muestra por alícuota de una disolucion patrón a distintas concentraciones. A partir de este patrón se construye la curva contra la que se comparan los resultados de las muestras de agua. Estas muestras patrón tienen asociado un resultado teórico, si este no es el obtenido es necesario hacer correcciones en los cálculos. (UDFJC, 2009)

Las absorbancias obtenidas para las concentraciones de 400 y 500 mg/L, fueron eliminadas instantáneamente debido a que no cumplen con una linealidad, pero al realizar la curva de mejor ajuste con los datos anteriores para obtener la relación de absorbancia vs concentración de KHP, pero si se toma en cuenta la absorbancia de la muestra patrón número cuatro no se obtiene la mejor linealidad debido a que R2= 0,98 (ANEXO 1), por lo que solo se grafican los patrones 1,2 y 3, para obtener la mayor linealidad con un R2=0,99.

La DQO se relaciona empíricamente con la Demanda Bioquímica de Oxígeno, se considera que el DQO da como resultado aproximadamente la mitad del valor que dará la prueba de DBO. Al comparar los resultados de esta práctica con los de la práctica de DBO, se observa que el valor del resultado de la prueba de DBO para la alícuota de 7,00ml coincide con esta hipótesis, las otras muestras no coinciden pero tampoco se alejan demasiado de la hipótesis. Sin embargo es de esperar que sea la

alícuota de 7,00ml la que se acerquen a lo esperado, ya que las alícuotas para el método colorimétrico de DQO fueron de 10,00ml. (Andreo, 2011)

Por el método volumétrico se encontraron niveles más bajos de DQO tanto para entrada como salida. Sin embargo el Reglamento de re-uso y vertido de aguas residuales exigen como valor máximo de DQO de 1000 mg/L (MINAE, 2007), al observar los resultados de la medición de DQO por ambos métodos se nota que los vertidos que salen de esta planta cumplen con lo estipulado por ley de forma muy eficiente para este parámetro, los niveles de DQO están muy por debajo de lo que lo estipulado, de lo que podemos concluir que la planta de tratamiento cumple con su propósito.

ANEXO 1

0 50 100 150 200 250 300 3500.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.1800.200

Series2Linear (Series2)

[KHP]

Abso

rban

cia (±

0,00

1)

Anexo 1. Gráfica de absorbancia para distintas concentración de la disolución patrón de KHP.

BILIOGRAFÍA

ambientum. (2011). Retrieved 10 10, 2011, from http://www.ambientum.com/enciclopedia/aguas/2.01.16.16_1r.html

Andreo, M. (2011). Retrieved 10 5, 2011, from Demanda Biológica de Oxígeno (D.B.O.): http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/DBO.htm

Lomelí, M. G., Tamayo, R., & Ilarraza, A. (2000). Retrieved 10 08, 2011, from http://www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/paginas/16agua.html

MINAE. (2007). Decreto N0 33601-MINAE-S. Retrieved 10 08, 2011, from Reglamento de vertido y reuso de aguas residuales: www.elaw.org/system/files/33601-s-minae.pdf

Neal, D., & Del Delumeyea, R. (2000). Laboratory experiments in enviromental chemistry. . Prentice Hall, Inc. .

Sánchez, et al. (2008). Química analítica experimental. In V. Sánchez, J. Valdés, J. Coto, E. Solís, J. Fernández, & M. Mendelewicz. 1a.ed. Heredia, C.R.: EUNA.

UDFJC. (2009). Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Retrieved 10 08, 2011, from Capitulo 18. Demanda Biologica de Oxigena.: http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/capitulos_fluoreciencia/calaguas_cap18.pdf

UTN. (2006). Universidad Tecnológica Nacional - Facultad Regional Bahía Blanca. Retrieved 10 08, 2011, from http://www.frbb.utn.edu.ar/carreras/efluentes/tema_9.pdf