Post on 28-Jan-2016
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Ingeniería Sanitaria
OD – DBO - DQO
Oxígeno disuelto (OD)
• Se le llama Oxígeno Disuelto en un medio acuático a las
moléculas de oxígeno en forma de gas que están disueltas en el
agua.
• El Oxígeno llega al agua por difusión desde la atmósfera, por
aeración (movimientos o agitación) y como producto de la
fotosíntesis.
• Diferentes especies de organismos acuáticos requieren
diferentes cantidades de oxígeno, pero generalmente requieren
de, al menos, 6 ppm para un crecimiento y desarrollo normal
• Niveles de OD por debajo de 3 ppm son estrésicos para la
mayoría de los organismos
• Constituye un indicador de contaminación de agua.
• Niveles altos de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad..
Calidad de Agua
¿DE DÓNDE PROVIENE EL OXÍGENO?
• El oxígeno que se halla en el
agua proviene de muchas
fuentes, pero la principal es el
oxígeno absorbido de la
atmósfera.
• Por aeración (movimientos o
agitación)
• Otra fuente de oxígeno son las
plantas acuáticas, incluyendo
las algas; durante la
fotosíntesis, las plantas
eliminan dióxido de carbono y
lo reemplazan con oxígeno.
Absorción
Fotosíntesis
¿A DÓNDE VA EL OXÍGENO?
Una vez en el agua, el
oxígeno es utilizado por la
vida acuática.
Los peces y otros animales
acuáticos necesitan oxígeno
para respirar.
El oxígeno es consumido
también por las bacterias de
plantas y animales muertos o
en descomposición.
Respiración
Descomposición
OTROS FACTORES
El nivel de oxígeno de un sistema acuoso no
depende sólo de la producción y el consumo.
Hay muchos otros factores que contribuyen a
determinar el nivel potencial de oxígeno,
incluyendo:
Agua dulce o salobre: El agua dulce puede contener
más oxígeno que la salobre.
Temperatura: El agua fría puede contener más
oxígeno que la caliente.
Presión atmosférica (Altitud): A mayor presión
atmosférica, el agua contendrá más oxígeno.
Calidad de Agua
¿POR QUE ES IMPORTANTE EL OXIGENO DISUELTO?
• La importancia del oxigeno disuelto radica en el cultivode especies marinas tales como peces (salmones,truchas), camarones, fitoplancton.
• Los niveles de OD disponibles en piscinas deproducción dependen del balance entre las fuentes(fotosíntesis y difusión) y los consumos (respiración yoxidación).
• La tasa de respiración de los organismos esproporcional a sus biomasas y esta influenciada por latemperatura del agua.
• La concentración de OD se relaciona con:
• la corrosividad de las aguas,
• actividad fotosintética y
• grado de septicidad.
La concentración de Oxígeno en el agua
depende de:
La temperatura
La salinidad
La presión
La solubilidad del Oxígeno se reduce con un
aumento en temperatura o en salinidad y
aumenta al incrementarse la presión parcial de
los gases.
•El agua dulce contiene más
Oxígeno disuelto que el agua de
mar a la misma presión y
temperatura
•La cantidad de Oxígeno absorbida
por el agua disminuye al aumentar
la altitud. Esto se debe a que la
presión relativa del Oxígeno se
reduce con un aumento en altitud.
•A altitudes mayores hay menos
Oxígeno en la atmósfera y, por lo
tanto, se disuelve menos en el agua.
Niveles de Oxígeno Disuelto
La concentración del OD en el agua es
medida, usualmente, en partes por millón
(ppm) o en miligramos por litro (mg/L)
5 – 6 ppm → Suficiente para la mayor
parte de las especies
< 3 ppm → Dañino para la mayor parte
de las especies acuáticas
< 2 ppm → Fatal a la mayor parte de las
especies
Significado Sanitario
En desechos líquidos, es el factor que
determina si los cambios biológicos son
hechos por organismos aeróbicos o
anaeróbicos.
– Aeróbicos requieren O2 libre y dan lugar a
productos terminados e inocuos
– Anaeróbicos determinan productos finales,
generalmente con algún alto contenido de
materia orgánica sin estabilizar
Significado Sanitario
Es vital para mantener condiciones aeróbicas
en aguas naturales que reciben materia
polucionada.
En procesos de tratamiento aeróbico para
tratamiento de desagües y desechos
industriales.
El O2 es factor importante en la corrosión del
hierro, particularmente en sistemas de
distribución de agua y en calderas de vapor,
siendo las pruebas de OD medios de control
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
El método a utilizar, depende de la naturaleza de
la muestra y de las interferencias que tenga:
– Método de Winkler: únicamente debe usarse con
aguas relativamente puras, que contengan menos de
0,1 ppm de N como nitritos y menos de 0,5 ppm de
Fe+2.
– Modificación de Alsterberg (al nitruro de sodio) se
usa para la mayor parte de las aguas negras.
– Modificación de Rideal Stewart (al permanganato),
se debe usar únicamente en muestras que contengan
Fe+2
Para tomar medidas...
•Cuando se vaya a determinar el Oxígeno
disuelto, la muestra debe ser recién colectada
y se debe realizar el análisis lo más pronto
posible.
•Por lo tanto, lo más conveniente es realizar
las medidas in situ (en el lugar).
Calidad de Agua
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
Método de Winkler para la
determinación del Oxígeno Disuelto
Calidad de Agua
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
MEDICIÓN DEL OXÍGENO DISUELTO
Importancia de la determinación de OD en Ingeniería Sanitaria
En la determinación de la DBO
En procesos de tratamiento aeróbico
biológicos
– Determinación de la capacidad de
autodepuración de un río, mediante la medida
del balance de oxígeno
Autodepuración
Proceso de recuperación de un curso de
agua después de un episodio de
contaminación orgánica.
En este proceso los compuestos orgánicos
son diluidos y transformados
progresivamente por la descomposición
bioquímica, aumentando su estabilidad.
Cada etapa se caracteriza por su distinta
composición física y química.
Autodepuración: Zonas de polución
Zona de degradación:– Inicio de la descomposición orgánica bajo la actividad bacteriana
– Aguas con aspecto sucio
– Disminuye rápidamente el contenido de oxígeno, estando cerca del 40%
de saturación
Zona de descomposición:– Desprendimiento de gases
– Aguas con aspecto parduzco
– Aparición de lodos flotantes
– Contenido de oxígeno disuelto cercano a cero
Zona de recuperación:
– Agua va adquiriendo gradualmente sus condiciones normales (oxígeno
del aire y acción fotosintética)
– Reaparición de vegetales verdes
– Elevación del contenido de oxígeno hasta su proximidad a la saturación
Curva de déficit de oxígeno, zonas de calidad del agua que reflejan impactos en las condiciones físicas, y diversidad y abundancia de organismos
Impactos Ambientales:
• Cuando el agua contiene la cantidad máxima de un gas disuelto,
el agua está saturada para ese gas. Esta cantidad máxima
depende de la temperatura del agua: mientras menor la
temperatura, mayor la cantidad de gas que puede estar
contenida en un volumen dado de agua.
• La concentración de gases no debe sobrepasar el 110%. A este
porcentaje, el exceso de gas existe en forma gaseosa no
disuelta. Los peces expuestos a altas concentraciones de gas
pueden sufrir embolias (gas en los vasos sanguíneos)
• A concentraciones de gas cercanas a la saturación se observan
burbujas en la superficie de los peces. A esto se le conoce como
enfisema.
• La purificación natural de los ríos también
requiere niveles adecuados de oxígeno
para permitir el desarrollo de todo tipo de
forma viviente.
• Cuando el OD alcanza concentracionesmenores de 5,0 mg/L, la biota acuáticaentra en estado de estrés gaseoso. Unaspocas horas con niveles menores de 1-2mg/L de Oxígeno son suficientes paramatar a casi todos los peces de un río olago.
• Los microorganismos juegan un papelimportante en la pérdida o consumo deOxígeno en aguas superficiales. A medidaque los microorganismos degradan materiaorgánica se va perdiendo oxígeno delsistema.
Criterios usados para mantener
o designar un uso:
Uso Designado Niveles de O2 disuelto (mg/L)*
mínimos permitidos
Vida Acuática
Peces de Aguas Cálidas 5,0
Peces de Aguas Frías 6,0
Epoca de oviposición 7,0
Biota Estuarina 5,0
Recreación 3,0
Efectos Ambientales
La introducción excesiva de materia orgánica puede producir
el consumo total del Oxígeno disuelto en sistema acuático.
La exposición prolongada de los organismos a
concentraciones menores de 6 mg O2/L podría no causar la
muerte de los organismos, pero aumenta la susceptibilidad a
otros “estresores” ambientales.
Una concentración menor al 30% saturación (<2 mg O2/L )
por 1-4 horas elimina la mayor parte de la biota,
sobreviviendo sólo aquellos insectos que respiran Oxígeno y
bacterias anaeróbicas.
Recreación
Si no hay concentraciones
adecuadas de Oxígeno se lleva a
cabo la degradación anaeróbica y
respiración utilizando aceptadores de
electrones aparte del Oxígeno.
Algo muy común es observar la
descomposición de sulfatos a ácido
sulfhídrico (H2S), el cual imparte al
agua un olor a huevo descompuesto.
Se afecta así el calor recreativo del
cuerpo de agua.
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)
Es la cantidad de oxígeno que requieren lasbacterias durante la estabilización de lamateria orgánica susceptible dedescomposición en condiciones aerobias.
Parámetro que mide la contaminaciónorgánica por medio de la DBO5.
Por materia biodegradable: materiaorgánica que sirve como alimento a losmicroorganismos y que proporciona energíacomo resultado de su oxidación.
Aplicaciones
Se usa para determinar el podercontaminante de los residuos domésticos eindustriales, en términos de la cantidad deoxígeno que requieren si son descargados alas corrientes naturales de agua
Determinar la cantidad aproximada deoxígeno que se requerirá para estabilizarbiológicamente la materia orgánica.
Aplicaciones
Se usa para establecer criterios deregulación.
Para realizar estudios que evalúan lacapacidad de purificación de cuerpos deaguas receptores.
Dimensionar las instalaciones detratamiento de agua residual
Medir la eficacia de algunos procesos detransformación.
Aplicaciones
Controlar el cumplimiento de laslimitaciones a que están sujetos losvertidos
Medir la concentración de la contaminaciónde los residuos domésticos e industriales,en términos de oxígeno.
Contribución y costos por el tratamientodel AR o vertimiento
Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce
Límites de descarga al sistema de alcantarillado público
Límites de descarga a un cuerpo de agua marina
¿Por qué se registra la lectura de DBO después de 5 días de incubación?
Porque después de este periodo ocurre la nitrificación.
La nitrificación requiere de oxígeno, por lo que la disminución de OD o
incremento de DBO, ya no se debe a la oxidación del carbono orgánico que es lo que se desea
medir en este tipo de prueba.
Proceso de nitrificación en la
digestión del material orgánico
OXIDACION MATERIA ORGANICA NITROGENADA
NH3 + 3/2 O2 HNO2 + H2O
HNO2 + 1/2 O2 HNO3
BAJA VELOCIDAD DE REACCION
TASA REPRODUCTIVA BAJA
NITROSOMAS
NITROBACTERIAS
NITRIFICACIÓN
Curva de la DBO AR Industrial
5 díasFASE 1 2 3 TIEMPO (días)
(Nitrificación)
ETAPA 2ETAPA 1
(Carbonacea)
CO
NS
UM
O D
E O
XÍG
EN
O (
mg/l
)(D
BO
)
Curva DBO AR Doméstica
5 días
Curva DBO vs Tiempo
5 días
Semilla noaclimatada
Sem
illa
no a
clim
atad
a
Etapas de la DBO
5 díasL 1 2 3
L. Aclimatación
1. Oxidación de
C exógeno
2. Zona endógena
(Oxidación de
C exógeno)
3. Actividades
predadoras de
los protozoarios
LA DBO POR SER EL RESULTADO DEUNA SERIE DE REACCIONESBIOQUIMICAS DEPENDE:
pH 6,5 – 8,5 UNIDADES
NUTRIENTES Para la vida y crecimiento bacteriano
DBO5 : N : P
100 5 1
Baja velocidad inicial debido a labaja concentración de bacterias
Velocidad máxima
Baja velocidad debidoa la baja concentraciónde sustrato
DBO ULTIMA (L)D
BO
(m
g/l
) (y
)
Curva Generalizada de la Reacción de la DBO
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO
ES ENTONCES LA CANTIDAD EN (mg /L) DE OXIGENONECESARIO A UNA POBLACION HETEROGÉNEA DEMICROORGANISMOS PARA OXIDAR TOTALMENTE OPARCIALMENTE, LAS SUSTANCIAS ORGANICAS DISUELTASEN LAS AGUAS CONTAMINADAS, A UNA TEMPERATURA DE20OC Y DESPUES DE 5 O 20 DIAS DE REACCION.
DBO5 MIDE LA CANTIDAD DE OXÍGENO UTILIZADOPARA DESTRUIR SUSTRATOS CARBONACEOS.70% OXIGENO TEORICO REQUERIDO.
DBO20 MIDE CONSUMO CARBONACEO + CONSUMODEBIDO A LA OXIDACIÓN N-NH3 90% OXIGENOTEÓRICO REQUERIDO
Demanda Bioquímica de Oxígeno
Tiempo % Oxidación M.O.
5 días 60-70
20 días 95-99
DBO5, Método directo con electrodo:
Se ajusta la muestra a 20ºC y
airearla por difusión hasta
saturarla.
Se llenan varios recipientes con la
muestra y se analizan tres
muestras inmediatamente OD.
El resto de las muestras se incuban
por cinco días a 20ºC.
A los cinco días se determina el OD
de las muestras y se calcula la
DBO5.
DBO5, Método de dilución:
Se considera que la velocidad de degradación bioquímica de la materia orgánica es directamente proporcional a la cantidad de material no oxidado que existe en el momento.
La velocidad a la quese utiliza el oxígeno enlas diluciones delresiduo esta enrelación directa alporcentaje de residuoen la dilución. Unadilución al 10%, utilizael oxígeno a unadécima parte de lavelocidad de unamuestra al 100%.
NUTRIENTES
MUESTRA
AGUA DE DILUCIÓN
MUESTRA BLANCO
INCUBACIÓN
POR CINCO DIAS
A 20ºC
MEDICION DEL
OXIGENO DISUELTO
RESIDUAL
Medición de la DBO
El agua de dilución: se realiza con aguadesmineralizada o destilada ya que cumple con losfactores ambientales.
Inoculo: 2 mL de agua residual por litro de agua dedilución y airearla antes de su uso.
Blancos: se deben tener mínimo tres por cadamuestra y con la misma siembra del inoculo, 2mL.
Diluciones del residuo: mínimo tres diferentes ydeben cubrir un rango considerable. La DBO no esafectada por [O2] bajas como 0,5 mg/L de OD. No esconfiable basar los valores de la DBO en dilucionesque producen una disminución de O2 menor que2mg/L.
Medición de la DBO
Recipiente de incubación: de vidrio, contapones esmerilados para evitar el atrapamientodel aire al momento de insertarlos y con cierrehidráulico que evite la entrada de aire durante laincubación. De color oscuro.
OD inicial: el OD en DBO menores que 200mg/Ldebe ser mayor que el 1.0%. Si la dilución de lamuestra es menor que el 20%, se lleva a 20ºC yse airea hasta saturar.
Medición de la DBO con muestras de diferentes diluciones
Para una DBO de 1.000 mg/L. Se debe utilizar una mezcla al0,5%, si se incluye una mezcla al 0,2% y otra al 1,0% elintervalo de la DBO se extiende desde 200 a 3.500 mg/L, quedebe compensar cualquier error en el calculo original
Medición de la DBO
Calculo DBO: por porcentaje de mezclas
DBO(mg/L)=[(ODb-ODi)100/%]-(Odb-ODs)
Donde: b:botella, i: dilución, s: muestra originalsin diluir
Error: ±5%
El valor más confiable: la muestra que tiene elmayor valor de depleción del oxígeno es el mejor
Medición de la DBO
Medición de la DBO
Control de factores ambientales:
-Ausencia de materiales tóxicos.
-pH y condiciones osmóticas favorables.
-Disponibilidad de nutrientes.
-Temperatura estándar.
-Presencia de una población significativa deorganismos mixtos del mismo origen.
DEMANDA QUIMICA
DE OXIGENO
Es un parámetro que
mide la cantidad de sustancias
susceptibles de ser oxidadas
Se utiliza para medir el grado de contaminación y
se expresa en miligramos de
oxígeno diatómicopor litro (mgO2/L).
Es un método aplicable en
aguas continentales (ríos, lagos o
acuíferos), aguas negras, aguas
pluviales
No es aplicable, sinembargo, a lasaguas potables, yaque al tener uncontenido tan bajode materia oxidablela precisión delmétodo no seríaadecuada
Es por esto que la reproductividad de los resultados y su interpretación no
pueden ser satisfechos
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Es la cantidad de oxígeno consumido por los
cuerpos reductores presentes en el agua sin la
intervención de los organismos vivos.
Efectúa la determinación del contenido total de
materia orgánica oxidable, sea biodegradable o
no.
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
En esta prueba, se determina la cantidad total de
materia orgánica, en términos de la cantidad de
oxígeno que se requiere para oxidar ésta a dióxido de
carbono y agua.
Para la oxidación de dicha materia orgánica se utilizan
agentes fuertemente oxidantes en un medio ácido
Se oxidan sustancias orgánicas difíciles de oxidar
biológicamente (lignina)
Se oxidan ciertas sustancias inorgánicas
Algunas sustancias pueden ser tóxicas para los
microorganismos.
Se realiza en 3 horas.
DILUCIONES RECOMENDADAS PARA DIFERENTES
VALORES ESPERADOS DE DBO
Son los parámetros más importantes en la caracterización de las aguas residuales.
La DBO consiste de un proceso biológico
Es posible para un agua superficial o
residual correlacionar su
valor de DBO y DQO
Desventaja de la DBO que se requiere
de mucho tiempo para el término del
análisis
Desde luego, la muestra de agua deberá provenir
siempre del mismo origen
La DQO es una prueba que solo
toma alrededor de tres horas
RELACIÓN ENTRE DBO Y DQO
DBO5 / DQO
DBO5/DQO entre 0,3 y 0,8 = ARD.
DBO5/DQO > 0,5 tratamiento biológico
DBO5/DQO < 0,3 constituyentes tóxicos y/o
aclimatación.
DETERMINACIÓN• Las sustancias orgánicas e inorgánicas
oxidables presentes en la muestra, se
oxidan mediante reflujo en solución
fuertemente ácida (H2SO4) con un exceso
conocido de dicromato de potasio (K2Cr2O7)
en presencia de sulfato de plata (AgSO4)
que actúa como agente catalizador, y de
sulfato mercúrico (HgSO4) adicionado para
remover la interferencia de los cloruros.
• Después de la digestión, el remanente de
K2Cr2O7 sin reducir se titula con sulfato
ferroso de amonio; se usa como indicador
de punto final el complejo ferroso de
ortofenantrolina (ferroína).
• La materia orgánica oxidable se calcula en
términos de oxígeno equivalente.
MUESTRA
OXIDANTE
MUESTRA ESTANDARD
DIGESTIÓN POR
60 MINUTOS A
150ºC
MEDICION DEL
CROMATO REDUCIDO
BLANCO
CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES POR DBO Y DQO
La importancia de este parámetro
requiere de ciertos cuidados y
atención en la técnica analítica, ya que
por ser un proceso biológico el manejo
y tratamiento de la muestra es
delicado.
Si el material orgánico está en
exceso estequiométrico de la
cantidad de oxígeno requerido,
al término de la prueba no hay
oxigeno disuelto que se pueda
medir.
Estos nutrientes son
esencialmente: nitrógeno,
fósforo, fierro, calcio, magnesio,
etc., y se estabiliza el pH del
agua de dilución con un buffer
adecuado.
INTERRELACIONES ENTRE LOS
PARÁMETROS ORGÁNICOS
DBO , DQO, DTO Y COT
RELACION ENTRE DBO5 Y DQO
DBO5 /DQO = FRACCION DE MO OXIDABLE
QUIMICAMENTE QUE PUEDE SER
DEGRADADA BIOLOGICAMENTE.
DBO5 /DBO20 = IDEA SOBRE SUSTANCIAS
ORGANICAS VELOZMENTE
BIODEGRADABLES.
RELACIONES ENTRE DBO5, DQO Y COT
O2 / C = 32/12 =2,66
LIMITES DE LA RAZON O2 / C
RESISTENCIA CH4 +2 O2 CO2 +2 H2O
A LA DEGRADACION
BIOLOGICA Y QUIMICA 2 O2 / C = 64 / 12 = 5,33
O 5,33
VALORES > 5,33 SUSTANCIAS INORGANICAS
AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES :
DBO5 /COT
MOHLMAN Y EDWARS (1931) 1,35 – 2,62
WURHMAN (1964) 1,87
BLACKMORE Y VOSHEL 1,31 – 1,63
FORD:
DBO5 /COT = O2/C = 32/12 (0,90) (0,77) = 1,85
DBO5 = 77% DBOu
DBOu
90% DthO
1
2
3
COT (mg/l)
DQ
O (
mg
/l)
Relación Entre DQO y COT en Aguas Residuales Industriales
CORRELACIÓN ENTRE LOS PARÁMETROS DEL OXÍGENO Y LOS PARÁMETROS DEL CARBONO
CA
RB
ON
OO
RG
ÁN
ICO
TE
ÓR
ICO
CA
RB
ON
OO
RG
ÁN
ICO
TO
TA
L
DE
MA
ND
A D
EO
XÍG
EN
O T
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RIC
A
DE
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A D
EO
XÍG
EN
O T
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DE
MA
ND
A D
EO
XÍG
EN
O Q
UÍM
ICA
DE
MA
ND
AB
IOL
. 2
0 D
ÍAS
DE
MA
ND
AB
IOL
. 5
DÍA
S
Th.COCOT
DO ThDOT
DQO
DBO20 DBO5
Nitrificación
100
%
75
50
25 20
40
60
80
100
%
Carbono Orgánico
Concentración
Demanda de Oxígeno