CAPÍTULO 17 DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO, DQO

17.1 Aspectos teóricos DQO es una sigla que traduce literalmente “demanda química de oxígeno”. Desde el punto de vista ambiental, la DQO es una medida aproximada del contenido total de materia orgánica presente en una muestra de agua. Esta materia orgánica en condiciones naturales puede ser biodegradada lentamente (esto es oxidada) a CO2 y H2O mediante un proceso lento que puede tardar, desde unas pocos días hasta unos cuantos millones de años, dependiendo del tipo de materia orgánica presente y de las condiciones de la biodegradación. En las pruebas de DQO se acelera artificialmente el proceso de biodegradación que realizan los microorganismos, mediante un proceso de oxidación forzada, utilizando oxidantes químicos y métodos debidamente estandarizados, que tienen por objeto garantizar la reproducibilidad y comparabilidad de las mediciones: Así las cosas, la degradación biológica de un carbohidrato, en condiciones aeróbicas puede expresarse como: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

Mientras que la degradación química de esta misma sustancia (acelerada con dicromato de potasio y medida bajo la forma de DQO) puede expresarse como1: C6H12O6 + 4 Cr2O7

= + 32 H

+ 6 CO2 + 8 Cr

3+ + 22 H2O

Las condiciones oxidantes en las pruebas de DQO pueden ser, la ebullición de una alícuota de muestra con mezcla sulfocrómica 0,25 N en un sistema reaccionante abierto (a reflujo) o la digestión de la muestra a 150 ºC durante dos horas con mezcla sulfocrómica 0,1 N, en un sistema cerrado. La DQO así determinada se expresa como “el oxígeno equivalente al contenido de materia orgánica”, en miligramos por litro. En este texto se presentan y discuten ambos métodos para que, de acuerdo con la disponibilidad del laboratorio y/o la experiencia o preferencia del analista, se elija en cada caso el método más adecuado. Aunque en las pruebas de DQO las condiciones de oxidación son bastante enérgicas, éste ensayo no representa una medida exacta del contenido total de materia orgánica en la muestra. En efecto, ciertos compuestos orgánicos (volátiles, principalmente) tales como los alcanos, la piridina y ciertas ligninas, son particularmente resistentes a este proceso de oxidación. Pese a ello y para efectos prácticos, puede asumirse que para la gran mayoría de las muestras la oxidación de la materia orgánica bajo estas condiciones alcanza una extensión de por lo menos el 95 %, en relación con el total de materia orgánica existente en la muestra.

1 A manera de ejercicio, demuestre (balancee) que la ecuación efectivamente representa la oxidación de la glucosa con dicromato de potasio en medio ácido.

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FIGURA 17.1 REACTOR TÍPICO PARA PRUEBAS DE DQO EN SISTEMA CERRADO. FUENTE: AUTOR

17.2 DQO sistema cerrado El método estándar utiliza sulfato de plata como catalizador para la oxidación de los compuestos alifáticos lineales y sulfato mercúrico como inhibidor de los haluros2, que de estar presentes en la muestra, sufrirían oxidación al halógeno respectivo y alterarían las mediciones. Interfieren en la determinación de DQO, los haluros, los nitritos, el ion ferroso y, en general, cualquier sustancia inorgánica oxidable bajo las condiciones de trabajo. El método de digestión en sistema cerrado es aplicable a muestras previamente homogenizadas o de naturaleza muy homogénea y/o cuando la disponibilidad de muestra es escasa. Esto, porque debido al pequeño tamaño de las muestras (2,5 ml), los errores implícitos en alícuotas que no representan adecuadamente el cuerpo de las muestras, conllevan a resultados que pueden ser muy diferentes de los reales. No sobra advertir que por la misma razón anterior, los tubos de reacción, sus tapas y todos los materiales utilizados en la medición, deben estar escrupulosamente “limpios de materia orgánica”, situación que conduce con frecuencia a errores “inexplicables”, causados por el exceso de confianza que deriva del trabajo rutinario con series de muestras. 17.2.1 REACTIVOS

• Solución patrón de dicromato de potasio 0,1N (Solución Digestora) 167 mls de H2SO4 CONCENTRADO 4,913 g. de K2Cr2O7 R. A. 1,0 Litros con H2O DESTILADA 33,3 g. de HgSO4 INHIBIDOR DE HALUROS.

• Solución catalizadora Ag2SO4 al 1,0 % en H2SO4 2,75 g. de Ag2SO4 CATALIZADOR 275,0 mls de H2SO4

2 Sin embargo, téngase esta información presente a la hora de realizar pruebas de DQO sobre muestras con altas

concentraciones de ion cloruro tales como las provenientes de aguas marinas o aguas residuales del petróleo.

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• Solución titulante o FAS de concentración aproximada a 0,05N Fe2+ TITULANTE Aprox. 0,05N 19,6 g. de Fe(NH4)2(SO4)2 .H2O 1,0 Litros 20 mls de H2SO4 CONCENTRADO

Solución indicadora de ferroina 1,485 g de 1,10-fenantrolina 695 mg de FAS. Disolver a 100 mls con agua destilada.

• Solución Control de Biftalato ácido de potasio 850 mg de C6H4(COOK)(COOH) 1,0 litros, Solución A. 100 mls de Solución A 0,5 litros, Solución B DQO Teórico de A: 1000 mg de O2 / l DQO Teórico de B: 200 mg de O2 / l 1,0 mg de C6H4(COOK)(COOH) equivale a 1,176 mg de O2. 17.2.2 PROCEDIMIENTO

Ponga en cada tubo de reacción del digestor, “EXACTAMENTE”, las siguientes medidas: 5,0 ml. de agua desmineralizada Para los blancos: 3,0 ml. de solución digestora 5,0 ml. de solución catalizadora 5,0 ml de Solución B Para el control: 3,0 ml. de solución digestora 5,0 ml. de solución catalizadora 5,0 ml. de muestra homogenizada Para las muestras: 3,0 ml. de solución digestora 5,0 ml. de solución catalizadora Tape herméticamente y homogenice los tubos de reacción y colóquelos dentro del reactor. Prenda el equipo y contabilice dos horas a partir del momento en que la temperatura alcance los 150oC. Transcurrido este tiempo, transfiera cuantitativamente la mezcla de reacción a un Erlenmeyer de 50 ml, adicione dos gotas de indicador ferroína y titule en caliente con solución FAS, hasta viraje a color salmón. Justo antes de llegar a este punto la mezcla titulante pasa por una coloración azul característica que facilita la ubicación del punto final de la titulación. 17.2.3 CÁLCULOS

Cálculo de la Normalidad del FAS:

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NFAS = 3,0 ml. X 0, 1N ⁄ ml de FAS consumidos por Bk Cálculo del DQO de la Solución Control: DQOCONTROL = (ml FAS Bk — ml FAS Solución B) X NFAS x 1600 = DQO en mg de Oxígeno/L Cálculo del DQO de las Muestras: DQOMUESTRA = (ml FAS Bk — ml FAS Muestra) XNFAS X 1600 = DQO en mg de Oxígeno/L

17.3 DQO sistema abierto Este método se diferencia del anterior en que la cantidad de muestra utilizada es mayor, 50—100 mls y en que la digestión se realiza a la presión atmosférica. La consecuencia de una menor temperatura de digestión en el sistema abierto, se compensa en éste con una mayor concentración en la solución digestora. El método es aplicable a muestras con DQO relativamente alto (mayores de 10,0 mg O2/l). Para muestras con bajos valores de DQO, se deben emplear alícuotas de solución digestora de 5 mls y reducir todas las proporciones en esta misma escala, en balones de reacción de 50 mls de capacidad. 17.3.1 REACTIVOS

• Solución patrón de dicromato de potasio 0,25N (Solución Digestora) 167 mls de H2SO4 CONCENTRADO 12,259 g. de K2Cr2O7 R. A. 1,0 Litros con H2O DESTILADA 33,3 g. de HgSO4 INHIBIDOR DE HALUROS.

• Solución catalizadora Ag2SO4 al 1,0 % en H2SO4 10,0 g. de Ag2SO4 CATALIZADOR 1000 mls de H2SO4

• Solución titulante o FAS de aproximadamente 0,05N Para muestras con DQO alto, (mayor de 300 mg O2 / l) se puede emplear FAS 0,125 N, pero para bajos valores de DQO (menores de 50) es preferible utilizar un FAS más diluido. Fe2+ TITULANTE Aprox. 0,05N 19,6 g. de Fe(NH4)2(SO4)2 .H2O 1,0 Litros 20 mls de H2SO4 CONCENTRADO

Fe2+ TITULANTE Aprox. 0,125N 49,0 g. de Fe(NH4)2(SO4)2 .H2O 1,0 Litros 20 mls de H2SO4 CONCENTRADO

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• Solución Control de Biftalato ácido de potasio 850 mg de C6H4(COOK)(COOH) 1,0 litros, Solución A. 100 mls de Solución A 0,5 litros, Solución B DQO Teórico de A: 1000 mg de O2 / l DQO Teórico de B: 200 mg de O2 / l 1,0 mg de C6H4(COOK)(COOH) equivale a 1,176 mg de O2. Solución indicadora de ferroína 1,485 g de 1,10-fenantrolina 695 mg de FAS. Disolver a 100 mls con agua destilada.

NOTA: El valor exacto de la normalidad del FAS se mide junto con el DQO en cada set de muestras, con referencia a la normalidad de la solución patrón de dicromato de potasio. Durante estas valoraciones, se debe procurar colocar exactamente la misma cantidad de indicador en todas las muestras, (2 gotas). Una vez logrado el viraje a color salmón, es posible que la reacción se devuelva, pero en todo caso, el punto final de la valoración se registra en el primer cambio sostenido a color salmón.

17.3.2 PROCEDIMIENTO

Arme los montajes de reflujo que sean necesarios para el número de muestras que desee analizar, incluyendo “blancos” y “patrones”, todos, mínimo por duplicado e inicie el calentamiento hasta ebullición. Reduzca entonces el calentamiento y mantenga la ebullición durante dos horas más. Asegúrese de incluir, en cada reactor o hervidor, dos o tres perlas de ebullición perfectamente limpias de materia orgánica, para regular la ebullición. 75 mls de Agua Destilada Para los Blancos 75 mls de Solución Catalizadora 25 mls de Solución Digestora 75 mls de Muestra Homogenizada Para las Muestras 75 mls de Solución Catalizadora 25 mls de Solución Digestora 75 mls de Solución Control “B” Para los Controles 75 mls de Solución Catalizadora 25 mls de Solución Digestora 25 mililitros de K2Cr2O7 0,25 N, equivalen a 1000 mg de O2/l.

Al cabo de las dos horas, suspenda el calentamiento y enjuague los tubos de refuljo con pequeñas porciones de agua destilada. Por último, titule alícuotas las mezclas reaccionantes con solución FAS 0,05 N utilizando una bureta de 50 mls de capacidad. Ya que teóricamente los blancos consumirán un máximo de 125 mls de solución FAS 0,05 N, quizá resulte mas práctico adicionar a estas mezclas reaccionantes una alícuota de 100 mls de FAS

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(utilizando una pipeta) antes de comenzar a titular desde la bureta. Las muestras y los controles consumirán volúmenes de FAS inferiores a 100 mls. 17.3.3 CÁLCULOS

Cálculo de la normalidad del FAS: (25 mls K2Cr2O7 X 0,25 N) NFAS =

( 7 ) mls FAS Cálculo del DQO de la “solución control”: (mls FASBLANCO - mls FASCONTROL) X NFAS DQOCONTROL = X (7) X (8000)

50 mls Control Cálculo del DQO de las muestras: (mls FASBLANCO - mls FASMUESTRA) X NFAS DQOMUESTRA = X (7) X (8000)

50 mls Muestra

17.5 Comentarios acerca del método El método analítico para la medición de DQO en sistema cerrado, tal cual ha sido descrito, fue implementado y aplicado en el Laboratorio de Aguas de INGEOMINAS, durante más de cinco años. Durante este mismo periodo, se corrieron patrones internacionales de la EPA en varias oportunidades, obteniéndose resultados cuya desviación con respecto al valor esperado fue siempre inferior al 5%. Para efectos de comparación, referencia o autoría, el lector debe tener presente que el método aquí expuesto es una adaptación del que aparece descrito en el Standar Methods, en el cual se ha variado el volumen del reactivo catalizador y el volumen de muestra.

17.6 Práctica de laboratorio Como ejercicio de aplicación para la medición de DQO, se ha diseñado una práctica de laboratorio en la que cada grupo de trabajo deberá medir, por el método clásico y semimicro, la DQO de las siguientes muestras3:

• Una muestra de ARD • Una muestra de agua cruda y otra de agua tratada provenientes de una PTAR • Una muestra de agua residual de plantas de sacrificio. • Muestras de bebidas comerciales de composición estándar, tipo Pony Malta, Bavaria y

Coca Cola, diluidas 1:50, 1:100 y 1:250.

3 La realización de esta práctica en particular es mucho mas extensa que cualquiera de las anteriores. En realidad es preferible reservar toda una mañana para su realización, de 7:00 a 12:00.

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Todas las muestras se deben realizar por triplicado y correr conjuntamente con blancos y patrones.

17.7 Epílogo

EL AGUA DE LA VIDA

Nuestro planeta y la vida tal cual la conocemos, no sería lo que es, si su origen no estuviera profundamente ligado al agua. Es esa sustancia simple que aglutina y divide al mundo entero, capaz de inspirar alegría, belleza y tranquilidad o fuerza, pavor y majestuosidad, que habita en nuestro cuerpo y también en nuestra mente. Es ese primer recuerdo que yace en el inconsciente, desde lo más primitivo del planeta hasta el tibio vientre de una mujer... El agua forma parte de nuestras emociones, de nuestros primeros recuerdos, de nuestro origen, de nuestra historia, de nuestro trabajo y de nuestros pueblos. El agua es el alma del paisaje y este, el alma de la naturaleza y de la vida misma... Pero el agua también hace parte de nuestros mitos. Escuchamos por doquier que el “agua es vida” y sin embargo, vivimos en un mundo que agoniza de sed, que en medio del desierto construido por si mismo, divaga en busca de un oasis en donde reposar y refrescar su alma. Hemos estado caminando durante mucho tiempo, quizá cientos de siglos, sin poder encontrar la verdadera fuente de la vida que anhelamos… Cada cierto tiempo, guiados por la confusión y el desespero, nos matriculamos dentro de una doctrina ideológica... y luego en otra... para luego seguir errantes en busca de un alivio para el alma... ¿...En donde está realmente la fuente del agua de la vida...?

J@L, Trozos y adaptaciones de aquí y de halla...