Subido por Natalia Mussuto

CARACTERIZACION DE EFLUENTES LIQUIDOS A. MASCIOTTA

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Caracterización de efluentes
líquidos
DOCENTE: LIC. ADRIANA MASCIOTTA
CÁTEDRA: PROCESOS BIOLÓGICOS
CARRERA: INGENIERIA AMBIENTAL
Parámetros para la caracterización
de efluentes líquidos
Físicos
Temperatura
Color
Olor
pH
Sólidos
Químicos
Materia orgánica
DBO
DQO
Sustancias solubles en éter
etílico (SSEE)
Sulfuros totales
Nitrógeno y fósforo
Demanda de cloro
Cianuros
Hidrocarburos totales
Detergentes (SRAO o SAAM)
Sustancias fenólicas
Metales (As, Cr, Hg, Pb,Cd)
DETERMINACION DE MATERIA
ORGANICA
Criterio adoptado
En lugar de determinar directamente
la cantidad de cada compuesto
orgánico individual se estima la
cantidad total de ellos a través de
algunos otros parámetros
Medida del contenido de
materia orgánica
Los métodos más usados en el
laboratorio son:
Sólidos suspendidos volátiles
Demanda bioquímica de oxígeno – DBO
Método por dilución
Método respirometrico
Demanda química de oxígeno – DQO
Carbono orgánico total – COT
Oxidabilidad con permanganato de potasio
(KMnO4)
Demanda bioquímica de oxigeno
Por Norma se acordó
medir la DBO a 5 días
temperatura de incubación de 20°C
DBO5
Demanda bioquímica de
oxígeno
MO + O2 microorgan
  ismos
→ CO2 + H 2O
Se mide el oxígeno disuelto utilizado
por los microorganismos en la
oxidación de la materia orgánica
Es una medida indirecta de la materia
orgánica biodegradable
El ensayo es un intento de simular en
el laboratorio las condiciones de un
cuerpo de agua
Condiciones del ensayo
suficiente oxigeno disuelto (OD)
durante todo el período del ensayo
población de microorganismos
suficiente en cantidad y variedad de
especies, (inóculo)
condiciones ambientales adecuadas y
nutrientes necesarios para el
desarrollo de los microorganismos
Degradación de compuestos
orgánicos
Primera fase
DBO carbonacea
Segunda fase
DBO nitrogenada
Cinética de la primera fase
Degradación carbonacea
La DBO se formula como una reacción de
primer orden
dLt
−
α Lt
dt
dLt
−
= K´Lt
dt
Lt: DBO que queda en el agua en el tiempo t
Donde K´ es una constante de velocidad de
degradación de primer orden con unidades
de tiempo-1.
Integrando y reordenando
Lt
ln = − K´ t
L
Lt
= e − K ´ t = 10− K t
L
K`
K=
2.303
L = DBO total a t = 0
Lt = DBO remanente (que
queda en el agua) al
tiempo t
t = periodo de tiempo
desde t=0
K´ y K = constantes
empíricas de velocidad de
decaimiento usando base
e y base 10
respectivamente
La DBO remanente en el tiempo t
Lt = L e − K ´ t
L = DBO total
Lt = DBO remanente
Si llamamos y a la DBO consumida en
la reacción en un tiempo t,
y = L − Lt = L − L e − K ´t = L (1 − e − K ´t )
DBO a 5 días:
y5 = L − L5 = L(1 − e −5 K ´ )
Segunda fase
Nitrificación
Durante la hidrólisis de las proteínas
se produce materia no carbonácea
como el amoniaco
Algunas bacterias autótrofas son
capaces de utilizar oxigeno para oxidar
amoniaco a nitrito a y nitratos
Fuente de carbono es el dióxido de
carbono (C inorgánico)
La demanda de oxigeno de la materia
nitrogenada causada por bacterias
autótrofas se conoce como segunda
fase de la DBO
Reacciones de Nitrificación
3
NH 3 + O2 → HNO2 + H 2O
2
1
HNO 2 + O2 → HNO3
2
Reacción total
NH 3 + 2O2 → H 2O + HNO3
La segunda fase de la DBO se expresa en
forma similar a la primera:
y N = LN (1 − e
−KNt
)
Curva de la DBO total
Primera etapa: los microorganismos responsables de la oxidación
de la materia orgánica carbonacea se multiplican muy rápidamente
Segunda etapa: los microorganismos responsables de la oxidación
de la materia orgánica nitrogenada se multiplican a una velocidad
menor y se alcanza su máxima población después de un periodo de
tiempo. Comienza a los 8 – 10 días después que la oxidación
carbonacea ha comenzado
Determinar la DBO de 1 día y la DBO ultima para un agua
residual cuya DBO a los 5 días es de 200 mg/L.
La constante de reacción K´es igual a 0,23
1 - DBO ultima
y5 = L − L5 = L(1 − e −5 K ´ )
200 = L(1 − e −5(0, 23) ) = L(1 − 0,316)
L = 293 mg / L
2 - DBO de un día
y1 = L(1 − e −0, 23(1) ) = 293(1 − 0,795) = 293(0,205)
y1 = 60mg / L
Medida del contenido de
materia orgánica
Demanda Teórica de Oxígeno
DTeO
Es el oxígeno necesario para la
oxidación completa de la materia
orgánica
Se determina a partir de formulas
químicas
Demanda carbonacea
Demanda nitrogenada
¿Cual es la demanda teórica de oxigeno de
la glicina?
Formula de la glicina
CH2(NH2)COOH
Demanda carbonacea
3
CH 2 ( NH 2 )COOH + O2 → NH 3 + 2CO2 + H 2O
2
Demanda nitrogenada
3
NH 3 + O2 → HNO2 + H 2 O
2
1
HNO2 + O2 → HNO3
2
DTeO = 3 1 moles deO2 / mol de glicina
2
DTeO = 112 g O2/mol
DBO por método respirometrico
Los microorganismos
consumen O2
El CO2 liberado por los
microorganismos es
absorbido por NaOH
El equipo mide una
disminución de presión
Mediante un algoritmo lo
traduce en un valor de
DBO
Demanda química de oxígeno
DQO
Mide la cantidad de oxígeno
equivalente necesario para
oxidar químicamente la
materia orgánica de una
muestra
Demanda química de oxígeno
Una alícuota de muestra es digerida
a una temperatura de 150 ºC
durante 2 horas, con una solución
ácida de dicromato de potasio.
Para facilitar la oxidación de
algunos compuestos orgánicos, se
agrega un catalizador
Medida del contenido de
materia orgánica
DBO
mide materia orgánica degradada
por la acción de los
microorganismos
MATERIA BIODEGRADABLE
Medida del contenido de
materia orgánica
DQO
Mide la materia orgánica susceptible de
ser oxidada por un oxidante químico
fuerte como el dicromato
MATERIA ORGÁNICA TOTAL
Relación DBO/DQO
Carbono orgánico total
Se produce una oxidación completa de la
materia orgánica en condiciones muy
controladas
La oxidación del carbono a dióxido de
carbono se produce a 950 ºC en presencia
de catalizador
El ensayo mide todo el carbono total como
CO2 en mg/l
El carbono inorgánico como carbonatos y
bicarbonatos debe eliminarse por
acidificación y aireación
Se mide el dióxido de carbono por
espectrometría IR
OXIGENO CONSUMIDO DEL
PERMANGANATO
El ensayo tiene por objeto medir la
materia orgánica existente en aguas
y efluentes
Es útil cuando no se practica DBO, o
como dato complementario de esta
última.
El oxidante es el KMmO4
PRACTICA DE LABORATORIO
DETERMINACION DE LA
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXÍGENO A 5 DÍAS
Método por dilución
DETERMINACION DE LA
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXÍGENO A 5 DÍAS
Una muestra de efluente es diluida con agua de
dilución especialmente preparada
Nutrientes
Oxigeno
Inoculo
Se determina la concentración de oxígeno antes y
después de 5 días de incubación a 20 ºC
DBO5 = (OD inicial – OD final) x fc
fc = factor de corrección por dilución de la muestra
Demanda bioquímica de oxígeno
Ensayo normalizado
Referencia: Standard Methods for
the Examination of Water and
Wastewater
Requisitos de la norma
Controles
presencia de cloro
pH
agua de dilución (nutrientes +
buffer)
dilución adecuada
temperatura de la incubación
características de los frascos
inoculo
controles de calidad
equipamiento calibrado
Conservación/almacenamiento
Conservar las muestras a 4ºC
hasta su análisis.
El tiempo máximo de
almacenamiento previo al
análisis es de 48 hs.
Envases sin cámara de aire
Toma y preparación de la muestra
Es necesario eliminar un inhibidor del
desarrollo de los microorganismos
CLORO
Toma y preparación de la muestra
Muestras que contienen cloro
Se detecta la presencia de cloro
Por reacción positiva con solución
de ortotolidina o DPD en placa de
toque (DPD: N, N diethyl-pphenilenediamina)
Tiras reactivas al cloro
Eliminación de cloro
Se agrega una solución de
sulfito de sodio u otro reductor
Hasta que se obtenga reacción
negativa
Toma y preparación de la muestra
Todas las muestras
Medir el pH con tiras indicadoras
de pH.
Si este no se encuentra entre 6.0
y 8.0 ajustar usando la solución
acida ó alcalina según sea
necesario.
Condiciones ambientales
Realizar el ensayo en el
laboratorio con condiciones
ambientales adecuadas para DBO
Mantener la temperatura a 20 ±
3ºC durante la realización del
ensayo
Retirar las muestras de la
heladera y permitir que tomen la
temperatura del local antes de
comenzar el ensayo.
Equipos
Balanza analítica
Incubadora: controlada a 20 ± 1º C
Equipo de aireación para pecera
Medidor de OD
Preparación del agua de dilución
Agregar a agua destilada soluciones:
buffer de fosfato, sulfato de magnesio, cloruro
de calcio, cloruro férrico
Mezclar
Saturar con oxígeno agitando con una varilla
y dejar destapado el recipiente hasta su uso
Llevar a la temperatura de 20 ± 3º C antes de
usar
Preparar el agua de dilución
diariamente
Frascos empleados en el
ensayo de DBO
volumen de 300 ml
tapa de vidrio
esmerilada
boca acampanada
cierre hidráulico
Inóculo
Se puede emplear como fuente de
inóculo
agua del río donde se vierten los efluentes
agua del Río de la Plata
barros de planta de tratamiento biológica
inoculo liofilizado comercial
No filtrar, ya que la filtración puede
remover los microorganismos
Mantener siempre en la heladera
Suspensión de inóculo
Preparación: Retirar de la heladera el
inóculo y airear a temperatura
ambiente mediante el equipo de
aireación, por lo menos 24 horas
antes de su uso
ETAPA CRITICA
Elección de las diluciones
DBO5 = (OD inicial – OD final)
Si la muestra tiene mucha
materia orgánica
Si la muestra esta
demasiado diluida
OD final = 0 mg de O2/l
OD final ≈ OD inicial
Es necesario diluir la
muestra
Se diluyo demasiado
la muestra
Preparación de las diluciones
Preparar las diluciones directamente
en frascos de DBO con agua de dilución
recién preparada
Realizar como mínimo tres diluciones
de la muestra de modo que al menos
en una de ellas se cumplan los
siguientes requisitos después de los 5
días de incubación:
un OD final de al menos 1,0 mg/l
una deflexión mínima de OD de 2,0 mg/l
Selección de los porcentajes de
dilución de la muestra (P)
Depende del valor de DBO de la
muestra estimado en base a:
antecedentes de la misma
valor de DQO teniendo en
cuenta que el valor de DBO
nunca puede superar el de DQO.
características
origen
Diluciones recomendadas
0,01% a 1,0% para efluentes
industriales concentrados
1 a 5 % para líquidos cloacales
5 a 25 % para efluentes
tratados
25 a 100% para aguas naturales
Volumen de muestra en 300 ml
Registrar la dilución
realizada en cada frasco
como porcentaje
P
Procedimiento
Agitar el envase que contiene la muestra antes de
realizar la toma a fin de lograr que la alícuota sea
representativa
Tomar cada alícuota con una pipeta o probeta según
corresponda y agregarla a los frascos de DBO
individuales.
Agitar la suspensión de inóculo y agregar 1 ml a
cada frasco.
Completar el llenado de cada frasco por agregado de
suficiente agua de dilución de modo que al insertar
la tapa no se produzcan burbujas. Tapar los frascos
con fuerza y mezclar por inversión manual.
Determinación del OD inicial y final
Instrumental:
electrodo sensible
al oxígeno,
membrana
semipermeable
Recomendado
Químico: fijación
y determinación
indirecta del
oxígeno por
volumetría
Medición de Oxigeno disuelto
Control de calidad
Método químico
Soluciones estándar
Material volumétrico calibrado
Balanza calibrada
Sonda calibrada
Calibración interna
Verificar por comparación con el método
químico
Incubación de la muestra
Colocar en la incubadora a 20 ± 1º C
frascos de DBO tapados y sellados
Incubadora
Debe estar calibrada
Se debe asegurar la temperatura
durante los 5 días
Uso de data logger
Determinación del OD final
Después de 5 días ± 6 horas de
incubación determinar el OD
empleando el
mismo método aplicado para OD
inicial en todas las muestras
Sonda
Químico
Cálculos y resultados
Para cada frasco de DBO que tenga:
una deflexión mínima de 2,0 mg/l
al menos 1,0 mg/l de OD final
Calcular la DBO :
DBO5 ( mg / l ) =
(Odi − Odf )
x100
P
Odi = OD inicial de la muestra
diluida inmediatamente
después de la preparación, en
mg/l
Odf = OD final de la muestra
diluida después de 5 días de
incubación a 20 ºC, en mg/l
P = Porcentaje de dilución en %
Controles internos de
calidad
OD residual mínimo y deflexión
mínima de OD
Solo se consideran validos aquellos
frascos, incluidos los controles en los
que se obtiene
• Deflexión mínima de OD de 2,0 mg/l.
• OD final de al menos 1,0 mg/l
después de los 5 días de incubación
Confiabilidad de los resultados
Control de blancos de agua de
dilución
Control mediante el empleo de
solución patrón
Equipos calibrados/verificados
Material de vidrio
Balanza
Incubadora
Sonda de medición de OD
Solución patrón
acido glutámico – glucosa
Se prepara una solución patrón
de DBO conocida y se siembra
junto con las muestras
PRACTICA DE LABORATORIO
DETERMINACION DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS
TOTALES, FIJOS Y VOLATILES
Sólidos
ST: residuo que queda
luego de evaporación a
103ºC – 105ºC
Sólidos totales
SST: materia que queda
retenida por un filtro
SDT: materia que pasa
través de un filtro
Sólidos disueltos
totales
a
SDT
SSF: residuo que queda
luego de la calcinación a
550ºC
SSV: fracción que se
elimina en la calcinación
Sólidos suspendidos
totales
SST
Sólidos suspendidos
fijos
SSF
Sólidos suspendidos
volátiles
SSV
Sólidos suspendidos volátiles
La determinación es útil para el control de
la operación de plantas de tratamiento de
efluentes
Ofrece una aproximación de la cantidad de
materia orgánica presente en la fracción
sólida de los efluentes
BIOMASA
Sólidos suspendidos totales
SST
Una muestra bien mezclada se filtra
a través de un filtro Millipore tipo
AP40 y el residuo retenido sobre el
filtro se seca hasta peso constante
a 103 – 105º C.
El incremento en el peso del filtro
representa los sólidos suspendidos
totales.
Determinación de sólidos suspendidos
Equipo empleado
Cálculos
Sólidos suspendido s totales (mg / L) =
(C − D ) x1000
volúmen de muestra ( ml )
C = peso filtro + residuo seco, (mg)
D = peso filtro, (mg)
SÓLIDOS SUSPENDIDOS FIJOS Y VOLÁTILES
SSF y SSV
El residuo obtenido a partir de la
determinación de sólidos suspendidos
totales se incinera a peso constante a
550º C en una mufla
Los sólidos retenidos en el filtro
representan los sólidos suspendidos
fijos
La pérdida de peso por la incineración
corresponde a los sólidos suspendidos
volátiles.
Cálculos
Sólidos suspendido s fijos (mg / L) =
( E − D ) x1000
volúmen de muestra (ml )
Sólidos suspendidos volatiles (mg / L) =
(C − E ) x1000
volúmen de muestra ( ml )
E = filtro + residuo después de la
incineración, (mg)
Confiabilidad de los resultados
Uso de material/equipos
calibrados
Material volumétrico
Estufa
Mufla
Balanza
Conclusiones
El alumno deberá presentar un informe donde
consignara la siguiente información:
Datos de la muestra analizada
Metodología y equipamiento empleado
Resultados obtenidos considerando los
criterios de calidad
Interpretación de los resultados,
estableciendo:
Si las muestras pueden ser consideradas un
efluente crudo o tratado
Cumplimiento con los limites de vuelco en
base a la normativa vigente
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