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Demanda Química y Biológica de oxígeno
Luis Miguel España 1525514 
David Fernando Quintero 1530069
Santiago Reyes 1525330
Mayo 10 de 2017
Resumen
En la práctica se realizó la determinación de la DQO y DBO5 de una muestra de agua residual. Inicialmente se halló la DQO mezclando 2,5ml de muestra junto con solución digestora y solución catalizadora, se agito hasta homogenizar y se calentó por 20 minutos a 130ºC, luego mediante el espectrofotómetro se halló la absorbancia, y con este valor se calculó la DQO la cual dio un valor de 214,126 mg O2/L, posterior a esto se procedió a hallar la DBO5 mezclando un volumen específico de muestra para cada botella Winkler junto con agua de dilución y luego se incubó durante 5 días en un horno a 20 °C, previamente a esto se determinó el oxígeno disuelto inicial y luego de 5 días se determinó el oxígeno disuelto final, con estos valores se determinó la DBO5 para las 5 botellas Winkler y con el promedio se halló la DBO5 de la muestra de 116,79 mg/L O2. De acuerdo a los valores obtenidos se puede afirmar que el agua presenta una contaminación moderada y según la relación DBO5/DQO de 0,545, se asevera un alto contenido de materia orgánica biodegradable en la muestra, por lo que se presume que es un agua residual de origen doméstico o de una empresa de alimentos.
1. Introducción
El agua es un elemento esencial para la vida, pero se ve afectado de varias maneras por las actividades antrópicas y los usos que se le da a esta, luego llega a las fuentes superficiales como ríos y lagunas contaminando y afectando a los organismos presentes como también los procesos fisicoquímicos naturales. 
Por ello se debe llevar un control de las fuentes hídricas antes de ser usadas, como también de los fluidos que residuales después de ser contaminados. Para esto se usan diversos parámetros como son el pH, la conductividad, OD, alcalinidad, coliformes totales, sólidos totales, presencia de metales, aceites, color, temperatura, DQO, DBO, entre otros.
En estos dos últimos se mide la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica e inorgánica del agua mediante reacciones químicas o a través del metabolismo de microorganismos, de esta manera, al tener un valor mayor de DQO se dice que el agua está más contaminada. Además la relación de DBO al quinto día con la DQO da una idea del tipo de contaminación presente en el agua, por ejemplo si la relación es mayor a 5 se dice que el agua proviene de residuos domésticos o industrias alimenticias donde los contaminantes tienen gran potencial de ser biodegradados.
En esta práctica se determinara al DQO y las DBO5 de una muestra de agua y según los datos obtenidos se sugerirá la procedencia del agua problema.
2. Objetivos
2.1 General
· Determinar la DQO y DBO5 la muestra de agua.
2.2 Específicos
· Sugerir la procedencia del agua muestra.
· Hallar relación entre DBO5 y DQO
3. Marco teórico
La Demanda Química de Oxígeno (DQO) determina la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica e inorgánica en una muestra de agua, bajo condiciones específicas de agente oxidante, temperatura y tiempo.
Esta prueba se basa en el principio químico que en medio ácido (ácido sulfúrico - H2SO4) junto con un oxidante fuerte (dicromato de potasio - K2Cr2O7) y en presencia de un catalizador (sulfato de plata - Ag2SO4) se puede oxidar la materia orgánica allí presente transformándola en CO2 y agua. 
En el método macro o reflujo abierto (también llamado DQO de alto rango) la materia orgánica oxidable se calcula en términos de oxígeno equivalente y en el método micro o reflujo cerrado la materia orgánica se calcula mediante una medición fotométrica.
El método micro o de reflujo cerrado es aplicable a muestras de aguas residuales domésticas e industriales que tengan DQO superiores a 50 mg O2/L. Para concentraciones más bajas, tales como muestras de aguas superficiales, se puede usar el método macro o de reflujo abierto modificado para bajo nivel en un intervalo entre 5 y 50 mg O2/L. 
En esta práctica se determinará la DQO por el método de reflujo abierto, donde se toma una cantidad de muestra después de haber realizado una dilución (Se realiza la dilución para que el rango de absorbancia medido esté dentro del rango medible por el espectrofotómetro usado), posteriormente se le adicionará una cantidad de solución digestora que contiene el dicromato de potasio K2Cr2O7 y sulfato de mercurio Hg2SO4, después se le adiciona una cantidad de solución catalizadora que contiene sulfato de plata Ag₂SO₄. Es necesario la presencia del K2Cr2O7 pues como se mencionó anteriormente es un oxidante fuerte y este será el que oxide la materia orgánica presente en el agua a analizar. En la solución digestora además del dicromato de potasio también se encuentra el Hg2SO4 , la presencia de este compuesto es vital ya que podría llegar a formar complejos con el Cloro que pudiera existir en la muestra, evitando así que se forme el cloruro de plata AgCl, un compuesto con un producto de solubilidad bastante bajo por lo que precipitaría y dañaría la muestra a analizar. Por otro lado la solución catalizadora contiene sulfato de plata Ag₂SO₄, este se adiciona pues es el agua analizar contiene materia orgánica en forma alifática y también en forma ramificada, esta última tiene una energía de activación muy alta cuando se trata de oxidar con el dicromato, este compuesto lo que hace es reducir esa energía de activación permitiendo que el dicromato de potasio oxide este tipo de materia orgánica.
Una vez se adicionó las cantidades respectivas de cada solución es necesario mezclar por inversión los tubos que contiene la mezcla, teniendo cuidado de no tocar el vidrio pues la reacción es fuertemente exotérmica y es posible quemarse o dejar caer el tubo por la alta temperatura que allí se registra. Una vez mezclada la solución se debe llevar a un digestor durante 2 horas a 120°C pues las reacciones de oxidación que se presentarán ocurren en calor. Para propósitos prácticos no se leerá la DQO a las 2 horas, sino a los 20 minutos.
Después de realizado este proceso, se debe llevar las muestras a un espectrofotómetro de onda fija, donde se leerá la absorbancia (que es se define como la relación logarítmica entre la intensidad de la luz que incide sobre una muestra y la intensidad de esa misma luz que es transmitida a través de esa muestra) del agua a analizar. La longitud de onda emitida por el equipo debe ser 620 nm según la literatura consultada y las guías proporcionadas por la universidad. Con este dato de absorbancia y con la ecuación simplificada de la ley de Beer-Lambert (que es una relación empírica que relaciona la absorción de luz con las propiedades del material atravesado), es posible calcular la concentración en mg/L de O2 en la muestra, este dato calculado entonces será la DQO.
La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) permite determinar la cantidad de oxígeno necesario para la degradación biológica de la materia orgánica en las aguas de fuentes naturales, municipales, industriales y residuales. Es un bioensayo en el cual se mide el oxígeno requerido por los organismos en sus procesos metabólicos para consumir la materia orgánica presente en las aguas residuales o naturales, bajo condiciones de temperatura (20ºC), oscuridad, exceso de nutrientes (Ca, Fe, Mg, Fósforo y Nitrógeno) y con un periodo de incubación de 5 días (DBO5) o 20 (DBO20) días. La disminución de la concentración de oxígeno disuelto (OD) puede ser medida por el método Winkler o el método electrométrico. 
4. Materiales y reactivos
- Muestra
- Sln digestora
- Sln Catalizadora
- Tubos de ensayo con tapa
- botellas Winkler
- Agua de dilución
- Pipeta de 10ml
5. Descripción del método
Se tomó dos tubos de ensayo con tapa y cada uno se le agregó 2,5mL de muestra con una dilución de 20/40, 1,5mL de solución digestora y 3,5mL de solución catalizadora; luego se agitaron hasta que la mezcla fuera homogénea y se dejó calentar a 130ºC por 20 minutos.
Figura 1. Muestras para análisis de DQO después deagregarles solución digestora y catalizadora.
Figura 2. Muestras para análisis de DQO en el digestor.
Al pasar los 20 minutos se dejó enfriar los tubos y se llevó al espectrofotómetro para determinar la absorbancia y posteriormente la DQO de la muestra con la fórmula:
Figura 3. Espectrofotómetro de onda fija.
Como la solución preparada se dejó digestar por 20 minutos, cuando debía ser por 2 horas, entonces en este tiempo solo ocurre el 40% de la oxidación a medir en la DQO, por ende es necesario multiplicar en la fórmula por un factor de (100/40) para corregir el valor de DQO.
Para determinar la DBO5 se tomó 5 botellas Winkler y a cada una se le agregó una alícuota diferente dependiendo del porcentaje asignado, en este caso se trabajo con 10%, 20%, 40%, 60% y 80% de DQO. Para ello se usó la fórmula: 
Volumen alícuota = 900/%DQO
Antes de dejar incubar las botellas durante 5 días a 20ºC se halló el factor (f) a cada botella, el cual es importante para la fórmula de determinación de la DBO5. Se utilizó la fórmula:
f = (300-v/300)
Al pasar los 5 días y haber determinado los valores de oxígeno disuelto finales del blanco y de las 5 botellas, y conocer de igual manera los valores iniciales de OD, se procedió a usar la fórmula para la determinación de la DBO5:
Los valores de DQO, OD, factor (f) y la DBO5 se presentan en tablas.
6. Resultados y análisis de resultados
Absorbancia = 0,060
DQO:
 
 214,126 
Volumen alícuota = 900/%DQO
Volumen de alícuotas en botellas Winkler:
	DQO
	Valor 
	Alícuota (ml)
	10%
	21,413
	42,031
	20%
	42,825
	21,016
	40%
	85,651
	10,508
	60%
	128,476
	7,005
	80%
	171,031
	5,254
Tabla 1. Datos de volumen de alícuota
Factor f :
	Dilución
	Valor “f”
	10
	0,859
	20
	0,929
	40
	0,964
	60
	0,976
	80
	0,982
Tabla 2. Valores de f para cada %DQO
Oxígeno disuelto inicial y final:
	Dilución
	ODi 
	ODf 
	10
	6,61
	0,39
	20
	6,99
	0,39
	40
	7,10
	1,51
	60
	7,21
	2,99
	80
	7,26
	3,68
Tabla 3. Oxígeno disuelto inicial y final de acuerdo a cada dilución.
OD en blanco: al inicio y después de los 5 días.
Bi = 7,19 mg O2/L
Bf = 5,64 mg O2/L
DBO5:
	Dilución
	DBO5 
	10
	34,892
	20
	73,658
	40
	116,93
	60
	115,94
	80
	117,50
Tabla 4. Datos de DBO5 para cada dilución.
Para calcular la DBO5 final de la muestra se debe realizar un promedio de los valores de DBO5 obtenidos usando solo las lecturas que al final de los 5 dias tiene OD mayor a 1,0 mg/L O2 y que el consumo de oxigeno disuelto en la botella sea superior a 2mg/L de O2
DBO5final= Promedio (DBO5 por botella)
DBO5final= (116,93+115,94+117,50)/3
DBO5final= 116,79 mg/L O2
Según Mejía et al. (2005) un valor de DQO mayor a 200 mg/L indica una fuerte contaminación en el agua, además según el decreto 0631 de 2015, esta agua supera los máximos permisibles para este valor en muchos de sus parágrafos, inclusive superando los valores máximos para aguas residuales domésticas pues esta normativa indica un máximo de 200 mg/L y el dato obtenido para DQO fue de 214,126 mg/L. 
Ahora bien, si la procedencia de esta agua no es de origen industrial o doméstico, y por el contrario la muestra fue tomada de una fuente superficial, es necesario analizar si cerca del sitio de muestreo se está realizando algún tipo de descarga, pues lo valores obtenidos para los parámetros evaluados no corresponden a los de un agua superficial libre de contaminación. 
Realizando una relación DBO5/DQO, que según Barba (2016) indica la fracción de materia orgánica oxidable químicamente que puede ser degradada biológicamente, se obtuvo un valor de 0.545 lo que podría indicar que la contaminación presente en el agua analizada puede provenir de agua residual doméstica o de una empresa de producción de alimentos, o alguna con alta producción de desechos orgánicos pues la relación es superior al 0.500.
Sin embargo, determinar la procedencia de esta muestra es difícil tan solo con estos parámetros, es necesario realizar más tipos de pruebas para averiguar el origen de esta agua. Parámetros como SST, podrían indicar que el agua proviene de una industria de alimentos como se mencionó anteriormente, pues la cantidad de sólidos suspendidos en el agua debería ser alta por el tipo de actividad que en esas empresas se realiza. Sería interesante también realizar una prueba para sustancias activas al azul de metileno, con esta prueba es posible determinar si hay presencia de detergentes y jabones que indicaría una procedencia de origen doméstico. Y para tener mayor certeza para indicar la fuente de la muestra se debería calcular otros parámetros como el ph, la temperatura, conductividad, presencia de metales o aceites, los cuales pueden confirmar o descartar las suposiciones anteriormente mencionadas.
7. Conclusiones
Según los valores de DQO y DBO5 obtenidos, el agua presenta una contaminación moderada.
No es posible determinar el origen de la muestra analizada utilizando únicamente estos parámetros. 
Se según la relación DQO/DBO5 se sabe que tiene una alta presencia de material orgánico biodegradable, por lo que se puede sugerir que el agua proviene de desechos domésticos o una empresa de alimentos o con alta presencia de MO biodegradable.
Es necesario realizar pruebas adicionales para otros indicadores (Como SST, pH, conductividad, etc) para aproximarse al origen del agua muestra.
8. Preguntas
¿Cuál es la importancia del OD como indicador de calidad de agua?
R// El oxígeno disuelto tiene un impacto directo en lo que se refiere al desarrollo de vida en el agua. En ella encontramos organismos aerobios y facultativos que hacen que la presencia de oxígeno sea vital en estos cuerpos acuáticos, por lo que este indicador es una parámetro sumamente importante en las medidas de calidad del agua.
El valor mínimo de OD para asegurar que hay desarrollo de vida en el agua es de 4 mg/L
¿Cuál es la importancia del OD como parámetro de control de los sistemas de tratamiento?
R// Es importante pues es necesario contar con una cantidad suficiente que permita el desarrollo de los organismos que hacen uso del oxigeno para procesos de oxidación de la materia orgánica que se pueda encontrar en el agua. Si contamos con una mezcla ideal, las bacterias, algas y otras características del agua se distribuirán de manera uniforme permitiendo así un agua residual más estable y más fácil de tratar. 
¿Cómo es la relación de OD con el nivel de autodepuración en un cuerpo de agua superficial?
R// La autodepuración es el proceso de recuperación de un curso de agua después de un episodio de contaminación orgánica, y ella depende directamente de la cantidad de oxígeno disuelto en el agua, el cual es afectado por factores como la respiración de las plantas acuáticas, la oxidación de materia que puede ser biodegradable, la temperatura, entre otros. Si no se controla la pérdida de OD por estos factores es posible llegar a nivel críticos por debajo del mínimo necesario para la autodepuración, alterando este proceso y reduciendo la capacidad de degradación que puede tener un cuerpo de agua.
¿Qué es el oxígeno de saturación y el déficit de oxígeno?
R// Cuando se habla de la cantidad máxima de oxígeno que el agua puede tener a una misma temperatura y presión nos estamos refiriendo a porcentaje de saturación de oxígeno.
Se denomina Déficit de oxígeno, a la cantidad del suministro de oxígeno que no llega a satisfacer las necesidades bioenergéticas que demanda el ejercicio por causa de una demora reflejada por los ajustes realizados en los sistemas circulatorios y respiratorios.
¿Cómo se relaciona el OD con el proceso de transferencia de gases en el agua superficial?
R// La cantidad de oxígeno que logre entrar al agua estando en equilibrio con la atmósfera, en lo que concentración de gas se refiere, regulará este proceso. 
Por lo general, la atmósfera es de donde los ríos reciben un mayor aporte de oxígeno disuelto. Un proceso de reaireación puede equilibrar la concentración de oxígeno disuelto de la masa de agua con su valor de saturación. 
¿Porqué el oxígeno disuelto cada día es menor en cuerpos de agua naturales?
R// La cantidad de materia orgánica, variaciones de la temperatura, procesos de oxidación dentro del agua son factores que poco a poco van reduciendo el OD dentro del agua.
1.¿Qué otros oxidantes se pueden utilizar para la medición de la DQO?
R// Oxidantes de uso común en la DQO
Dicromato potásico K2Cr2O7
Persulfato potásico K2S2O8
Peryodato potásico KIO4
Permanganato potásico KMnO4
Sulfato de cerio Ce(SO4)2
Oxígeno O2
(Simal, 1986).
2. Explique el uso del catalizador HgSO4
R// Dentro del análisis y determinación de la DQO se presentan cloruros, estos pueden causar interferencias durante el proceso, para remover esta interferencia se utiliza sulfato de mercurio, en donde se forma cloruro de mercurio el cual es muy poco soluble en medio acuoso y por ende precipita, de esta manera no interfieren los cloruros en el análisis. (Rodríguez, 2007)
3. ¿Sólo la DQO permite conocer la procedencia de la muestra? ¿Por qué?
R// Teniendo solo un análisis de DQO no es posible determinar la procedencia de una muestra de agua, ya que la DQO mide la cantidad de oxígeno requerida para oxidar la materia organica e inorganica para una muestra de agua residual y específicamente para unas condiciones de agentes oxidantes, temperatura y tiempo por lo que se tiene solo una cantidad limitada de información, por ende se necesitan más parámetros como DBO que ayude a identificar si el agua es doméstica o residual, sólidos suspendidos, pH, conductividad, alcalinidad, COT, OD, etc, para conocer el tipo de industria en caso de que sea una muestra residual industrial.
4. ¿Qué equilibrios fisicoquímicos se aplican en la determinación de la DQO macro? Explique.
R// En el método de reflujo abierto (macro), inicialmente el Cr2O7K2 en solución ácida (H2SO4(Ac)) ejerce un efecto oxidante sobre casi toda la sustancia orgánica y sobre una serie de compuestos inorgánicos. La determinación se realiza con un exceso de Cr2O7K2, que es reducido, en parte, a Cr3+
Cr2O72- + 6e- + 14H+ → 2Cr+3 + 7H2O
El exceso se titula con una solución de Fe2+ (sal de Mohr: (SO4)2(NH4)2Fe.6H2O) y como indicador redox se utiliza ferroina.
Cr2O72- + 6Fe2+ + 2e- + 14H+ → 2Cr+3 + 6Fe3+ + 7H2O
En las interferencias por cloruros se realiza la adición de sulfato de mercurio (HgSO4), este compuesto reduce las interferencias provocadas por la oxidación de iones Cl-.
 6Cl- + Cr2O72- + 14H+ → 3Cl2 + 2Cr+3 + 7H2O
Hg2+ + 2Cl- → Cl2Hg(sol)
(Lermann, n.f).
5. ¿Por qué la DQO se define como el oxígeno equivalente necesario para oxidar la materia orgánica e inorgánica presente en un agua residual?
R// La demanda química de oxígeno se define como el oxígeno equivalente necesario para oxidar la materia orgánica e inorgánica, pues es un parámetro que mide la cantidad de sustancias susceptibles de ser oxidadas por medios químicos que hay disueltas o en suspensión en una muestra líquida. Aunque este método pretende medir principalmente la concentración de materia orgánica, sufre interferencias por la presencia de sustancias inorgánicas susceptibles de ser oxidadas (sulfuros, sulfitos, yoduros...).
6. ¿Por que el dicromato de potasio debe estar en exceso en la reacción de la DQO?
R// En la reacción de la DQO se emplea un exceso de dicromato de potasio (K2Cr2O7), pues se necesita el remanente sin reducir para titular con una solución de Fe2+ (sal de Mohr: (SO4)2(NH4)2Fe.6H2O), como indicador redox se utiliza ferroina, este valor de la titulación se utiliza posteriormente en la ecuación para determinar finalmente la DQO en mg O2/L
¿Por qué se requieren nutrientes en el análisis de la DBO?
R// Para poder que se lleve a cabo la degradación bioquímica de la materia orgánica es necesario permitir el crecimiento microbiológico y para ello se requiere la presencia de sustratos que los organismos puedan tomar para su desarrollo
 
¿Por qué se realiza más frecuentemente la DBO5 que la DBO20?
R// Debido a que la información que brinda es más útil ya que permite conocer un estimado del 60-70% del consumo de oxígeno para degradar u oxidar la materia organica o inorganica por medios biológicos que contiene la muestra líquida a tratar.
 
¿Cuál es la importancia de la relación de la DBO5 / DQO?
R// Permite conocer la fracción de materia orgánica oxidable químicamente que puede ser degradada biológicamente.
Nos da una idea de la contaminación del agua y cómo método se debe usar para tratarlos:
- Si <0,2: hablamos de unos vertidos de naturaleza industrial, poco biodegradables y son convenientes los tratamientos físico-químicos.
- Si >0,5 entonces hablamos de unos vertidos de naturaleza urbana, o clasificables como urbanos y tanto más biodegradables, conforme esa relación sea mayor. Estas aguas residuales, pueden ser tratadas mediante tratamientos biológicos.
 
¿Existe diferencia entre un efluente de un sistema de tratamiento biológico aerobio y anaerobio en cuanto a las mediciones de la DBO5?
R// Si, el efluente del tratamiento aerobio presentará una DBO5 mucho menor que el efluente del tratamiento anaerobio debido que en el proceso el oxígeno y la materia organica e inorganica carbonácea disuelta en el agua ya estará consumida por los microorganismos. Además el proceso anaerobio es más lento, por lo tanto quedaría mayor cantidad de material para oxidar mediante los organismos.
¿Cuándo es necesario realizar la determinación de la DBO20 ?
R// Para poder tener un estimado de la contaminación debida a material nitrogenado para así planificar de manera adecuada un tratamiento para ese fluido.
 
¿Cuáles son las condiciones DBO5:N:P necesarias para un óptimo funcionamiento de un sistema aerobio y anaerobio?
R// Relación 100:5:1 respectivamente. (Barba L., 2016)
9. Bibliografía
Barba L. (2016). Diapositivas de curso de Química ambiental para ISA. Universidad del Valle. Colombia.
Lermann B. (n.f). Demanda química de oxígeno. Ingeniería mecánica y en alimentos. FIQ - UNL.
Ministerio del ambiente - Colombia. (2015). Decreto 0631 de 2015. Presidencia de la República.
Mejía E., Molina G., Rojas J. y Rosales F. (2005) Evaluación de la calidad del agua. Marco institucional para la gestión de agua en Cuenca.
Navarro M. (2007). Demanda biológica de oxígeno 5 días, incubación y electrometría
Rodríguez C. (2007). Demanda química de oxígeno por reflujo cerrado y volumetría. Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales. IDEAM. Colombia.
Simal, J. (1986). Determinación de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) y Demanda Inmediata de Oxígeno (DIO) de un agua mediante sales de Cerio (IV). Universidad Santiago de Compostela. España.
Sistema de información ambiental de Colombia (2002). Conceptos, Definiciones e Instrumentos de la Información Ambiental de Colombia. SIAC.