La Demanda Química de Oxígeno (DQO) es un parámetro global utilizado como indicador del contenido orgánico de las aguas residuales y el agua natural, ampliamente utilizado en el monitoreo de plantas de tratamiento de efluentes. En términos generales, DQO se refiere a la cantidad de oxígeno disuelto necesario para oxidar la materia orgánica en una muestra a través de un agente químico como el dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇).

La DQO es el único parámetro que se utiliza para medir la cantidad de residuos industriales en el agua, que no se puede medir con la DBO *. Además, es muy utilizado para fines operativos debido a la rapidez en la obtención de resultados, en comparación con la DBO, siendo utilizado para caracterizar la calidad de las aguas residuales domésticas y efluentes industriales y también se aplica tanto en la determinación de la carga orgánica en plantas de tratamiento como en la evaluación de la eficiencia del proceso de tratamiento, obteniendo así los niveles de contaminación orgánica en recursos hídricos naturales, como lagos, represas y ríos.

* Demanda bioquímica de oxígeno (DBO): determina la cantidad de oxígeno que consumen los microorganismos para descomponer la materia orgánica.

MÉTODOS DE DETERMINACIÓN

El Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater es una publicación de la AWWA/ALPHA/WEF que regula y recomienda métodos y procesos para el análisis de agua y aguas residuales. Las metodologías están estandarizadas y aceptadas como estándares en todo el mundo. La DQO de una muestra se determina a través de la oxidación química de los compuestos orgánicos disueltos con dicromato de potasio en una solución de ácido sulfúrico. El oxígeno consumido por la conversión de compuestos orgánicos se expresa en mg O₂ L ^-1.

La digestión de la muestra se puede realizar mediante el método de reflujo abierto, que es adecuado para una amplia gama de desechos donde se requiere un volumen de muestra mayor (aproximadamente 50 mL) y se puede realizar utilizando el digestor para DQO, modelo TE-128/6. Los métodos de reflujo cerrado son más económicos en el uso de reactivos, generan menores cantidades de residuos peligrosos, no necesitan llevarse a cabo en campana y son los más utilizados en los laboratorios. Sin embargo, requieren la homogeneización de muestras que contienen sólidos en suspensión para obtener resultados confiables.

Aunque hay dos formas distintas de cuantificar la DQO mediante el método de reflujo cerrado (titulométrico y colorimétrico), el procedimiento de preparación y digestión de la muestra es el mismo para ambos.  

El método titrimétrico se puede utilizar en muestras con alta turbidez y color residual después de la digestión con dicromato, pero tiene las desventajas del consumo y preparación de titulante e indicador, el uso de material de vidrio adicional y la falta de estandarización del punto final de titulación, ya que cada analista puede tener una percepción diferente del punto de cambio de color, lo que determina el final de la titulación. El método colorimétrico, en cambio, debe utilizarse en muestras que no presenten turbidez ni color, por lo que requieren mayor homogeneidad de la muestra, sin embargo, aseguran un resultado más preciso, una vez que el resultado final no depende de la percepción del analista.

REFLUJO CERRADO – COLORIMÉTRICO

El método de digestión con dicromato de potasio, usando el bloque dry block, modelo TE-021, es una reacción de oxidación en un medio fuertemente ácido a alta temperatura en presencia de un catalizador (sulfato de plata). Tras la oxidación de la materia orgánica presente (cambio de cromo del estado hexavalente (Cr⁶⁺) al estado trivalente (Cr³⁺) se obtiene la DQO directamente por colorimetría, ya que ambas especies de cromo se absorben en la región visible del espectro de luz.

Puede ser utilizado el espectrofotómetro que permite el uso de cubetas cilíndricas para DQO (opcional).

Además, el analizador de DQO se puede utilizar junto con los kits de reactivos, que ofrecen practicidad y reducen el tiempo en la preparación de reactivos, curva de calibración, reduciendo riesgos para el analista, etc. Para utilizar el analizador de DQO, el bloque dry block, modelo TE-021, debe contener 28 alojamientos de 16,5 x 70 mm de diámetro, compatibles con los tubos de DQO del analizador. 

• Muestreo

Preferiblemente, recolecte las muestras en frascos de vidrio. Siempre que sea posible, el análisis debe realizarse después de la recolección; de lo contrario, la muestra debe conservarse mediante acidificación a pH ≤ 2 utilizando ácido sulfúrico concentrado. Mezcle (homogeneice) todas las muestras que contengan sólidos en suspensión antes del análisis. Realice diluciones preliminares para residuos que contengan un alto contenido de DQO para reducir el error inherente en la medición de pequeños volúmenes de muestra.

• Curva de calibración para DQO

Para la construcción de curvas, prepare al menos 5 patrones de hidrogenoftalato de potasio (KHP) con DQO equivalente para cubrir cada rango de concentración. Para cada patrón se agrega un volumen específico de la solución de referencia, completando el volumen final con agua destilada. Luego, retire un volumen conocido de la solución anterior y agregue las soluciones de digestión y catalítica, y realice la digestión. Después de enfriar a temperatura ambiente, cada punto se lee en un espectrofotómetro.Cada vez que se prepara una nueva solución, un cambio de marca de reactivo, etc., se debe realizar una nueva curva de calibración. Se recomienda ejecutar un patrón conocido después de cada número de análisis para certificar la validez de la curva.  

• Procedimiento

1.       Lavar los tubos con H₂SO₄ (ácido sulfúrico) 20% para eliminar interferentes

2.       El volumen adecuado de muestras y reactivos varia conforme los tubos utilizados, de acuerdo con la Tabla 1.

3.       Realice una prueba en blanco, utilizando agua destilada en lugar de la muestra y realice el mismo procedimiento.

4.       Se debe homogeneizar la muestra, agitando el frasco que contiene la muestra, luego, cuando sea necesario diluir la muestra. La dilución debe realizarse utilizando el factor de dilución correspondiente.

5.       Colocar en los tubos, 1,5 mL de la solución de digestión.

6.       Adicionar 2,5 mL de muestra de agua residual.

7.       Adicionar 3,5 mL del reactivo ácido sulfúrico

8.       Cerrar los tubos y agitar varias veces para homogeneizar. Mezclar bien antes de aplicar calor (siguiente paso) para evitar calentar el fondo del tubo y una posible reacción exotérmica.

Se recomienda que los pasos 5 a 8 se realicen en una campana de extracción de gases. De lo contrario, use un protector facial y protéjase las manos del calor que se produce cuando se mezclan las soluciones.

9.       Colocar los tubos en el bloque dry block, modelo TE-021, para hacer la digestión de la muestra a 150 °C por 2 horas.

10.   Retire los tubos del bloque de digestión, déjelos enfriar, agítelos y deje que la materia suspendida se asiente para asegurarse de que el camino óptico esté despejado. Limpie correctamente los tubos antes de las lecturas para evitar interferir con el paso de la luz.

11.   En el espectrofotómetro, ajuste la longitud de onda a 600 nm y "cero" con el blanco de prueba. Realice la lectura de la muestra siguiendo el mismo procedimiento de la construcción de la curva.

• Cálculo

Si las muestras, los patrones y el blanco se analizan en las mismas condiciones de volumen y longitud de la trayectoria óptica en un espectrofotómetro, calcule la DQO como se describe a continuación:

CONSIDERACIONES FINALES

La DQO es un parámetro indispensable para determinar la cantidad de contaminantes orgánicos e inorgánicos en el agua y los efluentes. Los valores de DQO suelen ser superiores a los de la DBO, realizándose el análisis en un período más breve.

El aumento de la concentración de DQO en un cuerpo de agua se debe principalmente a los vertidos de origen industrial, debido a la capacidad de detectar la presencia de sustancias resistentes a la degradación biológica. Por su importancia, el análisis de este y otros parámetros ambientales debe realizarse siguiendo métodos estandarizados y utilizando equipos adecuados para tal fin, asegurando así la confiabilidad de los resultados.

Soluciones y reactivos

Solución de digestión: adicionar, en 125 mL de agua destilada, 2,554 g de  dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇), previamente seco en estufa a 103°C por 2 horas, 41,75 mL de ácido sulfúrico, 8,325 g de H₂SO₄. Disolver, enfriar y completar, con agua destilada, el volumen en balón volumétrico de 250 mL.

- Reactivo de ácido sulfúrico: adicionar sulfato de plata (Ag₂SO₄) cristal o polco en H₂SO₄ en una proporción de 2,03 g de Ag₂SO₄ para 200 mL de ácido sulfúrico concentrado. La disolución completa del sulfato de plata demora cerca de 24 horas; por esto, se debe estar siempre atento a la necesidad de preparar una nueva solución.

- Solución patrón de hidrogenoftalato de potasio (KHP): de una cantidad de KHP seca a 120°C por 2 horas, pesar  425,0 mg y disolver en aproximadamente 500 mL de agua destilada, e completar el volumen para 1000 mL en balón volumétrico. Esta solución es estable hasta por 3 meses cuando es guardada en refrigeración. Relación teórica entre KHP y la DQO: 1 mg de KHP= 1,171 mg O₂.

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REFERENCIAS

APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. E.W. Rice, R.B. Baird, A.D. Eaton, L.S. Clesceri, editors. 23ª ed. Washington: American Public Health Association, 2017. 1496p. (Method: 5220).

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS (UNICAMP). Centro Superior de Educação Tecnológica. Tecnologia em Saneamento Ambiental. Apostila de laboratório de Saneamento II–ST405/CESET-UNICAMP. Prof .Dra. Maria Aparecida Carvalho de Medeiros e Tecnólogos: Geraldo Dragoni Sobrinho, Anjaina F. Albuquerque e Josiane A. de Souza Vendemiatti, 2006.