UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICAAREA DE INGENIERIA AMBIENTAL

LABORATORIO DECONTAMINACION

AMBIENTAL

GUÍA DE PRÁCTICAS

PROF. JOSÉ O. MAYORGA

2ª EDICIÓN

MÉRIDA, 2009

Prólogo a la 1a. edición.

Esta guía consiste de una serie de prácticas desarrolladas con el objeto de reforzar los conceptos teóricos adquiridos en las asignaturas del Área de Ingeniería Ambiental. Se ha tratado de incluir experimentos en las tres áreas donde es más frecuente la contaminación: agua, aire y suelo. Podrá advertirse fácilmente que hay un desbalance hacia experimentos relacionados con el análisis de aguas, y pocos experimentos donde la matriz es aire o suelo.

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Las razones más importantes son la facilidad de manipulación de líquidos, el costo de los materiales y equipos, la información disponible para las prácticas y la adecuación a la situación económica de la Universidad (presupuesto para la adquisición de equipos, espacio físico, uso de equipos de otros laboratorios de nuestra Escuela o de otras Escuelas de la ULA, etc.)

Aunque, para el momento en que el alumno inscribe esta asignatura, ya ha cursado un número importante de Laboratorios, se ha creído conveniente incluir una serie de pautas mínimas para el trabajo en el Laboratorio, tratando de inculcarle la idea de que debe mantener la mayor seriedad en el trabajo a realizar, y de que tenga siempre presente que está manipulando sustancias peligrosas para su salud. Aparece igualmente la normativa sugerida para la redacción de los informes, y en cada una de las prácticas, los aspectos de seguridad a considerar para la culminación exitosa de las experiencias. Ante cualquier duda relacionada con el manejo de compuestos químicos, es importante consultar la hoja de datos de seguridad de las sustancias (MSDS por sus siglas en inglés).

Espero que este material sea de utilidad, y las críticas que tengan a bien realizar sobre el mismo (personalmente, o al correo jmayorga@ula.ve), siempre serán bienvenidas.

El autor

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Prólogo a la 2ª Edición

Después de haber utilizado durante 3 semestres la primera edición de la Guía, como material de apoyo del Laboratorio de Contaminación Ambiental, he notado que una falla recurrente en los usuarios es en la parte de cálculos. Además, en una asignatura como ésta, es natural comparar los resultados obtenidos con las normas ambientales (nacionales y/o internacionales), si existen.

En tal sentido, he creído conveniente reforzar ambos aspectos en esta nueva versión. Los cambios son menores, ya que, en principio, no se puede modificar la lista de prácticas sin la aprobación de la Comisión Curricular de la Universidad.

Se han corregido también algunos errores de redacción que han sido captados por los usuarios.Se mantiene abierta la puerta a la crítica sobre este material, en mi dirección de correo jmayorga@ula.ve.

Muchas gracias.

El autor

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CONTENIDO

Instrucciones generales para el trabajo en el Laboratorio 5Medidas de seguridad en el Laboratorio 6Manejo de un extintor de incendios 7Primeros auxilios 9Algunas maneras de reducir riesgos 9Normas de redacción del informe 10Práctica 1. Absorción atómica y emisión de llama 13Práctica 2. Coagulación-floculación 23Práctica 3. Cloro residual 32Práctica 4. Partículas totales suspendidas 39Práctica 5. Oxígeno disuelto 55Práctica 6. Carbono orgánico en suelos 65Práctica 7. Grupo coliforme en aguas residuales 70Práctica 8. Demanda química de oxígeno 83Práctica 9. Demanda bioquímica de oxígeno 92Práctica 10. Fósforo 101Práctica 11. Dióxido de azufre 111Práctica 12. Oxidantes totales 120

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INSTRUCCIONES GENERALES PARA EL TRABAJO EN EL LABORATORIO

1. Recordar siempre que el laboratorio es un lugar de trabajo serio.2. Antes de ir al laboratorio, leer la guía de la práctica a realizar.3. Es muy importante la puntualidad a la hora fijada para el inicio de la práctica.4. Es condición indispensable vestir con la bata de laboratorio.5. Tener un cuaderno exclusivo para las anotaciones importantes de las prácticas.6. El estudiante debe responder a los interrogatorios que se hagan durante el desarrollo de

las prácticas y efectuar los exámenes escritos (si los hubiere).7. Debe presentarse un informe escrito de la práctica realizada, siguiendo el formato que

se especifica más adelante.8. Los alumnos que integran un grupo son responsables de los materiales y aparatos que

se le entregan. Cualquier material perdido o deteriorado deberá ser pagado o repuesto por los integrantes del grupo. Antes del inicio de cada práctica, el grupo chequeará que el material esté completo y en buen estado.

9. Durante el desarrollo de los experimentos, no se permite la salida de los estudiantes. Se autorizará la salida sólo en casos especiales, autorizados por el profesor. Está prohibido fumar y consumir alimentos o bebidas dentro del laboratorio

10. Sólo se recupera una práctica perdida, previa justificación, y al final del semestre, de mutuo acuerdo con el profesor y el técnico del laboratorio.

11. Al finalizar el trabajo de laboratorio, debe entregarse al profesor una hoja de datos, según formato que se entrega el primer día de clase.

Para información adicional, consultar las “Normativas Generales de los Laboratorios de la Escuela de Ingeniería Química”, aprobadas por el Consejo de Escuela el 26/04/2005 y el “Reglamento que regula la Evaluación de los Aprendizajes de las Carreras de la Facultad de Ingeniería de la ULA”, aprobado por el Consejo Universitario el 14/10/2002.

MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO

1. Si se produce un accidente, avisarse inmediatamente al profesor o al técnico.

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2. Si alguna sustancia salpica o cae en la piel o en los ojos, lavarse inmediatamente con agua y avisar al personal del laboratorio.

3. Realizar en la campana extractora aquellos experimentos donde se producen gases o vapores tóxicos. Igualmente, utilizar la campana para la preparación de soluciones a partir de reactivos que desprenden olores nocivos.

4. Efectuar únicamente los trabajos especificados en la práctica.5. No probar ningún producto químico o solución, ni tocar con las manos ninguna

sustancia, a menos que se indique en la práctica.6. Para preparar una solución diluida a partir de otra concentrada, utilizar el

propipeteador o el pipeteador automático. Nunca succionar con la boca. Recordar que no se debe soplar la pequeña porción de líquido que queda en el extremo de la pipeta o bureta.

7. No utilizar toallas, pañuelos o papel para manipular objetos calientes. Emplear las pinzas apropiadas.

8. Al calentar una sustancia en un tubo de ensayo, dirigir el extremo abierto del tubo hacia una parte que no pueda dañar a ninguna persona (el contenido del tubo puede proyectarse hacia el exterior).

9. Para preparar una solución acuosa diluida de un ácido, verterse lentamente y con agitación, el ácido sobre el agua. Nunca el agua sobre el ácido.

10. Revisar cuidadosamente las etiquetas de los frascos de los reactivos antes de utilizarlos.

11. Para percibir un olor de un líquido o un gas que se desprende, no acercar la nariz al recipiente. Pasar la mano suavemente sobre la boca del recipiente, para formar una corriente hacia usted.

12. Poner especial cuidado al emplear aparatos o instrumentos de vidrio. Si están calientes, dejar pasar un tiempo prudencial para que se enfríen, antes de manipularlos.

13. Utilizar los recipientes especiales para colocar los desperdicios sólidos. No colocarlos en el fregadero.

14. Nunca deben calentarse objetos de vidrio templado, tales como matraces o cilindros graduados, ya que se agrietan o rompen con facilidad.

15. Cuando se va a enrasar un matraz aforado, levantar el recipiente a la altura de los ojos y añadir la cantidad necesaria de líquido.

16. Familiarizarse con el sitio donde se encuentra el extintor de incendios y con su uso. De producirse un pequeño incendio en un recipiente, tratar de dominarlo cubriendo el objeto o lugar incendiado con una toalla mojada. Avisar al personal del laboratorio. En caso extremo, utilizar un extintor de incendios. (ver más adelante: Manejo de un extintor de incendios)

17. Conservar limpios los aparatos y el mesón. Evitar derramar sustancias. Si ocurre un derrame, lavar inmediatamente con agua.

18. Dejar todo el material y equipo perfectamente limpio y ordenado antes de retirarse del laboratorio. Si hay agua sobre el mesón, secarla utilizando papel absorbente.

MANEJO DE UN EXTINTOR DE INCENDIOS:

En el mercado existe una gran variedad de extintores, cuyas normas de uso están impresas claramente en el equipo. Para que el extintor sea efectivo:

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1. Debe estar situado en un lugar apropiado y en perfectas condiciones de funcionamiento.

2. Al descubrirse un fuego, debe ser lo suficientemente reducido, para que el extintor sea efectivo.

3. La persona que descubra el fuego debe estar preparada y ser capaz de utilizar el extintor.

4. El extintor debe ser adecuado para el fuego que se desea extinguir (ver la Tabla 1 en la siguiente página). Así, puede utilizarse agua para incendios de materiales sólidos (basura, papel, trapos, madera, tela, paja); para aceites y grasas poco volátiles y fuegos eléctricos. Se emplea un extintor de CO2 o de espuma para fuegos producidos por líquidos inflamables o gases combustibles (metano, propano, butano, acetileno, etc.).

TABLA 1.CLASIFICACIÓN DE LOS FUEGOS Y AGENTES EXTINTORES APROPIADOS

Las causas de los incendios pueden ser múltiples. Un incendio, al iniciarse no reviste mayor gravedad: es el efecto multiplicador (el fuego calienta el material combustible más próximo, que a su vez se incendia y calienta el siguiente, etc.), el que hace que se propague rápidamente, alcanzando proporciones difíciles de controlar.

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Las causas principales de un fuego son: Químicas: reacciones exotérmicas Mecánicas: rozamientos Eléctricas: instalaciones defectuosas, mal uso del equipo Térmicas: contacto de una fuente de calor con el combustible (son las más

frecuentes). Para que exista fuego, deben estar presentes el combustible (el que arde) y el comburente (oxígeno del aire). A estas dos sustancias se agrega el calor:

Combustible + oxígeno + calor = Fuego

El combate de los incendios se basa en eliminar al menos uno de los tres factores (combustible, oxígeno o calor), y actuar con rapidez para que el fuego no pueda continuar.

Entre los bomberos franceses circula el siguiente dicho:“En el primer minuto, el fuego se apaga con un vaso de agua En el segundo, con un tobo de agua En el tercero, con un tonel de agua Después, se hace lo que se puede…”

PRIMEROS AUXILIOS

Quemaduras de los ojos por sustancias químicas : Lavarse inmediatamente con abundante agua o mejor con solución isotónica estéril. Consultar al personal del laboratorio.

Quemaduras de la piel por sustancias químicas : Si es una sustancia alcalina: lavar con abundante agua y tratar la parte afectada con solución de ácido acético al 2 %.

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Las quemaduras producidas por ácidos corrosivos deben tratarse con abundante agua y solución de bicarbonato de sodio.

Quemaduras de la piel por objetos calientes : Tratar con solución de ácido pícrico o ácido bórico. Cubrir la parte afectada con gasa o tela adhesiva.

Incendio de la ropa o contacto considerable con bases o ácidos corrosivos : utilizar de inmediato la ducha y consultar al personal del laboratorio. Es muy importante conocer el lugar donde se encuentra el gabinete de primeros auxilios y las duchas.

ALGUNAS MANERAS DE REDUCIR LOS RIESGOS:

1. Leer las etiquetas de los envases de las sustancias químicas y seguir las instrucciones con cuidado.

2. Encontrar sustitutos para las sustancias peligrosas, siempre que sea posible.

3. No ignorar las reglas de seguridad

4. Apoyar las leyes ambientales

5. Compartir conocimientos con los demás.

Bibliografía consultada1. Rodolfo de Gil, E y otros: “Manual de Laboratorio de Química General”. pp. 4-8.

Consejo de Publicaciones. ULA. 1984.2. Reymundo M., M. F. López y E. Pérez:”Prácticas (Química). Operador de Planta”.

Unidad Didáctica 2. Paraninfo. Madrid. 1976.3. Harte,J., C. Holdren, R. Schneider y C. Shirley:”Guía de las Sustancias

Contaminantes”. p. 13. Grijalbo. México. 1995.

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NORMAS DE REDACCION DEL INFORME

Los informes se presentarán preferentemente escritos a computadora, en letra Times New Roman tamaño 12, a doble espacio, con páginas numeradas en la parte superior derecha.

De ser posible, evitar el uso de una misma palabra en frases consecutivas. Apoyarse en el empleo de sinónimos.

Toda referencia citada debe ser del dominio público y fácilmente accesible. Las referencias se colocan al final, ordenadas de acuerdo a su orden de aparición en el texto. Las llamadas a las citas se hacen con el apellido del (de los) autor(es) y el año de la publicación, todo entre paréntesis. Ej.: (Covenin 1996), (González y col., 1995). Otra opción es colocar al final de la frase referenciada un número entre paréntesis, Ej.: (1). A continuación, se muestran ejemplos de referencias a:

(1) Monografía (2) Publicación periódica:

(1) COVENIN. Determinación de la concentración de partículas totales suspendidas en la atmósfera (PTS). Editorial Fondonorma. Norma Venezolana COVENIN 2060, 1996.

(2) González M. y col.: “Características del parque automotor venezolano y de las gasolinas en Venezuela”. Visión Tecnológica, 1(2):2-12, 1995.

El informe se entrega a los 7 días de la fecha de realización de la práctica. Se descontará un punto por día de retraso (incluyendo fines de semana).

Las partes del informe se pueden colocar en hojas separadas, o consecutivamente, como un texto “corrido”. El esquema de presentación del informe es:

CARATULA: De acuerdo al siguiente modelo (centrado):

UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA QUIMICALABORATORIO DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

NÚMERO Y TITULO DE LA PRÁCTICA (Ej.: PRACTICA 5. OXIGENO DISUELTO)

FECHA DE REALIZACION DE LA PRÁCTICA: dd/mm/aaaa

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: dd/mm/aaaa

GRUPO Nº:

INTEGRANTES:

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INDICE (o CONTENIDO): A dos columnas: una contiene las partes del informe y la otra la página correspondiente.

RESUMEN: Es la representación comprimida del contenido del informe, que incluye el objetivo principal, la metodología, los resultados y conclusiones más relevantes (lo que se buscaba, cómo se realizó, lo que se encontró y las implicaciones del estudio). La extensión máxima del resumen es de 200 palabras.

Si cada parte del informe se inicia en hojas separadas, no se debe numerar la página del RESUMEN. Si se prefiere el texto corrido, se puede numerar las páginas iniciando con la del RESUMEN (que seguramente contendrá también la primera parte de la INTRODUCCIÓN).

INTRODUCCION: Se refiere al objeto del estudio, haciendo referencia a los antecedentes, evaluando su alcance, y suministrando información suficiente sobre el tema del estudio. No se debe copiar textualmente la Guía de Prácticas, ni textos sacados de Internet (decir lo mismo, utilizando palabras propias). Si en cualquier parte del informe hay Tablas o Figuras, debe referirse a ellas en el texto (si no, “no hacen falta”).

PARTE EXPERIMENTAL: Resumir la metodología seguida para obtener los resultados. Describir equipos (marca, modelo), procesos, materiales y reactivos (concentración), de forma tal que el lector pueda reproducir lo realizado. Si es necesario, incluir un diagrama del equipo. Puede utilizarse la representación de diagrama de flujo para el procedimiento utilizado. No copiar tampoco aquí la Guía de Prácticas.

RESULTADOS: En forma de tablas, figuras o texto. Los gráficos deben llamarse figuras. Las tablas y figuras siguen numeración arábiga consecutiva. La leyenda para la tabla se coloca en la parte superior y para la figura en la parte inferior. Si se utilizan ecuaciones, se numeran también consecutivamente con números arábigos entre paréntesis en el margen derecho.Tanto las tablas como las figuras deben mencionarse en el texto.

DISCUSION: Clara y concisamente, analizar los resultados y defender las correlaciones que de ellos se desprendan. Comparar los resultados con los correspondientes de la bibliografía (cuando se conozcan). Aportar evidencias sobre las proposiciones.Algunos autores incluyen los resultados y su discusión en una misma sección del informe, que tiene como encabezado RESULTADOS Y DISCUSION.

CONCLUSIONES: Claras y concisas, describen las implicaciones de los resultados. No deben constituir una repetición resumida de la discusión. Para su redacción, puede utilizarse un esquema numerado o viñetas.

REFERENCIAS: Ordenadas según su aparición en el texto, siguiendo el esquema explicado previamente.

ANEXOS: Material adicional o de soporte, que complementa la información presentada en el informe, pero es relativamente independiente de éste. Ej.: copias de decretos, parte de libros,

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artículos, información de Internet, etc. que no se coloca en el cuerpo del informe, pero al que se hace referencia. (En el texto, se expresa: Ver Anexo A, o Anexo 1, etc.). También se incluyen en Anexos los datos experimentales y la muestra de cálculo.

LISTA DE PRÁCTICAS

1. ABSORCION ATOMICA Y EMISION DE LLAMA2. COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN3. CLORO RESIDUAL4. PARTICULAS TOTALES SUSPENDIDAS5. OXIGENO DISUELTO6. CARBONO ORGANICO EN SUELOS7. GRUPO COLIFORME8. DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO9. DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO10. FOSFORO11. DIÓXIDO DE AZUFRE12. OXIDANTES TOTALES

Nota: El orden de realización de las prácticas no necesariamente corresponde al de la lista.

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PRACTICA 1. ABSORCION ATOMICA Y EMISION DE LLAMA

IntroducciónABSORCIÓN ATÓMICALa técnica de absorción atómica tiene su fundamento en la capacidad que posee un átomo en su estado fundamental (no excitado) de absorber radiación de una longitud de onda particular. Puede establecerse entonces una relación lineal entre la concentración del elemento que se está analizando y la cantidad de luz absorbida.

Matemáticamente, la ley de Beer (Lambert-Beer o Bouguer-Beer) establece que la absorbancia, A, de una muestra homogénea que contenga una sustancia absorbente es directamente proporcional a la concentración, C, masa/volumen, de la sustancia absorbente:

A = abC

Donde a es la absortividad molar del componente de interés en la solución, y b corresponde a la longitud de la trayectoria de la luz dentro del recipiente donde se encuentra la solución (se asume constante). Esta ley se aplica no sólo a soluciones sino también a gases (como es el caso de esta práctica) y sólidos.

La producción de átomos en el estado fundamental para la absorción se realiza normalmente disociando la muestra en una llama o en un horno de grafito. La línea de emisión de radiación característica proviene, generalmente, de una lámpara de cátodo hueco del elemento que se desea analizar y que emite radiación correspondiente a la energía requerida para la transición electrónica desde el estado fundamental hasta el estado excitado. Los gases de la llama del quemador absorben parte de la radiación y el resto pasa a un monocromador y a un detector.

La absorción de la radiación de la lámpara depende de la población de átomos en estado fundamental, que es proporcional a la concentración de la solución que llega a la llama. La absorción se mide por la diferencia en la señal transmitida en presencia y ausencia del elemento de interés. (ver Fig. 1).

FIGURA 1. ESQUEMA DEL PROCESO DE ABSORCIÓN ATÓMICA.

EMISION DE LLAMALa emisión de llama se asemeja bastante a la absorción atómica. La principal diferencia es que la primera mide la cantidad de luz emitida y la segunda cuantifica la luz absorbida por el elemento atomizado en la llama. Ambos métodos emplean la llama para la excitación de los átomos, pero la emisión no requiere lámpara. La llama de aire-acetileno, debido a su

Fuente de

energíaLámpara de

cátodo huecoLlama Monocromador Foto detector Registrador

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temperatura relativamente baja (unos 2300 ºC), posee energía suficiente para excitar sólo una docena de elementos de interés analítico frecuente. En el caso de elementos que forman compuestos refractarios se requiere utilizar la llama de óxido nitroso-acetileno (2700 ºC) o de oxígeno-acetileno (3100 ºC), lo que implica el uso de un quemador especial.

Algunos elementos fácilmente excitables (alcalinos y alcalinotérreos) se miden fácilmente por emisión de llama. En la emisión de llama, la variable que se mide es la intensidad de emisión (o emisión), mientras que en la absorción atómica se registra la absorbancia (o menos frecuentemente, la transmitancia o el %T).

La absorción atómica se puede aplicar directamente a unos 70 elementos, incluyendo la mayoría de los metales, pero deja fuera el azufre, el carbono, los halógenos y los gases nobles, aunque algunos de ellos pueden determinarse indirectamente (p. ej. el azufre como sulfato de bario). En relación con interferencias comunes, la del fósforo en la medición de calcio y magnesio se reduce con la adición de lantano y la del silicio con el hierro y manganeso se minimiza al agregar calcio.

Las ventajas de la técnica incluyen la especificidad, rapidez, facilidad de uso y sensibilidad (los límites de detección están en el orden de las subpartes por billón a pocas partes por millón) además de equipos de costo moderado.

Las desventajas más importantes son la vida finita de las lámparas (2 a 3 años) y su costo (si se van a determinar un gran número de elementos), además de que se puede medir un solo elemento a la vez.

Los equipos más avanzados incluyen la automatización y el manejo de datos, con opciones como la medición directa de la concentración, corrección de la curvatura y el control por computadora. Otras posibilidades disponibles incluyen el control automático de la longitud de onda, la posición de la lámpara y el manejo de gases, automuestreadores programables, almacenamiento de técnicas analíticas, manejo simultáneo de 6 a 8 lámparas y generación automática de reportes.

El procedimiento que se describe a continuación se aplica en esta práctica a la medición de hierro y níquel por absorción atómica y de sodio y calcio por emisión de llama, pero puede adaptarse con facilidad a otros elementos químicos.

Aspectos legalesCuando se revisan las leyes ambientales venezolanas, se puede conseguir información sobre niveles máximos permisibles de algunos de los elementos que se determinan en esta práctica.

El Decreto 883 establece en su Art. 10 que las descargas a cuerpos de agua no deben contener más de 10 mg de hierro total por litro. Para descargas al medio marino costero, el níquel total no debe sobrepasar los 2 mg/L, mientras que si el efluente va a redes cloacales, los límites para el hierro y níquel son, respectivamente, 25 mg/L y 2 mg/L.

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En cuanto al agua para consumo humano, las normas de calidad del agua potable establecen los siguientes límites, mg/L: dureza, CaCO3 250; sodio 200; hierro total 0.1; níquel 0.02.

En relación al agua para uso industrial, no existen límites máximos de contaminantes establecidos en Venezuela. Los niveles permitidos en EUA dependen, obviamente, del tipo de actividad a la que se destina el agua. Los valores recomendados para dos de los parámetros medidos en el laboratorio van desde 0 hasta las 250 ppm para la dureza y desde 0,0 hasta 1,0 ppm para el hierro.

Para mayores detalles sobre normas internacionales (por ej., para los países andinos, EUA o de la Comunidad Europea), puede realizarse una búsqueda por Internet.

ResumenEn la espectrofotometría de absorción atómica, se aspira un patrón o una muestra bajo la forma de un vapor dentro de una llama, donde se convierte en un vapor formado por átomos en estado fundamental. La llama suministra energía a los átomos para absorber radiación electromagnética a una longitud de onda muy específica. La luz de la fuente (lámpara de cátodo hueco o similar) se aísla en un monocromador y se lee en un fotodetector. La radiación absorbida por el elemento que se determina se cuantifica al comparar la luz que pasa a través de la llama cuando se vaporiza una solución de concentración conocida de ese elemento con la de la nebulización de una solución que no contiene nada del mismo elemento (blanco).

Como se dijo previamente, la emisión de llama es similar a la absorción atómica, con la diferencia que en la emisión se mide la cantidad de radiación emitida por el elemento.

Significado y usoDeben identificarse los constituyentes elementales de las aguas blancas y servidas para reforzar el monitoreo efectivo y de control de los programas de calidad del agua. Uno de los procedimientos más utilizados es la espectrofotometría de absorción atómica (EAA). La mayor ventaja de esta técnica sobre la emisión atómica (EA) es la casi total ausencia de interferencias espectrales.

Precauciones de SeguridadEsta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras. Considerar, sin embargo, los siguientes aspectos:1. La mayor parte de tipos de muestras y patrones contenidos en esta práctica no tienen peligro para el analista. Se recomienda el uso de una campana, ropa de seguridad y lentes especiales para preparar soluciones donde hay una reacción exotérmica entre el solvente y el soluto, por ejemplo, la disolución del óxido de lantano en ácido. Se requieren las mismas precauciones al diluir ácidos concentrados, para evitar contacto con la piel o con el aparato respiratorio.2. Se requiere un sistema de ventilación para eliminar la gran cantidad de gases calientes y a veces tóxicos, producidos por el quemador durante la operación del instrumento. Siendo el

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acetileno un gas inflamable, deben tomarse las precauciones apropiadas durante su uso. Si el espectrofotómetro no está equipado con un vidrio de seguridad, el operador debe utilizar lentes protectores para atenuar la luz ultravioleta emitida por la llama.3. Los gases oxidantes deben estar separados por una pared de los gases reductores.4. Deben seguirse las instrucciones del fabricante al optimizar los flujos de gases. Si no se hace así, puede producirse una combustión peligrosa dentro de la cámara de mezclado.5. Para evitar explosiones en línea, no debe permitirse que la presión de acetileno exceda 165 psig.6. Cuando se utiliza óxido nitroso como oxidante, debe emplearse el quemador estándar de 2 pulgadas. Ocurrirá una retrollama si se utiliza el quemador de 4 pulgadas. La llama de óxido nitroso-acetileno se enciende utilizando primero una combinación aire/acetileno y cambiando luego a óxido nitroso/acetileno. El sistema se apaga utilizando el procedimiento en orden inverso. No debe pasar óxido nitroso a través de líneas que contengan residuos de grasa o aceite porque puede producirse una explosión.7. Es extremadamente importante chequear que el tubo de drenaje de la cámara de mezcla se encuentre lleno con agua antes del inicio de cualquier análisis. En caso contrario, puede producirse una explosión. Se recomienda para tal fin una trampa de seguridad tipo lazo (muy frecuente) o de válvula. Seguir las instrucciones del fabricante.

Interferencias1. Absorción de fondo: se produce cuando se forman especies moleculares de la muestra que dispersan o absorben la luz emitida por la lámpara de cátodo hueco. Cuando no se corrige este problema, las lecturas son anormalmente altas. Si no está disponible la opción de corrección de fondo, debe chequearse la existencia de una longitud de onda donde no haya absorción o debe igualarse la matriz de los patrones y las muestras. Esta corrección generalmente no es necesaria, a menos que la concentración de sólidos en la muestra sea muy alta (>1 %) o que el análisis se realice a una longitud de onda muy corta (<210 nm) o ambos. Es mejor extraer las muestras con alto contenido de sólidos. Existen tres métodos para la corrección de la emisión de fondo: la fuente continua, la corrección de Zeeman y el sistema de Smith-Hieftje2. Interferencia química: Es la más usual. Esta interferencia puede prevenir, reducir o incrementar la formación de átomos en el estado fundamental en la llama. En la determinación de calcio, por ejemplo, la presencia de sulfato o fosfato puede producir la formación de sales que impiden la atomización de la solución en la llama aire-acetileno. Tal interferencia se elimina empleando la llama óxido nitroso-acetileno. De manera similar, el aluminio produce una interferencia equivalente en la medición de magnesio. La adición de sustancias acomplejantes apropiadas puede reducir o eliminar la interferencia química, incrementando la sensibilidad del método. En esta práctica, la interferencia del fósforo en la medición del calcio y magnesio se reduce con la adición de lantano y la de silicio con el hierro y manganeso, al añadir calcio.3. Los metales alcalinos y alcalinotérreos, grupos I y II, tales como el sodio y el potasio pueden sufrir ionización en las llamas de aire-acetileno y óxido nitroso-acetileno, produciendo una disminución en la cantidad de átomos en estado fundamental disponibles para la EAA. En presencia de un exceso de un elemento alcalino fácilmente ionizable, como el cesio, ocurre primero la ionización del elemento alcalino, disminuyendo así la del elemento de interés.4. Si una muestra de un elemento en baja concentración se analiza inmediatamente después de otra que contenga una alta concentración, pueden obtenerse valores elevados. Para prevenir

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este problema, es recomendable aspirar agua destilada por unos 15 s entre muestras, dependiendo de la concentración del elemento en la última muestra analizada. Al aspirar agua destilada, la lectura de absorbancia debería regresar a un valor muy próximo al de la línea base.5. Las propiedades físicas de la solución aspirada no solo cambian la velocidad de ingreso del líquido al nebulizador, sino que tienen un efecto importante sobre la sensibilidad. Los solventes orgánicos usualmente incrementan la sensibilidad. Los sólidos disueltos, por el contrario, la reducen.

AparatoEspectrofotómetro de absorción atómica y emisión de llama con una fuente de emisión de luz (lámpara de cátodo hueco), un dispositivo para vaporizar la muestra (usualmente una llama), un medio para aislar la línea de absorción (monocromador o filtro) y un detector fotoeléctrico con su amplificador y equipo de medición asociado (ver Fig. 1). Los gases a utilizar son aire-acetileno (para níquel y hierro) y óxido nitroso-acetileno (para sodio y calcio). El procedimiento que se da a continuación se ha extraído del Manual de Operación del Equipo Buch Scientific Modelo 200A. Referirse al manual apropiado del espectrofotómetro a utilizar.

Reactivos y MaterialesA. REACTIVOS:1. Pureza de los reactivos: Todos los reactivos a utilizar deben ser de pureza para análisis. Es de la responsabilidad del usuario chequear la pureza de las sustancias utilizadas para esta práctica2. Pureza del agua: A menos que se especifique otra cosa, debe utilizarse agua bidestilada.3. Combustible, acetileno, C2H2: La pureza mínima aceptable es de 99,5 % vol. Normalmente se cambia el cilindro cuando la presión alcanza 75 psig, si se utiliza acetona como solvente para el acetileno. Algunos fabricantes recomiendan diferentes presiones para la sustitución del cilindro. El analista debe seguir las instrucciones del fabricante. Hay cilindros de pureza más alta que pueden utilizarse hasta los 30 psig antes de su reemplazo. Debe evitarse el introducir solvente dentro del EAA, porque además de un ruido de fondo anormalmente alto en las mediciones, puede producirse un daño irreversible en el equipo.4. Oxidante (aire): La fuente puede ser un compresor o un cilindro de gas. El aire debe acondicionarse, haciéndolo pasar a través de un elemento filtrante que remueva aceite, agua y partículas. Referirse al manual del fabricante para el ajuste de las presiones mínima y máxima.5. Oxidante (óxido nitroso): para alcanzar la temperatura de llama de ciertos elementos, puede requerirse el empleo de óxido nitroso grado industrial o grado médico.6. Soluciones madre de los patrones: Pueden adquirirse en el mercado o prepararse a partir de reactivos de muy alta pureza. Las soluciones deben almacenarse en frascos de polietileno de alta densidad o vidrio, a temperatura ambiente. Debe colocarse en una etiqueta sobre el frasco la fecha de preparación y de vencimiento. Tales soluciones deben chequearse periódicamente por signos de deterioro.

Nota: Puede utilizarse también el polipropileno para la recolección y almacenamiento de las muestras. Sin embargo, se han reportado problemas de adsorción de metales sobre las paredes del recipiente. El analista debe realizar estudios para determinar, en su caso particular, si la adsorción es una limitante.

Las soluciones madre de los patrones se preparan de la siguiente forma:

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1. Calcio: A 2,4972 g de carbonato de calcio (CaCO3), añadir 50 mL de agua destilada y gota a gota, un volumen mínimo de HCl concentrado (aproximadamente 10 mL) para la disolución completa. Diluir a 1000 mL con agua destilada. 1,00 mL de esta solución equivale a 1,00 mg de calcio.

2. Hierro: Disolver 1,0000 g de alambre de hierro en 50 mL de HNO3 (1+1). Diluir a 1000 mL con agua destilada. 1,00 mL de esta solución equivale a 1,00 mg de hierro.

3. Níquel: Disolver 4,9530 g de Ni(NO3)2.6H2O en aproximadamente 200 mL de agua destilada. Añadir 1,5 mL de HNO3 concentrado y enrasar a 1000 mL con agua destilada. 1,00 mL de esta solución equivale a 1,00 mg de níquel.

4. Sodio: Disolver 2,5420 g de NaCl (previamente secado a 140 ºC por 30 minutos) y diluir a 1000 mL con agua destilada. 1,00 mL de esta solución equivale a 1,00 mg de sodio.

Soluciones de concentración intermedia: Diluir 10,00 mL de solución de cada estándar a 100,0 mL con agua destilada. 1,00 mL = 100 µg de cada elemento. Utilizar estas soluciones intermedias para preparar los patrones para las curvas de calibración de cada elemento en los siguientes rangos: Hierro, níquel y sodio: 0 a 10 ppm Calcio: 0 a 100 ppm. Solución de lantano para calcio (SLC): Disolver 58,65 g de óxido de lantano, La2O3, en

250 mL de HCl concentrado, añadiendo el ácido lentamente, hasta que el sólido se disuelva. Diluir a 1000 mL con agua destilada.

Solución de calcio para hierro (SCH): Disolver 630 mg de carbonato de calcio, CaCO3, en 10 mL de HCl concentrado. Añadir 250 mL de agua destilada. Si es necesario, hervir suavemente la solución, para obtener la disolución total. Enfriar y diluir a 1000 mL con agua destilada.

B. MATERIALES: Balanza analítica Matraces aforados de 100 y 1000 mL Cilindros graduados de 25, 50 y 250 mL Pipetas volumétricas de 2, 5 y 10 mL Pipetas graduadas de 5 mL

Para la calibración del calcio (y Mg) se mezclan 100 mL de cada patrón y de cada muestra con 25 mL de solución de lantano (SLC) antes de la aspiración de la solución en la llama.

En la calibración del hierro (y Mn) se mezclan 100 mL de cada patrón y de cada muestra con 25 mL de solución de calcio (SCH) antes de la aspiración de la solución en la llama.

Todas las soluciones deben ser preparadas en el momento del análisis. Algunas son estables. Es la responsabilidad del analista determinar la estabilidad de los patrones. Utilizar siempre

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pipetas volumétricas. Para la construcción de las curvas, emplear al menos tres patrones y el blanco. La concentración más baja del patrón debe ser, en lo posible, menor o igual a la anticipada para la muestra. La concentración más elevada corresponde al tope de linealidad, sin sobrepasar el valor de absorbancia igual a 1,00.

Si la absorbancia de una muestra excede el rango de trabajo de los patrones, diluir con agua destilada y analizar de nuevo.

Muestras y métodos de muestreo1. Manipulación de las muestras: Para la determinación de trazas de metales, deben extremarse las precauciones respecto de la contaminación y pérdidas de muestra. Particular importancia tienen la presencia de partículas en el ambiente del laboratorio, impurezas en los reactivos y en los aparatos del laboratorio que están en contacto con la muestra. Los recipientes de las muestras pueden introducir errores en la medición de trazas de metales por lavado o desorción de la superficie o reducción de la concentración por adsorción en las paredes.2. Recipientes para la muestra: Deben recolectarse muestras representativas en recipientes limpios de vidrio, polietileno de alta densidad o polipropileno. No deben emplearse recipientes con tapa metálica.3. Tamaño de la muestra: Debe ser suficiente para el análisis a realizar. En general, se utilizan unos pocos mililitros. Sin embargo, si se requiere un análisis múltiple, puede ser necesario un volumen mayor. 4. Preservación de la muestra: En la mayoría de los casos, se preservan por la adición de ácido nítrico a pH menor a 2. Algunos metales requieren un tipo diferente de preservación. Referirse al método específico. Si sólo se van a determinar elementos solubles, antes de agregar el ácido, pasar la muestra a través de un filtro de membrana de 0,45 m de diámetro. El filtrado y preservación deben realizarse tan pronto como sea posible, mejor al momento de la recolección.5. Almacenamiento de la muestra: Las muestras que contienen cantidades trazas del elemento de interés deben analizarse tan pronto como sea posible, preferiblemente cuando son recolectadas. Algunas muestras pueden almacenarse hasta por 6 meses, si se preservan adecuadamente.

ProcedimientoOperación del instrumento: Debido a las diferencias entre marcas y modelos, no es posible establecer un procedimiento general, aplicable a todos los aparatos. Referirse al manual de operación del equipo. Normalmente, se siguen estos pasos, aplicables al equipo disponible en el Laboratorio (Espectrofotómetro de Absorción Atómica/Emisión de llama Buck Scientific 200A):

A. Hierro y níquel por absorción atómica:1. Instalar la lámpara de cátodo hueco, seleccionar la longitud de onda (ver el manual del

equipo) y alinear la lámpara.2. Seleccionar la rendija (consultar el manual del equipo).3. Encender el instrumento y aplicar la intensidad de corriente sugerida por el fabricante

de la lámpara.

4. Dejar el instrumento en calentamiento por 10 a 20 minutos.

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5. Instalar el quemador de aire-acetileno.6. Encender el sistema de extracción de gases y abrir el acetileno (sin encender la llama).

Ajustar el flujo de este gas al valor especificado por el fabricante del equipo. Cerrar el acetileno.

7. Abrir el aire y ajustar su flujo al valor especificado.8. Abrir el acetileno y encender la llama.9. Atomizar agua destilada. Ajustar, si es necesario, el flujo de atomización a 3-5

mL/min.10. Atomizar un estándar de concentración intermedia y ajustar el quemador, si es

necesario, hasta obtener máxima respuesta. El instrumento está listo para analizar los patrones y las muestras.

11. Aspirar los patrones, empezando por los de menor concentración. Leer y anotar la absorbancia. Entre patrones, limpiar el quemador, nebulizando agua destilada.

12. Leer la absorbancia de las muestras, siguiendo un procedimiento similar al de los patrones. Chequear un patrón después de haber leído un máximo de 10 muestras. Los valores obtenidos deben estar dentro de 3 veces la desviación estándar de los conseguidos inicialmente. Si ese no es el caso, recalibrar el equipo y analizar de nuevo todo el grupo de patrones y muestras. Anotar las absorbancias de las muestras.

13. Para apagar la llama, cerrar el acetileno y dejar que la llama se extinga. Cerrar el aire.14. Vaciar las líneas de gases, luego de cerrar las válvulas de los cilindros. Apagar el

equipo y el sistema de extracción de gases.

B. Sodio por emisión de llama:1. Retirar las lámparas.2. Pulsar el botón “EMISSION” en el panel frontal del equipo.3. Colocar el botón selector en la posición “ABS/ZERO”. Los interruptores “INTEG” y

“MAN ZERO” deben estar en la posición “OUT”.4. Girar el control “CURVE” totalmente hacia la posición tope contra las agujas del

reloj.5. Fijar la longitud de onda y la rendija.6. Encender el sistema de extracción.7. Abrir el flujo de aire.8. Abrir el flujo de acetileno y encender la llama.9. Aspirar un patrón de concentración similar a la de la muestra y, utilizando el control

“ABS/ZERO”, colocar aproximadamente 0,500 en la pantalla digital. Retirar la solución patrón.

10. Aspirar el blanco, y utilizando ahora el control “CURVE”, colocar cero en la pantalla digital.

11. Aspirar cada patrón empezando por los de menor concentración. Leer y anotar la absorbancia. Entre patrones, limpiar el quemador, nebulizando agua destilada.

12. Aspirar las muestras, siguiendo un procedimiento similar al de los patrones. Chequear un patrón después de haber leído un máximo de 10 muestras. Los valores obtenidos deben estar dentro de 3 veces la desviación estándar de los iniciales. Si no, recalibrar el equipo y realizar otra vez la medición de patrones y muestras. Anotar las absorbancias.

13. Para apagar la llama, cerrar el acetileno, dejar extinguir la llama y cerrar el aire.14. Vaciar las líneas de gases, luego de cerrar las válvulas. Apagar el equipo y el sistema

de extracción de gases.

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C. Calcio por emisión de llama:1. Los pasos 1 a 5 son idénticos al procedimiento utilizado para el sodio.2. Instalar el quemador de óxido nitroso/acetileno.3. Encender el sistema de extracción. Abrir el acetileno (sin encender la llama) y ajustar

su flujo al valor especificado. Cerrar el acetileno.4. Abrir la válvula del cilindro de óxido nitroso y encender el sistema de calentamiento

del manómetro. Fijar el voltaje del calentador del manómetro al valor especificado por su fabricante.

5. Con los suministros de aire y óxido nitroso abiertos, girar la válvula selectora de comburente hacia óxido nitroso y ajustar su flujo a las especificaciones del fabricante.

6. Girar la válvula selectora hacia el aire. Chequear que el flujo no cambia.7. Abrir el acetileno y encender la llama, que tendrá un color amarillo brillante.8. Con un movimiento rápido, girar la válvula selectora hacia óxido nitroso. La llama

cambia hacia un color azul-rojo-rosado.9. Atomizar agua destilada y ajustar la velocidad de aspiración a 3-5 mL/min.10. Aspirar un patrón de concentración similar a la de la muestra y, utilizando el control

“ABS/ZERO”, colocar aproximadamente 0,500 en la pantalla digital. Retirar la solución patrón.

11. Aspirar el blanco, y utilizando ahora el control “CURVE”, colocar cero en la pantalla digital.

12. Aspirar cada patrón empezando por los de menor concentración. Leer y anotar la absorbancia. Entre patrones, limpiar el quemador, nebulizando agua destilada.

13. Aspirar las muestras, siguiendo un procedimiento similar al de los patrones. Chequear un patrón después de haber leído un máximo de 10 muestras. Una vez más, las lecturas deberían estar dentro de 3 veces la desviación estándar de los obtenidos inicialmente. Si no, se debe recalibrar el equipo y analizar de nuevo todo el grupo de patrones y muestras.

14. Atomizar un estándar de concentración intermedia, y ajustar, si es necesario, el quemador hasta obtener máxima respuesta. El instrumento está listo para analizar los patrones y las muestras. Realizar las mediciones y anotar los valores.

15. Para apagar la llama, girar rápidamente la válvula selectora de óxido nitroso a aire y cerrar el acetileno. Dejar que la llama se extinga. Cerrar el aire.

16. Vaciar las líneas de gases, luego de cerrar las válvulas de los cilindros. Apagar el sistema de calentamiento del óxido nitroso. Apagar el sistema de extracción de gases y el equipo.

Curva de calibraciónPara los elementos que se miden por AA, con los valores de absorbancia obtenidos para los patrones, se construye la curva de calibración correspondiente. La gráfica debe ser lineal sobre el rango de operación evaluado. En la emisión de llama, se grafica la emisión en función de la concentración. Se espera también un comportamiento lineal. Puede determinarse fácilmente la ecuación de la curva, utilizando regresión lineal.

Manejo de los datos y cálculos

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1. Construir la curva de calibración para cada elemento: Concentración, mg/L en el eje X y absorbancia en el eje Y.

2. Utilizando regresión lineal, determinar la ecuación de la línea obtenida. Nota: Si algún punto produjo un valor “extraño” de absorbancia, debe excluirse antes de obtener la línea de regresión.

3. Para cada elemento, determinar la concentración en cada una de las muestras, utilizando la curva de calibración (si puede leerse directamente el valor en mg/L) o su ecuación. NOTA: Si se utilizó una dilución de la muestra, para hallar su concentración debe multiplicarse la concentración determinada mediante la curva de calibración por el factor de dilución empleado. Por ej., si en la medición de sodio, para una de las muestras se debió realizar una dilución de 5 mL a 1000 mL (o lo que es equivalente 1:200) para que la absorbancia estuviese dentro del rango de los patrones, debe multiplicarse la concentración obtenida por el factor de dilución (200, en este caso).

4. Comparar los resultados de cada una de las muestras con los límites establecidos, de acuerdo al tipo de muestra.

Bibliografía consultada1. Annual Book of ASTM Standards D 4691-87: “Standard Practice for Measuring

Elements in Water by Atomic Absorption Spectrophotometry” ASTM. 1995.2. Skoog, D. A. y D. M. West: “Análisis Instrumental” Capítulo 5. Interamericana.

México. 1975.3. Willard, H. H., L. L. Merritt and J. A. Dean; “Instrumental Methods of Analysis”. 5 th

Edition. Chapter 12. D. Van Nostrand Co. New York. 1974.4. DECRETO 883. “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los

Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 5.021 (extraordinario). 11-10-1995.

5. NORMAS SANITARIAS DE CALIDAD DEL AGUA POTABLE. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 36395. 13-02-1998.

6. Corbitt, R. A.:”Manual de Referencia de la Ingeniería Ambiental”. p. 5-22. McGraw Hill. Madrid. 2003.

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PRACTICA 2. COAGULACIÓN-FLOCULACIÓNIntroducciónLa mayoría de las aguas superficiales presentan temporalmente algo de turbidez que obedece a la presencia de materiales en suspensión, tales como arcilla, limo, materia orgánica, plancton y otros organismos microscópicos que no se depositan por simple sedimentación.

Para sedimentar la turbidez, es preciso agregar un coagulante al agua, mezclar íntimamente y continuar con agitación lenta, hasta lograr un flóculo satisfactorio.

El coagulante que más se emplea para la remoción de la turbidez es el alumbre (sulfato de aluminio), que al disolverse en agua, forma el hidróxido de aluminio, el cual al precipitar, arrastra una parte de las partículas suspendidas en el agua:

Al2(SO4)3 Al(H2O)63+ + SO4

2- Al(OH)2+ + Al(OH)2+ + Al7(OH)17

4+ Al(OH)3↓

El mecanismo postulado para la remoción de turbidez involucra dos aspectos:1. Con dosis baja de alumbre, las especies de aluminio hidrolizadas se adsorben sobre el

coloide que produce la turbidez, desestabilizándolo. Este tipo de reacción es muy rápido (del orden de microsegundos).

2. Si se emplea una dosis alta de alumbre, el coloide es rodeado por el hidróxido de aluminio que está precipitando. En este caso, se habla de coagulación de barrido, que es más lenta, y ocurre de 1 a 7 s.

Es probable que la coagulación de un agua cruda sea producto de la existencia simultánea de ambos mecanismos.

El único método práctico para determinar la cantidad apropiada de coagulante que se debe dosificar es la realización de la prueba de coagulación-floculación. La dosis de productos químicos que produzca los mejores resultados en los recipientes de prueba se tiene que aproximar mucho a la dosis más conveniente que se aplique en la planta potabilizadora. Es preciso repetir esta prueba con cada cambio de turbidez del agua cruda. Si ésta llega a las instalaciones depuradoras procedente de un río, cuya turbidez varía rápidamente en época de lluvia, es necesario efectuar la prueba cada hora, y ajustar la dosificación de reactivos en la planta potabilizadora, según los resultados en el laboratorio.

Con un cuidadoso control de la dosis de coagulante, y con tanques de coagulación y de sedimentación bien diseñados, se puede obtener, después de éstas dos últimas operaciones, un agua muy clara.

A veces, es preciso ajustar el valor del pH, con el objeto de lograr una buena coagulación. Normalmente, ello supone el aumento del pH mediante la adición de cal.

Esta práctica cubre un procedimiento general para reducir la concentración de material disuelto, suspendido, coloidal y no sedimentable presente en el agua por la coagulación-flocu-

lación química, seguida por sedimentación por gravedad, y suministra una evaluación sistemática de las variables involucradas en el proceso.

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Aspectos legalesSiendo la coagulación-floculación una operación intermedia dentro de las plantas de potabilización, el agua producida en esta etapa no está sujeta a regulación, aunque las Normas de Calidad del Agua Potable de Venezuela establecen un límite de turbidez de 1 UNT (máximo aceptable de 5 UNT) para el agua de consumo humano. Sin embargo, en esta práctica no se mide la turbidez del agua tratada.

ResumenEl ensayo de coagulación-floculación permite evaluar la dosis de productos químicos y las condiciones para obtener resultados óptimos. Las variables que se investigan incluyen:

Reactivos químicos pH Temperatura Orden de adición y condiciones de mezclado.

Significado y uso Ésta práctica permite evaluar los agentes coagulantes y ayudantes de la coagulación que se utilizan en el tratamiento de aguas blancas y residuales. Así mismo, puede estudiarse el efecto de la concentración de ambos tipos de reactivos y el orden de adición.

Precauciones de SeguridadEl desarrollo experimental puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras. Considerar, sin embargo, los siguientes aspectos:

Los reactivos que se utilizan no son particularmente peligrosos. Como precaución, utilizar propipeteadores o pipeteadores automáticos para la medición de los volúmenes. Si accidentalmente cae solución de cal sobre los ojos, deben lavarse inmediatamente con agua. Para otras partes del cuerpo, emplear agua y jabón. Sobre precauciones en el manejo del alumbre, no se ha conseguido información en la literatura consultada. InterferenciasLas interferencias más importantes son:

A. Cambios en la temperatura durante la prueba: Puede ocurrir convección térmica, que produce interferencia en la floculación de las partículas. Esto puede prevenirse controlando la temperatura.

B. Desprendimiento de gases: Puede producirse flotación de los flóculos, debido a la formación de burbujas generadas por agitación mecánica, incremento de la temperatura o reacción química.

C. Período de la prueba: Factores como la actividad biológica pueden alterar las características de coagulación del agua después de un reposo prolongado. Por tal razón, debe minimizarse y registrarse el tiempo entre el muestreo del agua y el ensayo.

Aparato

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El procedimiento se puede realizar utilizando agitación manual (que es la técnica que se describe aquí, y que se denominará Prueba A), o mediante el ensayo de jarras, con un equipo automático (no disponible en nuestro laboratorio para el momento, pero de uso común en las plantas de tratamiento de agua, que también se describe en esta guía como Prueba B).

Reactivos y materialesPrueba A:A. REACTIVOS:

Solución de sulfato de aluminio (alumbre), Al2(SO4)3.18H2O: Disolver 0,5 g de la sal en 1 L de agua. Agitar bien antes de utilizarlo. Cualquier otro coagulante se prepara de la misma forma, en la concentración apropiada. 1 mL de esta solución corresponde a 0,5 mg de sulfato de aluminio.

Solución de cal: Agregar 0,5 g de cal a 1 L de agua clara. Esta cantidad de sólido no llega a disolverse totalmente, y parte de ella permanece en suspensión, por lo que es necesaria la agitación cada vez que se extraigan porciones con una pipeta, lo que se debe hacer inmediatamente después de la agitación, para evitar que la cal se sedimente. 1 mL de esta solución corresponde a 0,5 mg de cal.

B. MATERIALES: Vasos de precipitado de 500 mL Pipetas graduadas de 10 mL Cilindros graduados de 500 mL Varillas de vidrio Agitador múltiple, manual o eléctrico Cronómetro Balanza analítica Termómetro Medidor de pH (pH metro)

Prueba B:A. REACTIVOS:1. Pureza de los reactivos: Se asume que se utilizan reactivos grado analítico. Pueden emplearse sustancias de otra pureza, si se conoce que la calidad es suficiente para permitir su empleo sin reducir la exactitud de la determinación.

2. En la siguiente lista, aparecen los coagulantes típicos para la prueba. Todos ellos pueden prepararse el día del ensayo, a una concentración de 10 g/L (1 mL de esta solución o suspensión, cuando se adiciona sobre 1 L de muestra equivale a 10 mg/L).

Coagulantes usuales:Alumbre, Al2(SO4)3.18H2OSulfato férrico, Fe2(SO4)3.xH2OCloruro férrico, FeCl3.6H2OSulfato ferroso, FeSO4.7H2OCarbonato de magnesio, MgCO3.3H2OAluminato de sodio, NaAlO2

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Agentes oxidantes:Cloro, Cl2

Dióxido de cloro, ClO2

Permanganato de potasio, KMnO4

Hipoclorito de calcio, CaCl(ClO).4H2OHipoclorito de sodio, NaClO

Álcalis:Carbonato de calcio, CaCO3

Dolomita, (58% CaO, 40% MgO)Cal hidratada, Ca(OH)2

Óxido de magnesio, MgOCarbonato de sodio, Na2CO3

Hidróxido de sodio, NaOH

Agentes espesantes:BentonitaCaolínOtras arcillas y minerales

Misceláneos:Carbón activado en polvo.

3. Ayudantes de la coagulación: Existe en el mercado un número importante de ayudantes de la coagulación. Dependiendo de su composición, se clasifican en catiónicos, aniónicos o no iónicos. Esas sustancias tienen la habilidad de producir un flóculo denso, grande y pesado que sedimenta fácilmente, cuando se emplean solas o junto con coagulantes inorgánicos. La adición de una pequeña proporción de tales compuestos (menos de 1 mg/L) permite la reducción (y a veces la eliminación total) de la cantidad de coagulante a añadir. En el último caso, el polielectrolito se considera como coagulante y no como ayudante de la coagulación. Los ayudantes se presentan bajo la forma de sólidos o líquidos. Los sólidos se preparan en soluciones al 0,1 %, y se agrega la alícuota apropiada a la concentración final que se desea. Se debe adicionar lentamente y con agitación siempre el sólido al agua y no al revés. Los tiempos de disolución pueden ir de varios minutos a horas. Seguir las instrucciones del fabricante. Los polielectrolitos líquidos se preparan con facilidad.

Ayudantes de la coagulación:Sílice activadaPolielectrolitos catiónicosPolielectrolitos aniónicosPolímeros no iónicos

B. MATERIALES:

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Agitador múltiple. Un agitador de varias posiciones, con velocidades desde 20 a 150 rpm. Las paletas de agitación deben ser resistentes a la corrosión y todas del mismo tamaño. Es útil una base iluminada, que permita observar la formación del flóculo. Debe tenerse precaución de evitar el calor que suministra el medio de iluminación, ya que interfiere con el proceso de sedimentación. (ver Fig. 1).

Transvasador de reactivos: Un medio para introducir las soluciones a todas las jarras simultáneamente. (ver Fig. 2).

Vasos de precipitado de 1000 mLCilindros graduados de 1000 mLCronómetroBalanza analítica

FIGURA 1. EQUIPO PARA LA PRUEBA DE JARRAS

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FIGURA 2. TRANSVASADOR DE REACTIVOS PARA LA PRUEBA DE JARRAS

Muestra y método de muestreoAgua corriente. A manera de prueba, para fines didácticos, se puede preparar una suspensión de arcilla, que contenga 1 g del sólido por litro de agua.

ProcedimientoPrueba A:

1. Colocar 500 mL de muestra en cada uno de los vasos de precipitado2. Agregar cantidades variables de solución de sulfato de aluminio a cada uno de los

vasos. Agitar vigorosamente durante 1 minuto, y luego con lentitud durante 5 minutos más, permitiendo luego la sedimentación. Se sugiere que las observaciones se registren como en el ejemplo que sigue:

DOSIS DE ALUMBRE, ppm mL DE SOLUCIÓN DOSIFICADA pH T, ºC OBSERVACIONESCoagulación y sedimentación

10 10 Deficiente15 15 Buena20 20 Regular25 25 Regular

Pueden incluirse otros aspectos como: turbidez, tiempo de aparición del flóculo, aspecto del sobrenadante, etc.

3. En la prueba anterior, la mejor dosis se acerca a las 15 ppm de alumbre, por lo que se realiza un segundo ensayo, para obtener una cifra más exacta.

DOSIS DE ALUMBRE, ppm mL DE SOLUCIÓN DOSIFICADA pH T, ºC OBSERVACIONESCoagulación y sedimentación

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13 13 Regular15 15 Buena17 17 Excelente18 19 Regular

4. Los resultados indican que la dosis apropiada es de 17 ppm de alumbre. 5. Si el agua cruda tiene baja alcalinidad (menos de 20 ppm), puede ser necesario añadir

pequeñas cantidades de cal, para contribuir a la coagulación. Usualmente, sólo se requieren de 2 a 5 ppm de cal.

6. Trabajando ahora con la muestra que presenta mejores resultados de coagulación, tomar cuatro porciones de 500 mL, y añadir 17 mL de solución de alumbre. Agregar cantidades variables de solución de cal. Se recomienda registrar los resultados como se muestra en la siguiente tabla

ALUMBRE CAL pH T, ºC OBSERVACIONESDosis, ppm mL añadidos Dosis, ppm mL añadidos Coagulación y sedimentación

17 17 2 2 Regular17 17 3 3 Buena17 17 4 4 Excelente17 17 5 5 Buena

7. En la mayoría de los casos, la prueba de laboratorio es más eficiente que la coagulación en la planta de tratamiento, es decir, la dosis óptima que se obtiene en la prueba probablemente resulte más baja que la necesaria para producir una buena coagulación en la planta. En algunas plantas de tratamiento se ha encontrado que, si en la prueba de potabilización se logran los mejores resultados con, por ej., unos 12 mg/L de alumbre, para conseguir una buena coagulación en las instalaciones de la planta, se necesita una dosis de unos 17 mg/L.

8. Una vez que se conoce esta diferencia, se puede mantener el margen debido, y cada aumento de dosis en la prueba de laboratorio tiene que representar un incremento correspondiente en la dosis a aplicar en la planta.

Prueba B:1. Medir volúmenes iguales (1000 mL) de muestra en cada una de las jarras de 1500 mL.

Pueden utilizarse tantas muestras como vasos hayan en el equipo. Ubicar cada jarra de forma tal que los agitadores queden alejados del centro, y a ¼ de pulgada (6,4 mm, aprox.) de la pared. Registrar la temperatura de la muestra al inicio de la prueba.

2. Añadir los productos químicos a utilizar en el transvasador de reactivos. Utilizar un transvasador para cada serie de reactivos. Agregar agua a cada tubo, hasta llegar a los 10 mL antes de emplear el transvasador. Puede haber situaciones donde se requiera un volumen más alto de reactivos. Si este es el caso, se llenan todos los tubos con un volumen de agua igual al mayor volumen de reactivo en el transvasador. Al añadir lodos, puede requerirse agitar el transvasador antes de la transferencia.

3. Encender la agitación y colocar la velocidad “flash mix (mezcla rápida)”, que corresponde aproximadamente a unas 120 rpm. Agregar las soluciones o suspensiones a ensayar en la dosis y secuencia determinadas previamente. Agitar por 1 minuto más. Registrar el tiempo total de agitación y la velocidad (rpm).

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4. Reducir la velocidad al valor mínimo requerido para mantener las partículas de flóculos uniformemente suspendidas durante el período de “mezcla lenta”. Agitar por 20 minutos. Registrar el tiempo cuando aparece el primer flóculo. Durante el mezclado lento, cada 5 minutos, registrar el tamaño relativo del flóculo y la velocidad (rpm). Cuando se emplean ayudantes de la coagulación, es crítica la velocidad de agitación, ya que un mezclado excesivo tiende a romper los flóculos y a redispersar el ayudante de coagulación.

5. Después del período de mezcla lenta, retirar los agitadores y observar la sedimentación de los flóculos. Registrar el tiempo necesario para la floculación de la mayor parte de los sólidos. En algunos casos, pueden aparecer corrientes convectivas que interfieren con la sedimentación. Si tal es la situación, el tiempo de sedimentación es aquel en el cual las partículas que no sedimentan parecen moverse igualmente hacia arriba y hacia abajo.

6. Después de 15 minutos, registrar la apariencia del flóculo en el fondo del vaso y la temperatura. Si se desea, puede extraerse una porción del sobrenadante (la mitad o menos) para la medición del color, pH, turbidez o cualquier otro análisis que se requiera.

7. Repetir las etapas 1 a 6 hasta evaluar todas las variables.8. Los tiempos que aparecen en las etapas 3, 4 y 6 son referenciales.9. Para reportar los resultados, se puede utilizar una tabla como la que se muestra en la

página que sigue (Tabla 1).

TABLA 1. DATOS DE LA PRUEBA DE JARRAS.

Muestra: __________________ pH: _________ Turbidez: __________ Fecha: _______Ubicación: _________________ Color: ______ Temperatura: _______ºCTamaño de muestra: ___________________ mL

Producto empleado, mg/Lª Número de la jarra1 2 3 4 5 6

Producto AProducto BVelocidad de mezcla rápida, rpmTiempo de mezcla rápida, minVelocidad de mezcla lenta, rpmTiempo de mezcla lenta, minTemperatura, ºCTiempo de formación del 1º flóculo, minTamaño del flóculoTurbidezColorpH

ª Indicar el orden de adición de los productos.

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ReproducibilidadEn esta prueba, la reproducibilidad de los resultados es muy importante. Para chequear este parámetro, se sugiere el procedimiento 3 y 3, que consiste en tratar simultáneamente duplicados de 3 vasos con iguales cantidades de los productos químicos en los vasos 1 y 4, 2 y 5, y 3 y 6.

Manejo de los datos y cálculosEn esta práctica, los resultados son cualitativos, y no hay cálculos para realizar. Indicar solamente la temperatura y el pH en los sitios apropiados de las Tablas, y la “calidad” de la coagulación-sedimentación.

Bibliografía consultada1. Annual Book of ASTM Standards D 2035-80: “Standard Practice for Coagulation-

Floculation Jar Test of Water” ASTM. 1995.2. Romero, J.: “Acuipurificación” Capítulos 3-5. Escuela Colombiana de Ingeniería.

Bogotá. 1994.3. Romero, J.: “Acuiquímica” Capítulo 5. Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá.

1996.4. “Normas de Calidad del Agua Potable”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela

Nº 36.395. 13/02/1998.

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PRACTICA 3. CLORO RESIDUAL

IntroducciónEl cloro se utiliza bajo la forma de gas o de derivados clorados (hipocloritos, cloraminas) en el tratamiento del agua. El objetivo fundamental de este proceso es la desinfección o destrucción de los microorganismos patógenos, pero bajo condiciones controladas, permite también mejorar la calidad química del agua, al reaccionar con impurezas como el amoníaco, hierro, manganeso, sulfuros y proteínas.

El cloro gaseoso se combina con el agua formando ácido hipocloroso, HClO. Los hipocloritos, ClO-, al disolverse en el agua se disocian, y el ión hipoclorito reacciona con iones hidrógeno libres, formando ácido hipocloroso. La proporción de ión hipoclorito a ácido hipocloroso depende del pH. A medida que el pH aumenta por arriba de 4, se eleva también la proporción de HClO. Las reacciones son:

Cl2 + H2O = HClO + H+ + Cl-

Ca(ClO)2 + H2 = Ca 2+ + H2O + 2ClO-

ClO- + H+ = HClO

El cloro en el agua puede encontrarse bajo la forma de cloro libre, representado por el ácido hipocloroso o el ión hipoclorito, o bien como cloro combinado (cloraminas y otros derivados clorados). La acción desinfectante se debe al ácido hipocloroso, que actúa como un poderoso oxidante que destruye la materia orgánica (este ácido es 100 veces más poderoso como desinfectante que el ión hipoclorito).

La cantidad de cloro necesaria para destruir la materia orgánica del agua se denomina “demanda de cloro”, usándose el término “cloro residual” para designar la concentración de cloro, ya sea libre o combinado, remanente después del tratamiento de cloración. La presencia de cloro residual en el agua es indispensable para asegurar su potabilidad y para protegerla contra una posible contaminación post-cloración.

El cloro residual se determina por métodos basados en su poder oxidante, siendo los más comunes el iodométrico y el de la orto-tolidina. El primero se basa en la capacidad del cloro residual, ya sea libre o combinado, de oxidar el ión yoduro a yodo libre, a pH inferior a 8, y en la valoración del yodo liberado con solución de tiosulfato de sodio estándar, usando almidón como indicador. La reacción ocurre mejor a pH 3-4. Las reacciones químicas involucradas son:

Cl2 + 2I- = I2 + 2Cl-

I2 + 2S2O3 2- = S4O6

2- + 2I-

I2 + almidón = color azul

El tiosulfato de sodio que se utiliza en la determinación del cloro residual puede estandarizarse empleando dicromato de potasio, en presencia de un exceso de KI:

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Cr2O7 2- + 14H+ + 6I- = 3I2 + 2Cr 3+ + 7H2O

I2 + 2S2O3 2- = S4O6

2- + 2I-

I2 + almidón = color azulEl segundo método está basado en la oxidación de la orto-tolidina en medio ácido, para formar una holoquinona, que a pH inferior a 1,8 presenta un color amarillo, de intensidad proporcional a la concentración de cloro residual originalmente presente en el agua. Para obtener buenos resultados por este método, la concentración de cloro no debe ser inferior a 10 ppm y el pH debe ser menor a 1,3.

Si se desea establecer la demanda de cloro, puede tratarse una serie de porciones de muestra con cantidades variables y conocidas de cloro o hipoclorito, y valorar el cloro residual después de un determinado tiempo de contacto.

Los métodos mencionados para el agua encuentran también aplicación en la valoración de la concentración de cloro en las soluciones que se emplean para desinfección, o para el control de los tratamientos que se aplican a desechos industriales y aguas residuales. La mayoría de las soluciones de cloro comercial contienen entre 3 y 6% de hipoclorito de sodio en agua.

ResumenEl cloro libera iodo libre de una solución de yoduro de potasio a pH 8 o menor. El yodo liberado se titula con una solución patrón de tiosulfato de sodio, empleando almidón como indicador. La reacción se realiza preferentemente a pH 3-4.

Aspectos legalesEl Art. 6 de las Normas de Calidad del Agua Potable establece que “el agua potable destinada al abastecimiento público deberá contener en todo momento una concentración de cloro residual libre en cualquier punto de la red de distribución de 0,3 y 0,5 mg/L. Por otra parte, el Cuadro Nº 2 de las mismas normas determina un valor máximo aceptable para el mismo parámetro de 1.0 mg/L (un máximo de 3.0 mg/L aceptable provisionalmente, en casos extremadamente excepcionales, plenamente justificado ante la Autoridad Sanitaria Competente).

Las soluciones comerciales de cloro contienen (dependiendo de la marca) un 3 a 6 % de hipoclorito de sodio.

En relación con el contenido de cloro residual en el agua para piscinas, no se han establecido límites máximos en nuestro país. En México, el límite permisible de cloro residual libre es de 1,0 a 5,0 mg/L. En España, el decreto 193/1987 de 19 de mayo del Diario Oficial de la Generalidad de Cataluña, por la cual se aprueba el Reglamento Sanitario de Piscinas para uso colectivo, determina en el articulo 33.1 que los límites autorizados serán de 0,5 mg/L a 2 mg/L de cloro residual libre. El cloro total no excederá en más de 0,6 mg/l el nivel medio de cloro residual libre.

Significado y uso

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El ensayo permite determinar uno de los parámetros más importantes en el proceso de potabilización del agua. Puede emplearse en las plantas de tratamiento de aguas blancas o residuales (si utilizan cloro como última etapa de desinfección) o en las redes de distribución de agua potable.

Precauciones de seguridadEsta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras. Como precauciones específicas, pueden mencionarse:1. Debe tenerse cuidado extremo al manipular soluciones concentradas de ácido sulfúrico. Para la manipulación del ácido, emplear ventilación adecuada, gafas protectoras, mascarilla, guantes de goma y trajes protectores Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.2. El ácido acético, en concentraciones elevadas en el aire, provoca irritación de los ojos y garganta, y deprime el sistema nervioso central. Es un irritante severo de las membranas mucosas, la piel y los ojos. El contacto con la piel puede causar dermatitis y úlceras cutáneas. Para la manipulación del ácido, deben utilizarse gafas protectoras, ventilación adecuada, mascarilla con adsorbente químico y vestido protector de goma. Si ha habido contacto con la solución, lavar los ojos con agua, con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo, y lavado gástrico con agua de cal si se ha ingerido.3. El dicromato de potasio es un irritante y alérgeno. Como todas las sales hexavalentes de cromo, es muy tóxico. Utilizar ventilación adecuada, guantes, delantales y botas de goma, mascarilla con filtro mecánico. Acentuar la limpieza personal. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.

InterferenciasEl cloro residual puede determinarse en solución neutra o ácida. Aunque la medición en solución neutra minimiza el efecto interferente del Hierro (III), Manganeso (III) e ión nitrito, se prefiere la titulación ácida, ya que es más precisa. Se emplea ácido acético para la titulación ácida (se puede utilizar ácido sulfúrico si se sabe que las sustancias interferentes están ausentes). No emplear nunca ácido clorhídrico. La concentración mínima detectable es aproximadamente de 40 g/L Cl al emplear tiosulfato de sodio 0,01 N con una muestra de 500 mL.

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

1. Solución de KI al 10 % p/v.2. Ácido acético concentrado (glacial)

3. Solución estándar de tiosulfato de sodio 0,1N ó 0,01N (dependiendo de la concentración anticipada de cloro en la muestra). Disolver 25 g de Na2S2O3.5H2O en 1 L de agua destilada (hervida recientemente y enfriada). Titular esta solución con dicromato de potasio luego de 2 semanas de almacenamiento. Para la preparación del

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tiosulfato, utilizar agua destilada hervida y añadir unas pocas gotas de cloroformo, CHCl3, para minimizar la descomposición bacteriana.

4. Titulante de tiosulfato de sodio estándar 0.01N. Realizar una dilución 1:10 de una solución 0,1N envejecida y preparada como se describió previamente, utilizando para la dilución agua recientemente hervida y enfriada. Puede mejorarse la estabilidad de la solución resultante añadiendo unas pocas gotas de CHCl3 o 0.4 g de borato de sodio y 10 mg de yoduro mercúrico por L de solución. Para una mayor precisión, titular diariamente esta solución, de acuerdo al procedimiento descrito más adelante (ver Estandarización), utilizando K2Cr2O7 0.01N.

5. Solución patrón de dicromato de potasio 0,1N: Disolver 4.904 g de dicromato de potasio anhidro, K2Cr2O7, de grado reactivo (secado a 105 ºC por 1h), en agua destilada y diluir a 1 L para obtener una solución 0.1N. Almacenar en recipiente con tapa de vidrio. Si es necesario, realizar una dilución 1:10, para preparar la solución 0.01N.

6. Solución indicadora de almidón: A 5 g de almidón soluble agregar en un mortero una pequeña cantidad de agua fría para formar una pasta poco espesa. Colocar esta pasta sobre 1 L de agua destilada hirviente, agitar y dejar sedimentar toda la noche. Utilizar el sobrenadante claro. Para la preservación, emplear 1.25 g de ácido salicílico, o 4 g de cloruro de cinc.

B. MATERIALES: Erlenmeyers de 100, 250 y 500 mL Cilindros graduados de 100, 500 y 1000 mL Pipetas volumétricas de 1 mL Matraces aforados de 100 mL Pipetas graduadas de 1, 5 y 10 mL Buretas de 10 mL Varillas de vidrio Soporte para la bureta Balanza analítica

Muestra y métodos de muestreoEl recipiente para la muestra puede ser de plástico o de vidrio. La muestra debe analizarse inmediatamente (no se puede preservar).a) Volumen de muestra: Seleccionar un volumen de muestra que no requiera más de 20 mL

de Na2S2O3 0.01N. Si la concentración de cloro residual es de 1 mg/L o menos, utilizar 1000 mL de muestra. Para un rango de cloro de 1 a 10 mg/L, la muestra es de 500 mL, y por arriba de 10 mg/L, una muestra proporcionalmente menor. En el caso de soluciones desinfectantes, emplear 1 mL diluido a 100 mL con agua destilada.

b) Tipo de muestra: Agua de chorro o de otra fuente clorada Solución desinfectante de cloro comercial

Procedimientoa) Preparación de la muestra para titulación: Colocar 5 mL de ácido acético glacial en un

erlenmeyer de capacidad apropiada, de acuerdo al volumen de muestra. Añadir 10 mL de solución de KI al 10% y agitar bien con una varilla de vidrio. Agregar la muestra en el erlenmeyer y mezclar de nuevo con la varilla.

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b) Titulación de la muestra: La valoración debe hacerse lejos de la luz solar directa. Adicionar lentamente y con agitación la solución de Na2S2O3 0.01N desde una bureta hasta la casi total desaparición del color amarillo del yodo liberado. Agregar 1 mL de solución de almidón y continuar la valoración hasta la desaparición del color azul.

c) Titulación en blanco: Realizar una titulación en blanco, utilizando un volumen de agua destilada igual al de la muestra, al que se le agregan 5 mL de ácido acético glacial, 10 mL de solución de KI al 10 % y 1 mL de solución de almidón. La titulación en blanco que se efectúa depende de si se obtiene o no un color azul al agregar la solución de almidón.

1. Titulación en Blanco 1 : Si se obtiene un color azul, titular con solución de Na2S2O3 0.01N y reportar el resultado como Titulación en Blanco 1.

2. Titulación en Blanco 2 : Cuando no se observa color azul, valorar con solución de yodo 0,0282N (ver Estandarización) hasta la aparición de un color azul. Titular luego por retroceso con Na2S2O3 0.01N y reportar la diferencia como Titulación en Blanco 2.

Antes de calcular el cloro residual, restar el valor Titulación en Blanco 1 de la titulación de la muestra; o, si es necesario, añadir el valor neto equivalente de la Titulación en Blanco 2.

EstandarizaciónDebe estandarizarse el tiosulfato de sodio 0,1N de acuerdo al siguiente procedimiento:A 80 mL de agua destilada colocados en un erlenmeyer de 250 mL, añadir con agitación constante 1 mL de H2SO4 concentrado, 10.00 mL de K2Cr2O7 0,10N y 10 mL de solución de KI al 10%. Titular inmediatamente con Na2S2O3 0.1N hasta la casi total desaparición del color amarillo del yodo liberado. Agregar 1 mL de solución indicadora de almidón y continuar la titulación hasta que desaparezca el color azul.

Si se va a titular el tiosulfato 0,01N, se sigue el mismo procedimiento anterior, pero utilizando solución 0,01N de K2Cr2O7.

Reacciones:Cr2O7

2- + 14H+ + 6I- = 3I2 + 2Cr3+ + 7H2O2S2O3

2- + I2 = S4O62- + 2I-

I2 + almidón = color azul

Preparación de la solución de yodo 0,1N: Colocar 12.7 g de yodo en un vaso de precipitado de 250 mL. Agregar 4 g de yoduro de potasio y 25 mL de agua. Agitar hasta la disolución completa y diluir hasta 1 litro. Guardar la solución en un frasco con tapa de vidrio y protegerla de la luz tanto como sea posible. Por dilución apropiada de esta solución, puede prepararse la de normalidad 0,0282, que debe valorarse con tiosulfato 0,01N.

Manejo de los datos y cálculos1. Para la determinación de la normalidad, N, de la solución de tiosulfato de sodio, se

asume que la solución de dicromato de potasio tiene una normalidad exacta, de forma tal que, en el punto final, los equivalentes de ambas soluciones son iguales:

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Ntiosulfato x Vtiosulfato = N dicromato x V dicromato

En la ecuación anterior, se conocen los dos valores del lado derecho. El Vtiosulfato

corresponde al obtenido al alcanzar el punto de equivalencia.2. Para la determinación de la concentración de cloro residual en la muestra, emplear la

ecuación:

mg / L Cl =( A±B ) x N x 35 ,45

mL de muestrax 1000 x f

A = volumen de Na2S2O3 para la muestra, mLB = volumen de Na2S2O3 para el blanco (puede ser positivo o negativo), mLN = normalidad del Na2S2O3 , obtenida por titulación con el K2Cr2O7, meq/mL35,45 = peso mili equivalente del cloro, mg/meq1000 = factor de conversión de L a mLf = factor de dilución (si es el caso, f = Volumen solución diluída/volumen alícuota

para la dilución, ej.: para una dilución de 5 mL de agua de cloro comercial a 500 mL, f= 500 mL/5 mL = 100).

3. Si se utilizó agua de cloro comercial como una de las muestras, no deben compararse sus resultados con los correspondientes a las Normas para Agua Potable.

En el cálculo de la concentración de NaClO, utilizando el resultado de la valoración de la solución:

NaOCl , mgL

=Cl ,

mgl

∗74.45

35.45

NaOCl , % pesovolumen

=NaOCl ,mg /L10.000

Bibliografía consultada1. APHA, AWWA, WPCF: “Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater” 14th Edition. pp. 309-344. USA. 1976.2. Sawyer, C. N. et al.: “Química para Ingeniería Ambiental”. 4ª Edición. Capítulo 19.

Mc Graw Hill. Bogotá. 2001.3. Romero R., J. A.: “Acuiquímica” Capítulo 6. Escuela Colombiana de Ingeniería.

Bogotá. 1996.4. Plunkett, E. R.: “Manual de Toxicología Industrial”. pp. 22, 190. Urmo. Bilbao. 1974.5. Kolthoff, I. M. y E. B. Sandell: “Tratado de Química Analítica Cuantitativa”. 4ª

Edición. Cap. 38. Editorial Nigar. Buenos Aires. 1960.

6. Harte, J. et al: “Guía de las Sustancias Contaminantes”. p. 263. Grijalbo. México. 1995.

7. “Normas Sanitarias de Calidad del Agua Potable”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 36.395. 13/02/1998.

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8. Secretaria de Salud. Anteproyecto de Norma Oficial Mexicana PROY-NOM-000-SSA1-2005.

9. Decreto 193. Diario Oficial de la Generalidad de Cataluña. 19 de mayo de 1987.

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PRACTICA 4. PARTÍCULAS TOTALES SUSPENDIDAS

IntroducciónLas partículas arrastradas por el viento y levantadas desde el suelo, con tamaños menores a 10 m tienen tendencia a permanecer suspendidas. Puesto que esta clase de polvo es respirable y muy perjudicial, conviene tomar muestras de aire, de manera de poder cuantificar su concentración. El dispositivo que se utiliza para este fin es un motor semejante a una aspiradora, que lleva aire por succión a la zona de filtración. Cuando se trabaja con aire prácticamente estacionario, la geometría del equipo de alto volumen (conocido como “Hi-Vol”) que se emplea, aprovecha el techo inclinado para obligar al aire que entra al dispositivo a cambiar su dirección 90º antes de llegar al filtro horizontal (Ver Fig. 1).

FIGURA 1. CASETA DEL MUESTREADOR DE ALTO VOLUMEN (“HI-VOL”).

El Hi-Vol permite muestrear un gran volumen de aire (1600 a 2400 m3, o 55000 a 85000 pie3), utilizando una aspiradora de alta capacidad a un flujo entre 1,13 y 1,7 m3/min (40-60 pie3/min), con el cual se recolectan partículas de diámetro equivalente menor o igual a 60 m. Al emplear filtro de fibra de vidrio, el diámetro de partícula usualmente está entre 100 y 0,1 m. La muestra reunida puede ser sometida a análisis posteriores por una variedad de métodos para constituyentes específicos (plomo, por ejemplo). Es recomendable utilizar el filtro apropiado para cada caso.

Para elegir un medio de filtración, deben considerarse al menos dos aspectos:1. Tipo de partículas a recoger: si son finas, y la humedad del aire es elevada, pueden

absorber agua, provocando una disminución del flujo de aire.2. Naturaleza química del filtro: algunas partículas orgánicas pueden disolverse en

determinados filtros, y gases como el NO2 o SO2 pueden atacar algunos filtros de

membrana. Los filtros de fibra de vidrio no deben utilizarse para partículas a las que se les desea analizar sílice.

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La máxima cantidad de material recolectado está determinada por el taponamiento del medio filtrante con el material de la muestra, lo que reduce significativamente el flujo de aire. Para atmósferas muy contaminadas, debe reducirse el tiempo de muestreo. La eficiencia se incrementa con el tamaño de la muestra, y depende de algunas variables, entre ellas:

1. Humedad relativa del aire2. Tamaño de partícula3. Forma de la partícula y rugosidad de su superficie4. Grado de aglomeración5. Carga estática de las partículas y el filtro6. Tiempo de contacto y espesor del filtro7. Temperatura ambiente8. Propiedades químicas del material del filtro.

El límite inferior del tamaño de la muestra a recolectar depende de la sensibilidad de la balanza analítica de que se disponga. El valor usual es de 3 mg (nivel de confianza de 95%). Cuando el equipo trabaja a un flujo promedio de unos 60 pie3/h por 24 h, este peso corresponde a una concentración de partículas de 1-2 g/m3. La cantidad normal está entre 3 y 10 mg de sólido retenido en el filtro. El filtro puede ser:

1. Un disco circular de fibra de vidrio (o cualquier otro material apropiado) de 4 pulgadas de diámetro.

2. Un filtro de fibra de vidrio (o de otro material adecuado) de 4 x 4 pulgadas o de 8 x 10 pulgadas.

Este último es el de uso más frecuente, y permite recoger muestras a una velocidad de aire entre 40 y 60 pie3/min, con tiempo de muestreo normal de 24 h (lo que corresponde a unos 65.000-75.000 pie3 de aire ambiental y unos 0,5 g de partículas, aproximadamente). Operando a un flujo de 1,1 m3/min (40 pie3/min) durante 24 ± 1h, se pueden determinar concentraciones de partículas suspendidas en un rango de 2,0 a 750 µg/m3. Para concentraciones mayores, se deben realizar muestreos menores a 24 horas.

Aspectos LegalesEl Art. 3 del Decreto 638 establece los límites de calidad del aire para Partículas totales suspendidas de acuerdo con la siguiente Tabla: “

Contaminante Límite(µg/m3)

Porcentajeexcedenciaen lapso demuestreo

Período demedición(horas)

2. Partículas 75 50% 24Totales 150 5% 24

Suspendidas 200 2% 24260 0.5% 24

Las concentraciones de los contaminantes se calcularán para condiciones de 1 atmósfera y 298K”.

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Por otra parte, en el Art. 5 del mencionado Decreto, “se establece la siguiente clasificación de zonas de acuerdo con los rangos de concentraciones de Partículas Totales Suspendidas (PTS), calculadas en base a promedios anuales:

Partículas, µg/m3 Zona< 75 Aire limpio

75-200 Aire moderadamente contaminado201-300 Aire altamente contaminado

> 300 Aire muy contaminado

Las zonas con niveles superiores a 300 µg/m3 serán objeto de la implantación de medidas extraordinarias de mitigación”

ResumenSe aspira aire ambiental hacia una caseta cubierta, donde se ha colocado un papel de filtro, para recolectar las partículas con diámetro menor a 100 µm en la superficie del filtro. Se pesa la cantidad de partículas retenidas en el papel en un período específico de tiempo y se mide el flujo de aire muestreado durante ese lapso. El resultado se expresa en términos de la masa de partículas recolectada por unidad de volumen de aire muestreado, usualmente en microgramos por metro cúbico (µg/m3). El volumen de aire muestreado se determina por un indicador de flujo y el tiempo de exposición. El indicador de flujo del equipo se calibra contra un kit de referencia, que se toma como patrón, y que a su vez ha sido calibrado por su fabricante.

Las partículas retenidas en el filtro pueden analizarse por una variedad de métodos para constituyentes específicos.

Significado y usoEl equipo de Hi-Vol se utiliza con frecuencia para la recolección de partículas presentes en la atmósfera. Algunos parámetros físicos y químicos de las partículas recolectadas dependen de las características físicas del sistema de recolección y del medio filtrante. El procedimiento que se presenta mide la concentración de partículas con buena precisión, pero los niveles de partículas pueden variar ampliamente de un lugar a otro. Esto implica que la ubicación del equipo es primordial, y puede ser más importante que la falta de precisión en el método de medición. En particular, algunas fuentes específicas pueden tener una influencia determinante sobre un área próxima, tal como calles no pavimentadas, carreteras o autopistas con alto tráfico vehicular, demolición de edificios, actividades de construcción y plantas industriales con emisiones no controladas de partículas. En algunos casos, los niveles de partículas medidos en tales sitios pueden ser de varios órdenes de magnitud superiores a los que tienen las mismas comunidades si se excluyen tales fuentes.

InterferenciasLas más importantes son:

Algunos objetos como insectos, que puedan ser arrastrados hacia el filtro, produciendo errores de pesada.

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Aerosoles líquidos, tales como gotas de aceite o de neblina, que puedan ser retenidos por el filtro. Si la cantidad de líquido retenido es grande, el filtro se humedece, y se dificulta la operación del equipo.

Gases y vapores presentes en la atmósfera que puedan reaccionar al adsorberse sobre el filtro o con las partículas retenidas, y pesarse como partículas.

A medida que se retienen partículas sobre el filtro, disminuye el flujo de aire. Si la reducción es muy importante, el flujo promedio que se calcula no produce un estimado exacto del flujo total durante el período de muestreo. La magnitud de este error depende de la reducción observada del flujo y de la variación de la masa de partículas con el tiempo durante el lapso de muestreo. A manera de referencia, se considera sospechosa una muestra si el flujo final es menor que la mitad del flujo inicial. Para conocer la existencia de este problema, se requiere un registro continuo del flujo, o se puede eliminar completamente tal dificultad empleando un muestreador de flujo constante.

Existe la posibilidad de falla eléctrica o de cambio de voltaje durante el lapso del muestreo. La magnitud de este error depende de la extensión y de la duración de la falla. Es prudente tener un registro continuo del flujo.

No es conveniente dejar el filtro colocado sobre el equipo mucho tiempo antes o después de la operación de muestreo, porque puede introducirse un error adicional. Es recomendable su instalación y remoción a tiempo.

Si se emplean dos o más muestreadores en un sitio específico, deben colocarse al menos a 2 m uno del otro, de forma tal que un muestreador no afecte los resultados del muestreador adyacente.

Los polvos metálicos de los motores, especialmente el cobre, pueden contaminar apreciablemente la muestra en algunas condiciones.

En algunos casos, el SO2 y el NOx de la atmósfera pueden interferir en la determinación de la masa total de partículas.

AparatoLas características esenciales del muestreador de alto volumen se muestran en las Figs. 1 y 2. El aparato está constituido por una unidad compacta, que consiste de:

A. Caseta protectora que cumpla con las siguientes especificaciones: Debe permitir que el filtro se mantenga en posición horizontal al menos a 1,0

m sobre el nivel del suelo o la superficie de apoyo. Debe tener forma rectangular, con techo a dos aguas, que cubra y proteja al

filtro y al muestreador de la lluvia y de otros agentes externos. El techo de la caseta debe estar apoyado sobre articulaciones, de forma tal que

la separación entre el extremo inferior y los cuatro lados del cuerpo de la caseta proporcionen un área libre media en un plano horizontal de 730 a 1230 cm2, para un flujo entre 1,1 y 1,7 m3/min, con velocidad de captura de 23 ± 2

cm. /s. La distancia libre mínima entre el borde superior de la caseta y el techo debe ser tal que garantice un área libre de al menos, un 60% del área de aspiración. (Ver Fig. 2)

Pantalla deflectora, que impida que la salida del aire aspirado incida directamente sobre la superficie de apoyo del muestreador.

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FIGURA 2. CASETA DEL MUESTREADOR.

B. Portafiltros, formado por una rejilla de base y marco de soporte para filtros de abertura rectangular de 8 x 10 pulgadas, empacaduras, protector y tuercas.

C. Aspiradora, capaz de operar por períodos de 24 horas continuas a un flujo de 40 a 60 pie3/min.

D. Medidor de flujo, capaz de registrar hasta 0,03 m3/min (1,0 pie3/min)E. Programador automático de tiempo (timer)F. Contador de tiempoG. Controlador de flujo (desviación del 2%).

Además, se requiere una unidad de calibración de orificio, que consiste de:

Un tubo de metal de 7,5 cm. de diámetro y 15,9 cm. de longitud, consistente de un conjunto de 5 platos de resistencia variable al paso del flujo, curva de calibración y adaptador, o aquel equipo que cumpla con la misma función.

Placa adaptadora de la unidad de calibración (opcional).

Materiales1. Medio filtrante:

Filtro de fibra de vidrio o de otro material no higroscópico e inerte, con un área de 406 cm2 (20,3 x 25,4 cm.), que permita el paso de un flujo mínimo de aire de 1,1 m3/min (40 pie3/min) y capaz de retener partículas con diámetro igual o mayor que 0,3 m.

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En general, la selección del medio filtrante depende del propósito del ensayo, ya que algunas características del filtro pueden afectar su selección y empleo.Los medios filtrantes de uso más común son:

Fibra de vidrio: Es el de uso más frecuente, debido a la estabilidad en su peso cuando cambia el contenido de humedad. Sus características más importantes son: un elevado contenido de fibra de vidrio, poco material de relleno y espesor aproximado de 0,5 mm. Las partículas recolectadas pueden ser examinadas, pero si se desea realizar un análisis químico, debe emplearse el tipo sin relleno. La elevada relación superficie/volumen permite la extracción de contaminantes del material del filtro, especialmente al utilizar reactivos concentrados.

Fibra de sílice: Se emplea cuando se requiere utilizar un filtro de fibra mineral, que vaya a ser tratado luego con reactivos concentrados. Estos materiales se preparan generalmente tratando fibra de vidrio con ácidos minerales fuertes y luego con agua desionizada. Esta fibra es muy débil, pero puede formar hojas sin la adición de material de relleno. Este material es de desarrollo reciente, pero ya están disponibles en el comercio.

Celulosa: Para algunas aplicaciones especiales, puede ser necesario recoger las partículas sobre un filtro de celulosa. Se prefiere emplear los filtros de papel sin cenizas, si se va a destruir el filtro por ignición o digestión química. Sin embargo, tales filtros presentan elevada resistencia al flujo y más baja eficiencia de recolección de partículas que los de fibra de vidrio. Además, la celulosa es muy sensible al contenido de humedad del aire, haciendo muy difícil la pesada de las partículas recolectadas, lo que implica el empleo de un recipiente metálico con tapa, donde se coloque el filtro para su pesada.

2. Barógrafo o barómetro, capaz de medir presiones cercanas a 0,1 kPa (1 mm Hg)3. Termómetro con apreciación de ± 0,1 ºC4. Reloj, capaz de indicar 24 h ± 2 min.5. Manómetro diferencial, capaz de medir 4 kPa (40 mm Hg)6. Desecador de tamaño grande o un cuarto adaptado para el acondicionamiento del filtro,

su almacenamiento y pesada. Los filtros se almacenan y acondicionan a una temperatura entre 15 y 27 ºC y humedad relativa entre 0 y 50%.

7. Balanza analítica con apreciación de 0,1 mg y capacidad de 5 g. Es recomendable que la balanza tenga una cámara de pesada de tamaño apropiado, con un soporte que pueda acomodar el filtro sin necesidad de doblarlo o de exponerlo a sacudidas innecesarias durante la pesada, que puedan producir deformaciones permanentes o marcas pronunciadas.

Muestra y método de muestreoUbicación del sitio de muestreo: La caseta para el muestreo debe colocarse en un sitio protegido de acciones vandálicas, sometido a las siguientes restricciones: Una altura mínima de 2 m y máxima de 15 m medidos a partir de los soportes de la

caseta. Separada a un mínimo de 2 m de paredes, techos y similares que correspondan a la

misma estructura donde estará colocada.

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Ubicación horizontal a una distancia igual o mayor a dos veces la altura de la edificación más cercana, y de forma tal que no existan restricciones al flujo libre de aire en un ángulo mínimo de 270º de frente a la dirección predominante de los vientos. Al aplicar esta restricción, la distancia del muestreador a la primera obstrucción en el cuadrante restante debe ser igual o mayor a 2 m.

Colocación de forma tal que la salida de cualquier fuente fija no incida directamente sobre la entrada del equipo de toma de muestras.

Lo más alejada posible de construcciones o movimientos de tierra temporales, quemas a campo abierto u otras actividades que generen partículas en el área de muestreo.

Respecto a las vías de tránsito automotor, si el flujo de vehículos es menor de 3000 automotores por día, debe colocarse la caseta a más de 5 m del borde de la vía más cercana, y a una altura no menor a 2 m sobre el nivel del suelo. Si el flujo de tránsito es mayor de 3000 vehículos por día, la ubicación de la caseta debe hacerse según los criterios de la Fig. 3.

FIGURA 3. UBICACIÓN DE LA CASETA SEGÚN EL FLUJO DE TRÁNSITO(MAYOR A 3000 VEHÍCULOS/DIA)

Si la caseta se va a ubicar por debajo de vías de tránsito elevadas a menos de 5 m del nivel del suelo, se debe colocar a una distancia de 25 m a partir del borde más cercano de la vía, independientemente del flujo de vehículos.

La caseta debe colocarse sobre áreas pavimentadas o con otra cubierta que minimice el arrastre de polvo.

Procedimiento1. Acondicionamiento del filtro: Preparar el filtro, de acuerdo al siguiente

procedimiento: Selección del filtro: Inspeccionar visualmente cada filtro, utilizando una mesa

traslúcida iluminada y retirar las fibras sueltas, empleando una brocha suave. Descartar los filtros que presenten alguna rotura, perforación o cualquier otra imperfección visible.

Antes de pesarlo, marcar cada filtro (para su identificación, si es que no tiene impreso un número) y acondicionarlo durante 24 h como mínimo, a una

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temperatura menor a 30 ºC ± 3ºC y humedad relativa entre 0 y 50%, constante dentro de ± 5%, utilizando un ambiente de acondicionamiento o una cámara acondicionante. Como cámara, puede utilizarse un desecador de tamaño apropiado, con un agente desecante que asegure una humedad relativa menor del 50%, constante dentro de ± 5%. Los filtros de fibra de vidrio y de sílice son muy estables, y un solo ciclo de preparación puede ser adecuado.

2. Para el pesaje del filtro, encender la balanza y dejarla prendida hasta lograr una lectura estable, antes de comenzar a pesar los filtros. Durante el acondicionamiento y pesada del filtro, puede ser necesario enrollarlo, formando un tubo de unos 50 mm de diámetro, para facilitar su manipulación. No se debe doblar el filtro. Antes de pesar el primer filtro, debe verificarse la calibración de la balanza, utilizando pesas con valores entre 3 y 5 g. No debe haber diferencias en los valores medidos mayores de ± 0,5 mg. En caso contrario, debe revisarse y ajustarse la balanza.

Pesar los filtros acondicionados, uno a la vez, colocándolos cuidadosamente y sin plegar en el platillo de la balanza, de forma tal que el filtro no sufra ningún tipo de deformación. Si se utilizó una cámara de acondicionamiento, pesarse cada filtro dentro de los 30 s después de retirarlo de ésta. Una vez logrado el peso constante, registrar el valor en la planilla (Ver Anexo A) y colocar el filtro en una carpeta, empaque o sobre, que garantice que no lleguen partículas al filtro y que no se doble o contamine.Anotar en la carpeta o empaque seleccionado para guardar el filtro: el número del filtro, el peso y el número de lote o caja.Guardar el lote de filtros, de modo que no se dañen o contaminen. No se debe plegar o doblar el filtro antes de la captación de la muestra.

3. Cuando se va a realizar el muestreo, verificar que la caseta está ubicada de acuerdo a lo estipulado en la página anterior.Retirar el protector metálico del portafiltros, aflojar las tuercas circulares y remover el marco rectangular. Limpiar sus componentes.Se debe evitar que el filtro se ensucie, raye o se le adhieran partículas extrañas. Protegerlo de corrientes de aire como las producidas por ventiladores o ventanas abiertas. De ser posible, manipular el filtro con pinzas y colocarlo en el portafiltros limpio. Colocar el filtro con la cara más rugosa (o con el número, si lo tiene) hacia arriba y centrarlo lo mejor posible.Instalar nuevamente el marco rectangular en su sitio, procurando que el filtro no se mueva y que quede centrado en la rejilla del portafiltros. Ajustar las tuercas circulares, y colocar el protector metálico.

4. Quitar el seguro y levantar la tapa de la caseta. Sujetar por detrás. Limpiar bien todas las partes internas y externas del muestreador, con una brocha seca y/o con un paño húmedo. Colocar el portafiltros en el muestreador (con el filtro nuevo no expuesto), ensamblando y sujetando bien, hasta lograr un acoplamiento. Encender el equipo y registrar el flujo inicial, la temperatura y la presión atmosférica. Ubicar el portafiltros en su sitio dentro de la caseta. Cerrar la tapa de la caseta. Si no se cuenta con programador de tiempo, es conveniente colocar y retirar los filtros de los muestreadores entre las 06:00 AM y las 09:00 AM, para que el día indicado como del muestreo sea representativo.

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5. Si el equipo no posee programador de tiempo, encenderlo manualmente y anotar el día y la hora en la hoja de datos, cuando se escuche el arranque de la aspiradora. Cerciorarse que el flujo se mantenga estable en un rango de ± 10% del flujo inicial.Si el muestreador posee programador de tiempo (timer), colocar el horario y el día elegido. El horario recomendado es desde las 00 horas hasta las 24 horas, para el día seleccionado para el muestreo.Cuando el equipo posee registrador, se debe colocar la carta circular en el registrador de hora y flujo, y con la plumilla levantada, hacer coincidir con la línea correspondiente a la hora, moviendo la línea central (utilizando un destornillador, moneda o similar) hacia la derecha, en el sentido de las agujas del reloj. Bajar la plumilla, hasta que haga contacto con la carta circular y verificar que el registrador funcione correctamente.

6. Dejar el equipo en funcionamiento por el tiempo especificado, que es generalmente 24 h. Si es posible, registrarse durante este período varias lecturas de flujo, temperatura, presión atmosférica y tiempo. Tomar un conjunto final de lecturas cuando culmina el período del ensayo. Si sólo se registran las lecturas iniciales y finales, suponer que los cambios de las mediciones son lineales en el período de la prueba. Al tomar lecturas intermedias, se incrementa la exactitud de la medición del volumen. Es mejor un registro continuo.

7. Luego del tiempo de exposición y de registrar todas las lecturas finales, apagar el equipo y anotar inmediatamente la hora. Quitar el sujetador, levantar la tapa de la caseta y sujetarla por atrás. Remover el portafiltros y extraer el papel con mucho cuidado, para no perder material del filtro o partículas de la muestra. Doblar el filtro por la mitad, de forma tal que haga contacto la parte expuesta. Colocarlo dentro de un envoltorio más grande, para garantizar que no haya pérdida del material retenido en el filtro. Identificar exteriormente el envoltorio. Si se observa la presencia de insectos en el filtro expuesto, retirarlos cuidadosamente con una pinza plástica, cuidando de no dañar el filtro.

8. Los filtros expuestos se deben enviar al laboratorio acompañados de 2 ejemplares de la hoja de datos (no copias al carbón) en una carpeta de cartulina o cartón, dentro de un sobre cerrado con pegamento o cinta adhesiva. Evitar el uso de grapas, porque accidentalmente pueden perforar los filtros. Todo el manejo de los filtros (doblado, embalaje y transporte) debe garantizar que no haya disminución en la calidad del ensayo.

9. En el laboratorio, se saca el filtro del sobre y se acondiciona de forma similar a lo establecido para el filtro sin exponer, colocándolo en un desecador o en un

ambiente de acondicionamiento. Después de 24 h a la misma temperatura y humedad utilizadas para el acondicionamiento inicial, se saca y se pesa el papel expuesto en una balanza analítica con aproximación del 0,1 mg. Puede ser necesario repetir esta operación de acondicionamiento y pesada, hasta que el peso final sea estable. Anotar el peso. Restar ese valor del peso inicial del filtro sin exponer. Registrar la diferencia como peso de material recolectado. Muchas muestras son suficientemente estables para que el peso final sea razonablemente constante. Cuando la muestra contiene una elevada proporción de un material altamente higroscópico, puede ser difícil obtener un peso final reproducible.

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10. Los filtros expuestos se pueden guardar si se desean determinar sobre ellos algunos contaminantes específicos, siempre que el material del filtro posea las características apropiadas, según el caso.

11. Guardar el filtro expuesto en una carpeta, que contiene una planilla con los siguientes datos:

a. Identificación de la estación de muestreob. Fecha y lapso del muestreoc. Flujo inicial y final del muestreod. Volumen de aire muestreadoe. Peso inicial y final del filtrof. Temperatura y presión atmosférica, inicial y final.g. Observaciones: Cercanías de incendios o quemas, movimientos de tierra, áreas

descubiertas de vegetación con posibilidad de producir polvo o partículas, tránsito vehicular y sus características, lluvia, intensidad y dirección del viento, fenómenos meteorológicos y cualquier otra causa que pueda alterar la toma de la muestra.

12. Colocar en el portafiltros un nuevo filtro no expuesto, con la cara más rugosa hacia arriba, y centrado sobre el soporte. Anotar el número del filtro en la hoja de datos, y proceder de la misma forma explicada previamente.

CalibraciónPara la calibración del equipo, hay varios dispositivos y procedimientos. Aquí se explica el método que emplea platos perforados. (ver Fig. 4).

FIGURA 4. EQUIPO DE CALIBRACIÓN.

En las normas ASTM aparece una metodología, mientras que las normas COVENIN describen un procedimiento diferente. Se detalla cada uno de los métodos por separado.

NORMAS ASTM: Remover el soporte del filtro de la unidad de muestreo e insertar en el extremo de

acoplamiento del calibrador el plato perforado que corresponde al central de la serie (por ej., el tercero de cinco), asegurándose que haya un empaque a cada lado del plato.

Montar el calibrador en el muestreador y conectar el manómetro.

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Medir y anotar la presión y temperatura ambiente. Encender el equipo y tomar la lectura de caída de presión. Determinar el flujo

correspondiente, utilizando la carta de calibración. Es probable que la lectura del rotámetro sea algo diferente. Si ese es el caso, ajustar la válvula de control del rotámetro hasta que corresponda con el valor leído en la curva de calibración. No se debe cambiar este ajuste, a menos que el equipo vaya a ser recalibrado.

Operar el equipo, utilizando el resto de las placas perforadas y registrar el flujo (leído en la carta de calibración) y la lectura del rotámetro.

Construir una tabla y elaborar la curva de calibración. Si las lecturas son iguales para todos los puntos de la curva, puede tomarse directamente la medición en el rotámetro. En caso contrario, se aplican las correcciones correspondientes.

NORMAS COVENIN: Acoplar la placa adaptadora del cilindro de calibración sobre la rejilla (verificar que la

placa posee empacadura rectangular en buenas condiciones) Acoplar el cilindro de calibración a la placa, verificando que la empacadura circular

está en buenas condiciones. No colocar ningún plato. Poner a funcionar el muestreador por 5 minutos, para que se establezca el equilibrio

térmico antes de la calibración. Anotar el serial del cilindro en la hoja de datos de calibración (ver Anexo B). Abrir las dos conexiones del manómetro del calibrador, y verificar que el líquido (agua

destilada, que puede estar coloreada) esté nivelado a ambos lados. Si no, desenroscar ambas conexiones y soplar por una de ellas, hasta conseguir la nivelación.

Medir y anotar la presión y temperatura ambiente. Colocar el manómetro del calibrador en la parte exterior del muestreador. Dejar abierta

a la atmósfera una de las conexiones y conectar la otra a la manguera del cilindro del calibrador.

Con el equipo en funcionamiento, tomar la primera lectura del manómetro del calibrador y la primera lectura del flujo en el rotámetro. Apagar el equipo.

Instalar al calibrador el plato de menor resistencia (mayor número de orificios), encender el equipo y tomar nota nuevamente de las lecturas del manómetro y del rotámetro.

Repetir el mismo procedimiento para el resto de los platos, y anotar las lecturas correspondientes.

Medir al final la presión atmosférica y la temperatura ambiente, y promediarlas con las iniciales. Anotar el resultado en la hoja de datos de calibración.

Para cada lectura del manómetro, obtener el flujo equivalente en la curva patrón de calibración (gráfica suministrada por el fabricante) y anotarlo en la casilla respectiva de la hoja de datos de calibración (Qcf). Este flujo corresponde al medido a las condiciones de elaboración de la curva patrón.

Los flujos corregidos a las condiciones de medición, Qcm, se calculan por la ecuación:

Qcm =Qcc x (T cm

T ccx

Pcc

Pcm)1/2

(1)Donde:

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Qcm : Flujo a las condiciones de muestreo, m3/min (o pie3/min, si es el caso).Qcc : Flujo a las condiciones de elaboración de la gráfica, m3/min (o pie3/min, si es el

caso), utilizando la curva de calibración suministrada por el fabricante o por un organismo o instituto reconocido.

Tcm : Temperatura a las condiciones de muestreo, KTcc : Temperatura a las condiciones de elaboración de la gráfica, K.Pcm : Presión a las condiciones de muestreo, mm Hg.Pcc: Presión a las condiciones de elaboración de la gráfica, mm Hg.

Los flujos corregidos a las condiciones del Decreto 638 (298 K, 760 mm Hg) (condiciones estandarizadas) se obtienen con la expresión:

Qest = Qcm x ( T est

T ccx

Pcc

P est) (2)

Construir una gráfica con los valores obtenidos de flujos corregidos estandarizados vs. la lectura del rotámetro y obtener la ecuación de la recta de mínimos cuadrados que mejor se adapta a esos valores.

El muestreador debe calibrarse cada 6 meses, después del cambio de las escobillas del motor, o cuando se observe una variación mayor del 10% entre la lectura inicial y la obtenida después de 15 minutos en el dispositivo medidor del flujo.

La norma COVENIN sugiere el siguiente procedimiento para los cálculos: Qcm se calcula utilizando la ecuación (1):

Qcm =Qcc x (T cm

T ccx

Pcc

Pcm)1/2

(ver más arriba)

Los flujos corregidos a las condiciones del Decreto 638 (298 K, 760 mm Hg) (condiciones estandarizadas) se obtienen con la expresión:

Qest = Qcm x ( T est

T ccx

Pcc

Pest)

Volumen de aire corregido a las condiciones estandarizadas (298 K, 1 atm): El cálculo se realiza utilizando la siguiente expresión:

Vest = Qest x t

Donde:Vest : volumen corregido a las condiciones estandarizadas (Decreto 638), m3

Qest : flujo corregido a las condiciones estandarizadas, m3/min.t : tiempo de muestreo, min.

Concentración de partículas totales suspendidas:La concentración de partículas totales suspendidas, µg/m3, se calcula a través de la expresión:

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PTS =Pf−P i

V estx106

Manejo de los datos y cálculos Se explica el procedimiento que se sigue cuando se ha realizado la calibración con los discos perforados:

1. Se dispone de una Tabla de datos de calibración (ANEXO B), como la siguiente:

Disco

[1]

Lectura delmanómetroPulg. H2O

[2]

Lectura del

RotámetroPie3/min

[3]

Flujo aCondiciones

de fabricaciónQcf, m3/min

[4]

Flujo a condiciones de mediciónQcm, m3/min

[5]

Flujo aCondiciones

EstándarQest, m3/min

[6]

18131075

En la Tabla, se conocen los datos de las columnas [2] y [3] (lectura del manómetro y lectura del rotámetro, respectivamente). Además, en la calibración, se registró la temperatura y presión atmosférica y para la muestra, se tomó nota de la temperatura y presión al inicio y final del lapso de muestreo y del tiempo de muestreo.

2. Para obtener los flujos Qcf, (columna [4]), apoyarse en la hoja de datos de calibración del fabricante, suministrada por el profesor.

3. Los valores de Qcm (columna [5]) se calculan con la ecuación (1), conocidos los valores de Tcf y Pcf (temperatura y presión a las condiciones de calibración, respectivamente, que aparecen en la hoja de calibración del fabricante), y de Tcm = temperatura a las condiciones de medición, K, y Pcm = presión atmosférica a las condiciones de medición.

4. Utilizando la ecuación (2), se determina Qest, (columna [5]) para cada disco, ya que Test = 298 K y Pest = 1 atm (o su equivalente en otras unidades).

5. Se grafica, para cada disco, el flujo a condiciones estándar (m3/min) (columna [6]) en función de la lectura del rotámetro (pie3/min) y se determina la ecuación de la línea de regresión lineal.

6. Con el flujo promedio entre el inicio y final del muestreo, pie3/min y utilizando la ecuación o la gráfica obtenida en el paso anterior, se encuentra el flujo estándar para el muestreo realizado.

7. El volumen de aire muestreado, Vest, es igual al flujo estándar, m3/min, del paso 6 multiplicado por el tiempo de muestreo en minutos.

8. La masa de partículas se calcula por la diferencia de pesada entre el filtro con muestra y sin ella.

9. Finalmente, para obtener la concentración de partículas totales suspendidas, PTS, se emplea la expresión:

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PTS , μg /m3 =Pf −P i

V estx106

Donde:PTS: concentración de partículas totales suspendidas, g/m3

Pf: Peso final del filtro, gPi: Peso inicial del filtro, gVest: Volumen corregido a las condiciones estándar, m3

106: Factor de conversión de g a g.

Bibliografía consultada1. Annual Book of ASTM Standards: D 4096-89: “Standard Practice for Application of

the Hi-Vol (High Volume) Sampler Method for Collection and Mass Determination of Airborne Particulate Matter” ASTM. 1995.

2. Norma COVENIN 2060:1996: “Determinación de la concentración de partículas totales suspendidas en la atmósfera (PTS)”(1ª revisión). Fondonorma. 1996.

3. Warner, P.:“Análisis de los Contaminantes del Aire”. Capítulo 5. Paraninfo. Madrid. 1981.

4. Decreto 638 “Normas Sobre Calidad del Aire y Control de la Contaminación Atmosférica”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 4.899 (Extraordinario). 19/05/1995.

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ANEXO A

HOJA DE DATOS DE MUESTREO

MUESTREO:

CIUDAD_______________________ DIRECCIÓN : __________________________ESTACIÓN Nº _________________________________________________________NÚMERO DEL FILTRO: _______________________NÚMERO DE IDENTIFICACIÓN DEL MUESTREADOR: _____________________FECHA DE LA ÚLTIMA CALIBRACIÓN: __________________________________HORAS DE OPERACIÓN ACUMULADAS DESDE QUE SE CAMBIARON POR ÚLTIMA VEZ LAS ESCOBILLAS: ______________

TOMA DE MUESTRA:

INICIAL: FECHA: ____________ DIA DE LA SEMANA: ___________ HORA:___________ OPERADOR: _________________ FLUJO: _______(F1, pie3/min)

FINAL: FECHA: ____________ DIA DE LA SEMANA: ___________ HORA:___________ OPERADOR: _________________ FLUJO: _______(F2, pie3/min)

ANÁLISIS:

FECHA: ________________IDENTIFICACIÓN DEL FILTRO (en lugar de número de filtro): ___________________PESO INICIAL DEL FILTRO: __________________________ gPESO FINAL DEL FILTRO: ____________________________ gPESO NETO DE LA MUESTRA: ________________________ gTIEMPO DE MUESTREO TOTAL: ______________________ minVOLUMEN DE AIRE: _________________________________ m3

CONCENTRACION DE PARTÍCULAS TOTALES SUSPENDIDAS (PTS): ____________ g/m3

ANALISTA: _________________________________________OBSERVACIONES:_________________________________________________________________________________________________________________

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ANEXO B

HOJA DE DATOS DE CALIBRACIÓN

CIUDAD: ENTIDAD FEDERAL:FECHA DE CALIBRACIÓN:ESTACION:CALIBRACIÓN EFECTUADA POR:PRESIÓN BAROMÉTRICA Pcm = mm Hg SERIAL Nº:TEMPERATURA AMBIENTE Tcm = ºC = KPRESION A LA QUE SE REALIZÓ LA CALIBRACIÓN DEL SISTEMA DE PLATOS, Pcf = mm HgTEMPERATURA A LA QUE SE REALIZÓ LA CALIBRACIÓN DEL SISTEMA DE PLATOS, Tcf = ºC = K

DiscoLectura del manómetroPulg. H2O

Lectura del

RotámetroPie3/min

Flujo aCondiciones

de fabricaciónQcf, m3/min

Flujo a condiciones de mediciónQcm, m3/min

Flujo aCondiciones

EstándarQest, m3/min

18131075

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PRACTICA 5. OXÍGENO DISUELTOIntroducciónEl análisis de oxígeno disuelto, OD, es un ensayo clave en las actividades de control de la contaminación del agua y en los procesos de tratamiento de aguas residuales, y sirve como base para cuantificar los niveles de D.B.O., aerobicidad de los métodos de tratamiento, tasas de aireación y grado de polución de los ríos.

Las aguas naturales contienen de 0 a 14 ppm de oxígeno disuelto según la temperatura y estado de saturación. Hay una relación inversa del OD con la temperatura. Cuando la concentración disminuye por debajo de 3 ppm, los peces mueren o abandonan la zona. Los niveles del gas en aguas naturales y residuales dependen de la actividad física, química y bioquímica del cuerpo de agua.

En el caso del agua para calderas, los metales de la tubería se disuelven en el área de más bajo potencial, para dar iones y liberar electrones de acuerdo a la siguiente ecuación:

En el ánodo: Feº = Fe2+ + 2 e-

En el cátodo: O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH-

Los iones OH- (oxidrilos) formados en el cátodo migran hacia el ánodo donde completan la reacción con la formación de hidróxido ferroso que precipita de la siguiente forma:

Fe 2+ + 2 OH- = Fe(OH)2

Si la concentración de hidróxido ferroso es elevada, precipitará como flóculos blancos. Por tal razón, debe reducirse prácticamente a cero el contenido de oxígeno disuelto del agua, por tratamiento con sustancias como la hidracina o el sulfito de sodio.

El OD en el agua puede determinarse por una variedad de métodos, a saber:

Rango de O2, mg/L

1. Colorimétrico < 0.062. Titulométrico, concentración baja < 1.03. Titulométrico, concentración alta > 1.04. Instrumental (analizador de oxígeno) 0,05 a 20

En esta práctica, se describe el método 3 (titulométrico, concentración alta). Para detalles de los otros 3 procedimientos, ver las normas ASTM (consultar la sección de Bibliografía, al final de esta práctica).

La técnica titulométrica, también conocida como método de Winkler, tiene diversas modificaciones, dependiendo del tipo de muestra. Este procedimiento utiliza una solución alcalina de yoduro de potasio como agente oxidable, la cual libera, en medio ácido al oxidarse, una cantidad de yodo proporcional a la concentración de oxígeno disuelto. El yodo liberado

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puede titularse con una solución estándar de tiosulfato de sodio, en presencia de almidón como indicador. De esta forma, se pueden determinar concentraciones de OD entre 0,005 y 8 ppm. Para eliminar la interferencia producida por los nitritos, se emplea una solución de yoduro con azida de sodio (método de Alsterberg o de la azida). El nitrito frecuentemente está presente en los efluentes tratados biológicamente y en las muestras incubadas para la DBO:

NaN3 + H+ = HN3 + Na+

HN3 + NO3- + H+ = N2 + N2O + H2O

El procedimiento que se detalla a continuación puede aplicarse estando presentes una variedad de sustancias interferentes. Es una combinación del método de Winkler, el de Alsterberg, la modificación de Rideal-Stewart (permanganato) y la modificación de Pomeroy-Kirshman- Alsterberg, y se basa en el hecho de que el OD oxida el ión Mn2+ a un estado superior de valencia en condiciones alcalinas. Este Mn puede oxidar el ión I- a yodo libre, I2, en condiciones ácidas. La cantidad de yodo liberado se mide con solución estándar de tiosulfato de sodio y es equivalente a la cantidad de OD originalmente presente en la muestra. La interferencia de nitritos se evita al emplear nitruro de sodio y la del hierro ferroso con permanganato de potasio.

Las reacciones que ocurren son:

1. Entre el sulfato de manganeso y el hidróxido de potasio, para formar hidróxido manganoso:

MnSO4 + 2KOH = Mn(OH)2 + K2SO4

2. Oxidación del hidróxido manganoso a hidróxido mangánico por el oxígeno disuelto en el agua:

4Mn(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Mn(OH)3 Precipitado carmelita

3. Disolución del precipitado de hidróxido mangánico por el ácido sulfúrico. En este punto, la muestra se considera “fijada” y se reduce la importancia de introducir oxígeno adicional:

2Mn(OH)3 + 3H2SO4 = Mn2(SO 4)3 + 6H2O

4. Oxidación del yodo presente en el yoduro de potasio por el sulfato mangánico. Como la aparición de ésta última sustancia proviene de la reacción del oxígeno disuelto presente en la muestra original, la cantidad de yodo liberado es directamente proporcional a la de oxígeno disuelto:

Mn2(SO4)3 + 2KI = 2MnSO4 + K2SO4 + I2

5. La etapa final es la titulación del yodo liberado con tiosulfato de sodio en presencia de almidón. Este último reactivo produce una coloración azul oscura con el I2, que va desapareciendo con el progreso de la valoración, hasta que se desvanece completamente en el punto final:

I2 + almidón = color azul

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I2 + 2S2O32- = S4O6

2- + 2I-

Aspectos LegalesLas Normas de Calidad de Agua Potable de Venezuela no establecen niveles (en este caso mínimos) de OD en el agua para consumo humano.

En el Decreto 883, el Art. 4 fija los límites del gas, según el tipo de agua:

Niveles de Oxígeno disuelto según el tipo de agua

TIPO Valor mínimo (% saturación)1A > 4 mg/L (> 50%)1B > 4 mg/L (> 50%)3 > 5 mg/L (> 60%)4 > 5 mg/L (> 60%)6 > 4 mg/L (> 50%)7 > 3 mg/L

ResumenEl ensayo se basa en la adición de solución divalente de manganeso en medio alcalino fuerte, a la muestra en un recipiente de vidrio tapado. El oxígeno disuelto presente oxida rápidamente una cantidad equivalente del precipitado de hidróxido de manganeso a hidróxidos de mayor estado de oxidación. En presencia de yodo y en medio ácido, el manganeso oxidado regresa al estado divalente, liberando una cantidad de yodo equivalente al contenido original de oxígeno disuelto en la muestra. El yodo se titula con una solución estándar de tiosulfato de sodio. El punto final se determina con indicador de almidón.

Significado y usoEl oxígeno disuelto es necesario para la supervivencia y el crecimiento de los peces y muchos otros organismos acuáticos. Este parámetro también puede estar asociado con la corrosividad y la actividad fotosintética. La ausencia de oxígeno permite la descomposición anaeróbica de la materia orgánica y la producción de sustancias tóxicas e indeseables en el agua.

El oxígeno disuelto es perjudicial en el agua para la producción de vapor en calderas, ya que su presencia acelera la corrosión (sobre todo si está acompañado de CO2). Un nivel mayor a 0,01 mg/L es inaceptable para la mayoría de estos equipos. Para medir la eficiencia de remoción de OD (por medios químicos o mecánicos) en el agua que alimenta a una caldera se requiere su medición antes y después del proceso de eliminación. Tal comprobación también es útil para revisar una posible entrada de aire al sistema.

Precauciones de seguridadEsta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso.

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Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras. Considerar, sin embargo, los siguientes aspectos:

1. Debe tenerse cuidado extremo al manipular soluciones concentradas de ácido sulfúrico. Emplear ventilación adecuada, gafas protectoras, mascarilla, guantes de goma y trajes protectores. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento consiste en lavar los ojos con agua, con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.2. El dicromato de potasio es un irritante y alérgeno. Como todas las sales hexavalentes de cromo, es muy tóxico. Utilizar ventilación adecuada, guantes, delantales y botas de goma, mascarilla con filtro mecánico. Acentuar la limpieza personal. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico, si se ha ingerido.3. La azida de sodio es un compuesto irritante. Utilizar ventilación adecuada, gafas de seguridad y mascarilla con filtro mecánico. Emplear vestidos protectores de goma al manejar soluciones. Acentuar la limpieza personal. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico, si se ha ingerido, seguido por un purgante salino.4. Las soluciones de hidróxido sódico son altamente corrosivas. Al contacto con los ojos, producen conjuntivitis y quemaduras de la córnea. En la piel, ocasionan quemaduras profundas. Por ingestión, causan quemaduras de boca y esófago, dolor abdominal y diarrea. Para su manipulación, emplear ventilación adecuada, gafas protectoras o pantalla para la cara, mascarilla, guantes, delantales y botas de goma y acentuar la limpieza personal. Si hay contacto con la solución, lavarse inmediatamente los ojos con agua, con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico con solución de ácido acético al 5%, si se ha ingerido. El daño corneal puede ser permanente, lo mismo que la estrechez del esófago y estómago.

InterferenciasLa interferencia de más de 50 g/L de nitrito se elimina utilizando azida de sodio. Puede tolerarse un máximo de 100 a 200 mg/L de hierro férrico, adicionando 1 mL de solución de fluoruro de potasio. La interferencia de hierro ferroso (no más de 1 ppm) se elimina agregando permanganato de potasio y la de materia orgánica puede atenuarse empleando soluciones concentradas de solución de yoduro-azida.

Aparatos1. Botellas para la muestra: De 250 a 300 mL de capacidad, con tapa de vidrio

esmerilado. Hay disponibles en el mercado algunos recipientes especiales (botellas de Winkler), pero las convencionales son satisfactorias.

2. Pipetas de 10 mL, graduadas en divisiones de 0,1 mL.3. Bureta de 10,0 mL

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

1) Solución alcalina de yoduro:a. Solución alcalina de yoduro: Se usa si se conoce que el ión nitrito se encuentra ausente, y se van a hacer ajustes a la interferencia del ión ferroso. Disolver 500 g de hidróxido de sodio, NaOH, o 700 g de hidróxido de potasio, KOH, y 135 g de yoduro

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de sodio, NaI, o 150 g de yoduro de potasio, KI, en agua y diluir a 1 L. Las sales de sodio y potasio son equivalentes. La solución final no debe producir color con almidón cuando se diluye y acidifica. Almacenar esta solución en un recipiente de vidrio oscuro y tapado.b. Solución alcalina de azida-yoduro de sodio I (para muestras “normales”): Se emplea cuando no se considera la interferencia del ión ferroso: Disolver 500 g de hidróxido de sodio, NaOH, o 700 g de hidróxido de potasio, KOH, y 135 g de yoduro de sodio, NaI, o 150 g de yoduro de potasio, KI, en agua y diluir a 950 mL. Enfriar. Agregar lentamente una solución de 10 g de azida de sodio, NaN3, disuelta en 40 mL de agua. Las sales de sodio y potasio son equivalentes. La solución final no debe producir color con almidón cuando se diluye y acidifica. Almacenar esta solución en un recipiente de vidrio oscuro y tapado.c. Solución alcalina de azida-yoduro de sodio II: Se utiliza cuando existe elevada concentración de materia orgánica, o si la concentración de oxígeno disuelto excede los 15 mg/L. Disolver 400 g de hidróxido de sodio, NaOH, en 500 mL agua recientemente hervida y enfriada. Enfriar la solución resultante y disolver 900 g de yoduro de sodio, NaI. Agregar lentamente una solución de 10 g de azida de sodio, NaN3, disuelta en 40 mL de agua. Enrasar a 1 L.2) Solución de sulfato manganoso (364 g/L): Disolver 364 g de sulfato manganoso, MnSO4.H2O, en agua. Filtrar y diluir a 1 L. No deben liberarse más que trazas de yodo cuando esta solución se añade sobre una solución acidificada de yoduro de potasio, KI.3) Solución de dicromato de potasio 0,025 N: Secar el K2Cr2O7 a 103 ºC por 2 h antes de preparar la solución. Pesar 1,226 g de la sal, disolver y enrasar a 1 L con agua destilada.4) Solución de tiosulfato de sodio 0,1 N: Disolver 24.82 g de Na2S2O3.5H2O en agua destilada recientemente hervida y fría y diluir a 1 L. Preservar esta solución agregando 5 mL de cloroformo. Para preparar una solución diluida (0,005 N), transferir 25,00 mL del Na2S2O3 0,1 N a un matraz volumétrico de 500 mL. Enrasar con agua destilada y mezclar. Esta solución no debe prepararse antes de 12 a 15 horas de su uso. 5) Solución de tiosulfato de sodio 0,025 N: Diluir 250 mL de solución estandarizada de Na2S2O3 0,1 N a 1 L con agua destilada. 1 mL de solución de tiosulfato 0,025 N es equivalente a 0,2 mg de oxígeno (1 mL x 0,025 meq/mL x 8 mg/meq = 0,2 mg).6) Solución indicadora de almidón: Mezclar 6 g de almidón soluble con un poco de agua destilada en un mortero para formar una pasta. Colocar esta pasta sobre 1 L de agua hirviendo. Enfriar. Agregar 20 g de hidróxido de potasio y mezclar. Dejar en reposo por 2 h. Agregar 6 mL de ácido acético glacial (99,5 %). Mezclar

completamente. Añadir suficiente HCl (de densidad 1,19 g/mL) para ajustar el pH de la solución a 4. Almacenar la solución en una botella con tapa de vidrio. Esta solución es estable por 1 año.7) Acido sulfúrico concentrado (densidad 1,84 g/mL).8) Solución de ácido sulfúrico (1+9): En un vaso de precipitado de 250 mL, colocar cuidadosamente 10 mL de ácido sulfúrico concentrado (g. e. = 1,84) en 90 mL de agua. Enfriar a temperatura ambiente.

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9) Solución de fluoruro de potasio (400 g/L): Disolver 40 g de fluoruro de potasio, KF.2H2O, en agua y diluir a 100 mL. Almacenar en botella plástica. Esta solución se utiliza para eliminar la interferencia por hierro férrico.10) Solución de oxalato de potasio (20 g/L): Disolver 2 g de oxalato de potasio, K2C2O4.H2O en 100 mL de agua. 1 mL de esta solución reduce 1,1 mL de solución de KMnO4. Esta solución se emplea para eliminar la interferencia del hierro ferroso.11) Solución de permanganato de potasio (6,3 g/L): Disolver 6,3 g de permanganato de potasio, KMnO4, en agua y diluir a 1 L. Con concentraciones muy elevadas de hierro ferroso, 1 mL de la solución de KMnO4 es suficiente para eliminar tal interferencia.12) Yoduro de potasio sólido, KI.

B. MATERIALES: Botellas de vidrio con tapa esmerilada de 250 o 300 mL Termómetro Barómetro Pipetas graduadas de 1, 2 y 5 mL Pipetas volumétricas de 2 y 10 mL Cilindro de 250 mL Bureta de 10, 25 ó 50 mL (recomendada la de 10 mL) Balanza analítica Soporte para la bureta

Muestra y métodos de muestreoLa recolección de la muestra para OD debe hacerse con extremo cuidado. Pueden utilizarse recipientes de vidrio o de DBO. Generalmente, el análisis se realiza inmediatamente, sin preservación ni almacenamiento (ver Preservación de las muestras). El procedimiento específico de muestreo depende de la fuente y del método de análisis. No se debe dejar que la muestra permanezca en contacto con el aire o que se someta a agitación, porque cualquiera de las dos condiciones produce un cambio en el contenido de gases. El muestreo de ríos, lagos, reservorios, y del agua para calderas necesita precauciones especiales para evitar cambios de presión y temperatura. Se han desarrollado equipos especiales para tales fines.

Las muestras de agua superficial se recolectan en botellas de vidrio de 300 mL, de cuello angosto y con tapa de vidrio. Debe evitarse la entrada de oxígeno de la atmósfera.

Para el muestreo de agua a presión, conectar un tubo de material inerte (acero inoxidable 304 o 316 o vidrio con conexiones cortas de neopreno) y extender su extremo hasta el fondo de la botella de muestreo. No debe utilizarse tubo de cobre o conexiones largas de neopreno u otro

tipo de polímero. Si el agua a muestrear se encuentra a temperatura superior a la ambiente, colocar un serpentín de enfriamiento en la línea de muestreo, para enfriarla a 16-18 ºC. El flujo de muestreo debe ajustarse para que se llene el recipiente en 40 a 60 s, y permitir un flujo suficiente de líquido para suministrar un mínimo de 10 cambios en el recipiente de muestreo. Evitar la retención de burbujas de aire.

Preservación de las muestras

60

Debe determinarse inmediatamente el OD en todas las muestras que tienen una cantidad apreciable de demanda (o nivel) de oxígeno o de yodo. Las muestras que no tienen demanda de yodo pueden almacenarse durante unas pocas horas sin cambios importantes, luego de agregar las soluciones de sulfato de manganeso, álcali-yoduro y ácido sulfúrico, seguido por agitación del modo usual. Las muestras almacenadas en tales condiciones deben protegerse de la luz solar directa, y titularse tan pronto como sea posible.

Para muestras con demanda de yodo, se preservan por 4 a 8 h agregando 0,7 mL de H 2SO4

conc y 1 mL de solución de azida de sodio (que contiene 2 g NaN3/100 mL de agua destilada) a la botella de OD. Al realizar esto, se inhibe la actividad biológica y se mantiene el OD si el recipiente que contiene la muestra se mantiene a la temperatura de recolección o mediante un sello de agua (invirtiendo la botella en agua) y manteniéndola a una temperatura de 10 a 20 ºC. Tan pronto como sea posible, debe completarse el procedimiento de determinación de OD.

Procedimiento1. Eliminación de la interferencia de ión ferroso (si es necesario): Colocar la muestra en

un frasco de tapa esmerilada de 250 o 300 mL. Añadir (utilizando una pipeta de 1 mL con divisiones de 0,1 mL), 0.70 mL de H2SO4, seguido por 1,0 mL de solución de KMnO4. Si hay hierro férrico, agregar también 1,0 mL de solución de KF. Tapar y mezclar por inversión. La cantidad de KMnO4 debe ser suficiente para mantener un ligero color violeta durante 5 min. Si el color desaparece antes, adicionar más solución de KMnO4, pero evitar un gran exceso. Cuando se necesite más de 5 mL de la solución de permanganato, es mejor emplear una solución más concentrada de este reactivo para evitar la dilución de la muestra.

2. Después de 5 min, destruir completamente el color del permanganato agregando 0,5 a 1,0 ml de solución de K2C2O4. Mezclar completamente y dejar en reposo en la oscuridad. La adición de un exceso de oxalato produce resultados bajos de OD, por lo que debe agregarse sólo suficiente solución para la completa decoloración del permanganato, sin un exceso mayor de 0,5 mL. La desaparición del color debería ocurrir dentro de los 2 a 10 minutos. Si la muestra se decolora solo con un gran exceso de oxalato, los resultados de OD deben considerarse dudosos.

3. Adicionar 2,0 mL de solución de MnSO4, seguido por 2,0 mL de la solución de álcali-yoduro-azida por debajo de la superficie del líquido.

Nota: Emplear la solución alcalina de yodo apropiada para cada caso: Solución a para cuando el ión nitrito está ausente o el ión ferroso fue oxidado; Solución b para uso normal; Solución c si la concentración de materia orgánica o de oxígeno disuelto es elevada. Utilizar 2,0 mL de la solución álcali-yoduro-azida para asegurar mejor contacto con la muestra, con menos agitación. Con recipientes de 250 mL, puede emplearse 1,0 mL de la solución

de álcali-yoduro-azida. Todos los reactivos, menos el ácido sulfúrico deben adicionarse bien debajo de la superficie del líquido.

La temperatura de la muestra no debe exceder los 30 ºC, para evitar pérdidas por la volatilidad del yodo. Colocar cuidadosamente la tapa, para excluir las burbujas de aire, y mezclar, invirtiendo la botella varias veces. Repetir el mezclado por segunda vez luego que el flóculo ha sedimentado, dejando un sobrenadante claro. Las aguas con alto contenido de cloro necesitan un período de contacto de 10 min con el precipitado. Cuando el flóculo ha sedimentado, dejando al menos 100 mL de sobrenadante claro,

61

quitar la tapa y agregar 2,0 mL de H2SO4 conc, dejando que el ácido caiga por el lado interno del cuello. Tapar de nuevo y mezclar otra vez por inversión, hasta que el precipitado se disuelva completamente. Titular inmediatamente 203 mL de muestra original. Se requiere una corrección debido a los 4 mL de reactivos adicionados (2 mL de solución de MnSO4 y 2 mL de solución de álcali-yoduro-azida:

200 mL x [300/(300 – 4)] = 203 mL.

Nota: Si se ha eliminado la interferencia del ión ferroso, se adicionaron un total de 6,7 mL de reactivos (0,7 mL de ácido, 1 mL de solución de KMnO4, 2 mL de solución de MnSO4 y 3 mL de solución alcalina de yoduro). El volumen de muestra para la titulación es de 203 mL. Ocurre un pequeño error debido al OD de la solución de KMnO4, pero este error se puede ignorar.

4. Titular rápidamente los 203 mL de la muestra con la solución 0,025 N de tiosulfato de sodio, hasta la aparición de un color amarillo pálido. Añadir 1 a 2 mL de solución de almidón y continuar la titulación hasta la desaparición del color azul. Desechar una reaparición posterior del color azul, que puede deberse al efecto catalítico de la materia orgánica o a trazas de sales metálicas.

EstandarizaciónPara la estandarización del tiosulfato de sodio 0,025N emplear el dicromato de potasio 0,025N. Para ello, en un erlenmeyer de 250 mL, mezclar 10,00 mL de solución de dicromato de potasio, 50 mL de agua destilada, 1 g de KI y 2,5 mL de ácido sulfúrico (1+9). Tapar y mantener en un lugar oscuro por 10 min. Diluir con 50 mL de agua y titular con la solución de tiosulfato de sodio, hasta obtener un color amarillo pálido. Agregar 1 mL de solución de almidón, y continuar la titulación hasta que desaparezca el color azul del almidón (siempre queda un tenue color azul celeste del cromo). Calcular la normalidad de la solución de tiosulfato de sodio igualando los equivalentes de oxidante y reductor en el punto de equivalencia (Nox*Vox= Nred*Vred).

Las reacciones que ocurren son:2S2O3

2- + I2 = S4O62- + 2I-

Cr2O72- + 14H+ + 6I- = 3I2 + 2Cr3+ + 7H2O

I2 + almidón = color azul

Manejo de los Datos y Cálculos a. Como 1 mL de tiosulfato de sodio 0,025N equivale a 0,2 mg de O2, lo que significa

que, si se utilizan 200 mL de muestra, la concentración, mg/L, de oxígeno disuelto es:

Oxígeno disuelto, mg/L =

Tx 0,2200

x 1000 = T

donde: T = mL de solución de tiosulfato de sodio 0,025N requerido para la titulación de la muestra.

b. Lo usual es que la normalidad de la solución de tiosulfato de sodio no sea exactamente 0.025. En la estandarización, se conoce el volumen de solución de dicromato de potasio (10,00 mL) y su normalidad (0,025 N). En el punto de equivalencia:

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Vdicromato * Ndicromato = Vtiosulfato * Ntiosuilfato

Sabiendo el volumen gastado de la solución de tiosulfato, y utilizando la ecuación anterior, se calcula su normalidad, Ntiosulfato.

c. Para la muestra, se calcula la concentración de O2 disuelto, utilizando la ecuación:

Oxígeno disuelto, mg/L =

V tiosulfato xN tiosulfato x 8 mgmeq

0,2 L

donde Vtiosulfato = volumen de solución de tiosulfato, mL, para la muestra (se asume que se valoran 203 mL de muestra, que corresponden a 200 mL sin reactivos adicionados).

d. Para expresar el resultado en mL de O2/L a 0 ºC y 760 mm Hg, multiplicar mg/L de O2

por 0,7.e. Para expresar los resultados como % saturación a 760 mm Hg, utilizar las Tablas X1.1

y X1.2 (ver más adelante).f. Si se desea calcular la solubilidad del oxígeno en agua destilada a cualquier presión

atmosférica P ,mm Hg, temperatura t, ºC, y presión de vapor de agua U, mm Hg,

Para temperaturas entre 0 y 30 ºC, puede emplearse la ecuación:

mg/L OD =

0 ,678 ( P − U )35 + t

y entre 30 y 50 ºC por la expresión:

mg/L OD = 0 .827 ( P−U )49+ t

Anexo

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Bibliografía consultada1. Annual Book of ASTM Standards: D 1252-88: “Standard Test Methods for Chemical

Oxygen Demand (Dichromate Oxygen Demand) of Water” ASTM. 1995.2. APHA, AWWA, WPCF: “Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater” 14th Edition. pp. 550-555. USA. 19763. Plunkett, E.: “Manual de Toxicología Industrial”. pp. 360, 92, 190. Urmo. Bilbao. 1974.4. Kolthoff, I. y E. Sandell: “Tratado de Química Analítica Cuantitativa”. 4ª Edición. Cap.

38. Editorial Nigar. Buenos Aires. 1960.5. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de

Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 5.021 (Extraordinario). 18/12/1995.

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PRACTICA 6. CARBONO ORGÁNICO EN SUELOS

IntroducciónLa materia orgánica de los suelos incluye:

a. Los residuos de animales, plantas y microorganismos vivos o muertos, capaces de descomponerse rápidamente, que pierden su identidad y desprenden ciertos nutrientes.

b. El “humus”, formado por residuos de animales, plantas y microorganismos alterados y bastante resistentes, que representa la mayor parte de la materia orgánica, capaz de absorber una gran proporción de cationes y de mejorar la estructura del suelo. El humus no constituye un compuesto único.

c. Formas inertes de carbono, como carbón vegetal, hulla o grafito, que pueden estar ocasionalmente presentes en cantidades importantes.

El carbono orgánico comprende las dos primeras formas. La última, si está presente en una muestra, puede eliminarse por lavado con un ácido diluido, antes de la determinación.

En el caso de suelos contaminados por hidrocarburos (petróleo y sus derivados), la determinación de carbono orgánico a muestras sin y con contaminación puede dar una idea bastante aproximada de la magnitud del problema. La contaminación de suelos puede producir:

- Deterioro de flora y fauna.- Contaminantes de cultivos.- Afectar a los seres humanos en contacto con el material contaminado.- Daños importantes de áreas recreativas (balnearios, playas, etc.).

El carbono es el principal elemento de la materia orgánica que puede medirse cuantitativamente. En los suelos (y también en las aguas), el C orgánico, que se determina principalmente por dos métodos:

1. Por combustión en un horno a alta temperatura, conversión a CO2 y medición de este gas por espectrofotometría infrarroja.

2. Reducción del ión dicromato, Cr2O72-, por la materia orgánica, y medición del

dicromato que no ha reaccionado por titulación (método de Walkley y Black) o mediante colorimetría.

Materia orgánica + Cr2O72- + H+ = 2Cr3+ + CO2 + H2O

Cr2O72- + 14H+ + 6Fe2+ = 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

En esta práctica, se utiliza este último procedimiento, con valoración por retroceso.

En la técnica de Walkley y Black, la oxidación del carbono es rápida y, probablemente no completa, por lo que es necesario utilizar un factor de corrección que permita correlacionar sus resultados con los de la combustión. El valor que se utiliza normalmente como factor es 1,33. Sin embargo, el procedimiento tiene la ventaja de que al utilizar una calefacción baja

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(producida por el calor de dilución del ácido sulfúrico), se excluyen las formas inorgánicas del carbono. En la determinación, el punto final se alcanza cuando el indicador de ortofenantrolina-hierro (II) vira de azul a marrón rojizo.

Se ha criticado el empleo de este indicador, debido a que algunos suelos tienden a adsorberlo, y por la turbidez producida por otros suelos, lo que oscurece el cambio de color en el punto final. Por tales razones, algunos investigadores prefieren filtrar la suspensión de suelo antes de la valoración, utilizando un pequeño filtro de Büchner, y un papel de filtrado rápido, para obtener un punto final fácilmente observable.

Los valores del carbono orgánico total pueden expresarse como tal, o reportarse como materia orgánica total, multiplicando por el factor de Van Bemmelen de 1,724, que asume que el suelo contiene 58% de carbono. Muchos estudios realizados sobre este factor indican que es, cuando mucho, una aproximación. Investigaciones cuidadosas muestran que el factor debería ser de 1,9. Algunos autores utilizan 2,5 para subsuelos. Debido a la controversia, es mejor expresar el resultado como C orgánico.

Aspectos legalesEn Venezuela, hasta la fecha, no se han establecido límites máximos de contenido de hidrocarburos en el suelo. En los Estados Unidos, cada gobierno estatal ha desarrollado sus propios límites permisibles. Para un mismo parámetro, existe una gran discrepancia por ejemplo para HTP (hidrocarburos totales del petróleo), el límite varía de 40 a 2000 mgKg-1.

ResumenEl carbono orgánico del suelo se oxida utilizando un exceso de ión Cr2O7

2- .La reacción es promovida por el calor desarrollado cuando se mezclan 2 volúmenes de ácido sulfúrico concentrado con 1 volumen de solución de K2Cr2O7 1N. Se titula por retroceso el exceso de agente oxidante, utilizando sulfato ferroso amoniacal con ortofenantrolina como indicador. El C orgánico se calcula por la cantidad de Cr2O7

2- reducido.

Significado y usoSiendo el carbono el elemento más significativo de los suelos, es de mucha importancia su determinación cuantitativa. La medición del C orgánico tiene distintas aplicaciones, entre las que se pueden mencionar:

En estudios de fertilidad de suelos, que tiene una relación directa con el contenido de materia orgánica.

Cuando ocurre un derrame de hidrocarburos o de otro material que contenga C orgánico. Tomando muestras en sitios apropiados, puede realizarse una evaluación cuantitativa del derrame.

En procedimientos de remediación de suelos.

Precauciones de seguridadEsta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación

de medidas específicas para desarrollar actividades seguras. Considerar, sin embargo, los siguientes aspectos:

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1. Debe tenerse cuidado extremo al manipular soluciones concentradas de ácido sulfúrico. Emplear ventilación adecuada, gafas protectoras, mascarilla, guantes de goma y trajes protectores. Si ha habido contacto con el ácido, el tratamiento consiste en lavar los ojos con agua, con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.2. El dicromato de potasio es un irritante y alérgeno. Como todas las sales hexavalentes de cromo, es muy tóxico. Utilizar ventilación adecuada, guantes, delantales y botas de goma, mascarilla con filtro mecánico. Acentuar la limpieza personal. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.

InterferenciasEste método es sensible a la presencia de otras sustancias fácilmente oxidables. El ión cloruro, algunos óxidos de Mn y el hierro (II) pueden interferir bajo ciertas condiciones, pero su efecto puede reducirse tomando algunas precauciones. El Fe2+ y el Cl- producen interferencia positiva (valores más elevados que el real) y los óxidos de Mn dan resultados negativos (menores).La reacción entre el dicromato y el cloruro es:

Cr2O7 2- + 14H+ + 6Cl- = 3Cl2 + 2Cr 3+ + 7H2O

La forma más conveniente de eliminar la interferencia del cloruro es precipitarlo como AgCl, agregando AgSO4 al añadir el ácido. Otros investigadores utilizan el lavado del suelo hasta eliminar los cloruros antes del análisis.

El MnO2 compite con el Cr2O72- cuando se calienta en medio ácido para oxidar otras

sustancias. La extensión de la interferencia es función de la cantidad presente. Afortunadamente, la mayoría de los suelos contienen proporciones muy bajas de óxidos de Mn, y diversos estudios sugieren que el efecto del Mn sobre la determinación del C es menor del 6%.

El Fe2+, si está presente, puede ser oxidado por el Cr2O72- y producir un error positivo. Se

pueden tener cantidades apreciables de este ión en suelos ricos en materia orgánica, pero si están suficientemente aireados, sus niveles se reducen apreciablemente. Si se piensa que en una muestra en particular puede haber cantidades importantes de hierro ferroso, se pueden secar al aire 1 o 2 días antes del análisis, con lo que la cantidad de Fe2+ baja a niveles insignificantes, en comparación con el C orgánico. Finalmente, es recomendable no utilizar morteros de hierro o acero para moler las muestras, para evitar su contaminación con hierro metálico.

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

1) Dicromato de potasio, K2Cr2O7, 1N: Disolver en agua, exactamente 49,04 g de la sal grado reactivo (secado a 105 ºC por 1h), y diluir a 1L.

2) Ácido sulfúrico, H2SO4, concentrado (no menor del 96%)

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3) Complejo ferroso-ortofenantrolina: Disolver 1,485 g de orto-fenantrolina monohidratada y 0.695 g de FeSO4.7H2O en agua y diluir a 100 mL.

Nota: Este complejo está disponible comercialmente con el nombre de ferroína.

4) Solución ferrosa 0,5 N: Disolver 196,1 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O en 800 mL de agua que contenga 20 ml de ácido sulfúrico concentrado. Diluir hasta 1 L.

B: MATERIALES: Balanza analítica Matraces erlenmeyer de 500 mL Pipetas volumétricas de 10,0 mL Cilindros graduados de 25 mL y de 250 mL Frasco gotero Embudo y papel de filtro Soporte para el embudo Bureta de 10, 25 o 50 mL

Muestra Secar la muestra de suelo y hacerla pasar a través de un tamiz no ferroso de 0,2 mm.

ProcedimientoTransferir a un matraz erlenmeyer de 500 mL una muestra de 0,5 g de suelo (0,05 g en el caso de turba o 2 g para suelos con menos del 1% de materia orgánica). Añadir, mediante una pipeta 10,0 mL de K2Cr2O7 1 N sobre la muestra, mezclando bien mediante un movimiento de giro. Luego, agregar 20 mL de ácido sulfúrico concentrado y seguir mezclando con un giro suave durante 1 minuto, para asegurar el contacto íntimo del reactivo con el suelo, pero cuidando que el suelo no quede adherido a las paredes del matraz, lejos del contacto con la solución. Dejar la mezcla en reposo durante 20 a 30 minutos.

Añadir 200 mL de agua y filtrar si se cree que el punto final no puede ser visto claramente sin filtración. Agregar 4 gotas del indicador de orto-fenantrolina y titular con solución ferrosa 0,5 N. Al aproximarse el punto final, la solución toma un color verde oscuro. En este punto, debe agregarse la solución ferrosa gota a gota, hasta que el color cambie rápidamente de azul a marrón rojizo (punto final).

Repetir la determinación con menor cantidad de muestra si se consume más del 75 % del dicromato.

EstandarizaciónPara la determinación de la normalidad del sulfato ferroso amónico se realiza una determinación en blanco, con 10,0 mL de K2Cr2O7 siguiendo igual procedimiento que el empleado para la muestra de suelo, pero sin incluirla.

Reacción:Cr2O7

2- + 14H+ + 6Fe2+ = 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

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Manejo de los Datos y Cálculos El % de materia orgánica se calcula por la fórmula:

% M. O. = 10 (1 − T

S ) x 1,0 N x 124000

x 1 ,7240 , 77

x 100W

S = mL de solución ferrosa para el blancoT = mL de solución ferrosa para la muestraW = Peso de la muestra, g1,724 = Factor de conversión de carbono orgánico a materia orgánica12/4000 = Peso meq del carbono0,77 = Factor de recuperación1,0N = Normalidad de la solución de dicromato

Para calcular el % de C orgánico, se utiliza la misma ecuación, sin multiplicar por 1,724.

Bibliografía consultada1. Jackson, M.:”Análisis Químico de Suelos”. Cap. 9. Ediciones Omega. Barcelona.

España. 1964.2. Black, C. (ed):“Methods of Soil Analysis. Part 2.” Chap. 90. American Society of

Agronomy. Madison, Wisconsin, USA, 1965.

PRACTICA 7. GRUPO COLIFORME EN AGUAS RESIDUALES

IntroducciónEl agua contiene suficientes sustancias nutritivas para permitir el desarrollo de diferentes microorganismos. Muchas de las bacterias del agua provienen del contacto con el aire, suelo, animales y plantas vivas o en descomposición, minerales y materia fecal.

La transmisión de organismos patógenos a través del agua ha sido la fuente más importante de epidemias de algunas enfermedades, entre las que se pueden mencionar (entre paréntesis el organismo causante): Fiebre tifoidea (Salmonella Typahi), Cólera (Vibrio cholera), Disentería (Shigella), Hepatitis (virus), Amibiasis (Enatomeba hys), infecciones del oído (Pseudomonas AE).

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El análisis bacteriológico del agua confiere al usuario un margen importante de seguridad para su uso. Sin embargo, en el caso de aguas residuales, no se busca en dicha prueba la existencia de organismos patógenos, sino un grupo específico de bacterias llamado Grupo Coliforme, que está presente en muchas aguas servidas, y se asume que todas las aguas contaminadas con las cloacales son potencialmente peligrosas, por la presencia de contaminación fecal.

La prueba bacteriológica del agua generalmente implica dos ensayos: la estimación del número de bacterias mediante el conteo en placa, y la determinación de la presencia o ausencia de miembros del grupo coliforme. En esta práctica se desarrolla el segundo método.

El grupo coliforme incluye bacterias de forma bacilar, aeróbicas (requieren oxígeno) o anaeróbicas facultativas (pueden vivir en presencia o ausencia de oxígeno), Gram negativas (no cambian la coloración de la solución de Gram), no producen esporas, y fermentan la lactosa con formación de gas en 48 h a 35-37 ºC. El número de organismos coliformes en los excrementos humanos es muy grande (125 a 400 x 109 colonias de bacterias por persona por día). Sin embargo, su fuente no es solo humana, sino también pueden originarse en animales de sangre caliente o fría y en el suelo. Existe un ensayo para diferenciar los coliformes fecales y los del suelo. Hay otra que permite distinguir entre coliformes totales y fecales.

Para el ensayo de coliformes, puede utilizarse uno de los siguientes procedimientos: Tubos múltiples (presuntivo, confirmativo, completo) Filtro de membrana Prueba de presencia-ausencia Colilert (o MMO-MUG)

En el primer método, que se utiliza en esta práctica, el grupo Coliforme se caracteriza por su capacidad de fermentar soluciones de lactosa, con formación de ácido y gas. El ensayo comprende dos pruebas: presuntiva y confirmativa. (ver Fig. 1).

La Prueba presuntiva utiliza medio caldo lactosado y los resultados permiten presumir la presencia de organismos coliformes. La producción de gas se observa en un pequeño tubo invertido que

se coloca dentro de los tubos donde se vierte la muestra y diluciones de ella, luego de su incubación a 35 ± 0,5 ºC por 48 ± 2h. (ver Fig. 2).

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FIGURA. 1. ESQUEMA DEL PROCESO PARA DETERMINAR COLIFORMES EN AGUA. 1. MUESTRA. 2. ENSAYO PRESUNTIVO. 3. ENSAYO CONFIRMATIVO. 4. ENSAYO COMPLETO.5.

IDENTIFICACIÓN.

Para la prueba confirmativa, se emplean los tubos con gas del ensayo anterior y se siembra una pequeña porción de líquido en medio caldo bilis-verde brillante (que es específico para coliformes). Se incuban por el mismo tiempo y temperatura que en el caso anterior. Al cabo de ese tiempo, si se observa la formación de cualquier cantidad de gas, el ensayo se considera positivo.

FIGURA. 2. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE COLIFORME DEL AGUA

Para hallar el índice coliforme (o NMP/100 mL) se utiliza una tabla, donde aparecen las diluciones utilizadas y los posibles resultados cuando se siembran 3 ó 5 tubos por dilución

(ver Anexo 1). No olvidar, sin embargo, que éste es sólo un número que representa el índice de bacterias coliformes que se obtendría con mayor probabilidad que cualquier otro número, como resultado del análisis microbiológico.

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El término NMP es un estimado, basado en una fórmula probabilística. Se ha demostrado suficientemente que, aún después de una agitación vigorosa, la distribución de bacterias en el agua es muy irregular. Es posible dividir un volumen dado de agua en varias porciones y encontrar que los microorganismos están ausentes en alguna porción, o quizás menor que el promedio que podría obtenerse al analizar toda la muestra.

La exactitud del método depende del número de tubos utilizado. El número de porciones a emplear es función de la exactitud deseada. Cuando se analiza agua potable, es necesario utilizar 5 tubos de fermentación de 10 mL por dilución para las dos pruebas.

En el caso de aguas que no han sido potabilizadas, el objetivo de esta prueba es generalmente estimar la densidad de contaminación bacterial o la fuente de polución. Para esto, pueden utilizarse réplicas por triplicado o por quintuplicado de la muestra.

Este procedimiento puede aplicarse también al análisis de muestras de salmueras, lodos y sedimentos, siguiendo las pautas señaladas previamente. Las muestras sólidas o semisólidas deben pesarse y disolverse con un volumen igual de diluyente, homogeneizándose la suspensión en un agitador esterilizado antes del análisis.

Aspectos LegalesEl Art. 8 de las Normas Sanitarias de Calidad del Agua Potable establece que “el ente responsable del sistema de abastecimiento de agua potable debe asegurar que ésta no contenga microorganismos transmisores o causantes de enfermedades, ni bacterias coliformes termoresistentes (coliformes fecales) siguiendo como criterio de evaluación de la calidad microbiológica la detección del grupo coliforme realizada sobre muestras representativas captadas, preservadas y analizadas según lo establecido en las presentes Normas”.

En el Art. 9 de las mismas Normas, se estipula que “Los resultados de los análisis bacteriológicos del agua potable deben cumplir los siguientes requisitos:

a. Ninguna muestra de 100 mL deberá indicar la presencia de organismos coliformes termoresistentes (coliformes fecales).

b. El 95% de las muestras de 100 mL, analizadas en la red de distribución no deberá indicar la presencia de organismos coliformes totales durante cualquier período de 12 meses consecutivos.

c. En ningún caso deberá detectarse organismos coliformes totales en dos muestras consecutivas de 100 mL, provenientes del mismo sitio”.

Por otra parte, El Art. 4 del Decreto 883 especifica los criterios microbiológicos de calidad exigibles para las aguas, de acuerdo al uso a que se destinen:

“1. Las aguas del sub-tipo 1A son aquellas cuyas características corresponden con los límites y rangos siguientes:

Parámetro Límite o rango máximoOrganismos coliformes totales Promedio mensual menor a 2000

NMP por cada 100 mL

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2. Las aguas del sub-tipo 1B son aquellas cuyas características corresponden con los límites y rangos siguientes:

Parámetro Límite o rango máximoOrganismos coliformes totales Promedio mensual menor a 10000

NMP por cada 100 mL…

5. Las aguas del sub-tipo 2A son aquellas cuyas características corresponden con los límites y rangos siguientes:

Parámetro Límite o rango máximoOrganismos coliformes totales Promedio mensual menor a 1000

NMP por cada 100 mLOrganismos coliformes fecales Menor a 100 NMP por cada

100 mL

6. Las aguas del sub-tipo 2B son aquellas cuyas características corresponden con los límites y rangos siguientes:

Parámetro Límite o rango máximoOrganismos coliformes totales Promedio mensual menor a 5000

NMP por cada 100 mLOrganismos coliformes fecales Menor a 1000 NMP por cada

100 mL…

8. Las aguas del tipo 3 son aquellas cuyas características corresponden con los límites y rangos siguientes:

Parámetro Límite o rango máximoOrganismos coliformes totales(**) a) Promedio mensual menor a

70 NMP por cada 100 mLb) El 10% de las muestras

puede exceder de 200 NMP por cada 100 mL

(**) Las muestras deben ser representativas de la calidad del cuerpo de agua a ser aprovechado. De existir fuentes de contaminación, las muestras deberán ser tomadas en las zonas afectadas. En ambos casos, se muestreará bajo las condiciones hidrográficas más desfavorables, a juicio del Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables.

9. Las aguas del Sub-tipo 4A son aquellas cuyas características corresponden con los límites y rangos siguientes:

Parámetro Límite o rango máximoOrganismos coliformes totales a) menor a 1000 NMP por cada

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100 mL en el 90% de una serie de muestras consecutivas.

b) menor a 5000 NMP en el 10% restante.

Organismos coliformes fecales a) menor a 200 NMP por cada100 mL en el 90% de una serie de muestras consecutivas.

b) menor a 400 NMP en el 10% restante.

10. Las aguas del Sub-tipo 4B son aquellas cuyas características corresponden con los límites y rangos siguientes:

Parámetro Límite o rango máximoOrganismos coliformes totales a) menor a 5000 NMP por cada

100 mL en el 80% de una serie de muestras consecutivas.

b) menor a 10000 NMP en el 20% restante.

Organismos coliformes fecales menor a 1000 NMP por cada100 mL en la totalidad de las muestras.

En el Art. 10, SECCIÓN III, De las Descargas a cuerpos de agua, del citado Decreto 883 se señala:“Parámetros biológicos:Número más probable de organismos coliformes totales no mayor de 1.000 por cada 100 mL, en el 90% de una serie de muestras consecutivas y en ningún caso será superior a 5.000 por cada 100 mL.

…

Art. 12, SECCIÓN IV, De las Descargas al medio marino-costero:“Parámetros biológicos:Número más probable de organismos coliformes totales no mayor de 1.000 por cada 100 mL, en el 90% de una serie de muestras consecutivas y en ningún caso será superior a 5.000 por cada 100 mL.

ResumenSe utilizan tubos de fermentación con caldo lactosado para sembrar la muestra y sus diluciones. Se incuban a 35 ± 0,5 ºC por 48 ± 2h. De los tubos donde se observa la formación de gas, se saca una pequeña porción y se coloca en tubos con bilis-verde brillante, incubándose también a 35 ± 0,5 ºC por 48 ± 2h. Para la estimación del NMP/100 mL, se considera la mayor dilución que produce resultados positivos en todos los tubos y las dos diluciones siguientes.

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Significado y usoEl examen bacteriológico del agua indica su calidad sanitaria y la posibilidad de su uso, además de señalar el grado de contaminación microbiana con desechos humanos o de animales. Tradicionalmente, se ha utilizado el grupo coliforme como organismo indicador, a pesar de no ser patógeno.

El significado de la prueba y la interpretación de los resultados han sido suficientemente certificados, y se han utilizado desde hace mucho tiempo como la base de un patrón de calidad bacteriológica de los suministros de agua.

InterferenciasCiertos agentes humectantes, presentes en los detergentes pueden contener sustancias inhibidoras. Debe lavarse todo el material de vidrio con un detergente apropiado y agua caliente, enjuagar con agua caliente y realizar un lavado final con agua destilada. No utilizar tubería de cobre para distribuir el agua destilada. Las conexiones deben ser de acero inoxidable o cualquier otro material no tóxico.

Debe utilizarse un removedor de cloro residual para los recipientes que se emplean para el análisis de aguas que hayan sido sometidas a clorinación. El tiosulfato de sodio es satisfactorio. Añadir 0,1 mL de una solución al 10% de la sal a una botella de muestreo de 120 mL. Tapar, colocar una corona, y esterilizar como se describió previamente.

Las muestras que tengan elevadas concentraciones de Cu o Zn, y las aguas residuales con altos niveles de metales pesados deben recogerse en recipientes que tengan un agente quelante que reduzca la toxicidad del metal. Pueden emplearse 0,3 mL de una solución al 15% de EDTA para un recipiente de 120 mL, que se agrega separadamente al envase o se combina con la solución de tiosulfato de sodio antes de la esterilización.

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

1. Caldo deshidratado de extracto de carne lactosado: Pesar la cantidad necesaria de caldo, siguiendo las instrucciones del fabricante. Agregar el sólido a 1 L de agua destilada, y agitar hasta que se disuelva completamente.

2. Caldo deshidratado de bilis y verde brillante: Seguir, para su preparación, un procedimiento análogo al del reactivo anterior.

3. Amortiguador de KH2PO4. Disolver 17,0 g de la sal en 250 mL de agua destilada. Ajustar el pH a 7,2, agregando lentamente y con agitación la cantidad necesaria de solución de NaOH 0,1 N. Ajustar a un volumen final de 500 mL.

4. Tiosulfato de sodio al 10%. Pesar 10 g de Na2S2O3.5H2O y disolver en 100 mL de agua destilada.

5. Diluyente: Agregar 1,25 mL de amortiguador de KH2PO4 a 1L de agua destilada.

B. MATERIALES:Balanza analítica

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Esterilizador de autoclaveEstufaIncubadora con control de temperaturaPipetas bacteriológicas de 1,0 mL.Tubos de cultivo de 150 mm x 18 mm y de 75 mm x 12 mmMedidor de pH

Muestra y métodos de muestreoSólo se utilizan muestras instantáneas. Si el agua contiene cloro residual, añadir a cada frasco suficiente solución de tiosulfato de sodio para destruirlo en el momento del muestreo (0,1 mL de Na2S2O3 al 10% neutraliza una muestra que contenga 15 mg/L de cloro residual). Todas las muestras deben analizarse tan pronto como sea posible. Los recipientes de vidrio se esterilizan por calentamiento a 160 ºC durante 1 h.

Al recolectar la muestra, dejar un espacio de aire (al menos de 2,5 cm) en la botella o envase, para facilitar el mezclado antes del ensayo. No abrir el recipiente de muestreo hasta el momento de la recolección. Debe tenerse el cuidado de tomar una muestra representativa, y evitar su contaminación en el momento de su recolección o en el período previo al análisis.

El número de muestras a analizar depende del objetivo del estudio. Para medir contaminación cíclica, debe muestrearse tan frecuentemente como sea posible, en un sitio inmediatamente debajo de la fuente. Si se desea estimar contaminación promedio, el sitio de muestreo se ubica a una distancia suficiente aguas abajo, para asegurar el mezclado del contaminante con el agua. La frecuencia no tiene que ser tan alta como la del muestreo para contaminación cíclica.

El volumen de la muestra debe ser de 100 mL o más. Si no puede realizarse el análisis dentro de la hora siguiente a la recolección, debe utilizarse refrigeración para el transporte de la muestra al laboratorio, manteniendo su temperatura por debajo de 10 ºC durante un tiempo máximo de 6 horas. Al llegar al laboratorio, refrigerar y procesar las muestras dentro de las 2 horas siguientes. En ningún caso, se deben analizar muestras que hayan excedido las 30 h entre su recolección y análisis. Todas las muestras deben estar acompañadas de los datos de identificación y descripción

ProcedimientoA. Preparación de los recipientes para la muestra y de las pipetas: Antes de la esterilización, verter en cada frasco 0,1 mL de solución de tiosulfato de sodio al 10%. Si el frasco tiene tapa esmerilada, insertar un trozo de cinta entre el tapón y su asiento, para evitar que se pegue

durante la esterilización. Cubrir el tapón o la tapa con papel ordinario o de aluminio, y atarlo con una cuerda. Esterilizar los frascos y las pipetas en una estufa a 170 ºC durante 1 h.

Si el frasco es de plástico, se puede esterilizar en autoclave durante 15 min a 121 ºC. Dejar la tapa ligeramente floja, para evitar que el recipiente se rompa durante el calentamiento. No abrir el esterilizador antes de que se haya enfriado. Apretar las tapas de los frascos de plástico. Para los envases plásticos que no soportan las condiciones del autoclave, utilizar la esterilización con óxido de etileno gaseoso.

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B. Preparación de los tubos de fermentación para las pruebas: Preparar 21 tubos de fermentación para la prueba de caldo lactosado, colocando en cada tubo de 150 mm x 18 mm un tubito invertido de 75 mm x 12 mm. Agregar 10 mL de caldo lactosado. Insertar tapones de algodón, y colocar los tubos boca arriba en una canasta. Seguir igual procedimiento para la preparación de los tubos con medio bilis-verde brillante. Esterilizar todos los tubos, calentándolos en autoclave durante 15 min a 121 ºC (1 kg o 15 lb). Dejar enfriar el equipo hasta la temperatura ambiente antes de abrirlo. El tiempo total durante el calentamiento, esterilización y enfriamiento no debe exceder de 40 min.

C. Preparación de los diluyentes. Preparar los diluyentes en tubos de ensayo de 150 mm x 18 mm, agregando una cantidad suficiente para que queden 9 mL en cada tubo después de la esterilización (esto se determina por tanteo). Tapar los tubos con algodón y esterilizar en autoclave por 15 min a 121 ºC.

D. Prueba presuntiva: Agregar 1 mL de muestra bien agitada a un tubo con 9 mL de diluyente, utilizando una pipeta estéril de 1 mL. Mezclar bien el tubo, cuidando de no mojar el tapón. Marcar esta dilución 1-10.

Agregar 1 mL de muestra a cada uno de tres tubos de fermentación con caldo lactosado. No es necesario agitar el tubo para mezclarlo. Marcar los tubos como 1-1, 1-2 y 1-3, respectivamente.

Usando la dilución marcada como 1-10, y con una pipeta esterilizada, hacer otra dilución del mismo modo que la primera, y marcarla como dilución 1-100.

Empleando como muestra la dilución 1-10, agregar a cada uno de tres tubos con caldo lactosado, volúmenes de 1 mL, marcándolos como 1-10-1, 1-10-2 y 1-10-3, respectivamente.

Seguir el mismo procedimiento para continuar la serie, preparando primero la dilución siguiente, y después los tubos de fermentación para una dilución determinada. En principio, la serie se continúa hasta que la dilución final produzca resultados negativos en tres tubos. Para muestras desconocidas, es conveniente llevar la serie hasta la dilución de 1 millonésimo. (1-1.000.000 o 1-106).

Colocar los tubos de fermentación inoculados en un incubador a 35 ± 0,5ºC durante 24 ± 2 h. Desechar los tubos de las diluciones de la muestra.

Al terminar el período de incubación, anotar las observaciones particulares de cada tubo de fermentación. Si no se nota gas en la parte superior del tubo interior, colocar un cero (0) en el espacio previsto. Cuando se observa cualquier cantidad de gas (así sea una pequeña burbuja), marcar con un signo positivo (+).

Continuar con la prueba confirmativa (o confirmada) sobre todos los tubos que muestren gas, marcándolos con (√ ) para indicar este hecho, después del signo (+), quedando así: (+√ ).

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Colocar nuevamente en el incubador aquellos tubos que no mostraron gas, dejándolos durante un período adicional de 24 h. El tiempo total para estos tubos será entonces de 48 ± 2 h.

Nuevamente observar y registrar la presencia o ausencia de gas. La aparición de gas en cualquier tubo de fermentación inoculado con una porción de la muestra o una dilución de la misma, en cualquier momento dentro de las 48 ± 2 h es una prueba presuntiva de la presencia de bacterias coliformes en ese tubo. Inversamente, la ausencia de gas es una prueba definitiva de la ausencia del grupo de bacterias coliformes en ese tubo.

E. Prueba confirmativa (o confirmada): Seguir la prueba en todos los tubos de fermentación que produjeron gas en la prueba presuntiva (los marcados como (+√ )), utilizando un hisopo o una asa de alambre de platino esterilizada. Pasar un momento el asa por la llama y sumergirla en el medio de cultivo de la prueba presuntiva. Llevar el asa o el extremo del hisopo a un tubo que contenga caldo con bilis y verde brillante. Marcar el nuevo tubo inoculado con el mismo número que lo identificó durante la prueba presuntiva. Una vez realizada la transferencia, ya no hay necesidad del tubo de fermentación de la prueba presuntiva, pero es aconsejable guardarlo hasta obtener las lecturas finales de la prueba confirmada.

Colocar los tubos en el incubador a 35 ± 0,5 ºC. Observar los tubos después de 24 ± 2 h de incubación. Si hay gas en el tubo interior en cualquier cantidad, registrar un signo (+) en el espacio correspondiente. Cuando no se observa gas, marcar un cero (0) e incubar el tubo durante otras 24 h, lo que hace un total de 48 ± 2 h. Examinar nuevamente los tubos y registrar la presencia o ausencia de gas.

La aparición de gas dentro de las 48 ± 2 h en un caldo con bilis y verde brillante, inoculado con el caldo lactosado de la prueba presuntiva es un testimonio confirmado de la presencia de bacterias coliformes en el tubo de la prueba presuntiva. La ausencia de gas en el tubo de la prueba confirmada es un testimonio definitivo de la ausencia de bacterias coliformes en el tubo correspondiente de la prueba presuntiva. Sin embargo, no es una evidencia definitiva de la ausencia de bacterias coliformes en la muestra original, pues es posible que otros tubos produzcan resultados positivos en la prueba confirmada.

Manejo de los Datos y Cálculos En esta práctica, los resultados se obtienen una vez que se conoce el número de tubos positivos en la prueba Confirmativa, y apoyándose en la Tabla 1 (ver más adelante).

Utilizando para el análisis diferentes volúmenes de muestra, múltiplos decimales de 1 mL (10, 100, 1000, etc.), es posible hacer una estimación aproximada del número de bacterias

coliformes presentes en la muestra, utilizando el número de tubos de las diferentes diluciones que produjeron resultados positivos. La estimación se hace en forma del Número Más Probable, NMP, que es la concentración de bacterias coliformes (expresada como número de bacterias/100 mL de muestra) que con mayor probabilidad se encuentran en la misma combinación de tubos positivos y negativos que la obtenida en el examen de la muestra.

Cuando se utilizan para el examen más de tres diluciones en serie decimal, solamente son significativos los resultados de tres de ellas. Seleccionar la mayor dilución que produce resultados positivos en los 3 tubos y las siguientes dos diluciones mayores, y utilizar para el

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cómputo del NMP los resultados de esas tres diluciones. El valor del NMP es igual al índice que se obtiene en la Tabla 1 (ver más adelante), multiplicado por un factor que es igual al denominador de la mayor dilución que haya dado resultados positivos en los tres tubos. Como ejemplo, los números en el numerador de las fracciones en la siguiente Tabla representan el número de tubos positivos, y el del denominador el total de tubos. La combinación de positivos es el número de tubos positivos por dilución.

Ejemplo Original 1-10 1-100 1-1000 Combinaciónde positivos

(a) 3/3 3/3 2/3 0/3 3-2-0(b) 3/3 2/3 2/3 0/3 3-2-2(c) 0/3 1/3 0/3 0/3 0-1-0

Puede presentarse el caso (d), donde ocurre un resultado positivo en una dilución mayor que las tres escogidas de acuerdo a la regla. Si ese es el caso, se incorpora al resultado de la mayor dilución seleccionada, como en (e):

Ejemplo Original 1-10 1-100 1-1000 Combinaciónde positivos

(d) 3/3 2/3 1/3 1/3 3-2-2(e) 3/3 2/3 2/3 0/3 3-2-2

El número más probable para una variedad de resultados aparece en la Tabla 1. Se muestra también el intervalo de confianza del 95 % para cada valor de NMP.

TABLA 1. ÍNDICE DE NMP Y LÍMITES DE CONFIANZA DEL 95 % PARA VARIAS COMBINACIONES DE RESULTADOS DE TUBOS POSITIVOS. (PORCIONES DE 10 ml, 1 ml y 0,1 ml)

Combinación

de positivos

Tubos por dilución3 5

NMP/100 mLLímite de confianza

del 95% NMP/100 mLLímite de confianza

del 95%Inferior Superior Inferior Superior

0-0-0 <3 <20-0-1 3 <0.5 9 2 <0.5 70-1-0 3 <0.5 13 2 <0.5 70-2-0 - 4 <0.5 11

1-0-0 4 <0.5 20 2 <0.5 71-0-1 7 1 21 4 <0.5 111-1-0 7 1 23 4 <0.5 111-1-1 11 3 36 6 <0.5 151-2-0 11 3 36 6 <0.5 15

2-2-0 9 1 36 5 <0.5 132-0-1 14 3 37 7 1 172-1-0 15 3 44 7 1 172-1-1 20 7 89 9 2 212-2-0 21 4 47 9 2 212-2-1 28 10 150 -2-3-0 - 12 3 28

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3-0-0 23 4 120 8 1 193-0-1 39 7 130 11 2 253-0-2 64 15 380 -3-1-0 43 7 210 11 2 253-1-1 75 14 230 14 4 343-1-2 120 30 380 -3-2-0 93 15 380 14 4 343-2-1 150 30 440 17 5 463-2-2 210 35 470 -3-3-0 240 36 1300 -3-3-1 460 71 2400 -3-3-2 1100 150 4800 -3-3-3 2400 -

4-0-0 - 13 3 314-0-1 - 17 5 464-1-0 - 17 5 464-1-1 - 21 7 634-1-2 - 26 9 784-2-0 - 22 7 674-2-1 - 26 9 784-3-0 - 27 9 804-3-1 - 33 11 934-4-0 - 34 12 935-0-0 - 23 7 705-0-1 - 31 11 895-0-2 - 43 15 1105-1-0 - 33 11 935-1-1 - 46 16 1205-1-2 - 63 21 1505-2-0 - 49 17 1305-2-1 - 70 23 1705-2-2 - 94 28 2205-3-0 - 79 25 1905-3-1 - 110 31 2505-3-2 - 140 37 3405-3-3 - 180 44 5005-4-0 - 130 35 3005-4-1 - 170 43 4905-4-2 - 220 57 7005-4-3 - 280 90 8505-4-4 - 350 120 10005-5-0 - 240 68 7505-5-1 - 350 120 10005-5-2 - 540 180 14005-5-3 - 920 300 32005-5-4 - 1600 640 58005-5-5 - 2400

Para utilizar la Tabla 1, al emplear porciones diferentes a las especificadas, se aplican los valores obtenidos en la columna correspondiente multiplicando por la relación 10/volumen de muestra (10 es la porción original para desarrollar los NMP de la Tabla).

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Así, si se emplea una combinación de porciones de 100, 10 y 1 mL, el valor de NMP es 0,1 veces el que se obtiene de la Tabla 1 (10/100 = 0,1).

En el caso más frecuente que se trabaja con porciones de 1 mL de la muestra original y sus diluciones 1:10, 1:100, 1:1000, etc., el NMP será 10 veces (10/1 = 10) el valor de la Tabla.

A manera de ejemplo práctico, si tal es la situación, y son positivos todos los tubos de triplicados de todas las diluciones hasta llegar a la dilución 1:1.000, 1:10.000 y 1:100.000, donde se obtienen los siguientes resultados de tubos positivos y negativos para estas tres diluciones:

DULUCIÓN RESULTADO1:1.000 3 + 0 -1:10.000 2 + 1 -1:100.000 0 + 3 -

Se toman los resultados de la mayor dilución que dio positiva en los 3 tubos (1:1.000) y las dos diluciones siguientes, y al consultar la Tabla 1, con el valor 3-2-0 (número de tubos positivos), se encuentra el valor 93. El NMP es entonces:

NMP/100 mL = Valor de la Tabla x 10 x 1000 = 930.000

Intervalo de confianza del 95 % = 150.000 - 3.800.000 NMP/100 mL

Nota: El factor 10 es por haber utilizado réplicas por triplicado de 1 mL de muestra original (y no 10 mL, como se empleó para elaborar la Tabla 1) y sus diluciones. El factor 1.000 es el denominador de la mayor dilución que produjo resultados positivos en 3 tubos.

El procedimiento descrito para el grupo coliforme, y la determinación de su NMP puede aplicarse a cualquier otro organismo siempre que se haya utilizado un método apropiado.

Bibliografía consultada1. APHA, AWWA, WPCF: “Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater” 14th Edition. pp. 875-927. USA. 1976.

2. Garassini, L.: “Microbiología Tecnológica”. Cap. 2. Ediciones de la Biblioteca. Universidad Central de Venezuela. Caracas. 1964.

3. Romero, J.: “Acuiquímica”. Cap. 4. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá. 1996.

4. Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York: “Manual de Tratamiento de Aguas Negras” pp. 187-192. Limusa. México. 1989.

5. “Normas Sanitarias de Calidad del Agua Potable”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 36.395. 13/02/1998.

6. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 5.021 (Extraordinario). 18/12/1995

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PRACTICA 8. DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO

IntroducciónLas proteínas y los carbohidratos constituyen el 90% de los contaminantes orgánicos de las aguas residuales domésticas. Las fuentes más importantes de estas sustancias biodegradables son los excrementos y orina humanos, residuos de alimentos, polvo y suciedad de los baños y del lavado de la ropa, jabones, detergentes y otros productos de limpieza.

Se utilizan diversos parámetros para medir la concentración de materia orgánica de las aguas residuales. Uno de ellos cuantifica el carbono orgánico de los residuos (ver la práctica de Carbono Orgánico). Otros métodos frecuentes se basan en la cantidad de oxígeno que se necesita para convertir los compuestos oxidables en productos finales estables. Si el oxígeno que se consume es proporcional a la materia orgánica presente, su reducción permite establecer una relación cuantitativa de la concentración orgánica de las aguas residuales. Los métodos más usuales para determinar los requerimientos de oxígeno son la demanda química de oxígeno, DQO, y la demanda bioquímica de oxígeno, DBO.

La DQO de las aguas residuales es la cantidad de oxígeno necesario para oxidar químicamente (empleando sustancias oxidantes fuertes en medio ácido) las sustancias orgánicas presentes. Es entonces, un parámetro de polución que mide el material orgánico contenido en una muestra líquida mediante oxidación química. La DQO representa así una medida de la

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cantidad de oxígeno consumido por la porción de materia orgánica de la muestra que es oxidable por un agente químico fuerte (dicromato de potasio en medio ácido sulfúrico).

La oxidación de la mayoría de las formas de materia orgánica se efectúa por ebullición a reflujo por 2 h con cantidades conocidas de dicromato de potasio, K2Cr2O7, y H2SO4. El material orgánico reduce una cantidad equivalente de dicromato, y el remanente de esa sustancia se determina por titulación con sulfato ferroso amónico estándar. La cantidad de dicromato reducida (inicial – remanente) es una medida de la cantidad de materia orgánica. Materia orgánica + Cr2O7

2- + H+ = 2Cr3+ + CO2 + H2OO también:

CnHaOb + cCr2O72- + 8cH+ = nCO2 + [(a/2) + 4c]H2O + 2cCr3+

Donde c = (2n/3) + (a/6) – (b/3)

En la reducción del dicromato remanente 6Fe2+ + Cr2O7

2- + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

Para el ensayo de la DQO, deben controlarse adecuadamente los siguientes factores:

1. Establecer correctamente, antes de la prueba, la concentración del dicromato de potasio y del sulfato ferroso amónico.

2. Medirse exactamente el volumen de la muestra, de K2Cr2O7 y de H2SO4.

3. Mantener un tiempo de reflujo suficiente para permitir la oxidación completa de la materia orgánica. Generalmente, son 2 h.

En la determinación interfieren los Cl-, los NO3- y otros iones inorgánicos, como Fe2+, Mn2+

SO32- y S2-. En general, en las aguas residuales, la interferencia de cloruro es la más

importante, ya que consume dicromato:

6Cl- + Cr2O72- + 14H+ = 3Cl2 + 2Cr3+ + 7H2O

El sulfato mercúrico que se agrega a la muestra antes de los otros reactivos evita la interferencia de cloruros Se inhibe así la oxidación de hasta 1000 mg/L de ión cloruro, al formarse un complejo de cloruro mercúrico estable y soluble: :

2Cl- + Hg2+ = HgCl2 (complejo poco reactivo)

Después de la digestión de la materia orgánica con dicromato, se mide la cantidad residual del reactivo mediante sulfato ferroso amónico. El punto final se determina usando ferroína como indicador. La ferroína contiene 1,10 fenantrolina, que forma un complejo de color rojo con el ión ferroso. A medida que el dicromato anaranjado se reduce a Cr3+ de color verde, los iones Fe2+ forman un complejo con el indicador de color carmelita rojizo. El viraje es muy claro, de un color azul verdoso a rojo carmelita (color café o tabaco).

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Existe otro método para medir la DQO, llamado microespecrofotométrico, que es similar al que se describe aquí (denominado de digestión por reflujo), pero con cantidades mucho más bajas de todos los mismos reactivos, que se colocan en una ampolla sellada y la DQO se mide espectrofotométricamente, luego de la digestión.

La reacción química involucrada entre la materia orgánica y el dicromato puede ilustrarse al considerar la descomposición del ftalato ácido (o biftalato) de potasio (KC8H5O4):

2KC8H5O4 + 10K2Cr2O7 + 41H2SO4 = 10Cr2(SO4)3 + 11K2SO4 + 16CO2 + 46H2O

Si 10 moles de dicromato oxidan 2 moles de biftalato, la reacción equivalente, con oxígeno molecular como oxidante en presencia de ácido sulfúrico puede representarse por la ecuación: 2KC8H5O4 + 15O2 + H2SO4 = K2SO4 + 16CO2 + 6H2O

De la ecuación anterior se deduce que la DQO teórica del biftalato de potasio (peso fórmula = 204) es:

15 moles de O2

2 moles de KC 8 H5 O4x

32 g O2

molx

1 mol KC 8 H5 O4

204 g= 1 , 176

g O2

g KC8 H 5O4

Por tanto, una solución que contenga 0,851 g de biftalato de potasio por litro tiene una DQO de 1,176 x 0,851 = 1 g/L = 1 mg/mL. Si se toma una alícuota de 25 mL de esa solución

(equivalente a 25 mg O2) y se diluye a 50 mL, la DQO teórica es de 25 mg/0,05 L = 500 mg/L.

Debe tenerse en cuenta que no todos los compuestos orgánicos son oxidables por dicromato. Sustancias como algunos hidrocarburos aromáticos y la piridina no son oxidadas bajo ninguna circunstancia. (ver Tabla 1). Otros compuestos orgánicos, como los alcoholes y aminoácidos no reaccionan con el dicromato a menos que haya un catalizador. Los iones Ag+ cumplen efectivamente esa función, por lo que se adiciona sulfato de plata.

TABLA 1. RECUPERACIÓN DE LA DQO TEÓRICA PARA VARIOS COMPUESTOS ORGÁNICOS (1)

Componente Reactividad, % del valor teóricoCompuestos alifáticos 1ª 2b 3c 4d 5e

Acetona 98 96 94Ácido acético 92 92 98Acroleína 62Ácido butírico 89 93Dextrosa 95Dietilenglicol 93 70Acetato de etilo 95 85Metil-etil-cetona 98 90Compuestos aromáticosAcetofenona 89Benzaldehido 80

84

Benceno 60-98 41Ácido benzoico 98 100Ftalato de dioctilo 83Difenilo 81o-cresol 95 95Tolueno 83 45Biftalato de potasio 100Compuestos nitrogenadosAcrilonitrilo 48 44Adenina 59Anilina 80 74Butilamina 57Piridina 0 1 2Quinolina 87Trimetilamina 1Triptofano 87Ácido úrico 61

a, b, c, d, e: Autor del trabajo (ver Referencia 1)

No puede establecerse una relación fija entre la DQO y la DBO, mientras no se establezcan ambos parámetros para una muestra. Si existe un predominio de materia químicamente oxidable en la muestra que no reaccione biológicamente (como en algunas aguas residuales crudas, textiles y de procesadoras de papel), la DQO será mayor que la DBO. Cuando predomina el material oxidable biológicamente, la DBO será más alta que la DQO. Como ejemplo está el de algunas destilerías.

La DQO se usa mucho en el análisis de aguas residuales. Junto con el de la DBO, permite establecer las condiciones de biodegradabilidad y la proporción de sustancias tóxicas en una muestra, y la eficiencia de las unidades de tratamiento.

Aspectos LegalesEn relación con la DQO, la Sección III del Decreto 883 establece los límites máximos de calidad de los vertidos, dependiendo del sitio a donde se dirigen:

Sitio a donde descarga el vertido (Art. del Decreto)

Límite máximo DQO, mg/L

Ríos, estuarios, lagos o embalses (Art. 10) 350

Medio marino-costero (Art. 12) 350

Redes cloacales (Art. 15) 900

ResumenSe coloca en reflujo por 2 h la muestra junto con un volumen conocido de dicromato de potasio y ácido sulfúrico. Se determina el exceso de dicromato después de la digestión, utilizando una solución estándar de sulfato ferroso amónico, con un complejo de ortofenantrolina-hierro ferroso como indicador.

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Significado y usoEste método se utiliza para determinar químicamente la cantidad de oxígeno que consumen ciertas impurezas del agua. Típicamente, la DQO se emplea para monitorear y controlar contaminantes inorgánicos y orgánicos que consumen oxígeno en aguas residuales domésticas e industriales. Puede establecerse una relación entre la DQO y otros parámetros como el carbono orgánico total.

Precauciones de seguridadEsta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras. Considerar, sin embargo, los siguientes aspectos:

1. Debe tenerse cuidado extremo al manipular soluciones concentradas de ácido sulfúrico. Emplear ventilación adecuada, gafas protectoras, mascarilla, guantes de goma y trajes protectores. Si ha habido contacto con el ácido, el tratamiento consiste en lavar los ojos con agua, con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.2. El dicromato de potasio es un irritante y alérgeno. Como todas las sales hexavalentes de cromo, es muy tóxico. Utilizar ventilación adecuada, guantes, delantales y botas de goma, mascarilla con filtro mecánico. Acentuar la limpieza personal. Si ha habido contacto con la

solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.3. El sulfato de plata es venenoso. Evitar el contacto con la sustancia sólida o sus soluciones. Utilizar ventilación adecuada. Todo lo que se vierta debe recogerse rápidamente. No comer ni fumar en el área de trabajo. Deben emplearse trajes protectores para el manejo de la sal. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo. Si se ha ingerido, debe realizarse un lavado gástrico, empleando cloruro de sodio para precipitar la plata, y luego un purgante salino. 4. El sulfato de mercurio es muy venenoso. Evitar el contacto con la sustancia sólida o sus soluciones. Cuanto mas grave es la intoxicación, mayor la probabilidad de lesiones permanentes. Utilizar ventilación adecuada. Todo lo que se vierta debe recogerse rápidamente. No comer ni fumar en el área de trabajo. Deben emplearse trajes protectores para el manejo de la sal. Si se ha ingerido, debe procederse al lavado gástrico. Si ha habido contacto con la solución, deben lavarse inmediatamente los ojos con agua, y con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo

InterferenciasEl ión cloruro, la interferencia más frecuente, se oxida cuantitativamente por el dicromato en solución ácida. Esta reacción puede minimizarse por la adición de sulfato mercúrico.

La reacción con dicromato no es específica para los compuestos orgánicos, sino que tal sustancia puede oxidar los iones inorgánicos presentes, como el nitrito, hierro ferroso, sulfito y sulfuro. Algunas sustancias orgánicas son muy resistentes a la oxidación, mientras que otras

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(como los carbohidratos), reaccionan fácilmente. Para una guía de reactividades, consultar la Tabla 1.

Puede ocurrir la pérdida parcial de compuestos orgánicos difíciles de oxidar antes del inicio de la reacción. Deben extremarse las precauciones para mantener una temperatura baja (unos 40 ºC) que permita la oxidación a baja temperatura por un cierto período, antes de iniciar el reflujo.

Aparatos1. El aparato de reflujo consiste de un erlenmeyer de 500 mL o un frasco de fondo

redondo de 300 mL, de vidrio resistente al calor, conectado a un condensador Allihn de 300 mm por medio de cuello esmerilado. Puede utilizarse cualquier otro aparato de reflujo que sea equivalente, siempre que haya una conexión de vidrio esmerilado entre el frasco y el condensador, y que sea de vidrio resistente al calor.

2. Aparato para el calentamiento de la muestra: Una manta de calentamiento o una plancha caliente, capaz de suministrar calor suficiente al aparato de reflujo, para asegurar la ebullición de su contenido.

3. Aparato para mezclar u homogeneizar la muestra: Una batidora casera es satisfactoria.

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

1. Solución patrón de sulfato ferroso amónico 0,25 N. Disolver 98,0 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O en agua destilada. Añadir 20 mL de ácido sulfúrico concentrado (g. e. 1,84), enfriar y diluir a 1 L. Estandarizar esta solución diariamente antes de usar. (ver Estandarización).

2. Solución patrón de sulfato ferroso amónico 0,025 N: Diluir 100 mL de solución de sulfato ferroso amónico 0,25 N a 1 L. Estandarizar esta solución con dicromato de potasio 0,025 N, utilizando el método que aparece en Estandarización. Esta solución se necesita sólo si se va a determinar la DQO en el rango de 10 a 50 mg/L.

3. Sulfato mercúrico, HgSO4, en polvo.4. Solución indicadora de fenantrolina-sulfato ferroso (ferroína): Disolver 1,48 g de 1,10-

(orto)-fenantrolina (monohidrato) junto con 0,70 g de sulfato ferroso (FeSO4.7H2O) en 100 mL de agua destilada.

5. Solución estándar de ftalato ácido de potasio (o biftalato de potasio) (1 mL = 1 mg DQO): Disolver 0,851 g de ftalato ácido de potasio, KC8H5O4, grado analítico, en agua destilada y diluir a 1 L.

6. Solución estándar de dicromato de potasio (0,25 N): Disolver 12,259 g de K2Cr2O7

grado analítico (previamente secado a 103 ºC por 2 h) en agua destilada y diluir a 1 L.7. Solución estándar de dicromato de potasio (0,025 N): Diluir 100,0 mL de solución de

dicromato de potasio 0,25 N a 1 L. Esta solución se necesita sólo si para determinar la DQO en el rango de 10 a 50 mg/L.

8. Sulfato de plata, AgSO4, en polvo.9. Ácido sulfúrico (g. e. 1,84): H2SO4 concentrado

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10. Solución de ácido sulfúrico-sulfato de plata: Disolver 15 g de sulfato de plata en polvo en 300 mL de ácido sulfúrico (g. e. 1,84) y diluir a 1 L con ácido sulfúrico concentrado (g. e. 1,84).

B. MATERIALES:Pipetas volumétricas de 5, 10, 25 y 50 mLMatraces aforados de 1000 mLCilindros graduados de 50 y 100 mLBaños de hieloPerlas de ebulliciónVasos de precipitado de 100 mLMatraces erlenmeyers de 500 mLFrasco gotero para el indicadorBureta de 10 o 25 mLBalanza analítica

Muestra y métodos de muestreoPara muestras inestables, debe realizarse el ensayo sin retraso. Homogeneizar muestras que contengan sólidos sedimentables, utilizando una batidora, para permitir un muestreo representativo. Si va a haber un retraso en el análisis, preservar la muestra mediante enfriamiento a 4 ºC si va a ser analizada dentro de las 24 h siguientes al muestreo, o por

acidificación con 2 mL/L de ácido sulfúrico concentrado en el momento de la recolección, si el análisis se realizará en los próximos 7 días. Para muestras con DQO muy elevada, realizar diluciones previas utilizando matraces aforados, para reducir el error inherente a la medición de volúmenes pequeños.

Procedimiento1. Colocar 50,0 mL de muestra en el matraz de reflujo. Si se utilizan menos de 50 mL,

añadir primero la cantidad necesaria de agua de dilución al recipiente de reflujo, agregar la muestra y mezclar. Las muestras que contienen más de 800 mg/L de DQO deben diluirse previamente y colocar luego 50,0 mL de muestra diluida en el matraz de reflujo. Nota: Las muestras diluidas deben consumir al menos 5 mL del dicromato. Diluir la muestra si se consumen más de 20 mL del dicromato.

2. Para la determinación en blanco, colocar 50 mL de agua destilada en otro recipiente de reflujo

3. Para chequear la validez de la prueba, realizar una determinación estandarizada, utilizando la solución de ftalato ácido de potasio. Debería obtenerse una DQO de 500 mg/L, cuando se utiliza una alícuota de 25 mL de esta solución estándar diluida a 50 mL. Por lo tanto, en un tercer recipiente de reflujo colocar 25,0 mL de solución de ftalato ácido de potasio y agregar 25 mL de agua destilada.

4. Colocar los 3 frascos de reflujo en un baño de hielo y agregar a cada uno 1 g de sulfato mercúrico sólido, 5,0 mL de ácido sulfúrico concentrado y varias perlas o piedras de ebullición. Mezclar bien, para la completa disolución.

5. Manteniendo los frascos en el baño de hielo, añadir lentamente y con agitación, 25,0 mL de solución estándar de dicromato de potasio 0,25 N

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6. Con los frascos todavía en el baño de hielo, agregar lentamente 70 mL de la solución de la solución de ácido sulfúrico-sulfato de plata, tratando que la temperatura se mantenga lo más baja posible (mejor por debajo de 40 ºC).

7. Unir el frasco al condensador e iniciar el flujo de agua de enfriamientoNota: Asegurarse que el contenido del frasco se encuentra bien mezclado, para evitar sobrecalentamiento que produzca la expulsión del líquido por el extremo abierto del condensador.

8. Cubrir el extremo abierto del condensador con un pequeño vaso de precipitado invertido, para prevenir el ingreso de materiales extraños a la mezcla en reflujo.

9. Aplicar calor a los recipientes y reflujar por 2 h.10. Permitir que los frascos se enfríen y lavar el condensador con aproximadamente 25 mL

de agua destilada. Si se utilizó un recipiente de fondo redondo, transferir la solución a un erlenmeyer de 500 mL, lavando el frasco de reflujo 3 a 4 veces con agua. Diluir a 300 mL con agua y dejar que se enfríe a temperatura ambiente.

11. Añadir 8 a 10 gotas del indicador de fenantrolina-sulfato ferroso y titular el exceso de dicromato con la solución de sulfato ferroso amónico 0,25 N. El cambio de color en el punto final es neto desde un azul-verdoso hasta un marrón rojizo. Si la solución vira inmediatamente a marrón rojizo al agregar el indicador, repetir el análisis con una alícuota más pequeña.

12. Para muestras con baja DQO (10 a 50 mg/L), utilizar soluciones 0,025 N de dicromato de potasio y de sulfato ferroso amónico. Cuando la DQO se encuentra que es mayor a 50 mg/L empleando tales reactivos a esa concentración, debe analizarse de nuevo la muestra, utilizando los reactivos más concentrados.

Estandarización1. Titulación del Fe(NH4)2(SO4)2 0,25 N: En un erlenmeyer de 500 mL, diluir 25,0 mL de

solución de dicromato de potasio 0,25N, con agua destilada, a aproximadamente 250 mL. Añadir 20 mL de ácido sulfúrico concentrado (g. e. 1,84) y dejar enfriar. Agregar 8 a 10 gotas del indicador de fenantrolina-sulfato ferroso y titular con la solución de sulfato ferroso amónico a estandarizar. El cambio de color en el punto final es fácilmente visible desde un azul-verdoso hasta un marrón rojizo.

Calcular la normalidad así:N = (A x B)/C

Donde:N = normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico.A = volumen de solución de dicromato de potasio, mLB = normalidad de la solución de dicromato de potasio.C = Volumen de la solución de sulfato ferroso amónico, mL

2. Titulación del Fe(NH4)2(SO4)2 0,025 N: Utilizar igual procedimiento que para la solución 0,25 N, pero empleando como titulante la solución de dicromato de potasio 0,025 N. La normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico se calcula con la misma fórmula.

Manejo de los Datos y Cálculos 1. Calcular la DQO de la muestra en mg/L mediante la ecuación:

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DQO , mg /L=

( A − B ) NS

x 8 x 1000 (1)

Donde:A = mL de solución de sulfato ferroso amónico para el blanco.B = mL de solución de sulfato ferroso amónico para la muestra.N = normalidad de la solución de sulfato ferroso amónico.8 = peso miliequivalente del oxígeno1000 = factor de conversión de L a mLS = mL de muestra utilizada en la prueba

2. Para la DQO de la solución de biftalato de potasio, como se dijo antes, la solución contiene 0,851 g de la sal por litro, y tiene una DQO de 1 mg/mL. Utilizando una alícuota de 25 mL de esa solución (equivalente a 25 mg O2) diluída a 50 mL, la DQO teórica es de 25 mg/0,05 L = 500 mg/L. Calcular el valor experimental utilizando la ecuación (1).

Bibliografía consultada1. Annual Book of ASTM Standards: D 1252-88: “Standard Test Methods for Chemical

Oxygen Demand (Dichromate Oxygen Demand) of Water” ASTM. 1995.

2. APHA, AWWA, WPCF: “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” 14th Edition. pp. 550-554. USA. 1976

3. Plunkett, E.: “Manual de Toxicología Industrial”. pp. 360, 437. Urmo. Bilbao. 1974.4. Romero, J.: “Acuiquímica”. Cap. 3. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.

Bogotá. 1996.5. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos

de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 5.021 (Extraordinario). 18/12/1995

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PRACTICA 9. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO

IntroducciónLa demanda bioquímica de oxígeno, DBO5,20 o simplemente DBO, se define como la cantidad de oxígeno consumida durante la descomposición natural de la materia orgánica presente en un volumen dado de agua en condiciones aeróbicas durante 5 días a 20ºC. Puesto que la reacción continúa indefinidamente, la prueba de la DBO última se ha limitado arbitrariamente a 20 días, cuando se ha consumido un 95% o más del oxígeno necesario. Como este período es demasiado largo para que sea útil, una medición que se realiza en 5 días a 20 ºC se ha convertido en la norma.

El ensayo de la DBO mide el oxígeno consumido por los microorganismos vivos (esencialmente bacterias) al utilizar la materia orgánica de un residuo en condiciones similares a las de la naturaleza, y puede considerarse como una oxidación húmeda, donde los microorganismos oxidan la materia orgánica a CO2 y agua.

Hay una relación cuantitativa de la cantidad de oxígeno necesaria para convertir una cantidad definida de un compuesto orgánico dado a CO2, H2O y NH3 (este último proviene del nitróge-no contenido en la materia orgánica):

CnHaObNc + (n + ¼ a – ½ b – ¾ c) O2 n CO2 + (½ a – c) H2O + c NH3

Para las aguas residuales ordinarias, el valor de la DBO a 5 días (conocido frecuentemente como DBO5,20) representa aproximadamente un 68 al 70 % de la materia orgánica, que requiere unos 100 días para su descomposición total. Las reacciones involucradas incluyen hidrólisis, fermentación, oxidación y putrefacción por microorganismos que consumen oxígeno en cantidad proporcional a la materia orgánica que descomponen (o estabilizan).

La DBO se expresa en partes de oxígeno por millón de partes de desecho. Los efluentes domésticos tienen una concentración próxima a las 200 ppm, mientras que los efluentes de la industrial de alimentos presentan valores que con frecuencia exceden las 1500 ppm de DBO.

La determinación de la DBO se efectúa midiendo la concentración de oxígeno disuelto en la muestra antes y después de su incubación en frascos sellados por 5 días a 20ºC. Con muestras que no exceden las 7 ppm de DBO, se puede determinar tal parámetro directamente, midiendo el oxígeno disuelto inicial y final (después de incubar una muestra a 20ºC durante 5 días) y calculando la diferencia como DBO (método directo).

Desafortunadamente, la mayoría de las muestras tiene una DBO mayor de 7 ppm, por lo que es necesario utilizar el método de dilución, que se basa en suponer que la velocidad de degradación bioquímica de la materia orgánica sigue una cinética de primer orden, proporcional a la cantidad de alimento remanente disponible. Por ejemplo, una dilución al 10% utiliza el oxígeno a una velocidad que es la décima parte de la de una muestra al 100%.

La experiencia ha demostrado que la mejor agua para dilución en el ensayo de la DBO se prepara a partir de agua destilada con una pequeña proporción de un buffer y unas sales que

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aseguran condiciones osmóticas apropiadas, así como las condiciones para el crecimiento y metabolismo de los microorganismos. La función del buffer es mantener un pH favorable (usualmente entre 6,5 y 8,5 aunque se prefiere 7 a 7,2).

El agua de dilución tiene todos los elementos necesarios para medir la DBO, excepto los microorganismos. Para suministrar las bacterias que aseguren la descomposición de las sustancias orgánicas se utiliza una “siembra”. Las aguas residuales domésticas (especialmente las de alcantarillado) suministran una población balanceada de microorganismos, y es suficiente una cantidad de 2 a 5 mL de éstas por litro de muestra.

Utilizando la técnica de la dilución, se puede admitir que el agua de dilución junto con el material de siembra contiene materia orgánica, y que la adición de agua de dilución a la muestra aumenta la cantidad de materia orgánica oxidable, por lo que debe realizarse una corrección. Se mide el oxígeno disuelto en el agua de dilución en el día cero, para tener una medida de la eventual cantidad de materia orgánica que posee. En algunos estudios, se recomienda incluir al menos tres blancos en cada grupo de muestras a las que se va a medir la DBO.

En la práctica, se determina el oxígeno disuelto, OD, en 6 muestras:

Muestra original diluida (si es necesario), control de siembra y agua de dilución (blanco), sin haber sido incubados.

Tres muestras idénticas a las anteriores (original, control de siembra y agua de dilución), luego de su incubación a 20 ºC por 5 días.

Para los cálculos de la DQO se toman aquellas muestras que producen un consumo de oxígeno mayor de 2 mg/L, y que poseen un contenido de OD final mayor de 0,5 ppm. Cuando se desea establecer el tamaño apropiado de la muestra, se puede consultarse una tabla donde aparezca el intervalo de DBO que se puede medir con diferentes diluciones. En la Tabla 1 (ver página siguiente), se presenta esa información.

Si los recipientes para la DBO son de 300 mL, un 1% de muestra significa un volumen de 3 mL de muestra. Si para una muestra particular se anticipa una DBO próxima a 1000 ppm, debería emplearse una dilución al 0,5% (1,5 mL de muestra en recipientes de 300 mL). Si se incluye además una dilución al 0,2% (0,6 mL) y otra al 1% (3 mL), el intervalo de DBO que se puede medir se extiende desde 200 hasta 3500 mg/L, lo que puede compensar cualquier error en el cálculo original.

A manera de referencia, las diluciones se pueden preparar según el tipo de efluente: 0,1 a 1% para aguas de mataderos industriales o aguas cloacales concentradas, 1 a 5% para aguas cloacales sedimentadas, 5 a 25% para efluentes parcialmente oxidados y 25 a 100% para aguas de ríos contaminados.

TABLA 1. MEDICIÓN DE LA DBO CON MUESTRAS DE DIFERENTES DILUCIONES

% de la muestra Margen de la DBO, ppm

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0.01 20.000-70.0000.02 10.000-35.0000.05 4.000-14.0000.1 2.000-7.0000.2 1.000-3.5000.5 400-1.4001.0 200-7002.0 100-3505.0 40-14010.0 20-7020.0 10-3550.0 4-14100 0-7

Aspectos LegalesAl igual que con la DQO, los límites de DBO que aparecen en el Decreto 883 dependen del destino final de los vertidos líquidos:

Sitio a donde descarga el vertido (Art. del Decreto)

Límite máximo DBO, mg/L

Ríos, estuarios, lagos o embalses (Art. 10) 60

Medio marino-costero (Art. 12) 60

Redes cloacales (Art. 15) 350

ResumenPara cuantificar la cantidad de materia orgánica biodegradable se mide la cantidad de oxígeno que consume una población microbiana en crecimiento para oxidar la materia orgánica a CO2

y H2O en un sistema cerrado.

Significado y usoLa DBO es el parámetro más importante en el estudio del control de la polución del agua, y se utiliza como una medida de la contaminación orgánica, como base para estimar los requerimientos de oxígeno para los procesos biológicos y como un indicador del rendimiento de los métodos de tratamiento.

Precauciones de seguridadEsta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. El procedimiento a utilizar se basa en el empleo de sustancias que se utilizan para medir el oxígeno disuelto, con las correspondientes medidas de seguridad establecidas para esa

experiencia. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras.

Considerar, sin embargo, los siguientes aspectos:

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1. Debe tenerse cuidado extremo al manipular soluciones concentradas de ácido sulfúrico. Emplear ventilación adecuada, gafas protectoras, mascarilla, guantes de goma y trajes protectores. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento consiste en lavar los ojos con agua, con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido. 2. El dicromato de potasio es un irritante y alérgeno. Como todas las sales hexavalentes de cromo, es muy tóxico. Utilizar ventilación adecuada, guantes, delantales y botas de goma, mascarilla con filtro mecánico. Acentuar la limpieza personal. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.3. La azida de sodio es un compuesto irritante. Utilizar ventilación adecuada, gafas de seguridad y mascarilla con filtro mecánico. También vestidos protectores de goma al manejar soluciones. Acentuar la limpieza personal. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento incluye lavado de los ojos con agua, con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido, seguido por un purgante salino.4. Las soluciones de hidróxido sódico son altamente corrosivas. Al contacto con los ojos, producen conjuntivitis y quemaduras de la córnea. En la piel, ocasionan quemaduras profundas. Por ingestión, producen quemaduras de boca y esófago, dolor abdominal y diarrea. Para su manipulación, emplear ventilación adecuada, gafas protectoras o pantalla para la cara, mascarilla, guantes, delantales y botas de goma y acentuar la limpieza personal. Si hay contacto con esta solución, lavarse inmediatamente los ojos con agua, con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico, si se ha ingerido, con solución de ácido acético al 5%. El daño corneal puede ser permanente, lo mismo que la estrechez del esófago y estómago. Utilizar gafas protectoras, ventilación adecuada, guantes y delantales. Acentuar la limpieza personal.

InterferenciasAl estar basada la medición de la DBO en la determinación del contenido de oxígeno disuelto inicial y luego de 5 días, lo relacionado con las interferencias corresponde a lo establecido para el caso del O2 disuelto. Se transcribe a continuación lo explicado en aquel experimento.

“La interferencia de más de 50 g/L de nitrito se elimina utilizando azida de sodio. Puede tolerarse un máximo de 100 a 200 mg/L de hierro férrico, adicionando 1 mL de solución de fluoruro de potasio. La interferencia de hierro ferroso (no más de 1 ppm) se elimina agregando permanganato de potasio. La interferencia de materia orgánica puede adecuarse empleando soluciones concentradas de solución de yoduro-azida”.

Aparatosa. Frascos de incubación para DBO de 250 a 300 mL de capacidad, con tapa esmeriladab. Estufa de incubación o baño controlado termostáticamente a 20 ± 1ºCc. Equipo de vidrio individuald. Algodón o lana de vidrio

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

1) Solución alcalina de yoduro:a. Solución alcalina de yoduro: Se utiliza si se conoce que el ión nitrito se encuentra ausente, y se van a hacer ajustes a la interferencia del ión ferroso. Disolver 500 g de

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hidróxido de sodio, NaOH, o 700 g de hidróxido de potasio, KOH, y 135 g de yoduro de sodio, NaI, o 150 g de yoduro de potasio, KI, en agua y diluir a 1 L. Las sales de sodio y potasio son equivalentes. La solución final no debe producir color con almidón cuando se diluye y acidifica. Almacenar esta solución en un recipiente de vidrio oscuro y tapado.b. Solución alcalina de azida-yoduro de sodio I (para muestras “normales”): Se emplea cuando no se considera la interferencia del ión ferroso: Disolver 500 g de hidróxido de sodio, NaOH, o 700 g de hidróxido de potasio, KOH, y 135 g de yoduro de sodio, NaI, o 150 g de yoduro de potasio, KI, en agua y diluir a 950 mL. Enfriar. Agregar lentamente una solución de 10 g de azida de sodio, NaN3, disuelta en 40 mL de agua. Las sales de sodio y potasio son equivalentes. La solución final no debe producir color con almidón cuando se diluye y acidifica. Almacenar esta solución en un recipiente de vidrio oscuro y tapado.c. Solución alcalina de azida-yoduro de sodio II: Se utiliza cuando existe elevada concentración de materia orgánica, o si la concentración de oxígeno disuelto excede los 15 mg/L. Disolver 400 g de hidróxido de sodio, NaOH, en 500 mL agua recientemente hervida y enfriada. Enfriar la solución resultante y disolver 900 g de yoduro de sodio, NaI. Agregar lentamente una solución de 10 g de azida de sodio, NaN3, disuelta en 40 mL de agua. Enrasar a 1 L.2) Solución de sulfato manganoso (364 g/L): Disolver 364 g de sulfato manganoso, MnSO4.H2O, en agua. Filtrar y diluir a 1 L. No deben liberarse más que trazas de yodo cuando esta solución se añade sobre una solución acidificada de yoduro de potasio, KI.3) Solución de dicromato de potasio 0,025 N: Secar el K2Cr2O7 a 103 ºC por 2 h antes de preparar la solución. Pesar 1,226 g de la sal, disolver y enrasar a 1 L con agua destilada.4) Solución de tiosulfato de sodio 0,1 N: Disolver 24.82 g de Na2S2O3.5H2O en agua destilada recientemente hervida y fría y diluir a 1 L. Preservar esta solución agregando 5 mL de cloroformo. Para preparar una solución diluida (0,005 N), transferir 25,00 mL del Na2S2O3 0,1 N a un matraz volumétrico de 500 mL. Enrasar con agua destilada y mezclar. Esta solución no debe prepararse antes de 12 a 15 horas de su uso. 5) Solución de tiosulfato de sodio 0,025 N: Diluir 250 mL de solución estandarizada de Na2S2O3 0,1 N a 1 L con agua destilada. 1 mL de solución de tiosulfato 0,025 N es equivalente a 0,2 mg de oxígeno (1 mL x 0,025 meq/mL x 8 mg/meq = 0,2 mg).6) Solución indicadora de almidón: Mezclar 6 g de almidón soluble con un poco de agua destilada en un mortero para formar una pasta. Colocar esta pasta sobre 1 L de agua hirviendo. Enfriar. Agregar 20 g de hidróxido de potasio y mezclar. Dejar en reposo por 2 h. Agregar 6 mL de ácido acético glacial (99,5 %). Mezclar completamente. Añadir suficiente HCl (de densidad 1,19 g/mL) para ajustar el pH de la solución a 4. Almacenar la solución en una botella con tapa de vidrio. Esta solución es estable por 1 año.7) Acido sulfúrico concentrado (densidad 1,84 g/mL).8) Solución de ácido sulfúrico (1+9): En un vaso de precipitado de 250 mL, colocar cuidadosamente 10 mL de ácido sulfúrico concentrado (g. e. = 1,84) en 90 mL de agua. Enfriar a temperatura ambiente.

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9) Solución de fluoruro de potasio (400 g/L): Disolver 40 g de fluoruro de potasio, KF.2H2O, en agua y diluir a 100 mL. Almacenar en botella plástica. Esta solución se utiliza para eliminar la interferencia por hierro férrico.10) Solución de oxalato de potasio (20 g/L): Disolver 2 g de oxalato de potasio, K2C2O4.H2O en 100 mL de agua. 1 mL de esta solución reduce 1,1 mL de solución de KMnO4. Esta solución se emplea para eliminar la interferencia por hierro ferroso.11) Solución de permanganato de potasio (6,3 g/L): Disolver 6,3 g de permanganato de potasio, KMnO4, en agua y diluir a 1 L. Con concentraciones muy elevadas de hierro ferroso, 1 mL de la solución de KMnO4 es suficiente para eliminar tal interferencia.12) Yoduro de potasio sólido, KI.13) Solución de sulfito de sodio 0,025N: Disolver 1,575 g de Na2SO3 anhidro en 1000 mL de agua destilada. Esta solución no es estable, y debe prepararse diariamente.14) Solución buffer de fosfato: Disolver 8,5 g de fosfato diácido de potasio, KH2PO4; 21,75 g de fosfato ácido de potasio, K2HPO4; 33,4 g de fosfato ácido de sodio, Na2HPO4.7H2O y 1,7 g de cloruro de amonio, NH4Cl, en aprox. 500 mL de agua y diluir a 1 L. El pH de esta solución debe ser de 7,2 sin ajuste posterior. 15) Soluciones de cloruro férrico (0,25 g de FeCl3.6H2O/L), cloruro de calcio (27,5 g de CaCl2/L) y sulfato de magnesio (22,5 g de MgSO4.7H2O/L).16) Agua de dilución: Para preparar el agua de dilución, utilizar agua destilada que contenga menos de 0,01 mg de Cu/L, y se encuentre libre de cloruros, cloraminas, alcalinidad cáustica, materiales orgánicos y ácidos. Airear una cantidad suficiente de esta agua (según el número de muestras a analizar), agitando una botella parcialmente llena o mediante aire comprimido limpio. Utilizar esta agua a 20 ± 1 ºC. Agregar, por cada litro de agua aireada 1 mL de cada una de las soluciones de buffer, cloruro férrico, cloruro de calcio y sulfato de magnesio.17) Siembra: El propósito de la siembra es introducir dentro de la muestra una población biológica capaz de oxidar la materia orgánica en el agua residual. Cuando tales microorganismos ya están presentes, como en aguas residuales domésticas y efluentes industriales no clorados, no es necesaria la siembra, y no debe utilizarse. En otras situaciones, puede utilizarse para la siembra un agua residual doméstica que se ha almacenado a 20 ºC por 24 a 36 h.

B. MATERIALES:Botellas de vidrio con tapa esmerilada de 250 o 300 mLTermómetroBarómetroPipetas graduadas de 1, 2 y 5 mLPipetas volumétricas de 2 y 10 mLCilindro de 250 mLBureta de 10, 25 o 50 mL (recomendada la de 10 mL)

Balanza analíticaSoporte para la bureta

Muestra Deben utilizarse muestras de agua residual cruda. Pueden emplearse muestras instantáneas, pero son más representativas las muestras integradas. La prueba no debe realizarse sobre

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efluentes clorados. El almacenamiento previo no debe ser mayor a 6 h y siempre bajo refrigeración.

Procedimientoa. Tratamiento previo de la muestra:

1. Muestras que contienen acidez o alcalinidad: Neutralizar la muestra utilizando solución de H2SO4 o NaOH 1N y un medidor de pH.

2. Muestras que contienen cloro residual: Si se dejan en reposo por 1 a 2 h, el cloro residual a menudo desaparece. Para destruir cantidades grandes de cloro residual, debe utilizarse sulfito de sodio. Para conocer la cantidad necesaria del reactivo, tomar una porción de 100 mL del agua a analizar y agregar 10 mL de solución de ácido acético 1+1 o de ácido sulfúrico 1+10, seguidos por 10 mL de solución de KI (10 g/100 mL) y titular con solución de Na2SO3 0,025N, utilizando almidón como indicador. Añadir al volumen apropiado de muestra la cantidad de solución de sulfito de sodio determinada por la prueba anterior, mezclar y luego de 10 a 20 min, chequear la ausencia de cloro residual.

3. Muestras que contienen otras sustancias tóxicas: Las muestras que provienen de algunos desechos industriales, como las que contienen metales tóxicos, frecuentemente requieren estudios y tratamientos especiales.

b. Técnica de dilución: En un frasco de 250 o 300 mL, de tapón esmerilado colocar unos 150 mL de agua de dilución. Agregar la cantidad apropiada de muestra y 1 mL de siembra. Llenar el frasco hasta el cuello con agua de dilución y taparlo, de manera que no queden atrapadas burbujas de aire, creando un sello de agua. Incubar por 5 días a 20 ºC. Preparar otro frasco siguiendo el mismo procedimiento para la determinación del oxígeno disuelto, OD, inicial de la muestra. Para la valoración, utilizar 200 mL de agua del frasco y seguir el procedimiento utilizado para el OD.

c. Llenar dos frascos más con agua de dilución solamente, uno para su incubación por 5 días a 20 ºC y otro para medir el OD inicial del agua de dilución. Utilizar los valores de OD de estas dos muestras para chequear la calidad del agua de dilución. La diferencia no debería ser mayor de 0,2 mg/L y preferiblemente no más de 0,1 mg/L de OD.

d. Control de siembra: Llenar 2 frascos más con agua de dilución + 3 mL de siembra. Incubar uno de ellos a 20 ºC durante 5 días y medir al otro su nivel de OD inicial.

e. Pasado el tiempo de incubación, determinar el OD de cada uno de los 3 frascos incubados, valorando otra vez 200 mL de solución.

f. Descartar aquellos resultados de muestras que consuman menos del 50% o más del 70% del OD presente en la muestra diluida antes de incubar. Por ello, deben prepararse varias diluciones, y escogerse los resultados que cumplan con tal condición. Son más confiables los que muestran un OD residual de al menos 1 mg/L y una reducción no menor a 2 mg/L de OD.

CalibraciónLa prueba de la DBO es un bioensayo cuyos resultados dependen mucho de la presencia de sustancias tóxicas o del uso de siembras no apropiadas. A veces, el agua destilada está contaminada con sustancias tóxicas y algunas siembras no son reactivas, lo que hace que los resultados sean bajos, y se requiere chequear la calidad del agua de dilución, la efectividad de la siembra y la técnica del analista. Para ello, se prepara un patrón que contiene 150 mg/L de glucosa y 150 mg/L de ácido glutámico (ambos de grado analítico, secados a 103 ºC por 1 h).

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Se pipetean 5 mL de esta solución en un frasco de DBO, se llenan con agua de dilución y siembra y se sigue el mismo procedimiento que para la muestra.

Los resultados varían dependiendo del tipo de siembra y con su calidad. El valor medio para este patrón se encuentra entre 207 y 225 mg de DBO/L, con desviación estándar de ± 7 a 13 mg/L.

Manejo de los Datos y Cálculos Al realizar la valoración de las 6 muestras (3 iniciales y 3 a los 5 días), se tienen 6 valores de datos de niveles de oxígeno disuelto.

Para el cálculo de la DBO, se utiliza la fórmula:

DBO , mg / L =

( D1 −D2 )−(B1 −B2 ) fP (1)

Donde:DBO : Demanda bioquímica de oxígeno, mg/LD1 : Oxígeno disuelto inicial de la muestra diluida, mg/LD2 : Oxígeno disuelto de la muestra diluida después de la incubación, mg/LB1 : Oxígeno disuelto de la dilución del control de siembra antes de la incubación, mg/LB2: Oxígeno disuelto de la dilución del control de siembra luego de la incubación, mg/LP: Fracción volumétrica decimal de muestra utilizada = Volumen de muestra/volumen del

frasco de DBO.f: Relación de volumen de siembra en la muestra a volumen de siembra en el control de

siembra.

Los términos así definidos pueden calcularse empleando un ejemplo práctico. Los siguientes resultados corresponden a una prueba de DBO con frascos de 300 mL, para una muestra con siembra sobre las botellas de DBO:

Frascos deAgua de dilución

Frascos deMuestra

Frascos deControl de siembra

Vol. Muestra, mL 0 10 0Vol. Siembra, mL 0 1 3OD inicial, mg/L 9.2 9.2 9.2OD final, mg/L 9.2 5.1 7.1

Consumo de OD, mg/L 0 4.1 2.1

1. Se calcula el consumo de oxígeno por la siembra:(9 .2 − 7 .1) mg / L

3 mL= 0 .7 mg / L. mL

La corrección por siembra es entonces:(0.7 mg/L . mL siembra) . 1 mL siembra = 0.7 mg/L

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2. Por lo tanto, en la fórmula para el cálculo de la DBO:

P = Vol. muestra / Vol. frasco = 10 mL /300 mL = 10/300

f = 1 mL siembra en muestra/3 mL siembra en control de siembra = 1/3

D1 – D2 = (O2 disuelto inicial – O2 disuelto final) de la muestra = 9.2 mg/L – 5.1 mg/L = 4,1 mg/L

B1 – B2 = Oxígeno disuelto del control de siembra (inicial – final) = 9.2 mg/L – 7.1 mg/L= 2,1 mg/L

3. Finalmente, utilizando la ecuación (1):

DBO , mg / L=(4,1 − 2,1 x 1 /3 ) mg /L10/300

= 102

El cálculo de la DBO se puede visualizar más fácilmente con la ecuación:

DBO , mg / L =[ (Consumo de OD de la muestra ) − (Corrección por siembra ) ]

mL de muestra300 mL

DBO ,mg / L=(4,1 − 0,7 ) mg / L10

x 300 = 102

Bibliografía consultada1. APHA, AWWA, WPCF: “Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater” 14th Edition. pp. 543-549. USA. 19762. Henry, J. y G. Heinke.: “Ingeniería Ambiental”. 2ª Edición. pp. 425, 474.

Pearson. México. 1996.3. Romero, J.: “Acuiquímica”. Cap. 3. Editorial Escuela Colombiana de

Ingeniería. Bogotá. 1996.4. Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York: “Manual de Tratamiento

de Aguas Negras” pp. 182-184. Limusa. México. 1989.5. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los

Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 5.021 (Extraordinario). 18/12/1995

PRACTICA 10. FÓSFORO

IntroducciónConsiderando la importancia del fósforo como nutriente, es necesaria su determinación en estudios relacionados con la contaminación de ríos, lagos y embalses, así como en los procesos de purificación química y biológica de las aguas residuales. A manera de ejemplo, cuando se descarga 1 g de fósforo en un lago, pueden formarse más de 100 g de biomasa, que

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representan más de 150 g de DBO para su oxidación aeróbica completa, además de los problemas de eutrofización y crecimiento del fitoplancton.

En la práctica de la Ingeniería Ambiental aparece una gran variedad de formas de fósforo. Las más importantes se muestran en la Tabla 1.

TABLA 1. COMPUESTOS DE FÓSFORO QUE SE ENCUENTRAN FRECUENTEMENTE EN LA PRÁCTICA DE LA INGENIERÍA AMBIENTAL

Nombre FórmulaOrtofosfatos: Fosfato trisódico Na3PO4

Fosfato disódico Na2HPO4

Fosfato monosódico NaH2PO4

Fosfato diamónico (NH4)2HPO4

Polifosfatos: Hexametafosfato de sodio Na3(PO3)6

Tripolifosfato de sodio Na5P3O10

Pirofosfato tetrasódico Na4P2O7

Las formas frecuentes del fósforo en las aguas son: ortofosfato, tripolifosfato, pirofosfato, metafosfato y fósforo orgánico. En algunas aguas residuales, puede aparecer fósforo elemental o fosfito. Todas las formas de fósforo pueden existir como solución verdadera o como material suspendido.

En las aguas naturales, generalmente la concentración de fósforo es baja (de 0,01 a 1 mg/L). En las aguas residuales domésticas, usualmente está entre 1 y 15 mg/L, en aguas agrícolas entre 0,05 y 1,0 mg/L y en aguas superficiales de lagos entre 0,01 y 0,04 mg/L. Una composición típica de las formas del elemento en un agua residual doméstica puede ser: ortofosfatos, 5 mg/L; tripolifosfatos, 3 mg/L; pirofosfatos, 1 mg/L y otras formas de fósforo, menos de 1 mg/L.

Se utilizan cantidades importantes de fosfatos en el agua para calderas, a objeto de evitar la formación de incrustaciones. Cuando se emplean fosfatos complejos, se hidrolizan rápidamente a ortofosfato, debido a las altas temperaturas.

Si se desea diferenciar las formas de fósforo presentes en una muestra, puede utilizarse el esquema que se muestra en la Fig. 1.

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MUESTRAMUESTRA TOTAL SIN FILTRAR

ORTOFOSFATO ORTOFOSFATO + P HIDROLIZABLEFÓSFORO TOTAL RECUPERABLE

SIN DIGESTION DIGESTIÓN ÁCIDA DIGESTIÓN ÁCIDO- PERSULFATO

FILTRACION CON MEMBRANA 0,45 μ

RESIDUO(PARTÍCULAS)

FILTRADO

SIN DIGESTION DIGESTIÓN ÁCIDA DIGESTIÓN ÁCIDO- PERSULFATO

ORTOFOSFATODISUELTO

ORTOFOSFATO DISUELTO+ P HIDROLIZABLE

FÓSFORO DISUELTO TOTAL

FIGURA 1. ESQUEMA ANALÍTICO PARA LA DIFERENCIACIÓN DE LAS FORMAS DE FÓSFORO.

Se puede cuantificar el ortofosfato sin interferencia a partir de los polifosfatos, debido a su estabilidad al pH, tiempo y temperatura que se utilizan en el ensayo. Los polifosfatos y formas orgánicas de fósforo deben convertirse a ortofosfatos para su medición.

Los polifosfatos se utilizan en la formulación de los detergentes y en el tratamiento de las aguas, para prevenir la precipitación del carbonato de calcio en soluciones sobresaturadas. En el agua, tienden a hidrolizarse a ortofosfato, que constituye un nutriente importante de los organismos fotosintéticos. La composición de los detergentes comerciales es variable, y depende de la marca. Las proporciones de los constituyentes de un detergente son, aproximadamente: tensoactivo: 15%, polifosfato + silicato: 30%, perborato sódico: 20%, fluorescente: 0.1%, sulfato sódico: 20%, enzimas: 0,5%, agua: 15%.

Para determinar el ortofosfato, se utilizan tres métodos colorimétricos, que se basan esencialmente en el mismo principio, pero se diferencian en la naturaleza del agente que se agrega para el desarrollo del color final. Se puede emplear cloruro estannoso, metavanadato de amonio o ácido ascórbico. Las normas ASTM (1) recomiendan este último método, y es el que se describe aquí.

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El procedimiento que se va a utilizar se basa en la reacción del molibdato de amonio y el tartrato de antimonio y potasio con ortofosfato en solución ácida, para formar un complejo de antimonio-fosfato-molibdato:

PO43- + (NH4)2MoO4 + K(SbO)C4H4O6 Complejo antimonio-fosfato-molibdato

El complejo se reduce por el ácido ascórbico, para formar un nuevo complejo azul, de intensidad proporcional a la cantidad de ortofosfato presente en la muestra:

Complejo antimonio-fosfato-molibdato + Ácido ascórbico Complejo de azul de molibdeno

La concentración mínima detectable es de 10 μg/L (0.01 mg/L). El rango depende de la longitud del camino de luz. Para tubos de 1 cm de espesor, se ha establecido un rango lineal aproximado entre 0.15 y 1.30 mg de fósforo por litro.

Aspectos AmbientalesEl Decreto 883 establece un límite del contenido de fósforo total (expresado como fósforo) de 10 mg/L, para las descargas a cuerpos de agua (Art. 10), medio marino-costero (Art. 12) y redes cloacales (Art. 15).

Con respecto a los detergentes, existen tres grandes organismos que han tomado iniciativas en lo referente al medio ambiente.

1. AISE (Asociación de Jabonería, Detergencia y Productos de Mantenimiento) Agrupa a unos 1.200 fabricantes de detergentes convencionales, que cubren un 90% del mercado. En 1997 diseñó el programa Wash Right ("Lavar bien"), para reducir el impacto ambiental de los detergentes. Las empresas adheridas pueden poner el logotipo “Wash Right” en los paquetes de detergente. Los objetivos del programa son que el consumo de detergentes, el peso de los envases y el uso de ingredientes poco biodegradables sean, a finales del 2002, un 10% inferiores a los de 1996, y que el consumo de energía en cada lavado sea un 5% menor que en aquel año. Como algunos de los objetivos no dependen de los fabricantes, el programa incluye una serie de acciones para educar a los ciudadanos. Entre sus consejos están: "usted puede reciclar los envases si su ciudad dispone de la infraestructura necesaria", aunque el programa no tiene prevista ninguna acción para reciclar los envases.

En el año 2000, se realizó una auditora del programa, y se observó una evolución positiva (excepto en el caso del consumo de energía por lavado, que no se evaluó). Algunos de los resultados del estudio son sorprendentes: el peso de los envases se había reducido en un 20% en Grecia, y se había incrementado en un 22.6% en Finlandia.

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Distintivo del programa Wash Right

2. ComisiónEuropea En 1998 adoptó el programa Wash Right como recomendación para todos los fabricantes. En 1999 redactó el pliego de condiciones que deben cumplir los detergentes para poder otorgarles el Ecolabel, la etiqueta ecológica europea.

Del pliego de condiciones, pueden destacarse:

No excluye el uso de fosfatos, ni de ingredientes sintéticos no biodegradables, ni de componentes clasificados por la legislación europea como muy tóxicos para los organismos acuáticos o que pueden producir efectos nefastos a largo plazo para el medio ambiente acuático. Pero no pueden estar en más de una cierta cantidad, por lo que se considera que los detergentes que reciban el Ecolabel tienen un impacto ambiental reducido.

Permite el uso de enzimas obtenidas de cultivos de bacterias transgénicas. Los detergentes deben ser concentrados.

El distintivo Ecolabel

3. EDMA (Asociación de Fabricantes de Detergentes Ecológicos)Según dicen ellos mismos, agrupa a los fabricantes de detergentes "realmente verdes" (actualmente son cinco, y dos más están en trámite de incorporarse). A pesar de haber participado en el proceso de definición de condiciones para el Ecolabel, cree que éstas son demasiado “blandas”, y que la concesión de la etiqueta a detergentes poco respetuosos con el medio ambiente confunde al consumidor. Esta asociación propone un sistema de etiquetado por estrellas (similar al que se usa para los hoteles), para que se puedan distinguir los detergentes "un poco ecológicos" de los "más ecológicos".

La EDMA no tiene un sello propio, pero pide a los fabricantes que la integran que especifiquen en los envases todos los ingredientes que contienen los detergentes (la legislación sólo obliga a especificar algunos).

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ResumenEl molibdato de amonio y el tartrato de antimonio y potasio reaccionan con el ortofosfato para formar un complejo antimonio-fosfato-molibdato, que se reduce con ácido ascórbico para formar otro complejo fuertemente coloreado de azul de molibdeno cuya intensidad es proporcional a la concentración de fósforo.

Este método es específico para el ortofosfato, pero las otras formas de fósforo pueden convertirse a ortofosfato por tratamientos preliminares de la muestra.

Significado y usoEl fósforo se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, tanto en su forma inorgánica como orgánica. Las fuentes incluyen los fertilizantes, productos de limpieza de las lavanderías, acondicionadores de agua para calderas y coadyuvantes en el tratamiento de agua potable. Como este elemento es un nutriente para los organismos fotosintéticos, puede ser importante monitorear y controlar las cantidades que se vierten al medio ambiente.

Precauciones de seguridadEsta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras. Considerar, sin embargo, los siguientes aspectos:

1. Puede ocurrir contaminación por inhalación con la manipulación del persulfato de amonio, produciendo rinitis. Utilizar mascarilla de respiración y ventilación adecuada.

2. Los compuestos de antimonio pueden producir irritación local o lesiones hepáticas, conjuntivitis, quemaduras y dermatitis. Emplear gafas protectoras y guantes, delantales y botas de goma. Si ha caído accidentalmente en los ojos, lavarse abundantemente con agua. Igual tratamiento debe seguirse para las partes contaminadas del cuerpo, empleando agua y jabón. Si se ha ingerido, realizar lavado gástrico. Seguir el tratamiento usual para las quemaduras.

3. El hidróxido sódico es una sustancia extremadamente peligrosa y muy corrosiva. La contaminación local produce conjuntivitis y quemaduras de la córnea y de la piel. Su inhalación causa irritación del tracto respiratorio, y la ingestión provoca quemaduras de boca y esófago, náuseas y vómitos. Para su manipulación, emplear ventilación adecuada, gafas protectoras o pantalla para la cara, mascarilla, guantes, delantales y botas de goma. Acentuar la limpieza personal. Si ha habido contacto con la sustancia, deben lavarse rápidamente los ojos con abundante agua, y con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo. Debe realizarse lavado gástrico si se ha ingerido. Tanto el daño de la córnea como el del estómago y esófago pueden ser permanentes.

4. Debe tenerse cuidado extremo al manipular soluciones concentradas de ácido sulfúrico. Para la manipulación del ácido, emplear ventilación adecuada, gafas protectoras, mascarilla, guantes de goma y trajes protectores. Si ha habido contacto con la solución, el tratamiento consiste en lavar los ojos con agua, con agua y jabón las partes contaminadas del cuerpo y lavado gástrico si se ha ingerido.

Interferencias

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Concentraciones tan altas como 50 mg/L de hierro férrico, 10 mg/L de cobre y 10 mg/L de silicio no interfieren. Niveles más elevados de silicio producen interferencia positiva de la siguiente magnitud: para 20 mg SiO2/L, los resultados son más altos en 0,005 mg/L de fósforo; 0,015 mg/L de fósforo para 50 mg/L de SiO2 y 0,025 mg/L de fósforo para 100 mg/L. Concentraciones salinas tan altas como 20% producen un error menor al 1%.

El arsénico se determina siguiendo un procedimiento similar al del fósforo, por lo que debe considerarse su presencia cuando sus niveles son superiores a los del fósforo. La interferencia por nitritos y sulfuros pueden eliminarse añadiendo a la muestra un exceso de agua de bromo o una solución saturada de permanganato de potasio.

AparatoFotómetro: Un espectrofotómetro capaz de medir a 880 nm. El color puede medirse también a 625 - 650 nm, pero con una pérdida de sensibilidad de aproximadamente un 33%.

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

1. Persulfato de amonio. Cristales de persulfato de amonio, (NH4)2S2O8.2. Mezcla de solución: Disolver 0.13 g de tartrato de antimonio y potasio,

K(SbO)C4H4O6.½H2O en un matraz volumétrico de 1 L que contiene aproximadamente 700 mL de agua destilada. Añadir 5,6 g de molibdato de amonio, (NH4)6Mo7O24.4H2O y agitar el frasco para la disolución de las sales. Añadir con cuidado 70 mL de ácido sulfúrico concentrado (g. e. 1.84), mientras se agita el contenido del frasco. Enfriar la solución y enrasar con agua destilada. Esta solución es estable por 1 año si se almacena en botella de polietileno y se mantiene alejada del calor.

3. Reactivo combinado: Disolver 0,50 g de ácido ascórbico, C6H8O6, en 100 mL de mezcla de solución. Este reactivo es estable por 1 semana si se almacena a 4 ºC. Si es necesario, preparar la solución cada día.

4. Indicador de fenolftaleína (5 g/L): Disolver 0,5 g de fenolftaleína en una mezcla de 50 mL de alcohol etílico (o isopropílico) y 50 mL de agua.

5. Solución estándar de fósforo (1.00 mL = 0,0025 mg P): Se prepara primero una solución madre (1.0 mL = 0.05 mg de fósforo), disolviendo 0,2197 g fosfato diácido de potasio, KH2PO4, (que ha sido secado 1 h en un horno a 105 ºC), en agua destilada y diluyendo a 1 L. La solución estándar se prepara diluyendo 50,0 mL de la solución madre a 1 L con agua destilada. Cada mL de esta última solución contiene 0.0025 mg de fósforo.

6. Solución de hidróxido de sodio (40 g/L): Disolver 20 g de hidróxido de sodio, NaOH, en aproximadamente 400 mL de agua destilada. Enfriar la solución a temperatura ambiente y diluir a 500 mL.

7. Ácido sulfúrico (31+69): Añadir lentamente 310 mL de H2SO4 concentrado (g. e. 1.84) a aproximadamente 600 mL de agua destilada. Enfriar la solución y diluir a 1 L.

B. MATERIALES:Pipetas volumétricas de 1, 2, 5 y 10 mLMatraces aforados de 50 mL

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Matraces erlenmeyersEsferas de ebulliciónCeldas para el espectrofotómetro.

Muestra y métodos de muestreoSi se va a determinar solamente el fósforo disuelto, filtrar la muestra a través de un filtro de membrana de 0,45 μm, tan pronto como sea posible. Un retraso en la filtración puede producir una alteración en la relación entre el fósforo disuelto y el que está bajo la forma de partículas. Lavar previamente el filtro de membrana, ya que puede contener cantidades apreciables de fósforo. Se puede sumergir en 1 L de agua por 1 día, o en tres cambios de agua por 1 h cada uno.

El análisis se realiza mejor inmediatamente luego de la recolección de la muestra, lo que minimiza posibles cambios. Si la prueba no se puede efectuar el mismo día en que se recolecta la muestra, preservarla agregando 40 mg de cloruro mercúrico por L de muestra y refrigerando a 4 ºC. Para prevenir la precipitación del mercurio, puede añadirse antes a la muestra suficiente cloruro de sodio (si es necesario) para tener un contenido de cloruro de al menos 50 mg/L. Nunca se deben preservar las muestras utilizando ácidos o cloroformo. No se requiere preservar la muestra si sólo se va a medir fósforo total recuperable. Se sugiere el almacenamiento de las muestras en recipientes de vidrio.

Usualmente, en aguas superficiales, la concentración de fósforo como partículas es varias veces superior a la de fósforo disuelto. Cuando se recogen muestras en ríos y lagos, los niveles de fósforo recuperable pueden variar con la profundidad, flujo y distancia de la orilla. Una muestra simple puede tomarse en el medio de la corriente y a profundidad media. En el caso de muestras compuestas, si se dispone del equipo apropiado, pueden tomarse del tope al fondo en el medio de la corriente.

Las muestras que contienen cantidades bajas de fósforo no deben almacenarse en recipientes plásticos, porque el fosfato tiende a adsorberse en las paredes de las botellas. Todo el material de vidrio debe enjuagarse primero con HCl diluido caliente, y luego varias veces con agua destilada. No utilizar nunca detergentes comerciales que contengan fosfatos para limpiar el material de vidrio que se utiliza en la determinación de fósforo.

Procedimiento1. Ortofosfato:

1. Pipetear un volumen de muestra no mayor de 50 mL (suponiendo que contiene menos de 0,25 mg de fósforo como ortofosfato) en un erlenmeyer de 125 mL. Si es necesario, diluir la muestra a 50 mL.

Nota 1: Con frecuencia, si la muestra contiene hierro férrico o aluminio, algunos de los compuestos de fósforo se pierden, ya que se adhieren a las películas de los hidróxidos de estos elementos en las paredes del recipiente, sobre todo cuando el análisis no se realiza con prontitud luego de la recolección de la muestra. Si se sospecha tal situación, añadir suficiente solución de H2SO4 (31+69) a la muestra para reducir el pH aproximadamente a 2 justamente antes del análisis. Se consigue así la disolución de la película de hidróxidos y se evita la eventual

pérdida de fósforo. Agitar bien la muestra y neutralizar la porción acidificada agregando solución de NaOH (40 g/L) en presencia de fenolftaleína. El color rosado del indicador puede eliminarse añadiendo H2SO4 (31+69) gota a gota. En los cálculos, es necesario corregir la dilución de la muestra si se emplean volúmenes importantes de H2SO4

y NaOH.

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b) Añadir una gota de la solución del indicador de fenolftaleína. Si se desarrolla un color rojo, agregar H2SO4 (31+69) hasta justo la desaparición del color.c) Añadir 10 mL del reactivo combinado a la muestra y mezclar agitando el erlenmeyer.

Nota 2: El color puede desarrollarse lenta e incompletamente si la temperatura de la muestra es menor de 20 ºC. Una temperatura tan elevada como de 50 ºC no afecta los resultados.

d) Después de los 10 min, pero antes de los 30 min, leer la absorbancia del color azul a 880 nm, utilizando un blanco como referencia, que tiene 50 mL de agua y un tratamiento similar al de la muestra.e) Determinar los mg/L de fósforo, utilizando la curva de calibración.f) Realizar un procedimiento similar para la muestra de detergente comercial

disuelto en agua, utilizando un volumen apropiado de solución. Preguntar al técnico el peso de muestra de detergente empleado.

2. Fósforo hidrolizable (Polifosfato+ ortofosfato):a) Pipetear un volumen de muestra estimado que contenga no más de 25 μg de fósforo hidrolizable + ortofosfato en un erlenmeyer de 125 mL (ver Nota 1).b) Añadir 1 mL de solución de H2SO4 (31+69) y unas pocas esferas de ebullición y llevar a ebullición en una plancha caliente por 30 min. Si es necesario, agregar agua a la muestra durante la ebullición, para mantener un volumen entre 10 y 50 mL. Permitir que el volumen se reduzca a 10 mL al final de la ebullición, pero no dejar que se seque totalmente. Enfriar.c) Agregar una gota de la solución del indicador de fenolftaleína a la muestra y ajustar su color a un rosado tenue añadiendo solución de NaOH. Normalmente, se necesitan unos 11 mL. Adicionar una gota de H2SO4 (31+69) para la desaparición del color.d) Enfriar la muestra a unos 30 ºC y transferirla cuantitativamente a un matraz volumétrico de 50 mL. Seguir el procedimiento 1 desde la etapa c).

3. Fósforo total:a) Analizar de acuerdo al procedimiento indicado para fósforo hidrolizable + ortofosfato, pero añadiendo 0,4 g de persulfato de amonio en el paso a).

Curva de calibracióna) Pipetear 0, 2, 5, 7 y 10 mL de solución estándar de fósforo en una serie de erlenmeyers de 125 mL y diluir cada uno con agua destilada a 50 mL, para preparar patrones que contienen 0, 0.10; 0.25; 0.35 y 0.50 mg/L de fósforo.b) Agregar 10 mL del reactivo combinado a cada patrón y agitar.

c) Después de 10 min, pero antes de 30 min, medir la absorbancia en un fotómetro a 880 nm, utilizando el blanco como referencia para la calibración inicial del instrumento y para el cero del equipo.d) Graficar los mg/L (ppm) de fósforo en la abcisa y la absorbancia en la ordenada de papel milimetrado. Debería obtenerse una línea recta que pasa a través

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del origen. Para asegurar la reproducibilidad de los resultados, debe chequearse periódicamente la curva de calibración.

Manejo de los Datos y Cálculos 1. Construir la curva de calibración (mg/L de fósforo en el eje X y absorbancia en el eje

Y). A partir de los datos para los patrones, determinar la ecuación de la línea.2. Calcular la concentración de las diferentes formas de fósforo en mg/L (ppm) aplicando

la siguiente ecuación al ortofosfato determinado según 1, 2 y 3:

Ortofosfato , mg /L de fósforo = A x 50B

Donde: A = mg/L de fósforo, de la curva de calibración

B = Volumen de muestra analizada, mL.

Fósforo hidrolizable = (Fósforo hidrolizable + fósforo ortofosfato) – (Fósforo ortofosfato) = 2 – 1

Fósforo orgánico = Fósforo total - (Fósforo hidrolizable + fósforo ortofosfato) = 3 – 2

Fósforo como partículas = Fósforo total – Fósforo disuelto

3. En el caso del detergente, una vez obtenida la concentración de fósforo en la muestra, el contenido del elemento en el detergente se calcula así:

Masa de fósforo, mg = ppm fósforo * 0.05 L* (Vol. matraz, mL/Vol. alícuota, mL)

% peso de fósforo = Masa de fósforo , mg

Masa de muestra ,mgx 100

Bibliografía consultada1. APHA, AWWA, WPCF: “Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater” 14th Edition. pp. 466-483. USA. 19762. Sawyer, C., P. McCarty y G. Parkin: “Química para Ingeniería Ambiental”. 4ª Edición.

Cap. 29. Mc Graw Hill. Bogotá. 2000.3. Romero, J.: “Acuiquímica”. Cap. 3. Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá. 1996.4. Annual Book of ASTM Standards: D 515-88: “Standard Test Methods for Phosphorus

in Water” ASTM. 1995.5. Plunkett, E.: “Manual de Toxicología Industrial”. pp. 22, 45, 190, 331. Urmo. Bilbao.

1974.

6. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 5.021 (Extraordinario). 18/12/1995

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PRÁCTICA 11. DIOXIDO DE AZUFREIntroducciónUna de las definiciones de aire contaminado considera aquel en el cual están presentes ciertas sustancias en concentraciones tales que pueden producir efectos desfavorables sobre las personas y el ambiente. Tales compuestos incluyen gases, como los óxidos de azufre y nitrógeno, monóxido de carbono, ozono, hidrocarburos y partículas como el polvo, aerosoles “smog”, materiales radiactivos y muchos otros.

El dióxido de azufre, SO2, es uno de los contaminantes más frecuentes en las atmósferas industriales, uno de los “protagonistas de la lluvia ácida”, y se caracteriza por su olor a cerilla quemada en concentraciones inferiores a 0,1 ppm, aunque no es inflamable. Por arriba de 0,3 ppm, se detecta por el sabor. A niveles superiores a 1 ppm, produce una sensación de acre ataque a la nariz. Este gas se encuentra normalmente en la atmósfera en concentraciones que varían entre 0.02 y 0.1 ppm.

La medición del SO2 puede realizarse utilizando métodos manuales o automáticos. Los métodos manuales aprobados por el MARN incluyen la colorimetría (pararosanilina) y la conductimetría. Los procedimientos automáticos autorizados son la fotometría de llama, fluorescencia y conductimetría.

De los métodos manuales, el más común es el procedimiento colorimétrico de West y Gaeke (que se describe en esta práctica), que la mayoría de los químicos ambientales consideran como técnica patrón o de referencia. Este procedimiento está diseñado para utilizarse en el campo o en el laboratorio, ya que es selectivo y muy sensible para el SO2 y puede utilizarse para mediciones del gas en períodos de muestreo entre 30 minutos y 24 horas.

Aspectos LegalesLa normativa ambiental de nuestro país ha establecido en el Art. 3 del Decreto 638, los siguientes límites de calidad del aire para el dióxido de azufre:

“Contaminante Límite

µg/m3Porcentajeexcedenciaen lapso demuestreo

Período de medición(horas)

1. Dióxido 80 50% 24de azufre 200 5% 24

250 2% 24365 0.5% 24

Las concentraciones de los contaminantes se calcularán paracondiciones de 1 atmósfera y 298 K”

Resumen

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Se hace pasar la muestra de aire ambiental a través de una solución de tetracloromercurato sódico (o potásico) 0.1M (preparada a partir de cloruro mercúrico y cloruro de sodio o potasio). El SO2 se absorbe en este reactivo y forma un complejo de diclorosulfitomercurato(II), (HgCl2SO3)2- que actúa como “SO3

2- fijado en solución”. Este ión reacciona con formaldehido, pararosanilina y ácido sulfámico en solución ácida para producir el ácido pararosanilinametilsulfámico de color púrpura. La intensidad de color de este ácido a 548 nm y pH 1,6 ± 0,1 es proporcional a la concentración de SO2 absorbido en el rango de 0.002 – 5 ppm. El límite de detección es de 25 μg/m3, pero puede reducirse a 5 μg/m3

utilizando alícuotas más grandes.

Significado y usoEl SO2 y el SO3 junto con sus ácidos correspondientes y sus sales son contaminantes frecuentes de las atmósferas urbanas e industriales. Tales sustancias se producen sobre todo en los procesos de combustión de materiales fósiles (carbón, petróleo, gas) con elevados contenidos de azufre. La conversión del SO2 a SO3 ocurre tanto mediante procesos catalíticos (por óxidos de nitrógeno y ciertos compuestos de hierro y manganeso), como no catalíticos (donde interviene el ozono y la luz solar). En lo relativo a la contaminación del aire, es importante la capacidad del gas de reaccionar con otros contaminantes para producir SO3, H2SO4 (uno de los responsables de la lluvia ácida)y diversas sales de este ácido.

Precauciones de seguridadEsta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras. Considerar, sin embargo, los siguientes aspectos:

1. El cloruro mercúrico es venenoso. Puede ocurrir contaminación por inhalación, contaminación dérmica o ingestión, produciendo quemaduras de boca y garganta, náuseas, vómitos, dolor abdominal y diarrea si se ingiere. Al inhalarse causa exceso de salivación, sabor metálico, tos y disnea. Utilizar mascarilla de respiración, trajes protectores, guantes de plástico y ventilación adecuada. Si se ha ingerido, realizar lavado gástrico. Si cae sobre la piel, lavar rápidamente con agua.

2. El formaldehido es tóxico. La absorción puede ocurrir por inhalación o ingestión. Los síntomas locales incluyen conjuntivitis y quemaduras de la córnea. Por inhalación puede producir rinitis, faringitis, tos y edema pulmonar, dolor de cabeza y debilidad. La ingestión causa quemaduras de la boca y esófago, dolor abdominal y diarrea. Para la manipulación de la sustancia, emplear gafas protectoras y guantes, delantales, botas de goma y ventilación adecuada. Si ha caído accidentalmente en los ojos, lavarse abundantemente con agua. Utilizar igual tratamiento para las partes contaminadas del cuerpo, empleando agua y jabón. Si se ha ingerido, realizar lavado gástrico.

InterferenciasEl hierro y otros metales producen interferencia negativa, ya que sus sales pueden ser oxidadas por el SO2 antes de la formación del complejo coloreado. Frecuentemente, se agrega EDTA para eliminar tales interferencias. El NO2 (que también interfiere) puede eliminarse

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agregando una pequeña cantidad de ácido sulfámico para destruir el ión nitrito, antes del desarrollo del color.

AparatosPara la recolección de muestras de 30 min a 1 h se utiliza un burbujeador de vidrio.

Para muestras de 24 h, se ensambla un equipo que consta de:

o Tubo de absorción de polipropileno de 164 mm de longitud por 32 mm de diámetro interno, con tapón del mismo material.

o Dispensador de vidrio, de aproximadamente 8 mm de diámetro interno, 152 mm de longitud y contracción de 0,3 mm en la parte inferior, cuyo extremo debe estar entre 3 y 5 mm del fondo del tubo de absorción.

o Bomba capaz de mantener una presión diferencial de aire de no menos de 0,7 cm a través del controlador de flujo.

o Dispositivo de control de flujo, capaz de mantener el flujo a través de la solución. Se pueden utilizar orificios críticos, tales como agujas hipodérmicas calibradas.

Algunas capacidades son:

Muestreo Calibre Diámetro, cm Longitud, cm Flujo, L/min30 min 22 0.394 2.5 1

1 h 23 0.318 1.5 0.524 h 27 0.1 0.9 0.2

o Filtro de membrana porosa de 0.8 a 2 μm o de fibra de vidrio, para la remoción de partículas de la corriente de aire, a objeto de proteger el dispositivo de control de flujo. Puede utilizarse un burbujeador dentro del cual se ha colocado lana de vidrio.

o Equipo de calibración de flujo, del tipo medidor de burbuja o de gas húmedo o seco, que permita medir un flujo de aire entre 0.2 y 1 L/min, y un cronómetro.

o Espectrofotómetro, para medir absorbancia a 548 nm, con ancho efectivo de banda espectral menor a 15 nm.

o Termómetro.o Las líneas de conexión deben ser de vidrio o teflón.

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

1. Reactivo absorbente (tetracloromercurato potásico 0.04 M): Disolver 10.86 g de cloruro mercúrico, HgCl2, junto con 5.96 g de cloruro de potasio (o 4.68 g de cloruro de sodio) y 0.066 g de la sal sódica del EDTA en agua destilada y enrasar a 1 L. Medir el pH de la solución, que debe ser aproximadamente de 4, pudiendo utilizarse si se mantiene entre 3

y 5. Desecharla si el valor está fuera de este rango. Este reactivo es estable hasta por 6 meses, pero se descarta si se observa la formación de un precipitado. (Ver en Anexo 1 la forma de desechar esta solución).

2. Solución de ácido fosfórico, H3PO4, 3M.3. Alcohol 1-butanol.

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4. Solución de ácido clorhídrico, HCl, 1N5. Solución stock de pararosanilina: Colocar 100 mL de 1-butanol y 100 mL de HCl 1N en

un embudo de separación de 250 mL y permitir el equilibrio. Separar el ácido equilibrado (parte inferior del embudo) y el 1-butanol equilibrado (parte superior). Pesar 0.1000 g de clorhidrato de pararosanilina en un vaso pequeño. Agregar 50 mL del ácido equilibrado y disolver. En un embudo de separación de 125 mL, verter 50 mL de 1-butanol equilibrado. Transferir la solución de pararosanilina y extraer. Transferir la fase inferior (acuosa) a otro embudo de separación, y agregar 20 mL de 1-butanol. Extraer de nuevo. Repetir el proceso de extracción. Finalmente, filtrar la solución ácida a través de un algodón en un frasco volumétrico de 50 mL. Enrasar con solución de HCl 1N. Este reactivo debe tener un color rojo amarillento.

6. Reactivo de pararosanilina: Utilizando un matraz aforado de 250 mL, colocar 20 mL de la solución stock y agregar 25 mL de solución de ácido fosfórico 3M. Enrasar con agua destilada. Si se guarda en recipiente de vidrio, este reactivo es estable hasta por 9 meses.

7. Formaldehido al 0,2%. Diluir 5,0 mL de formaldehido al 36-40% en 1 L de agua destilada. Guardar en recipiente bien tapado mientras no se utiliza. La solución es estable por 1 a 2 días.

8. Solución de yodo 0,01N: Colocar 1.27 g de yodo (calidad reactivo) en un vaso de precipitado de 50 mL. Agregar 0,4 g de yoduro de potasio y 25 mL de agua destilada. Agitar para asegurar la disolución del yodo, y cuando todo se ha disuelto, trasvasar a un matraz aforado de 100 mL y enrasar. Guardar la solución en un frasco con tapa de vidrio. Proteger de la luz tanto como sea posible.

9. Solución de tiosulfato de sodio 0,01 N: Pipetear 100 mL de solución de tiosulfato de sodio 0,1 N (ver Anexo 2 para su preparación y estandarización) en un frasco volumétrico de 1000 mL y diluir a volumen con agua destilada hervida y enfriada.

10. Solución patrón de sulfito: Disolver 0.4000 g de sulfito de sodio o 0,3000 g de metabisulfito de sodio en 0,5 L de agua destilada recientemente hervida y enfriada o bidestilada. Esta solución, que contiene aproximadamente 406 μg de SO2/mL, se debe calibrar añadiendo un exceso de yodo, y valorar por retroceso el exceso de yodo con solución de tiosulfato de sodio 0,1 N calibrada con yodato de potasio hasta el punto final con almidón, de acuerdo al procedimiento que aparece en el Anexo 3.

11. Solución diluida de sulfito: Una vez que se ha valorado la solución de sulfito, pipetear 2,0 mL de solución normalizada en un matraz aforado de 100 mL y llevar hasta el aforo con solución de tetracloromercurato potásico 0.04 M. Esta solución es estable por 30 días, si se mantiene refrigerada a 5 ºC, en caso contrario, debe prepararse diariamente.

12. Solución acuosa de ácido sulfámico: Pesar 0,6 g del ácido sulfámico, HSO3NH2, disolver en agua destilada y diluir a 100 mL con agua. Preparar diariamente.

13. Solución indicadora de almidón: Triturar 0.4 g de almidón soluble y 0.002 g de yoduro mercúrico, HgI2, (que actúa como preservativo) en un poco de agua destilada, y añadir lentamente la pasta a 200 mL de agua destilada. Agitar hasta disolución completa y

enrasar a 1 L en frasco volumétrico. Mantener la solución en frasco ámbar de vidrio, tapado y en lugar frío.

B. MATERIALES:Matraces aforados de 25, 50, 250, 500 y 1000 mL

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Vasos de precipitado de 100 mLPipetas volumétricas de 5, 10, 25 y 50 mLEmbudos de separación de 125 y 250 mLBorboteadores o burbujeadoresTubo secador de gel de síliceBombaRotámetro

ProcedimientoA. Antes del muestreoLimpiar los absorbedores como sigue: Lavar primero con agua caliente y luego con una solución ácida (1 parte de HNO3 conc, 2 de HCl conc y 4 de agua destilada). Enjuagar con agua destilada y secar con aire a presión. Marcar los absorbedores y los orificios, identificándolos con el número de la estación donde se va a utilizar. Calibrar cada orificio crítico antes de su uso.

B. MuestreoMontar el tren de muestreo, (ver Fig. 1) en el siguiente orden:

o Sondao Burbujeador con lana de vidrioo Burbujeador o borboteador con 10 mL de solución absorbente de

tetracloromercurato (envuelto con papel aluminio para evitar la degradación oxidativa del reactivo por el contacto con la luz solar). Utilizar guantes desechables al manipular el reactivo.

o Tubo secador de gel de síliceo Bombao Rotámetro

FIGURA 1. ESQUEMA DEL TREN DE MUESTREO.

Todas las conexiones deben ser de vidrio o teflón. Una vez instalado el tren de muestreo, encender la bomba y el cronómetro y ajustar el flujo de muestra, de modo que el aire fluya a un caudal entre 0.5 y 2.5 L/min. El tiempo de muestreo depende de la concentración esperada de SO2. Registrar la temperatura y la presión atmosférica.

Después de recogida la muestra, conviene refrigerarla si se va a tardar más de 1 día en realizar el análisis. Centrifugar, si se observa cualquier precipitado al reposar.

C. Después del muestreo

BurbujeadorLana de vidrio

BurbujeadorSol. Absorb.

Tubo de sílice Bomba Rotámetro

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Las muestras recolectadas deben mantenerse a 5 ºC hasta el análisis. Para muestras de 24 h, descartar las que hayan operado más de 25 o menos de 23 h. Verificar la tasa de flujo, y descartar la muestra si hay una desviación mayor al 10% (mantener un registro del flujo). Notificar cualquier invalidación de las muestras.

D. Análisis de la muestraEmplear guantes desechables. Si la muestra ha sido refrigerada, se debe permitir que alcance la temperatura del laboratorio. Arrastrar el contenido del borboteador con no más de 5 mL de agua destilada hasta un matraz de 25 mL. Añadir 1 mL de ácido sulfámico al 0,6% y dejar en reposo durante al menos 10 min. Añadir exactamente 2,0 mL de solución de formaldehido al 0.2 % y después 5,0 mL de pararosanilina. Diluir hasta el aforo con agua. Si se van a analizar varias muestras a la vez, hacer esta dilución final a intervalos de 1 a 2 min entre la primera y la última muestra. Si la temperatura del laboratorio es suficientemente estable durante el análisis, no se requiere baño de María. En caso contrario, colocar todos los frascos en un baño de María a 20 ± 2 ºC. Después de 30 min, medir la absorbancia de las muestras y de un blanco siguiendo el orden en que se hayan diluido, a 548 nm. Colocar las soluciones a desechar en un frasco para su disposición de acuerdo al procedimiento del Anexo 1.(No echarlas en el desagüe).

Cuando la absorbancia es mayor que 1,0 diluir la muestra con un volumen igual de blanco y leer después de 3 a 5 min. Las soluciones con demasiado color se pueden llegar a diluir 1:6 si es necesario.

Curva de calibraciónUtilizar guantes desechables. Pipetear 0, 1, 2, 3 y 4 mL de solución diluida de sulfito en una serie de matraces de 25 mL. Diluir hasta 10 mL con solución de tetracloromercurato potásico 0,04 M. Añadir 1,0 mL de ácido sulfámico al 0,6 % y dejar reaccionar durante 10 min al menos. Agregar 2 mL de formaldehido al 0,2 % y 5,0 mL de pararosanilina. Diluir todos los patrones hasta el enrase con agua destilada. Colocar los frascos en baño de María a 20 ± 2 ºC por no menos de 30 ni más de 60 minutos. Si la temperatura del laboratorio es estable mientras se hace el análisis, no se requiere baño de María. Leer la absorbancia de todos los patrones a 548 nm, utilizando cubetas de 1 cm.

Nota: no desechar las soluciones en el desagüe, ya que contienen mercurio. Reunirlas en un solo vaso y entregarlas al técnico o al profesor, para su disposición según lo indicado en el Anexo 1.

Manejo de los Datos y Cálculos 1) Calcular la concentración verdadera de la solución de sulfito, Csulfito, (expresada como

SO2), a partir de los datos de su valoración, de acuerdo al procedimiento y la fórmula que aparecen en el Anexo 3 (ver más adelante):

[ SO2 , μg /mL] = ( B − A ) x N x 3225

x 103

donde:B = volumen de solución de tiosulfato ~ 0.01N para el blanco, mLA = volumen de solución de tiosulfato ~ 0.01N para la muestra, mL

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N = normalidad verdadera de la solución de tiosulfato, meq/mL (Anexo 2)32 = peso miliequivalente del SO2, mg/meq25 = volumen de la solución de sulfito, mL103 = factor de conversión de mg a μg

2) La concentración de la solución diluida de sulfito, Cdiluída, (Reactivo Nº 11) es, en consecuencia:

Cdiluida , μg/mL =2 mL x C sulfito

100 mL3) Las masas de sulfito (expresadas como SO2) requeridas para la preparación de los

patrones son:

Masa sulfito = Cdiluida, µg/mL x volumen, mL

4) Construir la curva de calibración, para lo cual se debe graficar la absorbancia de cada patrón frente a los correspondientes microgramos de SO2 (no olvidar incluir el valor 0,0).

5) Apoyado en la curva de calibración, determinar la cantidad de SO2 en μg en la(s) muestra(s).

6) El volumen de aire muestreado, L, es igual al flujo volumétrico multiplicado por el tiempo de muestreo. Vaire = V1 = Flujo (L/min) * Tiempo (minutos)

7) Este volumen se corrige a las condiciones del Decreto 638 (1 atm, 298K), utilizando la ley del gas ideal:

V , m3 = V 1 xP1

P2x

T 2

T 1x 10−3

donde: P1: Presión medida en el sitio donde se realiza el muestreoP2: 1 atm (o su equivalente en otras unidades)T1: Temperatura medida en el sitio donde se realiza el muestreo, KT2: 298 K

8) La concentración ambiental de SO2 viene dada por:

SO2 , μg /m3 =μg SO2 en la muestra

V

El numerador de esta expresión se obtuvo en el paso 5, y su denominador en el paso 7.

Para la conversión de unidades, suponiendo comportamiento ideal y tomando P como 1 atm, T como 298 K y R = 0.08206 (atm L/mol K), puede utilizarse la expresión:

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μg/m3 = ppm x peso molecular24 . 5

(103 )

AnexosANEXO 1. Remoción del mercurio de la solución absorbente:Agregar, por cada litro de solución absorbente, alrededor de 10 g de Na2CO3 y 10 g de Zn granular (que puede sustituirse por magnesio). Agitar la solución por 24 h bajo campana. Después de ese tiempo, se forma un material sólido en el fondo que queda como una capa, a pesar de la agitación. Decantar el líquido, hasta que el precipitado empiece a fluir. Agitar el precipitado en un tubo y dejarlo secar. Utilizando un cepillo para tubos de ensayo, quitar el material adherido a las paredes del recipiente. El recipiente se puede lavar con agua, filtrando luego esta agua de lavado para recuperar el precipitado. Después del enjuague, se une el precipitado del tubo al del filtro. Colocar el material en un recipiente apropiado y dejarlo secar. Este procedimiento remueve más del 99% del Hg de la solución absorbente.

ANEXO 2. Preparación y valoración de la solución madre de tiosulfato de sodio 0.1N:El ión yodato reacciona rápidamente con yoduro en solución ácida para dar yodo:

IO3- + 5I- + 6H+ = 3I2 + 3H2O

El yodo formado reacciona con tiosulfato:

I2 + 2S2O32- = S4O6

2- + 2I-

Se observa que cada mol de yodato produce 3 moles de yodo para la estandarización del tiosulfato, por lo que su peso equivalente es 1/6 del peso fórmula (214/6 = 35.67)

Preparación de la solución de tiosulfato de sodio 0,1 N:Disolver 25 g de tiosulfato de sodio, Na2S2O3.5H2O, en 1 L de agua destilada recién hervida y filtrada. Agregar 0.1 g de carbonato de sodio a la solución y dejar en reposo 1 día antes de la estandarización.

Preparación de la solución de yodato de potasio 0,0841N: Pesar 1,5000 g de yodato de potasio para análisis, KIO3, (luego de secado a 180 ºC por 3 h en horno y enfriado en un desecador). Disolver en agua y enrasar a 500 mL. La normalidad de esta solución es 0,0841.

La estandarización se realiza así: En un erlenmeyer de 250 mL, pipetear 50 mL de la solución de yodato y agregar 2 g de yoduro de potasio y 10 mL de HCl 1N. Después de 5 min, titular con la solución madre de tiosulfato hasta color amarillo pálido. Agregar 5 mL de solución de almidón, y continuar la titulación hasta la desaparición del color azul. Calcular la normalidad de la solución de tiosulfato de sodio.

Puede sustituirse el KIO3 por el K2Cr2O7 0,1 N(ver p. 62). Para ello, en un erlenmeyer de 250 mL, mezclar 10,00 mL de solución de dicromato de potasio, 50 mL de agua destilada, 1 g de KI y 2,5 mL de ácido sulfúrico (1+9). Tapar y mantener en un lugar oscuro por 10 min. Diluir con 50 mL de agua y titular con la solución de tiosulfato de sodio, hasta obtener un color

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amarillo pálido. Agregar 1 mL de solución de almidón, y continuar la titulación hasta que desaparezca el color azul del almidón (siempre queda un tenue color azul celeste del cromo). Calcular la normalidad de la solución de tiosulfato de sodio igualando los equivalentes de oxidante y reductor en el punto de equivalencia. (Nox*Vox= Nred*Vred)

ANEXO 3. Valoración de la solución de sulfito de sodio 0.1N:Las sustancias que tienen un potencial de oxidación muy inferior al del sistema yodo/yoduro (como los sulfitos), se oxidan con el yodo y se pueden titular con una solución valorada de esta sustancia:

SO32- + I2 + H2O = SO4

2- + 2I- + 2H+

El exceso de yodo añadido puede oxidar el tiosulfato a tetrationato:

2S2O32- + I2 = S4O6

2- + 2I-

Como el yodo tiene un color amarillo intenso a marrón, hace evidente su presencia aun en grandes diluciones. Por otra parte, el yoduro es incoloro, por lo que podría servir como indicador propio. Sin embargo, se obtiene un viraje más pronunciado en el punto final si se usa almidón como indicador. Esta sustancia reacciona con el yodo en presencia de yoduro formando un complejo de adsorción de color azul intenso. La desaparición de este color indica la ausencia de yodo y el punto final de la valoración.

Procedimiento para la valoración: Pipetear 50 mL de solución de yodo 0.01 N en cada uno de dos frascos de 250 mL, A para la muestra y B para el blanco. Agregar 25 mL de solución de sulfito al frasco A y 25 mL de agua destilada al frasco B. Colocar un tapón a cada frasco y esperar 5 minutos para la reacción. Titular luego con solución de tiosulfato de sodio 0.01N hasta un color amarillo pálido. Agregar 5 mL de solución de almidón y agitar vigorosamente, continuando la titulación hasta la desaparición del color azul. Guardar la solución estandarizada en frasco de vidrio con tapón.

Calcular la concentración de la solución de sulfito, utilizando la ecuación:

[ SO2 , μg /mL] = ( B − A ) x N x 3225

x 103

donde:B = volumen de solución de tiosulfato ~ 0.01N para el blanco, mLA = volumen de solución de tiosulfato ~ 0.01N para la muestra, mLN = normalidad verdadera de la solución de tiosulfato, meq/mL (Anexo 2)32 = peso miliequivalente del SO2, mg/meq25 = volumen de la solución de sulfito, mL103 = factor de conversión de mg a μg

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Bibliografía consultada1. Warner, P.:”Análisis de los contaminantes del aire”. pp. 129-134. Paraninfo.

Madrid. 1981.2. Kolthoff, I. y E. Sandell:”Tratado de Química Analítica Cuantitativa”. 4ª edición.

Cap. 34. Editorial Nigar. Buenos Aires. 1960.3. Decreto 638 “Normas Sobre Calidad del Aire y Control de la Contaminación

Atmosférica”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 4.899 (Extraordinario). 19/05/1995.

4. Plunkett, E.:”Manual de Toxicología Industrial”. pp. 288, 360. Ediciones Urmo. Bilbao. 1974.

PRÁCTICA 12. OXIDANTES TOTALESIntroducciónLos oxidantes atmosféricos son contaminantes secundarios que se producen por reacciones fotoquímicas en fase gaseosa y en aerosoles, a partir de los contaminantes primarios, como los NOx, hidrocarburos y CO. De los oxidantes, el más importante es el ozono (50-300 μg/m3), aunque también son muy reactivos el peróxido de hidrógeno y los peróxidos orgánicos, como metilhidroperóxido, CH3OOH, etilhidroperóxido, C2H5OOH, hidroximetilhidroperóxido, OHCH2OOH, etc.

Se considera que los oxidantes son indicadores primarios de la calidad del aire y por tanto, se requiere su control rutinario en atmósferas urbanas. Estas sustancias son los principales responsables de la oxidación de compuestos de azufre (IV) a azufre (VI), que contribuyen a la formación de la lluvia ácida, además de tener efectos importantes en la reducción de la

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visibilidad y actuar como precursores del ozono troposférico, sustancia que ataca a las personas, vegetales y materiales (especialmente al hule y los neumáticos).

La medición de los oxidantes totales puede realizarse utilizando métodos manuales o automáticos. El Art. 7 del decreto 638 establece como procedimiento manual la colorimetría por reacción del ozono con yoduro potásico en medio neutro (que se emplea en esta práctica) y como técnica automática la quimiluminiscencia.

El método colorimétrico (o de Saltzman) se basa en la absorción de los oxidantes en una solución neutra y tamponada de yoduro potásico al 1 %, midiendo colorimétricamente el yodo producido (como I3) a 352 nm.

Las reacciones son: O3 + 2I- + 2H+ = I2 + O2 + H2O (1)

I2 + I- = I3- (2)

Aspectos LegalesEn relación con el ozono y oxidantes, el Art. 3 del Decreto 638, establece los siguientes límites: “

Contaminante Límiteµg/m3

Porcentajeexcedenciaen lapso demuestreo

Período de medición(horas)

5. Oxidantes 240 0.02% 1Totales

expresados como ozono

Las concentraciones de los contaminantes se calcularán paracondiciones de 1 atmósfera y 298 K”

ResumenLa determinación se basa en la capacidad que tienen los oxidantes atmosféricos en oxidar el KI a I2 en medio neutro. La corriente de aire se pasa a través de una solución de KI que retiene por reacción química a los oxidantes, y la cantidad de I2 producido se mide fotométricamente a 352 nm.

Significado y usoLos oxidantes fotoquímicos, como el ozono, O3, el nitrato de peroxiacetilo, NPA, y el nitrato de peroxibencilo, NPB, están relacionados directamente con los efectos perjudiciales del smog fotoquímico, que incluyen una notable reducción en la visibilidad, ataque a los materiales sintéticos, daños a la vegetación e irritación a la nariz y garganta. Es, por tanto, muy importante conocer los niveles ambientales de este tipo de sustancias.

Precauciones de seguridad

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Esta práctica puede involucrar el empleo de materiales, operaciones y equipos peligrosos. No se asume que se describan aquí todos los problemas de seguridad relacionados con su uso. Queda bajo la responsabilidad del usuario establecer las prácticas apropiadas y la aplicación de medidas específicas para desarrollar actividades seguras.

InterferenciasEste método se puede aplicar a la medición de ozono ambiental en el rango de 0.01 a 10 ppm. Al instalar un filtro de fibra de vidrio con trióxido de cromo, puede eliminarse hasta un exceso de 100 veces de SO2 (que produce una interferencia negativa). No se requiere el filtro cuando la concentración de SO2 no llega al 10% de la del NO (situación que es normal, a menos que la estación se encuentre próxima a una fuente conocida de SO2). Como el sistema de filtro oxida una parte del NO a NO2, se debe aplicar un factor de corrección de 10 NOx, que se resta de la medición final del oxidante. Para lograrlo, se mide simultáneamente y en paralelo el valor de NOx, utilizando un filtro idéntico al utilizado en la medición del ozono. No será necesario utilizar el filtro cuando la concentración de SO2 sea menor de 0.02 ppm, y en tal caso, se puede medir directamente el ozono sin determinar simultáneamente el NO2 o el NOx. Otra interferencia la constituye la debida al NPA, que origina una respuesta equivalente a hasta un 50% de la producida por un equivalente molar de ozono. Sin embargo, debido a la alta dependencia que muestra la respuesta producida al tiempo de retención del NPA en solución, es difícil estimar el grado de su interferencia. Este problema no es crítico, excepto en áreas donde se sabe que existen niveles altos de oxidantes fotoquímicos orgánicos.

AparatoEl tren de muestreo (ver Fig. 1) consiste de:

FIGURA 1. ESQUEMA DEL PROCESO DE ABSORCIÓN.

o Arrastrador de trióxido de cromoo 2 absorbedores (“impingers”)o Tubo de desecacióno Rotámetroo Bomba de aire

Reactivos y materialesA. REACTIVOS:

Absorbedor1

Absorbedor2

Tubo de desecación

Rotámetro Bomba de aire

Arrastrador de Cr2O3

Cr2O3

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1. Solución absorbente: Disolver 5.0 g de yoduro potásico en 20 mL de agua destilada. Añadir esta solución con agitación a la mezcla tampón preparada disolviendo 6.8 g de fosfato diácido de potasio, KH2PO4, y 7.1 g de fosfato ácido disódico, Na2HPO4, en 500 mL de agua destilada. Luego de agregar la solución de yoduro, diluir a 1 L y dejar reposar por lo menos 1 día. Medir el pH y ajustarlo a 6.8 ± 0,2 utilizando NaOH o KH2PO4. Esta solución es estable durante varias semanas si se mantiene refrigerada en un frasco opaco.

2. Arrastrador de óxido crómico: Llenar un tubo en forma de U con tiras de 0.6 cm de papel de filtro de fibra de vidrio (de los utilizados para el equipo de medición de partículas totales suspendidas), que se preparan y tratan de la manera siguiente:Utilizando unas tijeras, se corta por la mitad un papel de fibra de vidrio rectangular y se sumerge durante 10 min en una solución preparada disolviendo 5 g de dicromato sódico, Na2Cr2O7, y 5 g de H2SO4 conc en 200 mL de agua, o disolviendo 125 g de óxido crómico y 35 ml de H2SO4 conc en 750 mL de agua. Se sacan los filtros de la solución y se secan en una estufa a 93 ºC. Los filtros preparados de esta forma deberían tener un color marrón rosado. Su vida activa va desde unos pocos días hasta 1 mes, cuando se halla en ambientes de baja humedad (<20%). El filtro está gastado cuando se observa una apariencia de humedad o un

color verdoso.3. Solución estándar de yodo: Disolver 0.0200 g de I2 sólido en 5 mL de etanol y verter la

solución en un matraz aforado de 100 mL. Enrasar con agua destilada. Esta solución contiene 200 ppm de I2. Se considera que el yodo es un estándar primario.

4. Solución de trabajo de I2: Pipetear 10 mL de la solución estándar de yodo en un matraz de 100 mL. Diluir a volumen con solución absorbente. La solución final contiene 20 ppm de I2.

B. MATERIALES:Matraces aforados de 25 y 100 mLBurbujeadoresTubo desecador de gel de síliceBombaRotámetroTubo en U

ProcedimientoMontar el equipo captador que se muestra en la Fig. 1. Añadir 10.0 mL de solución absorbente en cada tubo borboteador. Llenar el tubo en U con arrastrador de óxido crómico y el tubo desecador con gel de sílice.

Encender la bomba y mantener un flujo de 0,5 L/min. La toma de muestra se realiza durante un lapso de 15 min a 2 h. Anotar el tiempo exacto y controlar de vez en cuando el flujo, para asegurar que se mantenga invariable. Medir la temperatura ambiente y la presión atmosférica, para corregir el volumen de muestra a las condiciones del Decreto 638.

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Transferir la solución absorbente expuesta a un matraz aforado de 10 mL. Si es necesario, enrasar a volumen con agua destilada. Dentro de ½ a 1 h de la toma de la muestra, leer la absorbancia a 352 nm, utilizando como blanco el reactivo absorbente sin exponer.

Curva de calibraciónPipetear 0, 0.5, 1, 2 y 3 mL de solución de 20 ppm de I2 en matraces aforados de 25 mL. Enrasar cada matraz con solución absorbente. Leer la absorbancia a 352 nm y preparar la gráfica absorbancia en función de ppm de I2 (si se desea, puede elaborarse como μg de O3/mL solución absorbente vs. absorbancia, de acuerdo con la estequiometría 1:1 propuesta para la reacción). Construir la curva de calibración. Utilizar, si es necesario, el método de mínimos cuadrados.

Manejo de los Datos y Cálculos El procedimiento es similar al utilizado en la práctica de dióxido de azufre:

1. Obtener, para los patrones, la curva de calibración, con la absorbancia en el eje X y la concentración de Yodo (ppm) en el eje Y. No olvidar incluir el valor (0,0). Para la concentración de yodo, recordar que se realizó la dilución de la solución de 20 ppm a 25 ml, así, por ejemplo, para 0.5 ml de solución, su concentración en el patrón es

Cpatrón ¿0.5 ml∗20 ppm

25ml=0.4 ppm

Un cálculo similar se realiza para los demás patrones, obteniendo concentraciones de 0.8; 1.6 y 2.4 ppm, respectivamente.

Ayodo = a Cyodo, ppm + b

2. A partir de la medición de absorbancia para las muestras en los dos tubos borboteadores, utilizando la ecuación anterior, determinar la concentración de yodo en cada recipiente.

3. Conociendo el volumen de solución captadora en cada borboteador (10 mL), se calcula la cantidad de yodo medida. µg:

Masa de yodo = Cyodo, µg /mL x 10 mL

La masa total es la suma de las masas en los 2 borboteadores.

4. Apoyándose en la estequiometría, (Ecuación (1)), se calcula la masa de ozono equivalente, μg:

Masa O3 , μg = Masa total de I 2 , μg x48 μg O3

254 μg I 2

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NOTA: Alternativamente, se puede determinar la ecuación de absorbancia medida vs

concentración de ozono. Este último parámetro se calcula así:

❑❑

❑❑

ppm O3 , μg = ppm I 2 x48 μg O3

254 μg I 2= 0. 189 ppm Ialignl ¿ 2 ¿¿ ¿

En este caso, se calcula directamente la masa de ozono en cada borboteador:

Masa de ozono borboteador 1, µg = (µg O3/ml)borboteador 1 * 10 ml

Masa de ozono borboteador 2, µg = (µg O3/ml)borboteador 2 * 10 ml

Masa de ozono, total, µg = Masa borboteador 1 + borboteador 2

5. El volumen de aire muestreado es:

Volumen , m3 = Flujo, m3

minx t ,min x 1 m3

1000 L

6. Este volumen se corrige a las condiciones del Decreto 638 (1 atm, 298 K), utilizando la ley del gas ideal:

V , m3 = V 1 xP1

P2x

T 2

T 1

Donde: P1: Presión medida en el sitio donde se realiza el muestreoP2: 1 atm (o su equivalente en otras unidades)T1: Temperatura medida en el sitio donde se realiza el muestreo, KT2: 298 K

7. La concentración de ozono es su masa, μg, (calculada en el paso 4), dividida por el volumen de aire (corregido a 298 K y 1 atm).

Bibliografía consultada

1. Warner, P.:”Análisis de los contaminantes del aire”. pp. 154-158. Paraninfo. Madrid. 1981.

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2. Decreto 638 “Normas Sobre Calidad del Aire y Control de la Contaminación Atmosférica”. Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 4.899 (Extraordinario). 19/05/1995.

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