parametros indicadores de la contaminación del agua
TRANSCRIPT
• DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO DQO
• DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO DBO
• DEMANDA TOTAL DE OXIGENO DTO
• CARBONO ORGANICO TOTAL - COT
• DEMANDA TEORICA DE OXIGENO DThO
• GRASAS Y ACEITES
OD
Las aguas superficiales limpias suelen estar saturadas de oxígeno, lo que es fundamental para la vida.
CONTAMINACIÓN CON MATERIA ORGÁNICA
SEPTICIZACIÓN
MALA CALIDAD DEL AGUA
INCAPACIDAD PARA MANTENER DETERMINADAS FORMAS DE VIDA.
CONSTITUYENTE MAS IMPORTANTE DE LAS AGUAS
MOBD
MOBD + O2 PRODUCTOS OXIDADOS + MATERIAL CELULAR
DEMANDA DE O2
... .... .... ..
BACTERIAS
REAIREACCION
FOTOSINTESIS DE LAS ALGAS
O2 (g) O2 (g) O2 (ac)
O2 (ac)
SI SE ROMPE EL EQUILIBRIO DEFICIT DE OXIGENO
D= Cs -C
Cs = CONCENTRACION EN EQUILIBRIO mg /l
C = CONCENTRACION ACTUAL mg /l
Cs NO CAMBIA PARA CONDICIONES DE EQUILIBRIO CONSTANTE
d D/d t = d Cs/d t - d C/d t
d D/d t = - d C/d t
EL DEFICIT AUMENTA A MEDIDA
QUE EL O2 SE CONSUME
Aporte de oxígeno. Las cianobacterias son las antecesoras de los cloroplastos celulares de los vegetales. En la fotosíntesis gracias a la energía aportada por la luz solar, se unen el agua y el dióxido de carbono para formar azúcares. Como producto de desecho, se arroja oxígeno a la atmósfera.
En la respiración, por el contrario, se queman azúcares en las mitocondrias celulares, aportando la energía necesaria para las funciones vitales. En esa combustión se consume oxígeno atmosférico y se arrojan, como productos de desecho, dióxido de carbono y agua.
FOTOSINTESIS DE LAS ALGAS
EN PRESENCIA DE LUZ SOLAR LAS ALGAS METABOLIZAN COMPUESTOS INORGÁNICOS SIENDO EL O2 UN PRODUCTO DE DESECHO.
CO2 + 2H2O CH2O + O2 + H2O
PROLIFERACIÓN DE ALGAS ALTOS CONTENIDOS DE O2
C > Cs
y D = -
CATABOLISMO ENDÓGENO EN AUSENCIA DE LUZ LAS ALGAS SE AUTODESTRUYEN.
CH2O + O2 CO2 + H2O
DEMANDA
APORTE
NUEVAS ALGAS CELULARES
STREETER Y PHELPS 1925
MODELO f ( DBO EJERCIDA, AIREACION)
V REMOCION DE O2 V ADICION DE O2
V DESAPARICION DE O2 Directamente Proporcional V DBO EJERCIDA
Si y = DBO dy/dt = - dC/dt
dy/dt = dD/dt
dD/dt = - dC/dt
y = Lo – Lt Lo = DBOu o O2 TOT consumido
Lt = cantidad remanente a t
dy/dt = -dLt / dt
ASUMIENDO UNA CINETICA DE PRIMER ORDEN:
d Lt / dt = -K Lt
como d Lt / dt = -K Lt y
d y/dt = d D/dt
d D/dt = K Lt o rD = K1 Lt
D = Cs - C
d D/dt = -dC/dt
rR = -K2 D
VELOCIDAD A LA CUAL EL O2 SE DISUELVE
K2 = CONSTANTE DE REAIREACION
t : RECORRIDO EN EL RIO DESDE LA DESCARGA t = X/U X = DISTANCIA A LO LARGO DEL RIO U = VELOCIDAD DEL RIO PUNTO CRITICO DC MAXIMO IMPACTO Cc tc
EN ESTE PUNTO dD/dt = 0 d D/dt = K1 Lo e- K
1t + K2D
K2 Dc = K1 Lo e- K
1tc
Dc = K1/K2 Lo e- K1tc
DEPENDE DE : TURBULENCIA
ÁREA SUPERFICIAL
PROFUNDIDAD
TEMPERATURA
d D/dt = rD + rR
d D/dt = K1 Lt - K2D
d D/dt = K1 Lt - K2D
Como:
Lt = Lo e- K1t
dD /dt + K2D = K1 Lo e- K1t
RESOLVIENDO LA ECUACION DIFERENCIAL:
D e-K2t = K1 Lo /K2- K1 (e- (K2-K1)t ) + C
C SE CALCULA A D= Do y t=0
C = Do - K1 Lo /K2- K1
QUEDANDO FINALMENTE LA ECUACION:
D = K1 Lo /K2- K1 + Do (e- (K2-K1)t ) e- K2t
Dc ES MAXIMO A tc
D = K1Lo /K2- K1 (e(K2-K1)t ) +Do e-K2 t =0
tc = [1/K2-K1] ln [K2/K1] ( 1- Do [K2-K1/K1Lo] )
0
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
OD
(mg/
l)
ESTACION
AÑO 2000
AÑO 1999
AÑO 1998
1 ANTES SUAREZ
2 ANTES RIO OVEJAS
3 ANTES RIO TIMBA
4 PASO DE LA BALSA
5 PASO DE LA BOLSA
6 PUENTE HORMIGUERO
7 ANTES NAVARRO
8 JUANCHITO
9 PASO DEL COMERCIO
10 PUERTO ISAACS
11 PASO DE LA TORRE
12 VIJES
13 YOTOCO
14 MEDIACANOA
15 RIOFRIO
16 PUENTE GUAYABAL
17 LA VICTORIA
18 ANACARO
19 PUENTE LA VIRGINIA
METODOS * WINKLER O YODOMETRICO * ELECTRODOS METODO WINKLER O YODOMETRICO Mn+2 + 2OH- Mn(OH)2 Precipitado blanco en ausencia de O2 MnSO4 Alcali- Yoduro OH- - KI Mn+2 + 2OH- + 1/2 O2 MnO2 + H2 O Color café turbio FIJACION MnO2 + 2I- + 4H+ Mn+2 + I2 + 2 H2 O Color amarillo Se titula luego 200 ml con Na2S2O3 0.025 N usando almidón como
indicador: Na2S2O3(5H2O) + I2 Na2S4O6 + 2NaI + 10H2O
COLOR AZUL TRANSPARENTE
METODO WINKLER MODIFICADO NaN3 ELIMINA INTERFERENCIA DE NO2
- NaN3 + H+ HN3 + Na+ HN3 + NO2
- N2 + N2O + H2O
H+
Déficit de oxígeno en el agua
superficial
La materia orgánica afecta a la vida
acuática.
DQO
LA DQO MIDE EL OXIGENO EQUIVALENTE
(mg/l) NECESARIO PARA OXIDAR
QUIMICAMENTE LAS SUSTANCIAS
ORGANICAS E INORGANICAS PRESENTES
EN UN AGUA RESIDUAL O CONTAMINADA,
BAJO CONDICIONES ESPECIFICAS DE :
AGENTE OXIDANTE
TIEMPO
TEMPERATURA
KMNO4 CeSO4 KIO3 K2Cr2O7/H+
H+ CHON + K2Cr2O7 CO2 + H2O + NH3 EN EXCESO Cr2O7
= + 14 H+ + 6e- 2Cr+3 + 7H2O EXCESO Cr2O7
= SE TITULA CON FeSO4 (NH4 )
6Fe+2 6Fe+3 + 6e- REACCIÓN GLOBAL: 6Fe+2 +Cr2O7
=+14 H+ 6Fe+3+ 2Cr+3+7H2O INDICADOR : FERROIN ( FORMA COMPLEJO -Fe+2 )
COMPUESTOS CON 1 N
PIRIDINA NO REACCIONA
QUINOLINA 90 -100 %
PIRROL 90- 100%
PIRROLINA 90 -100 %
N
N
N
H
N
H
1. CLORUROS 2Cl- +Cr2O7
= + 14 H+ Cl2 + 2Cr+3 + 7H2O SE ELIMINA CON HgSO4 Hg+2 + 2Cl- HgCl2
2. EFICIENCIA EN LA OXIDACION DE ALGUNOS COMPUESTOS QUIMICOS PIRIDINA 0.8% BENCENO 8% TOLUENO 22.5% ETANOL 80.1% ACIDO OLEICO 77.7%
Verano
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Inic
io d
el
Perí
metr
o
Urb
ano
Ante
s d
el R
ío
Aguacata
l
Hote
l
Inte
rcontinenta
l
Clínic
a d
e los
Rem
edio
s
Calle
70
Desem
bocadura
al R
ío C
auca
Punto
Dem
an
das d
e O
xíg
en
o (
mg
/L)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
OD
(m
g O
2/L
)
DQO DBO OD
RIO CALI DEMANDAS DE OXÍGENO y OD(Dagma 2006)
DEMANDAS DE OXÍGENO y O.D.
Verano
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Montañitas Cousaca Antes Chocho Despues Chocho Desembocadura
De
ma
nd
as
de
ox
íge
no
(m
g/L
)
2
3
4
5
6
7
8
9
Ox
íge
no
dis
ue
lto
(m
g/L
)
DQO DBO OD
Temperatura del agua
superficial
pH del agua superficial
DTO
• ULTIMO DE LOS PARAMETROS ORGANICOS
DESARROLLADO.
• ANALISIS INSTRUMENTAL
• CONDICIONES DRASTICAS DE OXIDACION DE
SUSTRATOS ORGANICOS
TEMPERATURA: 900 oC
CATALIZADOR : Pt
CORRIENTE DE O2: 200 mg /l
REACCION ESTADO OXIDADO EFICIENCIA DE
MAS ESTABLE LA REACCION
C + O2 CO2 95 -100
2H2 + O2 2H2O 95 - 100
N2 + O2 2NO 95
S= +2O2 SO4= 78
SO3= + 1/2O2 SO4
= 72
1. Dosificación del O2
2. Entrada de la muestra y válvula de dosificación
3. Horno 900 ºC
4. Tubo de combustión catalítica
5. Catalizador Pt
6. Purga
7. Amplificación
8. Registrador potenciométrico
9. Equipo revelador con lavado de gas
COT
Es un instrumento que oxida materiales, orgánicos e inorgánicos, en CO2 y determina la concentración de carbono basado en la cantidad de CO2 producida en la muestra .
Carbono
con
Materia
Oxidante
Calor
Luz UV
CO2 (g)
Reacción
FORMAS DE OXIDACIÓN
El Carbono en la muestra es oxidado a dióxido de carbono
• INSTRUMENTAL
• OXIDACION DE LA MATERIA ORGANICA BAJO CONDICIONES DRASTICAS
TEMPERATURA : 950 oC
CATALIZADOR : Co(NO)3
TEMPERATURA : 150 oC
CATALIZADOR : H3PO4
COT = CT -CI
CT
CI
Existen dos métodos para determinar el COT:
Método de diferencia (TC – IC) = TOC,
Método directo
NPOC TOC.
Existen dos tipos de carbono presentes en el agua : carbono orgánico e inorgánico .
•El Carbono Orgánico se enlaza con el hidrógeno y el oxígeno para formar compuestos orgánicos.
•El Carbono Inorgánico está estructurado como iones bicarbonatos y carbonato y forma compuestos inorgánicos.
Los Carbonatos y el CO2 soluble son ejemplos de IC.
Las muestras que poseen un pH >3 pueden absorber IC desde el ambiente.
• En el análisis, las muestras para el IC son acidificadas a pH of ~ 2 usando ácido fosfórico. Los carbonatos son convertidos a CO2.
•El burbujeo permite eliminar el CO2 de la solución.
TOC-Vw
• Presión
• TC flujo de gas de arrastre
• Flujo de burbujeo de gas del IC
TOC-Vw
•La muestra se inyecta, luego el ácido se agrega y el IC es convertido a CO2.
•El burbujeo elimina el CO2
TOC-Vw
•La muestra es inyectada . El calor ,la luz UV light y la solución oxidante convierten el carbono a CO2..
1. Entrada de O2 puro
2. Válvula distribuidora
3. Reguladores de presión
4. Medidores de flujo de O2 (rotámetros)
5. Punto de inyección de las muestras
6. Horno y tubo de combustión catalítica (150 ºC)
7. Horno y tubo de combustión catalítica (950 ºC)
8. Condensadores
9. Salidas condensados
10. Filtro
11. Analizador I.R.
12. Registrador
13. Salida gases (CO2 + O2)
DETECCIÓN DE CO2
NDIR – Non-Dispersive Infrared Detector
CO2 pasa a traves de la celda y absorbe luz . La cantidad absorbida es proporcional a la concentracion de carbon en la muestra.
Ley de Beer : Conc. = A / e l
ANALISIS DE TOC
Las grasas y aceites son de origen Animal, vegetal o petrogénico.
Ellas se caracterizan por ser solubles en hexano.
Las tres fuerzas principales que actúan a discreción en una gota de Aceite son flotabilidad, arrastrabilidad y su gravedad.
Las Aguas residuales contaminadas con Aceite son producidas por:
◦ Industria del petróleo
◦ Procesadores de petroquímicos,
◦ Procesos de purificación de metales,
◦ Procesadores de alimentos,
◦ Industria textil,
◦ Sistemas de enfriamiento y calentamiento.
◦ Zonas residenciales y restaurantes,
Emulsiones estabilizadas químicamente - Los surfactantes estabilizan la emulsión al interactuar en la interfase del Aceite con el Agua. El color de esta Agua contaminada es usualmente blanca, lo cual es indicativo de qué acción se requiere para separar el Aceite del Agua. Tales aceites contienen detergentes, jabones y otros aditivos. Las fuentes del Aceite son los fluidos de trabajo metálico, enfriadores, lubricantes, Aceites para motores y otras.
Aceite disuelto. - Este tipo de contaminante incluye al Benceno, Fenoles, Tolueno y Xileno; los cuales pueden ser removidos con Carbón Activado, destilación o membranas (Ósmosis Inversa).
Sólidos aceitosos húmedos. - Esta
categoría incluye los Aceites que se adhieren a los sedimentos y otras partículas que son comunes en el Agua residual. Estos contaminantes se remueven con separadores o filtros prensa.
La DThO es la cantidad estequiométrica
de Oxígeno requerida para oxidar
completamente un determinado
compuesto o sea para transformar
completamente los compuestos que
conforman la fracción orgánica de aguas
naturales o contaminadas en gas
carbónico ( CO2 ) y agua ( H2O ).
Materia orgánica (CHON) + O2
CO2 + H2O + NH3
NH3 + 3/2 O2 HNO2 +H2O
Nitrosomonas
HNO2 + ½ O2 HNO3
Nitrobacterias
DThO
DThO carbonácea
+
DThO Nitrogenada
1)Determinar la DThO para la glucosa
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
El peso molecular (PM) de la glucosa es 180 g/ mol. El peso molecular (PM) el oxígeno es 192 g/ mol
2) Determinar la DThO para la glicina cuya formula estructural es (NH2-CH2-COOH) y PM es 75 g/ mol.
3) Determinar la DThO para una solución que contiene 100 mg/ l de Glucosa y 200 mg/l de glicina