Parametros indicadores de la contaminación del agua

• 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