Parámetros de contaminación: DQO, DBO y COT

La demanda química de oxígeno (DQO), la demanda biología de oxígeno (DBO) y la medida del carbón orgánico total (COT) han sido tradicionalmente parámetros para la caracterización del agua residual. Así mismo, ofrece un panorama muy completo sobre la calidad del tratamiento de dicha agua.

Se ejecutaban muchos análisis para determinar la presencia de tóxicos contaminantes en aguas. Con los años de monitoreo se produjo una lista reducida de análisis eliminando aquellos que no aportaban significativamente a la determinación de contaminantes. Estos ensayos son el DBO, DQO y COT. (Hill & Spiegel, 1980).

La demanda química de oxigeno se puede entender como la cantidad de oxigeno necesaria para oxidar la materia orgánica por medios químicos, con agentes oxidantes fuertes como lo es el dicromato de potasio, y convertirla en dióxido de carbono y agua, bajo condiciones específicas. Mientras que por su lado la demanda biológica de oxígeno hace alusión a la cantidad de oxígeno disuelto en el agua consumido por los microorganismos, como bacterias, hongos y plancton, en condiciones anaerobias, para degradar las sustancias orgánicas contenidas en la muestra, de igual manera requiere de condiciones muy específicas y al tratarse de un proceso biológico es más delicado y requiere de mucho tiempo.

La siguiente tabla resume ambos métodos de manera muy puntual

La diferencia principal entre DBO y DQO esta en que la DQO, incluye dentro de si a la DBO. Ya que esta ultima solo detecta el material orgánico degradable biológicamente, mientras que la DQO es una oxidación completa incluyendo lo biodegradable y lo no biodegradable. Esto explica perfectamente porque la DQO siempre es mayor que la DBO.

En efecto: “DBO y DQO globalmente se conocen como parámetros de calidad del agua para evaluar contaminantes y para el monitoreo, diseño y modelaje de plantas de tratamiento de efluentes” (Jaewoong et al., 2016).

Por su lado, el carbono orgánico total (COT), implica el carbón que forma parte de las sustancias orgánicas de las aguas superficiales. Tradicionalmente se cuantifica este parámetro oxidando la muestra con un oxidante fuerte y midiendo la cantidad de dióxido de carbono liberado. La especial característica de este parámetro es que se origina de forma natural por la presencia de plantas y animales como acción de su metabolismo, excreción y su descomposición. Los efluentes que llevan consigo elementos orgánicos como acido húmico, ácido fúlvico, aminas, ureas, detergentes, pesticidas, fertilizantes, herbicidas, etc. aportan al COT. El incremento de COT genera una disminución muy importante de oxigeno disuelto y por tanto impacta fuertemente en la calidad del agua.

En el tratamiento de aguas es de vital importancia medir el COT, ya que cuando se hace el tratamiento de desinfección con cloro, este reacciona con los carbonos orgánicos y produce compuestos denominados “subproductos clorados de desinfección” que suelen ser cancerígenos.

La medición de COT implica con el uso de equipos muy sofisticados ya que la medición del CO2 generado se debe realizar con un sensor especial y con la ayuda de un gas de arrastre o bien el uso de reactivos como el persulfato y medidores de conductividad muy específicos. Estos equipos también tienen una alta tendencia a dañarse por el uso en muestras fuera del rango de trabajo adecuado, por lo que hace que su costo se incremente.

Citando a Hill & Spiegel (1980), desde la determinación de la importancia de la DQO, DBO y COT, se ha tratado de determinar la relación entre estos tres parámetros, es decir que a partir de extraer un gran valor informativo de la menor cantidad de datos. Esto implicaría reducir el consumo de reactivos, equipos, trabajo humano y tiempo.

Es necesario aclarar que para hacer ensayos de DQO se requiere reactivos que básicamente están constituidos de dicromato de potasio, ácido sulfúrico, sulfato de mercurio y plata como catalizador. Por su lado para el DBO se requiere mayor cantidad de reactivos desde aquellos necesarios para el agua de dilución (sulfato de magnesio, cloruro de calcio, cloruro férrico y buffer fosfato), glucosa-acido glutámico para preparación de estándar, semillas, etc. Y de igual manera el COT según el método a utilizar requiere de ciertos reactivos, entre uno de los mas sencillos persulfato. Sin mencionar que cada método requiere un tipo de equipo. Un fotómetro y un termo-reactor en el caso de DQO, medidores de oxígeno disuelto, oxigenador y incubadora en el caso del DBO y un equipo especializado con los sensores adecuados en el caso del COT. Todo esto implica un gasto elevado, además de, irónicamente, un impacto ambiental fuerte por el uso de reactivos. Por lo que si se pudiera extrapolar la información de dos parámetros en base a un tercero y reducir el consumo de reactivos y necesidad de equipos se estaría hablando de la posibilidad de potenciar los procesos de análisis de gran manera.

De los tres parámetros en cuestión, se identifica al BDO como uno de los menos útiles para trabajar como parámetro de base, ya que, que es muy sensible a desviaciones y fallas durante el proceso de análisis. Desde la presencia de cloro, nitrógeno, luz solar y otros contaminantes que fácilmente pueden interferir en los resultados. Sin mencionar que el tiempo de ejecución del ensayo es muy elevado y requiere condiciones que no son sencillas de cumplir lo cual puede conllevar a más desviación.

El DQO y el COT son ensayos más rápidos, menos susceptibles a elementos externos que generen desviación, tienen mayor repetibilidad y si bien usan reactivos peligrosos, su consumo es menor que los reactivos relativamente inofensivos del DBO. Al ser mas accesible se puede garantizar los ensayos en bases regulares.

Si bien es una realidad que la relación entre DBO, DQO y COT estará sujeta a la naturaleza de la muestra en cuestión, se han hecho muchos esfuerzos tratando de investigar una relación más o menos genérica o que aplique en ciertas condiciones para poder maximizar el trabajo de laboratorio. En este sentido, surge la investigación de Jaewoong et al. (2016), quienes monitorearon durante 5 años 114 estaciones de ríos y 49 estaciones de lagos para lograr una correlación con un factor de correlación “r” aceptable capaz de generalizar este tipo de fuentes de agua.

Como se puede ver en la figura 1., en el caso de lagos y ríos se puede adoptar una correlación lineal entre la BDO y la DQO misma que obedece a la siguiente expresión:

La figura 2. Muestra la correlación entre DQO y COT para lagos y ríos misma que obedece a la relación:

De manera muy similar Dubber & Gray (2010), condujeron una investigación en agua residual, para poder identificar correlaciones entre los 3 parámetros que permite determinar dos de ellos a partir de un tercero, considerando el tercero como el DQO ya que como se ha mencionado antes el parámetro mas estable, repetible y simple de analizar. Para esta investigación se analizaron 5 muestras de 11 plantas de tratamiento de aguas residuales con sus respectivas replicas. De manera que se logra una correlación que puede generalizarse para agua residuales, las expresiones se resumen en la tabla a continuación:

Como se puede apreciar en la tabla 2. Los coeficientes de correlación muestras valores muy aceptables para la cuantificación de dos parámetros de difícil ejecución como la DBO y el COT mediante un parámetro sencillo y relativamente económico de cuantificar como el DQO, precisamente para las muestras de mayor recurrencia en este tipo de análisis como es el agua residual.

Hanna Instruments cuenta con una variedad de equipos que permiten la cuantificación de DQO, y con esta herramienta expuesta poder calcular adicionalmente los otros dos parámetros de contaminación del agua, dándole al usuario la posibilidad de tener una caracterización total de su muestra con una inversión mínima y máximo aprovechamiento.

<>

El HI 801 es un espectrofotómetro, capaz de cuantificar hasta 150 parámetros de fabrica y 100 parámetros de usuario, dentro de ellos por su puesto esta la demanda química de oxigeno o DQO en sus 4 rangos: rango bajo de 0 a 150 mg/L, rango medio de 0 a 1500 mg/L, rango alto de 0 a 15000 mg/L y rango ultra alto de 0 a 60 g/L.

Por otro lado, está el equipo HI 83399 un fotómetro programado con 128 métodos de fabrica que incluye el DQO en los rangos descritos anteriormente, tanto este equipo como el HI 801 son ideales para el análisis de agua, especialmente en tratamiento de efluentes ya que adicionalmente cuenta con la posibilidad de cuantificar nitrógeno total y fosforo total, dos parámetros de gran importancia por el proceso de nitrificación y nutrición de microorganismos en el tratamiento de aguas.

Todos los equipos Hanna permiten la cuantificación de parámetros de forma rápida, intuitiva y con alta repetibilidad.

Como no podía ser de otra manera Hanna Instruments, cuenta con los reactivos para la cuantificación de DQO en tres versiones: según la metodología EPA, según la metodología ISO y libres de mercurio; todos ellos en los rangos mencionados. Estos son reactivos pre dosificados de manera que el usuario únicamente debe agregar la muestra evitando todo contacto con el reactivo haciéndolo seguro para su manipulación.

La cuantificación de DQO se completa con el termo-reactor HI 839800, este equipo permite llevar a cabo la digestión de hasta 25 viales de DQO, nitrógeno total y fosforo total. En los valores de temperatura requeridos de 150°C o 105°C según corresponda con la opción a un cronometro para un control estricto del tiempo de digestión, esto garantiza resultados precisos y una operación segura ya que el equipo tiene la opción a adaptar un protector de seguridad para evitar salpicamiento y conservar el calor para una mayor eficiencia energética.

En Hanna Instruments estamos para servirle con soluciones rápidas, precisas y a la medida del cliente, con todo el soporte técnico necesario.

Referencias

• Dubber, D., & Gray, N. F. (2010). Replacement of chemical oxygen demand (COD) with total organic carbon (TOC) for monitoring wastewater treatment performance to minimize disposal of toxic analytical waste. Journal of Environmental Science and Health - Part A Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, 45(12), 1595–1600.
• Hill, D. R., & Spiegel, S. J. (1980). Characterization of industrial wastes by evaluating BOD, COD, and TOC. Journal of Water Pollution Control Federation, 52(11), 2704–2708.
• Jaewoong, L., Seunghyun, L., Soonju, Y., & Doughee, R. (2016). Relationships between water quality parameters in rivers and lakes: BOD5, COD, NBOPs, and TOC. Environmental Monitoring and Assessment, 188(4), 188–252.