Demanda biològica d'oxigen
_(3231600029).jpg)
_(3231600029).jpg){kind=link}
La demanda bioquímica (o biològica) d'oxigen (DBO) és un paràmetro de calitat de l'aigua que permet establir la cantitat de dioxígeno consumit, per mig d'oxidació microbiana, necessari per a degradar la matèria orgànica present en una mostra líquida.[1] L'oxidació microbiana incidix principalment sobre la matèria orgànica present, tant en dissolució com en suspensió, per lo que el paràmetro DBO, és un estimador del grau de contaminació de l'aigua per matèria orgànica. El procediment consistix en saturar d'oxigen atmosfèric una cantitat determinada de mostra i medir l'oxigen dissolt. Acte seguit es deixa la mostra en una estufa de cultius a 20 °C i en absència de llum, per a que no proliferen algues fotosintetizadoras. Transcorregut un temps es torna a determinar l'oxigen dissolt, establint, per diferència, l'oxigen consumit pels microorganismes. ya que la degradació de la matèria orgànica per microorganismes és un procés llent, normalment es medix transcorreguts cinc dies d'incubació (DBO5) i el resultat s'expressa en miligrams d'oxigen diatómico per litro (mg O2/L).[2][3]
Fonamente
[editar | editar còdic]Les aigües naturals (marina o continental) contenen matèria orgànica que pot tindre diferents orígens. Poden procedir de la flora o de la fauna resident o present en els seus voltants, o pot procedir de la contaminació per abocades. Esta última, quan es produïx en rius i llac disminuïx a mida que aumenta la distancia aigües avall de la font per la dilució, pero també disminuïx per les bactèries presents en l'aigua, les quals degraden la matèria orgànica contaminant per a obtindre d'ella els nutrients necessaris per a sustentar la seua pròpia existència. En principi, esta degradació i eliminació de la matèria orgànica pot ser portada a terme tant per bactèries aerobias com anaerobio, és dir, la degradació biològica de la matèria orgànica es produïx tant en condicions anaerobio com aerobias. No obstant, el procés aerobio és molt més eficaç i ràpit que el procés anaerobio, per lo que els estudis de DBO es porten a terme favorint les condicione aerobias per a facilitar la proliferació de les bactèries aerobias en detriment de les anaerobio, utilisant oxigen dissolt (OD) en el procés. La cantitat d'oxigen necessària per a mantindre actives a les bactèries aerobias, fins a la descomposició de la matèria orgànica, en una unitat de volum de mostra és lo que es denomina demanda bioquímica d'oxigen (DBO).[4]
Per tant el paràmetro DBO, ademés de permetre conéixer el contingut de matèria orgànica de les aigües naturals, pot servir com a mida de la contaminació orgànica per lo que la seua determinació es fa de forma rutinària en plantes de tractament d'aigües residuals i laboratoris de calitat de l'aigua. Si hi ha massa contaminació orgànica i, en conseqüència, la DBO és massa alta, l'oxigen dissolt pot disminuir massa per a sustentar la vida aquàtica. La majoria de les masses d'aigua tenen certa capacitat per a degradar residus orgànics; no obstant, sorgixen problemes quan l'aigua receptora se sobrecarrega en residus orgànics que requerixen oxigen per a la seua descomposició. Si la capacitat de neteja natural de la massa d'aigua es veu superada, tot el OD pot agotar-se, lo que provoca la mort dels peixos o atres organismes aquàtics aerobios.[4] En estos térmens, la calitat de l'aigua per a suministrament urbà i consum humà pot ser descrita, en funció dels valors de DBO5 com:[2]
- Molt pura: < 1 mg d'O2/L
- Relativament pura: 1-3 mg d'O2/L
- De calitat dubtosa: 3-5 mg d'O2/L
- Contaminada: >5 mg d'O2/L . No útil per a consum humà
Estos nivells de calitat es referixen principalment a aigües naturals presents en rius o llac; no obstant, els efluents en abocades d'aigües industrials o municipals solen tindre valors molt per damunt d'estos, que poden aplegar a sobrepassar els 300 mg d'O2/L. En estos casos és obligatori el tractament previ de l'aigua per a reduir la DBO5 (incubació a 20 °C) a nivells inferiors a 25 mg d'O2/L abans de ser abocades als caixers.[5]
Determinació
[editar | editar còdic]El método d'ensaig es basa en medir el dioxígeno consumit per una població microbiana en condicions en les que s'han inhibit els processos fotosintéticos de producció de dioxígeno en condicions que favorixen el desenroll dels microorganismes. La curva de consum de dioxígeno sol ser al principi dèbil i despuix s'eleva ràpidament fins a un màxim sostingut, baix l'acció de la fase logarítmica de creiximent dels microorganismes.
És un método aplicable en aigües continentals (rius, llac o aqüífers), aigües negres, aigües pluvials o aigua de qualsevol atra procedència que puga contindre una cantitat apreciable de matèria orgànica. Este ensaig és molt útil per a l'apreciació del funcionament de les estaciones depuradores. No és aplicable, o difícil d'aplicar, a les aigües potables, ya que en tindre un contingut molt baix de matèria oxidable la precisió del método no seria adequada. En este cas s'utilisa el método d'oxidabilidad en permanganato de potassi o, més habitualment, la demanda química d'oxigen, DQO, que és un paràmetro de calitat de l'aigua alternatiu a la DBO o el Carbono Orgànic Total (COT), paràmetro que indica el contingut de carbono orgànic, independentment de que siga oxidable química o biològicament.
El periodo d'incubació per a la determinació de la DBO està fixat en 5 dies (DBO5) i té el seu orige en el Regne Unit. Es varen elegir cinc dies com a periodo de prova adequat, ya que supostament és el temps més llarc que tarda l'aigua d'un riu britànic en viajar des del seu naiximent fins a la seua desembocadura en l'mar. No obstant s'han investigats atres periodos d'incubació. Periodos d'1, 2, 5, 10 i 20 dies es varen utilisar fins a mediats de el XX.[6] En qualsevol cas, el protocol de prova de 5 dies en resultats aceptablemente reproduibles que emfatisa la DBO carbonácea ha segut avalat per l'Agència de Protecció Ambiental dels Estats Units (EPA).[7] Este resultat de la prova de DBO de 5 dies pot descriure's com la cantitat d'oxigen que necessiten els microorganismes aquàtics per a estabilisar la matèria orgànica degradable en condicions aeròbiques. En definitiva, el método pretén medir, en principi, exclusivament la concentració de contaminants orgànics. No obstant, l'oxidació de la matèria orgànica no és l'única causa del fenomen, sino que també intervenen l'oxidació dels nitrits i de les sales amoniacales, susceptibles de ser també oxidadas per les bactèrias en dissolució. Per a evitar este fet s'afig N-aliltiourea com a inhibidor. Ademés, influïxen les necessitats de dioxígeno originades pels fenomens d'assimilació i de formació de noves cèlules.
Procediment d'ensaig (método per dilució)
[editar | editar còdic]L'objecte de l'ensaig consistix en medir la cantitat d'oxigen diatómico dissolt en un mig d'incubació al començ i al final d'un periodo de cinc dies, durant el qual la mostra es manté a l'abric de l'aire, a 20 °C i en l'obscuritat, per a inhibir l'eventual formació d'oxigen per les algues per mig de la fotosíntesis (DBO5). Les condicions de la mida, en les que l'aigua a estudiar està en equilibri en una atmòsfera la pressió de la qual i concentració en oxigen permaneixen constants, s'acosten aixina a les condicions reals de l'auto depuració d'un aigua residual. Ademés de medir l'oxigen necessari per a la degradació bioquímica de la matèria orgànica, la prova de DBO també medix la cantitat d'oxigen utilisada per a oxidar formes reduïdes de nitrogen, aixina com substàncies inorgàniques com el ferro ferroso i els sulfur. L'oxigen dissolt (OD) es medix al principi i al final del periodo d'incubació, i la DBO representa la diferència entre el OD inicial i el final:[8][7]
- (mg d'O2/L)
No obstant, en la majoria de les aigües continentals, sobretot les de llac, embassaments i trams mijos i baixos dels rius, el contingut de matèria orgànica és superior als 9 mg d'O2/L, que és la màxima cantitat d'oxigen que pot aplegar a satura l'aigua. Per tant, per a poder portar a terme l'ensaig, és necessari diluir les mostres en aigua lliure de matèria orgànica abans de l'incubació. Ademés, a l'aigua de dilució s'afigen nutrients com a nitrogen, fòsfor i metals traça i també es tampona per a garantisar que el pH de la mostra incubada es trobe en un ranc adequat per al creiximent bacterià. En este cas, és necessari tindre en conte el factor de dilució, en lo que l'expressió anterior per al càlcul de la DBO5 queda:
Sent P la relació entre el volum final, despuix de la dilució i el volum inicial de mostra
Quan s'analisen mostres que no contenen una gran població de microorganismes, com els efluents desinfectats, és necessari sembrar la mostra en un cultiu bacterià mixt, generalment obtingut d'una planta de tractament d'aigües residuals. La majoria de les aigües superficials i residuals contenen una cantitat suficient de bactèries, per lo que no es requerix la sembra. En cas de sembrat, serà necessari tindre en conte l'efecte que tindrà sobre la dilució de la mostra el volum de sembra afegitó i aplicar, al càlcul final el factor de correcció que corresponga.
Mida de l'oxigen dissolt
[editar | editar còdic]La determinació del paràmetro DBO5 es realisa per mig de mides de la concentració oxigen dissolt en l'aigua en el moment del començ de l'incubació i al final del quint dia. Les mostres per a anàlisis es recolecten utilisant una botella especial de DBO: una botella de vidre en coll de tortuga i tapó de vidre esmerilado. Una volta presa la mostra i realisada l'oportuna dilució se satura per agitació i es dividix les mostra en vàries porcions d'igual volum. En algunes d'estes porcions es medix l'oxigen dissolt. Dites mides servixen com a referència (OD0). El restant de les pocions es coloquen en l'estufa de cultius i es deixen en incubació. Transcorregut el periodo de cinc dies d'incubació, es torna a determinar la concentració d'oxigen que queda sense consumir per les bactèries (OD5). Els principals procediments de mida de l'oxigen dissolt solen ser alguna variant del método de Winkler [9] o en un medidor d'oxigen (oxímetro) dotat d'un sensor adequat tipo electrodo de Clark o similar.[7][10]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Manahan, Stanley E. (2007). Introducció a la química ambiental, Reimpressió de la primera edició, Barcelona: Reverté Eds. [o.a.]. ISBN 978-84-291-7907-1.
- ↑ 2,0 2,1 VanLoon, Gary W.; Duffy, Stephen J. (2005). Environmental chemistry: a global perspective, 2nd ed edició, Oxford University Press, pp. 352-353. OCLC ocm60130425. ISBN 978-0-19-927499-4.
- ↑ Zhang, Chunlong (2007). Fundamentals of environmental sampling and analysis, Wiley-Interscience, p. 147. ISBN 978-0-471-71097-4.
- ↑ 4,0 4,1 Radojevic´, M.; Bashkin, V. (2006). Practical Environmental Analysis (en Anglés), Cambridge: The Royal Society of Chemistry, p. 138. ISBN 0-85404-679-8.
- ↑ Ministre d'Obres Públiques, Transports i Mig ambient. Espanya. «BOE-A-1996-7159 Real Decret 509/1996, de 15 de març, de desenroll del Real Decrete-llei 11/1995, de 28 de decembre, pel que s'establixen les normes aplicables al tractament de les aigües residuals urbanes.». www.boe.es. Consultat el 2025-06-20.
- ↑ Norton (1946). Standard Methods for the Examination of Water and Sewage, 9th edició (en en), Washington DC: American Public Health Association, p. 139.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 «5.2 Dissolved Oxygen and Biochemical Oxygen Demand | Monitoring & Assessment | US EPA». archive.epa.gov. Consultat el 2025-06-21.
- ↑ Radojevic´, M.; Bashkin, V. (2006). «Chap. 4.7. Biochemical Oxygen Demand», Practical Environmental Analysis (en Anglés), Cambridge: The Royal Society of Chemistry. ISBN 0-85404-679-8.
- ↑ Radojevic´, M.; Bashkin, V. (2006). «Chap.4.6. DISSOLVED OXYGEN», Practical Environmental Analysis (en Anglés), Cambridge: The Royal Society of Chemistry. ISBN 0-85404-679-8.
- ↑ Reeve, Roger N. (2002). «Chap.3.3.2. Dissolved Oxygen and Oxygen Demand», Introduction to environmental analysis (en Anglés), Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-49295-7.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Demanda biológica de oxígeno» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.