Agua y depuración

27 noviembre, 2013
por Mikel Aguirre
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Los sólidos en la entrada a una EDAR se pueden clasifican en varios tipos.

En función del tamaño se pueden clasificar en:

  • de o,1 µm o mayores. Son partículas visibles o materia insoluble, son los sólidos sedimentables. (1µm =10^-6 m).
  • Con tamaño de partícula entre 1 y 100 nm se denominan partículas coloidales. (1nm = 10^-9 m)
  • Menores de 1nm son los conocidos como sólidos disueltos.

La Materia Seca MS es la suma de los sedimentables y los coloidales.

Cualquiera de los 3 tipos pueden dividirse en volátiles o minerales.

Los volátiles se asocian a la materia orgánica que a su vez pueden dividirse en degradables o inertes.

Los sólidos minerales no se dividen en ninguna clasificación posterior.

Hay varios métodos para determinar la materia seca. El más común es por filtración. El método consiste en filtrar un volumen conocido de agua a través de un papel de filtro (previamente secado a 105ºC y luego pesado). Luego el filtro con el residuo del filtrado se seca de nuevo a 105ºC durante aproximadamente 2 horas hasta que sea un peso constante (que haya perdido todo el agua). El resultado de esa pesada es la Materia es Suspensión total. Luego el filtro se calcina 45 minutos en un horno a 600ºC. Lo que queda en el filtro (las cenizas) son la materia mineral y el peso perdido es la materia volátil.

Generalmente los sólidos o materias en suspensión de un agua residual representan del 100% al 120% de la DBO5, con un proporción media de volátiles de en torno al 70%.

Si las materia en suspensión tienen mayor concentración y la proporción de volátiles es menor quiere decir que hay una entrada de materias minerales que entran en la red. Pueden ser arcillas o arenas procedentes de obras.

Pero ¿cual es un a concentración normal? La respuesta depende como siempre de dónde nos encontremos, de qué agua se trate, las condiciones de la red, etc.

En un sitio con redes buenas y bajas concentraciones de entrada unos valores medios en gramos por habitante y día pueden ser:

mineral / orgánico / total

Sedimentables         20                40            60

Coloidales                 10                 20            30

Disueltos                   50                 50           100.

 

Pero cada situación es diferente y puede haber tablas con diferentes resultados que sean también perfectamente posibles y reales. Esta tabla es solo para hacernos una idea. La relación con la DBO también puede variar en cada caso.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19 noviembre, 2013
por Mikel Aguirre
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Por qué la DQO es mayor que la DBO parece no estar claro y hago esta pequeña entrada para aclararlo.

La DBO como ya vimos es la Demanda Bioquimica de oxígeno y la DQO es la Demanda Química de Oxígeno.

La DBO (mg O2/l) es básicamente la cantidad de oxígeno (mg O2) que consumen los organismos presentes en un litro de agua en oscuridad y a 20ºC.

La DQO es la Demanda Química de Oxigeno. Es la medida del oxigeno necesario para una oxidación completa fuerte (oxidación llevada a cabo con dicromato potásico en medio sulfúrico). Su valor comprende todo lo que puede tener una demanda de oxigeno, especialmente las sales oxidables y la mayor parte de los compuestos orgánicos biodegradables o no. Los hidrocarburos minerales son resistentes a esta oxidación por lo que pueden dar medidas erróneas.

La DBO va variando con el tiempo. Durante los primeros días el oxigeno que se consume se usa para degradar la contaminación carbonosa. A partir del séptimo día se incrementa el consumo de oxígeno (el valor de la DBO) porque el oxígeno se empieza a consumir para degradar los compuestos nitrogenados. Estos compuestos nitrogenados necesitan más oxígeno para su degradación. Si se continua midiendo la DBO entre 21 y 28 días se consigue la DBO completa o última.

La DBO última sería parecida a la DQO si todas las materia orgánicas de un agua fuesen biodegradables. Si el agua contiene materias orgánicas no biodegradables (que por ejemplo pueden venir de vertidos industriales) la DQO es mayor que la DBO última. Además la DBO última es también mayor que la DBO5. En el caso de la glucosa la DBO última = 1,46 * DBO5.

La DBO generalmente se realiza a los 5 días (tiempo medio que tarda el Támesis en llegar al mar) aunque en ocasiones algunas medidas se realizan a los 7 días (cuando toda la materia carbonosa se ha degradado). Pero el standard es a 20ºC y 5 días. 5 días de espera es un valor alto para una medida analítica pero 21 días es un tiempo excesivo. En general en Europa cada vez se tiende más a usar la DQO en lugar de la DBO porque el tiempo necesario para tener el valor es de 2 horas frente a 5 días.

Por tanto y a modo de resumen; como el agua contiene parte no biodegradable  DQO>DBO21 y como DBO21> DBO5 la DQO es siempre mayor que la DBO5.

 

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5 noviembre, 2013
por Mikel Aguirre
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Me preguntan como calcular teóricamente la DQO de un compuesto. Respondo en esta entrada cómo se realiza el cálculo teórico de la DQO de un compuesto orgánico dado.

Para el caso del cálculo teórico de la DQO (=COD Chemical Oxygen Demand) de un compuesto; debemos basarnos en el concepto de DQO, que nos indica que la DQO es la Demanda Química de Oxigeno (en este caso la demanda de un compuesto) hasta conseguir la oxidación total del compuesto.

Suponemos un compuesto cuya formulación es:

CnHaObNd siendo n,a,b y d el número de átomos que cada elemento tiene en el compuesto.

Así, el compuesto del que vamos a calcular la DQO tiene n átomos de Carbono, a átomos de Hidrógeno, b átomos de Oxigeno y d átomos de Nitrógeno.

Las necesidades de oxigeno para oxidar el compuesto orgánico son  x moles de O2 (Oxígeno atmosférico).

CnHaObNd  + xO2

El resultado de la DQO  teórica x es (4n+a-2b-3d)/4 moles de  por mol del compuesto orgánico a oxidar.

Esta fórmula se obtiene de :

CnHaObNd  + xO2  donde se supone que se oxida totalmente el compuesto carbonado tal y como haría para obtener la DQO pero el nitrógeno y oxigeno quedan en sus formas reducidas como H2O y NH3.

Se produce  CO2 + H2O + NH3.  ¿Qué cantidad de cada uno?

Como la materia no se crea ni se destruye (no hablamos de energía nuclear donde la materia se transforma en energía) lo mismo que hay al principio debe haber al final. Por tanto como había n átomos de Carbono debe seguir habiendo los mismos átomos luego habrá n moléculas de CO2. Lo mismo ocurre con el nitrógeno había d átomos de N luego habrá d moléculas de NH3.

Para el Hidrógeno se complica un poco, pero no mucho. Había a átomos de Hidrógeno y ahora tendremos 2 y de los que vienen del H2O y 3d de los que vienen del Amonio NH3. Son 2y átomos de H en el agua H2O porque hemos supuesto (y) moléculas de agua.

a= 2y+3d de donde despejando y=(a-3d)/2. Las moléculas de agua son = (a-3d)/2.

Ya solo queda comprobar el oxígeno.

Tenemos al principio b+x de oxigeno (b del compuesto y x de lo necesario para oxidar) que se convierten en 2n del CO2 y (a-3d)/2 del H2O.

b+2x=2n+(a-3d)/2

Igualando y despejando obtenemos que :

x= (4n+a-2b-3d)/4 pero en qué unidades?

X son los moles de Oxigeno (COD) necesarios para oxidar 1 mol de CnHaObNd.

Si el cálculo se quiere obtener en gramos de COD por gramos de compuesto solo hay que multiplicar por los pesos de cada uno de los elementos.

Así:

C pesa 12 g/mol

H pesa 1 g/mol

N pesa 14 gramos /mol y

O pesa 16 gramos /mol

con lo que el compuesto problema pesa 14n+a+16b+14d por cada mol y el oxigeno atmosférico pesa 32 gramos/por cada mol

luego para pasar de mol a gramo hay que multiplicar arriba por 32 (que entre 4 queda 8) y abajo por 14n+a+16b+14d.

Multiplicando el numerador y el denominador por sus valores correspondientes se obtiene la fórmula

8*(4n+a-2b-3d)/(14n+a+16b+14d) gramos de COD / gramos del compuesto problema.

Yo siempre recomiendo para cualquier operación tener claras las unidades.

mol DQO / mol compuesto * g O2/mol DQO * g compuesto/mol compuesto.

DQO es oxigeno O2 necesario.

No es posible aplicar esta forma de calcular a un agua residual normal compuesta, a no ser que conozcamos exactamente los mg de cada uno de los compuestos presentes. Como es más fácil calcular la DQO total que ver cada uno de los compuestos generalmente se toma directamente la DQO. Este es un cálculo que solo vale a efectos teóricos.