Calculadora de DQO - Calcula la Demanda Química d'Oxigen a partir de Dades de Titulació

Què és la demanda química d'oxigen (DQO)?

La demanda química d'oxigen (DQO) és una mesura de la quantitat d'oxigen necessària per descompondre químicament la matèria orgànica d'una mostra d'aigua. S'expressa en mil·ligrams d'oxigen per litre d'aigua (mg/L). Un valor de DQO més alt significa que l'aigua conté més material que es pot oxidar, cosa que sol indicar més contaminació orgànica. Els laboratoris mesuren la DQO amb una prova de valoració, i aquesta calculadora converteix els valors de la valoració en un resultat de DQO.

La DQO és una de les proves més habituals en el control de la qualitat de l'aigua. Les plantes de tractament d'aigües residuals la fan servir per comprovar l'aigua d'entrada i de sortida. Els científics ambientals l'utilitzen per analitzar rius i llacs. Les fàbriques la fan servir per demostrar que els seus abocaments compleixen els límits legals.

Com funciona la prova de valoració amb dicromat

La prova estàndard de DQO utilitza una substància química anomenada dicromat de potassi per oxidar la matèria orgànica d'una mostra d'aigua. Un tècnic de laboratori escalfa la mostra amb dicromat i un àcid fort durant dues hores a 150 °C (302°F). A continuació, es mesura mitjançant una valoració el dicromat que no ha reaccionat amb la mostra; el procés consisteix a afegir lentament una segona substància química (sulfat ferrós amònic) fins que un canvi de color indica que la reacció s'ha completat.

La prova es fa dues vegades: una amb la mostra d'aigua real i una altra amb un «blanc», que és la mateixa mescla de substàncies químiques però sense afegir-hi cap mostra d'aigua. El blanc mostra la quantitat màxima de valorant possible. Comparar la valoració del blanc amb la de la mostra permet determinar quina quantitat de dicromat ha consumit realment la matèria orgànica de la mostra.

Fórmula de la DQO

La fórmula de la DQO és:

$C = \frac{(B - S) \times N \times 8000}{V}$

On:

• C = la demanda química d'oxigen, en mg/L
• B = el volum de valorant utilitzat per a la prova del blanc, en mL
• S = el volum de valorant utilitzat per a la mostra d'aigua, en mL
• N = la normalitat del valorant, en equivalents per litre (eq/L)
• V = el volum de la mostra d'aigua sotmesa a digestió, en mL
• 8000 = un nombre fix de conversió (explicat més avall)

El resultat no pot ser mai negatiu, perquè una demanda d'oxigen negativa no és físicament possible. La calculadora comprova les dades abans d'aplicar la fórmula. El volum del blanc, la normalitat i el volum de la mostra han de ser tots superiors a zero. El volum de valorant de la mostra ha de ser igual o superior a zero i no pot ser més gran que el volum del blanc.

Per què la fórmula utilitza 8000

La massa molecular de l'oxigen és de 32 grams per mol. Cada molècula d'oxigen accepta 4 electrons quan es redueix a aigua, de manera que un equivalent d'oxigen pesa 32 ÷ 4 = 8 grams. Això equival a 8 mil·ligrams per mil·liequivalent. Els volums de valorant s'expressen en mil·lilitres, de manera que el resultat també s'ha d'escalar de mil·lilitres a litres, cosa que introdueix un altre factor de 1000. La multiplicació dels dos factors dona 8 × 1000 = 8000.

Exemple resolt

Suposem que un tècnic de laboratori fa una prova de DQO amb els resultats següents:

• Volum de valorant del blanc: 10,0 mL
• Volum de valorant de la mostra: 7,5 mL
• Normalitat del valorant: 0,1 N
• Volum de la mostra: 20 mL

Aplicació de la fórmula:

DQO = ((10,0 − 7,5) × 0,1 × 8000) / 20 DQO = (2,5 × 0,1 × 8000) / 20 DQO = 2000 / 20 = 100 mg/L

Un resultat de 100 mg/L es troba en el rang moderat, típic de les aigües residuals tractades.

Com interpretar un resultat de DQO

La calculadora classifica el resultat en tres intervals:

• Inferior a 50 mg/L: DQO baixa. És habitual en aigües netes, com ara l'aigua potable o els efluents ben tractats.
• De 50 mg/L fins a menys de 200 mg/L: DQO moderada. És habitual en aigües residuals tractades que surten d'una planta de tractament.
• 200 mg/L o més: DQO alta. Indica una contaminació orgànica elevada, com ara aigües residuals domèstiques sense tractar o aigües residuals industrials no tractades.

Les aigües residuals domèstiques sense tractar solen situar-se aproximadament entre 250 i 1.000 mg/L. Les aigües residuals industrials, com les de les fàbriques de cervesa o d'aliments, poden arribar a diversos milers de mg/L abans del tractament.

Problemes habituals en una prova de DQO

El volum de valorant de la mostra és superior al del blanc. Això no hauria de passar, perquè la mostra sempre consumeix una part del dicromat. Normalment vol dir que les dues lectures s'han intercanviat o que el blanc s'ha contaminat. La calculadora rebutja aquesta dada i mostra un error en lloc d'un resultat.

Interferència dels clorurs. L'aigua salada i les salmorres contenen ions clorur, que el dicromat oxida de la mateixa manera que oxida la matèria orgànica. Això fa que el resultat de DQO sigui massa alt. Standard Methods 5220 afegeix sulfat de mercuri a la mescla de digestió per fixar els clorurs. Tanmateix, el mètode no cobreix mostres amb més d'aproximadament 2.000 mg/L de clorur, per a les quals cal un procediment diferent.

Resultats molt alts. Si la DQO d'una mostra és massa alta perquè la prova la pugui mesurar amb precisió, els laboratoris dilueixen la mostra amb aigua neta, repeteixen la prova i multipliquen el resultat pel factor de dilució.

Preguntes més freqüents

Quina diferència hi ha entre la DQO i la DBO? La DQO mesura tot el que hi ha en una mostra i que es pot descompondre mitjançant un oxidant químic fort. La demanda bioquímica d'oxigen (DBO) només mesura allò que els bacteris poden digerir durant 5 dies. La DQO requereix aproximadament 2 hores i dona resultats més coherents entre laboratoris; la DBO prediu millor l'efecte sobre un riu o un llac natural, perquè els rius descomponen els residus biològicament, no químicament.

Per què la DQO no pot ser negativa? La demanda d'oxigen no pot ser inferior a zero. Un resultat negatiu en la fórmula significa que la valoració de la mostra ha utilitzat més valorant que la del blanc, cosa que indica un error de mesura o una contaminació, no una demanda negativa real. La calculadora rebutja aquesta dada i demana lectures corregides. Quan les dues valoracions coincideixen exactament, la demanda és de 0 mg/L.

Quin volum de mostra s'ha d'utilitzar? Depèn del mètode. La versió de reflux obert dels Standard Methods 5220 digereix 50 mL. La versió de reflux tancat utilitza recipients molt més petits i digereix només uns quants mil·lilitres. La calculadora accepta qualsevol volum superior a zero; per tant, cal introduir el volum que el laboratori ha digerit realment.

Aquesta calculadora és precisa? La calculadora aplica la fórmula exactament, de manera que el càlcul aritmètic és correcte. La precisió del valor final de DQO depèn de la precisió de les mesures de laboratori introduïdes, inclosos els volums de valoració i la normalitat del valorant.

Es pot utilitzar la DQO per a aigües residuals industrials? Sí. La mateixa fórmula s'aplica a qualsevol mostra d'aigua. Les mostres industrials sovint tenen una DQO molt més alta que les aigües residuals domèstiques i pot ser necessari diluir-les abans de la valoració perquè el resultat quedi dins del rang mesurable de la prova.

Referències

1. American Public Health Association, American Water Works Association i Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23a ed.).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Mètode 410,4: Determinació de la demanda química d'oxigen mitjançant colorimetria semiautomàtica.
3. ISO 6060:1989. Qualitat de l'aigua — Determinació de la demanda química d'oxigen. Organització Internacional per a la Normalització.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. i Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5a ed.). McGraw-Hill Education.