UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CAMPUS PONTA GROSSA

Coordenação de Engenharia Química

Data05/04/2013

Disciplina: Tratamento de resíduos Prof Ciro

Determinação da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5)Folha 1/3

1- INTRODUÇÃO

Definição: Quantidade de oxigênio necessária para a oxidação biológica e química das substâncias oxidáveis contidas na amostra. (NBR 9896/1993). Métodos: 1) Método da incubação sem diluição. 2) Método da incubação com diluição. 3) Método da incubação com diluição e semeadura(Winkler)4) Método da incubação com diluição e semeadura (OXITOP)

Princípio do Método de Determinação da DBO:

A DBO é um teste empírico que corresponde à diferença entre as concentrações de oxigênio no início e no fim de um período de incubação, em condições específicas do ensaio. A temperatura de incubação é padronizada em 20 0C e o tempo de incubação em 5 dias. Admite-se que neste as condições 80 % da matéria orgânica carbonatada já estejam mineralizadas e começando a nitrificação. Uma oxidação total, em geral, leva cerca de 20 dias. O método de incubação com diluição aplica-se a águas superficiais poluídas, efluentes e águas residuais que têm microorganismos próprios, mas não oxigênio suficiente para que, após cinco dias de incubação, ainda haja oxigênio dissolvido na amostra.

A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) é um parâmetro que indica a quantidade de oxigênio consumida durante a degradação bioquímica da matéria orgânica (demanda carbonácea) juntamente com o oxigênio usado na oxidação de produtos inorgânicos em um certo período de tempo, e também o oxigênio utilizado para oxidar formas reduzidas de nitrogênio (demanda nitrogenada), pelo metabolismo de microrganismos aeróbios, que promovem a estabilização desta matéria orgânica presente no meio líquido. Assim, o oxigênio dissolvido que se encontra no meio aquático, pode ser consumido por três diferentes maneiras:1 - Oxidação de matéria orgânica carbonácea por organismos aeróbios;2 -Oxidação da amônia, nitrito e nitrogênio orgânico oxidável, através das bactérias nitrificantes;3 - Na oxidação química de compostos tais como íon ferroso (Fe2+), sulfito (SO3

2-), e sulfeto (S2-).

O grau de poluição de um corpo d’água e o desempenho de um processo de tratamento de águas residuárias, pode ser avaliado e controlado utilizando-se o valor da DBO.

A oxidação bioquímica é um processo lento, que dependerá dentre outros fatores, da população biológica envolvida e da temperatura. Um tempo praticamente infinito pode ser necessário para uma completa oxidação biológica, mas para propósitos práticos pode-se considerar que esta reação seja completada em 20 dias, uma vez que neste período há uma oxidação de cerca de 95% a 99% da matéria orgânica. Acontece que o período de 20 dias pode ser inviável para certos fins e assim determinou-se o prazo de 5 dias para o ensaio de DBO, quando 60% a 70% da oxidação já se efetuou.

Desta forma, podemos dizer que a DBO é quantidade ou a taxa de oxigênio a ser consumida bioquimicamente durante certo intervalo de tempo, a uma determinada temperatura e numa dada quantidade de amostra.

Uma das técnicas utilizadas com bastante freqüência consiste na determinação da DBO através da medida da quantidade de oxigênio dissolvido antes e após 5 dias de incubação da amostra, a temperatura de 20ºC.

A cinética de reação da DBO é formulada de acordo com a cinética de primeira ordem, expressa por:

dL

dtK Lt

t .

Integrando-se, a equação acima, temos:

L L etK t

onde: L = DBO remanescente no tempo t = 0 Lt = DBO = DBO da amostra após um tempo t K = constante obtida experimentalmente, relacionada com a

velocidade da reação.

Sendo o oxigênio consumido diretamente proporcional à quantidade de matéria orgânica oxidada bioquimicamente, obtêm-se as curvas de matéria orgânica versus tempo.

Cabe lembrar, conforme a normalização da (CETESB, 2000) que o teste da DBO é um procedimento empírico de valor limitado uma vez que as condições padronizadas de laboratório não são representativas de todas as condições que ocorrem na natureza, não sendo incluídas, por exemplo, a luminosidade e a movimentação da água. Existem ainda muitos outros fatores interferentes cujas ações não podem ser controladas. Assim, pode-se obter dados melhores ou mais significativos na determinação da qualidade de uma água residuária através da demanda química de oxigênio, DQO, e do carbono orgânico total, TOC.

2- OBJETIVO

Determinar a Demanda Bioquímica de Oxigênio em águas naturais em geral, através do Método Respirométrico Simplificado Oxitop

3- METODOLOGIA

Método Respirométrico Simplificado Oxitop® (Merck)

Na determinação de DBO5 pode ser realizada de acordo com procedimento padrão (APHA,1998-5210), utilizando-se um sistema que permite a detecção automática de oxigênio Oxi-top® (Merck). O princípio baseia-se em uma amostra transferida de uma proveta para uma garrafa âmbar com quantidade suficiente de microrganismos e nutrientes à temperatura controlada de 20ºC +/-1ºC e que por meio de agitação faz com que o O2 presente na câmara de ar se dissolva no líquido. Os microrganismos respiram este oxigênio dissolvido na amostra durante o processo de degradação da matéria orgânica, exalando CO2, que é absorvido por NaOH ou LiOH contido em um reservatório de borracha, produzindo uma diferença de pressão na garrafa, que é medida pelo sensor Oxi-top, cujo sistema contém instrumento digital. Eventual formação de NH4

+, sobretudo nos momentos finais do processo, é eliminada com a presença de um inibidor de nitrificação (n-aliltiouréia).

Validação da metodologia

Foram realizados 3 ensaios em triplicata com solução padrão de ácido glutâmico-glicose (150 mg L-1) e foram obtidos os seguintes valores de média: 246,6; 257,7 e 267,3 mg L-1 de O2 e a média dos 3 ensaios foi de 257,2 ±10,40, atendendo a especificações da técnica que determina uma DBO5 de 260 ±30 mg L-1 de O2. Nos cinco ensaios realizados com água de rio, em triplicata, os valores encontrados foram reprodutíveis, com desvios médios de aproximadamente ±10,0 mg L-1 de O2.

Materiais e métodos:

Materiais Reagentes6 garrafas com tampa digital TAMPÃO DE FOSFATO 1,5 M1 bandeja agitadora SOLUÇÃO DE CLORETO DE AMÔNIO 0,71Mpipetas automáticas ou volumétricas SOLUÇÃO DE CLORETO DE CÁLCIO 0,25 M3 provetas de 500mL SOLUÇÃO DE SULFATO DE MAGNÉSIO 0,41 M6 barras magnéticas SOLUÇÃO DE CLORETO FÉRRICO 0,018 MEstufa de DBO a 20ºC sulfato de magnésio tetra-hidratado, sulfato de zinco

hepta-hidratado, molibdato de amônio, cloreto férrico e EDTA

Preparo dos reagentes:

Solução traço de nutriente(formulação)

40mg sulfato de magnésio.tretra hidratado57mg ácido bórico43mg sulfato de zinco.hepta-hidratado35mg molibdato de amônio100mg cloreto férrico e EDTA diluir em 800ml de água após para 1 litro.

Solução mix de reagentes ( guardada em geladeira para evitar contaminação e preparada na hora do uso)

6 mL de tampão fosfato 1,5 M2 mL de coreto de amônia 0,71 M2 mL de cloreto de cálcio 0,25 M2 mL de sulfato de magnésio 0,41M2 mL de cloreto férrico 0,018M2 mL de traço4 ml de águaTotal: 20 mL

PROCEDIMENTOLavar e secar bem as garrafas, colocar o agitador, colocar o meio nutriente de acordo com a tabela abaixo.

Volume da garrafa DBO teórica Nutriente MIX (mL)

Fator Oxitop

432 0 – 40 2,0 1365 0 – 80 1,7 2250 0 – 200 1,3 5164 0 – 400 0,8 1097 0 – 800 0,6 20

Colocar a água de rio até completar o volume necessário (ÁGUA DE RIO USAR FAIXA 0- 40) Sugestão: Você que normalmente usará garrafa com 432 mL colocará 2 mL de nutriente e e sempre completará com 430 mL de água (usar uma proveta com volume aferido). Não esquecer de colocar 2 gostas do inibidor de nitrificação.

Colocar o suporte de boracha 3 pérolas de NaOH .Fechar a garrafa. Cuidado, devagar e quando sentir que ela está um pouco apertada fechar mais um pouquinho. Ou seja, o correto é que quando for abrir a garrafa você tenha que fazer uma pequena força e depois girar com facilidade. Cuidado ao carregar as garrafas para a incubadora (não pode molhar o suporte de NaOH) e na garrafa com 432 mL isso ocorre facilmente.Colocar na incubadora. A temperatura da incubadora estar 20 C .Esperar a agitação ficar uniforme. Zerar as garrafas.Aguardar 5 dias expressar os resultados conforme tabela acima.

5- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Associação Brasileira de Normas Técnicas- ABNT/ NBR 12614/Maio1992.2. APHA, AWWA, WEF.; Standart Methods for the Examination of Water and

Wastewater. Washington. 20th ed. 1998.3. CETESB. Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental. Relatório de Qualidade de

Águas Interiores do Estado de São Paulo. Séries Relatórios. São Paulo, 2000.4. MERCK – Manual de procedimento de análise de DBO5. Método respirométrico

Simplificado – Oxitop. Rio de Janeiro, 2004

6. Questões

1) Explique o que significa DBO, explique a metodologia utilizada, quais as vantagens da DBO analisada pelo sistema Oxitop.

2) Quais os interferentes da determinação da DBO.

3. Determinado ponto de um rio foi realizada uma análise de DBO5 , não chovia a mais de um mês, foi medida a vazão neste ponto. Sua área do espelho de água foi calculada em 5,68 m2 e sua velocidade neste momento era de 0,4 m/s. Realizada a análise de DBO5 o resultado encontrado foi de 8,68 mg/L . Este rio foi classificado anteriormente pela SUDHESA com classe II DBO5 máxima de 5,0 mg/L . Calcule.a) A carga total diária CTD em kg/DBO.diab) A carga máxima total diária (CMTD) para esta classe de rio.c) a % extrapolada entre os dois índicesd) A área estudada é de uma região industrial, você como gestor participante de um comitê de proteção desse rio, quais seriam suas ações baseado neste resultado?

Tabela 1. Comparação entre CTD e CMTD na avaliação de DBO5

Mês Carga

Kg/DBO.dia

Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Vazão m3/s

P1 P2 P3

Outubro CMTD 9.538,5 18.558,7 55.199,2 36,8 71,6 212,96

CTD 6.359,0 30.931,21 55.199,2

Novembro CMTD 3.473,2 6.816,9 20.088,0 13,4 26,3 77,5

CTD 1.157,7 6.816,9 6.696,0

Dezembro CMTD 1.889,5 3.214,0 9.745,9 7,29 12,4 37,6

CTD 629,8 4.285,4 3.248,6

Janeiro CMTD 3.291,8 5.637,6 16.511,0 12,7 21,75 63,7

CTD 1.097,3 3.758,4 5.503,6

Fevereiro CMTD 2.255,0 3.825,7 11.573,2 8,7 14,76 44,65

CTD 751,7 2.550,5 3.857,7

Março CMTD 1.270,0 2.185,0 6.345,2 4,9 8,43 24,48

CTD 423,3 2.913,4 4.230,1

Abril CMTD 824,2 1.435,9 4.769,2 3,18 5,54 18,4

CTD 137,3 1.435,9 794,8

Maio CMTD 679,1 1.184,5 3.939,8 2,62 4,57 15,20

CTD 226,4 1.184,5 2.626,5

Junho CMTD 557,2 1.060,1 3.525,1 2,15 4,09 13,6

CTD 185,7 1.413,5 1.175,0

Julho CMTD 609,1 1.124,9 3.939,8 2,35 4,34 15,2

CTD 120,53 1.124,9 1.313,3

Agosto CMTD 723,2 1.259,7 4.188,6 2,79 4,86 16,16

CTD 241,5 1.679,6 2.792,4

Setembro CMTD 5.891,6 9.730,6 34.064,1 22,73 37,54 131,42

CTD 1.963,8 19.460,7 34.064,1

1. Os valores em negrito indicam a violação da capacidade do suporte para o Rio Tibagi, para uma situação de Classe 1 – DBO5 menor ou igual a 3.

Figura 1. Localização da área de estudo na região de Ponta Grossa/PR e na bacia do rio Tibagi, indicando os pontos de amostragem. Em destaque Ponto 1 (25º13’32” S 50º04’28”W) nascente do Rio Tibagi, Ponto 2 (25º11’12” S 50º08’04” W) jusante ao distrito Industrial de Ponta Grossa e Ponto 3 (25º04’32” S 50º23”20” W) estação pluviométrica TI 6444400, primeiro ponto de monitoramento do rio Tibagi desde a nascente