DBO (2)

1

Relatório de AplicaçãoUW-002

DBO - um parâmetro globalobservado de perto

Petra FunkPeter Wochnik

Adaptação: Dr. Jörg H. Saar

UMWELT LtdaAssessoria Ambiental

UMWELT Ltda - Rua Quixabás, 245 – BLUMENAU – SC – 89040-290Tel/Fax: (47) 326 7131 [email protected]

2

Conteúdo:

P. 3 Como é definida a DBO?P. 4 Como se faz a leitura da DBO?

Como é medida a depleção de Oxigênio?P. 5 Quais são as principais diferências entre a depleção de O2

e a metodologia da DBO ?P. 7 A DBO por Teste em Cubeta vs a Técnica de Diluiluição

P. 8 Os valores obtidos da DBO são confiáveis?P. 9 Revisão das Metodologias

P. 10 Resumo e Literatura


3

Como é definida a DBO?

Uma série de processos consumidores de oxigênio ocorrem em águas servidas:

♦ respiração oxidativa = DBO (→ respiração de microorganismos envolvendo a degradação desubstâncias orgânicas dissolvidas)

♦ respiração endogênica (→ respiração de microorganismos envolvendo a degradação desuas reservas próprias)

♦ nitrificação♦ reações químicas

A Depleção Total de Oxigênio é a soma de todas estas reações:

Respiraçãooxidativa⇒ ⇒ DBO

Respiração

endogênica

Nitrificação

Depleção

oxigênioReaçõesquímicas de

Fig. 1: Processos de depleção de oxigênio

⇒ Desta maneira, a DBO é apenas um processo bem definido de depleção de oxigênio - . Porisso, é importante de inibir todos os outros processos de depleção de oxigênio .na amostra, casoque queira-se medir a DBO de maneira adequada.

A Demanda de Oxigênio de n dias – DBOn – é a medida dos poluentes orgânicos biodegradáveisna água. Junta com a DBO, ela é considerada na legislação ambiental nacional e internacionalcomo o parâmetro mais importante para a avaliação de efluentes (Diretrizes da União Européia[1]).


4

Como se faz a leitura da DBO?

Métodos padronizados internacionais, como por exemplo a ISO 5815 e a EN 1899-1 definam oprocedimento padrão para a DBOn, a chamada “DBO por técnica de diluição” . Na maioria dospaises, a DBO deve ser determinada como DBO5, isto é, após 5 dias.

“A determinação da demanda bioquímica de oxigênio difere da determinação da depleçao deoxigênio com relação à otimização dos fatores chaves (não somente oxigênio)" [2], [3], [4] [5].Isto significa:

♦ exesso de microorganismos “totalmente depletos”, p.e. microorganismos cujas reservaspara a respiração endogênica foram totalmente exaustas, garantindo que ocorrerá apenasuma respitação oxidativa;

♦ exesso de oxigênio dissolvido;♦ exesso de sais nutrientes♦ adição de um inibidor de nitrificação para inibir a ocorrência de processos de nitrificação.

⇒ Desta maneira, o consumo de oxigênio, expresso pela DBO de diluição, depende unicamenteda quantidade de substâncias orgânicas dissolvidas e biologicamente utilizáveis na amostra.

Procedimento (simplificado)Água de diluição, inoculada em condições definidas (geralmente com efluente decantado, apóssedimentação, da saída de uma estação de tratamento de esgoto, com uma DQO de 200 a 250 mg/l O2) ecom a microbiota depleta de nutrientes, é preparada e utilizada na diluição da amostra em, no mínimo, 3passos após a adição de um inibidor de nitrificação..A amostra é preparada em garrafas específicos para DBO, as quais são incubadas por 5 dias a 20 º C, naausência da luz. O teor de oxigênio é determinado através de técnica química ou elétro-química.no início eno final do período de incubação. A diferência é utilizada para calcular estatisticamente a DBO5,considerando o fator de diluição.

- É óbvio o fato, que a determinação da DBO por este método é complexo e pode ser feitoapenas por mão-de-obra especializada e treinada.

Como é medida a depleção de oxigênio?

Considerando estes fatos, uma técnica diferente de medição chegou a ser utilizada emlaboratórios de análises operacionais, a qual não somente é mais simples, mas também pode serrealizada por qualquer pessoa: trata-se do método manométrico de depleção de oxigênio,baseada em padrões nacionais individuais. Porém, uma norma internacional válida destametodologia monométrica de depleção de oxigênio não existe.


5

Procedimento (simplificado)No mínimo 3 respirômetros (garrafas seladas, conectadas a um manômetro) são enchadas pela metadecom a amostra de água não diluida. Um inibidor de nitrificação é adicionado. Na parte do respirômetro quenão contém a amostra, encontra-se um recipiente contendo uma solução de hidróxido de potássio, quereage quantitativamente com o gás de dióxido de carbono liberado, o qual é equivalente à quantidade deoxigênio consumido. Como resultado, cria-se um vácuo parcial, dependendo da quantidade de oxigênioconsumido. A pressão parcial é medida manometricamente [6]. Após 5 dias de incubação a 20 ºC, adepleção de oxigênio pode ser lida na coluna de mercúrio do manômetro

Quais são as principais diferências entre o método de depleção de O2 e o métododa DBO por diluição?

Medidas de depleção não fornecem indicações sobre os processos que foram responsáveis paraa depleção. Por outro lado, a DBO por diluição é medida em condições controladas e,consequentemente, fornece informações definidas com relação à carga orgânica do efluente.

As consequências das diferências das duas metodologias depende do tipo da amostra. No casoda DBO por diluição são possíveis três situações:

1. A medida da depleção fornece um valor muito baixo de consumo de oxigêniop.e.no caso de efluentes industriais e afluentes de ETEs domésticos♦ com poucos microorganismos → substâncias biodegradáveis não são degradadas;♦ com teor muito baixo de sais →substâncias biodegradáveis não são degradadas;♦ com oxigênio insuficiente para cargas altas → substâncias biodegradáveis não são

completamente degradadas e gases liberadas (processos de fermentação) masqueram aprodução de CO2.

2. A medida da depleção fornece um valor muito alto de consumo de oxigêniop.e.no caso de efluentes industriais, afluentes de ETEs domésticos e saídas de ETEs domésticosineficientes

♦ com cargas cuja reatividade química simula um consumo biológico de oxigênio;♦ com microorganismos cujas reservas endogênicas não foram totalmente gastas → após a

degradação total das substâncias orgânicas ocorre uma respiração endogênica.


6

3. A medida de depleção aproxima-se à DBO por diluiçãoapenas na saída de ETEs domésticos eficientes

♦ com poucos microorganismos, cuja atividade de respiração endogênica fica insignificanteapós degradação das substâncias orgânicas.

⇒Os problemas das condições de reação não definidas nas medidas de depleção .sãoenfatizadas, quando devem se medir efluentes poluidos (afleuntes de ETEs domésticos,efluentes industriais): contrariamente à técnica da DBO por diluição, podem se obter não apenasresultados com desvio acima do valor real (p.e. devido à presença de microorganismos comreservas não totalmente depletas para a respiração endogênica), mas também desvios abaixo dovalore real (p.e. devido à degradação incompleta de substâncias orgânicas). Fica óbvio, também,que não faz sentido de usar medidas de depleção para balanços de entrada e saída. Em ambosos casos, o resultado é expresso como “mg/l O2”, portanto os valores não podem sercomparados entre se, pois eles são resultado de combinações diferentes e não reproduzíveis dereações de depleção do oxigênio.Apenas no caso de medidas de saída (ETEs domésticos) pode a metodologia de depleçãoreproduzir resultados da DBO por diluição. Mesmo assim, a técnica de medição monométrica dedepleção tem um limite inferior de deteção de cerca de 15 mg/l O2 (por razões técnicas, inerentes.ao método: medida da diferença de uma pressão).


7

Teste da DBO em Cubetas como alternativa para a “DBO de referência”

Análises operacionais fornecem uma alternativa para a técnica padronizada em forma do testeem cubeta da DBO5 LCK555 (faixa de leitura: 2 – 1400 mg/l O2). Baseada no mesmo princípiode medição, as análises individuais são mais simples, na parte operacional, e requerem muitomenos espaço. Cubetas pequenas, contendo quantidades exactas de inibidores de nitrificação ede sais nutrientes, são utilizadas no lugar das garrafas relativamente grandes de DBO. Nascubetas são adicionadas a amostra e água de diluição. Elas são incubadas durante 5 dias a 20ºC na ausência da luz e, em seguida, avaliadas por fotometria. O fotômetro acusa imediatamenteo valor da DBO5 em mg/l O2.

LCK 555

Preparar a água de diluição com o kit da DBO por5diluição

Pipetar amostra eágua de diluiçãonuma cubeta

Fechar a cubeta, sem deixarbolhas de ar no interior, incubardurante 5 dias a 20° C emincubador com controlede temperatura

Bomba

Garrafa 1 l,opaco

DBO5

LCK 555

LCK 555 LCK 555

Fechar a cubeta, sem deixarbolhinas de ar. Inverter cubetaaté dissolução total dosreagentes e fazer a avaliaçãofotométricaapós 3 minutos.

Agitar 4 ml da amostraou amostra mais água dediluição por 1 minutonum tubo de reação

Adicionar pastilhas dede reativo e bilhasde vidro na cubeta

Fig. 2: Medição da DBO5-com o Teste em Cubeta da Dr. Lange LCK 555

Volumes muito pequenos da amostra e da água de diluição são necessários para a análise:apenas 7 ml. Consequentemente não precisa-se preparar água de diluição em recipientes


8

grandes; basta uma garrafa de 1 litro com uma pequena bomba de aeração (kit de acessórios deDBO5).

Os valores obtidos da DBO são confiáveis?

“O resultado de uma análise da DBO depende de uma série de reações bioquímicas e, por isso,é difícil de ser padronizado. Não pode ser tão exacto e inevoquível quanto o resultado de umareação química única e bem definida (TOC, DQO )" [7].

Deve se lembrar sempre, que a análise da DBO5 envolve a medição de processos metabólicosde diferentes microorganismos. Eles dependem da temperatura, da concentração em substratose do tipo e número de organismos [6].Portanto, o resultado é afetado significativamente pela composição da água de diluição. Poresta razão, as instruções de preparo do volume e do tipo da biomassa a ser adicionada sãopadronizadas nos procedimentos de referência [2], [3], [4], [5]. Sempre que possível,descarregadores indiretos de efluentes deviam utilizar biomassa de uma estação de tratamentode esgotos domésticos no preparo da sua água de diluição, para garantir valores de medição daDBO5 comparáveis e, sobre tudo, razoáveis.( uso de microorganismos de uma ETE doméstica =condiçoes reais)

Além do mais, a qualidade da análise da DBO é afetada por uma série de fontes de erros. Porexemplo:- o uso de recipientes de análise inadequadamente limpos;- o uso de eletrodos de medição de oxigênio danificados ou erroneamente calibrados;- vazamentos no recipiente de medição- ultrapassagens nos limites inferiores e superiores da faixa de leitura.

Quando um valor – não correto – de medição, apurado desta maneira, é multiplicado. por umfator de diluição elevado, fica claro que pode resultar um grau considerável de erro no resultadofinal.

Resultados “corretos” de análises da DBO5 :podem ser obtidos apenas em combinação com asmedidas apropriadas de controle da qualidade analítica. Para a medição da DBO, isto significa:

♦ determinações múltiplos da mesma amostra⇒⇒ garantia para eliminação de erros randômicos

♦ controles de plausibilidade (preparar uma série de diluições)⇒⇒ medição confiável dentro da faixa de leitura e controle de substâncias tóxicas naamostra

♦ medidas paralelas com soluções de DBO padronizadas⇒⇒ controle do sistema completo analítico, incluindo procedimentos operacionais.

Conforme procedimento de referência, a solução padrão comum para DBO5 é uma solução(preparada recentemente) de glicose/ácido glutámico, a qual deve ser analizada conjuntamentecom cada série de análises da DBO.


9

No caso do teste da DBO5 em cubetas, controles similares estão sendo feitos com soluçõesprontas para uso, disponibilizados pelo fornecedor.

Não existe prévisão de uso de soluções padronizadas, quando a DBO é determinada pelométodo respiratório da depleção de oxigênio

Revisão das diferentes metodologias para a determinação da DBOProcedimento Procedimento de Referência

DIN 38409 H51, EN 1899-1*Teste em Cubetas

LCK 555Procedimento

RespirométricoDIN 38409 H52

ISO 5815, ASTM 5210 BPrincípio Método de Diluição Medição da Depleção

Informaçãoreferente a

Consumo de O2 através de degradação microbiana desubstâncias dissolvidas (orgâncias) em efluentes emcondições definidas

Consumo de O2 através deprocessos de depleção deoxigênio na amostra em

condições amplamente nãodefinidas

Determinação de Oxigênio Dióxido de carbono(método indireto)

Avaliação Elétro-química ou química Fotométrica Respirométrico(manométrico)

Microorganismos MO** totalmente depletosda água de diluição contendo

biomassa

MO** totalmente depletosda água de diluiçãocontendo biomassa

MO** da amostra(não definidos)

Tempo de reação 5 dias, 20 ° C 5 dias, 20 ° C 5 dias, 20 ° C

Implementação Complexo – requer grandeárea de trabalho

simples – requer área detrabalho pequena

simples - requer grandeárea de trabalho

Resultado DBO5 DBO5 Taxa de depleção de O2pode ser ≈≈ DBO5

Reprodutibilidade ±20 % ±20 % impossível de quantificar

CAQ*** Controles com soluções padronizadas Não previsto

Aplicações ♦ Avaliação da carga orgânica biodegradável total emágua

♦ Balanceamento da eficiência de plantas de tratamentode efluentes

♦ Avaliação da demandade oxigênio da amostracomo “flash” de todos osprocessos consumidoresde oxigênio

*) Quando ratificado, os proceimentos padrão nacionais Européus serão substituidos pela EN 1899-1**) MO = Microorganismos***) CAQ = Controle Analítica da Qualidade


10

Resumo

No Brasil, como na Alemanha, a BOD5 – a demanda bioquímica de oxigênio em 5 dias - é oparâmetro global para a .avaliação da poluição orgânica e biodegradável em águas servidas.

De todas as reações consumidoras de oxigênio em efluentes (depleção de oxigênio), a DBO éapenas uma fração definida, envolvendo a degradação de substâncias orgânicas dissolvidas.Quando a DBO5 de diluição é medida através do procedimento padrão EN 1899-1 [3], ISO 5615[4], ou ASTM 5210 B [5], os demais processos consumidores de oxigênio são inibidos, damelhor maneira possível, através da otimização direcionada dos fatores relevantes. Isto significa,que a metodologia é intensa em termos de mão-de-obra.

Por causa deste fato, um outro procedimento de medição chegou a ser estabelecido emlaboratórios de análise operacional: a medida da depleção respiratória conforme a norma DIN38409 H52. Porém, deve se lembrar, que a medida da depleção corresponde à DBO5 apenas nocaso de efluentes de saída de estações de tratamento de esgotos com boa eficiência. Em todosos demais tipos de efluentes, existem diferências consideráveis entre as duas técnicas.

O teste da DBO5 em cubetas apura a verdadeira DBO5. Portanto, ele é uma alternativa para ométodo da DBO de diluição, conforme DIN, EN, ISO e ASTM*. Precisa-se de pouco espaço físicoe pouca mão-de-obra para determinar a DBO5 no contexto da análise operacional “convencional”(fotômetro, teste em cubetas).

*) DIN – Sistema de padronização utilizado na AlemanhaEN - Sistema de padronização uniformizado para a União EuropéiaISO – Sistema de Normas Internacionais (Estados Unidos, Europa, Americas)ASTM – Sistema de padronização dos Estados Unidos

Bibliografia

[1] Council directive on the treatment of municipal waste water; 21 May 1991[2] Deutsche Einheitsverfahren DIN 38409 H51 Determination of biochemical oxygen demand in

n days based on the dilution principle[3] Determination of biochemical oxygen demand after n days (BODn) - Part 1: Dilution and

seeding method with allylthiouric acid addition; German version prEN 1899-1 : 1995[4] ISO 5815 Determination of biochemical oxygen demand after n days (BOD5) - Dilution and

seeding method (International Organisation for Standardisation ISO)[5] ASTM 5210 B Biochemical Oxygen Demand, American standard methods[6] Mudrack, K. and Kunst, S.: Biologie der Abwasserreinigung, Gustav Fischer Verlag Stuttgart,

3rd edition[7] Moser, D. and Kreuzinger, N.: Summenparameter in der Abwassertechnik - Eine kritische

Betrachtung, from Wiener Mitteilungen volume 117

DBO (2)

Documents

Transcript of DBO (2)