Nota técnica – A técnica de Demanda Bioquímica de Oxigênio e o kit rápido da Macherey-Nagel
NANOCOLOR® BOD5-TT
Data
03/09/2013
Autor
Gisseh Kovacs Bertolami
Revisão
01
A técnica de Demanda Bioquímica de Oxigênio consiste na avaliação do oxigênio dissolvido consumido
pelas bactérias presentes na água a ser analisada.
Bactérias aeróbias ao realizarem seus processos de respiração, degradam a matéria orgânica (C,H,N)
presente na água, consumindo o oxigênio dissolvido. Portanto quando se aumenta a quantidade de matéria
orgânica na água, temos o aumento da população bacteriana e o consequente decréscimo do oxigênio
dissolvido, chegando a casos extremos de "morte" do corpo d'água, atingindo níveis próximos de zero de
oxigênio dissolvido.
As principais referências para a metodologia clássica de DBO são: ABNT NBR
12614:1992 e SMEWW 5210 B. Experimentalmente é feita avaliação de consumo de
oxigênio, medindo-se o oxigênio dissolvido no momento inicial da análise (OD1), então
mantendo as amostras em frascos de Winkler, para que não haja troca de gases com a
atmosfera, mantendo o oxigênio da amostra isolado. Estes frascos são levados a uma
incubadora, que mantém todas as amostras a 20°C, durante 5 dias no escuro, para evitar
que mais oxigênio se dissolva na amostra, devido a fotossíntese de microalgas. Ao final do
período de 5 dias +- 6 horas o oxigênio dissolvido final é aferido (OD5).
Figura 1 Frasco de
Winkler
Portanto com tem-se: DBO =OD1-OD5 ou tem–se que o valor de DBO é a
diferença entre OD1 e OD5 (DBO =OD1-OD5). Entretanto temos duas limitações físicoquímicas nos oxigênios dissolvidos tanto do momento "1" quanto do momento "5".
Vamos a eles.
Como qualquer mistura, o oxigênio gasoso tem um limite de solubilidade na água líquida, que nas
condições ambientais normais de 1 atm e 25°C, são determinados pela lei de Henry como 8,11 mg/L O2. Por
isso nosso teor de OD1 em água é limitado em algo próximo deste valor de 8 mg/L O 2.
Quando as bactérias "percebem" que resta pouco oxigênio dissolvido (OD < 1 mg/L O2), estas param de se
reproduzir, e consequentemente o consumo da matéria orgânica cessa. Por isso devem ser tomados como
resultados aceitáveis, apenas os que contiverem OD5 > 1 mg/L O2, garantindo que o oxigênio inicial da
amostra foi suficiente para o consumo da matéria orgânica, sem que os micro-organismos tenham cessado
a oxidação, ou seja o processo de respiração e degradação da matéria orgânica.
Estas duas limitações tornam a faixa analítica do teste de DBO bastante limitada, a cerca de 7 mg/L O 2 nas
melhores condições, o que equivale a dizer que podemos aferir diretamente resultados da ordem de
unidades de OD e consequentemente de DBO. Podemos entretanto contornar esta condição com o uso de
diluições sucessivas, até atingirmos condição de oxigênio e matéria orgânica suficientes para permitir que
os micro-organismos realizem a degradação da matéria orgânica de maneira ideal.
Estas diluições devem ser feitas com água especial para diluição de DBO, pois caso seja usada água
deionizada, o gradiente iônico (diferença de concentração de sais, que pode causar osmólise) será fatal
para as bactérias, anulando a validade do teste. Deve ser utilizada água com minerais, podendo se
remineralizar água deionizada, ou até se usar água "natural" para testes simplificados.
Outras interferências comuns nas análises de DBO, além da presença de agentes tóxicos, são os peróxidos,
que podem fazer com que o OD final resulte em valor maior do que o OD inicial, além de problemas
relacionados com contaminação de água de diluição, nutrientes, vidrarias etc.
Para lidar com as interferências de peróxidos, uma vez identificadas, p.ex. com
fitas de análise rápida (Macherey-Nagel), basta deixar a amostra sob agitação
em ambiente claro até que todo o peróxido seja fotodegradado, ou seja,
destruído pela luz ambiente.
A respeito das vidrarias, recomenda-se limpeza prévia em banho de ácido
clorídrico e sucessivos enxágues com água deionizada. Com relação aos
nutrientes, estes podem ser comprados prontos ou preparados. Neste segundo
caso, deve-se preparar o nutriente em frascaria limpa e autoclavada, tendo sua
validade rigorosamente controlada para evitar contaminações, que quase
Figura 2 Fita para peróxidos
sempre se manifestará como altos valores de brancos.
(referência 91319)
(Efluentes e águas de rios podem ser incubados diretamente, apenas diluindo-os na proporção correta. Em
outras matrizes, que apresentam uma quantidade de micro-organismos menores, se faz necessário o uso
de semeadura. A semeadura é a técnica na qual se adiciona micro-organismos (semente) nas amostras,
para que através da competição por nutrientes os micro-organismos presentes na amostra original oxidem
a matéria orgânica. Claro que neste caso, a semente consome uma parte do oxigênio dissolvido da
amostra, sendo necessário um branco especifico da semente, a ser descontado de todas as amostras e
diluições. Observando que nossa faixa de trabalho OD1 - OD5 será menor, pois temos essa correção de
semente que usualmente é de aproximadamente 1 mg/L O2.)
Outra questão bastante discutida na literatura é sobre a inibição da nitrificação, que é a presença de
bactérias que oxidam compostos nitrogenados. Isto é feito através da adição de um reagente especial às
amostras, a ATU (aliltiouréia) cuja finalidade é inibir a oxidação de compostos nitrogenados, pelas bactérias
nitrificantes. Desta forma o resultado será relacionado apenas à oxidação de compostos de carbono, sendo
o resultado comumente chamado de DBO carbonácea.
As exigências ambientais e normativas atuais se baseiam, em sua grande maioria, no resultado de DBO
tradicional, sem inibidores de nitrificação, dado o avanço de outras técnicas como, por exemplo, de
determinação de nitrogênio total e carbono total "TOC".
Como DBO é uma medida indireta, não há um padrão exato para avaliação da metodologia, porém o mais
utilizado na literatura atual é uma mistura de 150 mg/L de glicose e 150 mg/L de acido glutâmico,
resultando em DBO teórica de 198 +- 30 mg/L O2, segundo referencia “SMEWW 5210”. Este deve, portanto,
ser incubado como uma amostra comum e seu valor, em conjunto com a depleção de oxigênio (diminuição
deste dentro dos cinco dias) dos brancos e a concordância entre diferentes diluições, usados como
parâmetros de avaliação da qualidade dos resultados obtidos.
Como as análises de DBO dependem de bactérias, que são micro-organismos muito sensíveis, temos um
resultado indireto e único que não poderá ser bem reproduzido, uma vez que a característica da amostra
utilizada era única no momento da incubação. Por isso não é aplicada nenhuma preservação química nas
amostras coletadas para ensaio de DBO, exceto a coleta em garrafa de vidro âmbar (para evitar
fotossíntese, processo de respiração das microalgas, que gera oxigênio na solução), sem bolhas (a fim de
manter o oxigênio dissolvido original) e refrigeração a 4°C +- 2°C, por 24 horas, sendo aceitável a incubação
até 48 horas, segundo SMEWW.
Uma relação que é muito importante para determinação do nível de poluição de determinado corpo
d´água, é a relação entre DQO e DBO. A Demanda Química de Oxigênio é uma simulação do consumo de
oxigênio para degradação da matéria orgânica, mas ao invés de bactérias, temos o dicromato de potássio
em meio ácido como agente oxidante, ou seja, agente que quebrará a matéria orgânica em formas mais
simples como gás carbônico e água. Com isto temos resultados rápidos, em algumas horas, ao contrário do
resultado de DBO que leva cerca de uma semana.
A condição de oxidação no teste de DQO não é, portanto seletiva em relação ao tipo da matéria orgânica,
oxidando todo tipo de material, ao contrário das bactérias (DBO) que têm preferência por determinadas
moléculas, além da recusa por outras e até morte na presença de elementos tóxicos, como por exemplo,
cianetos, cromo hexavalente, sulfetos etc.
Dado este fato, é natural que os resultados de DQO por serem inespecíficos tendem a serem maiores que
os de DBO, porém não existe relação teórica fixa entre os dois resultados. De maneira geral avalia-se a
relação entre eles com as seguintes consequências:
DQO:DBO ~ 1:1 = Matéria orgânica totalmente biodegradável. As bactérias foram capazes de oxidar
virtualmente tudo que o ácido e o dicromato.
DQO:DBO ~ 3:1 = Relação comumente encontrada em corpos d'água naturais, sem grande contaminação
DQO:DBO ~ 10:1 = Provável presença de elementos tóxicos, nocivos às bactérias que não foram capazes de
sobreviver ao meio e degradar a matéria orgânica.
Em suma, a técnica de DBO é bastante trabalhosa, lenta e depende das etapas de preparo, tendo um
resultado indireto sujeito a interpretação. Este é o motivo de se realizar o monitoramento de estações de
tratamento de efluentes, por exemplo, por meio de DQO (quantidade de matéria orgânica), utilizando a
análise de DBO como um complemento para se avaliar a qualidade da matéria orgânica deste efluente.
Focada em aplicações industriais e de estações de tratamento de efluentes, a Macherey-Nagel desenvolveu
um kit rápido para determinação de DBO de maneira simplificada, análogo às normas DIN EN 1899-1-H51
e DIN EN 25813-G21. Trata-se do kit NANOCOLOR BOD-TT.
Procedimento: Neste kit miniaturizado, realizamos o procedimento em 4 passos:
Figura 3 NANOCOLOR® DBO5-TT (985925) e a direita, kit acessórios (916925)
1º passo: Preparação da água de diluição
- Em frasco próprio, que não permite a passagem de luz
(fornecido no kit acessórios de DBO), completar com
água potável: pode ser utilizada água mineral ou da
torneira, com níveis de cloro total e cobre abaixo de 0,01
mg/L e pH entre 6 e 8.
- Aerar a água de diluição com a bomba de ar elétrica
(fornecida no kit acessórios de DBO) por 1 hora
mantendo a água a 20 °C.
2º passo: Controle da água de diluição
- No frasco de diluição (frasco de 40 mL com tampa
fornecido no kit acessórios de DBO), adicionar 20 mL da
água de diluição.
- Agitar vigorosamente por 30 segundos.
- Abrir um tubo teste de DQO retirando seu septo de
borracha e completar seu volume com a água de diluição
até o gargalo, sem permitir a formação de bolhas.
- Fechar o tubo cuidadosamente para que não haja
formação de bolhas, utilizando a tampa plástica.
- Repetir o procedimento para as amostras e diluições
preparadas.
3º passo: Incubação
- Manter as amostras incubadas em banho maria ou
incubadora, a 20 +- 1 °C por 5 dias +- 6 horas.
4° passo: Determinação do oxigênio inicial e residual e avaliação dos resultados
- Após o período de incubação, abrir os tubos teste e
adicionar 2 gotas do reagente R1 e 2 gotas do reagente
R2.
- Fechar os tubos novamente sem permitir a formação de
bolhas e agitá-los brandamente por 2 minutos.
- Abrir os tubos e adicionar 5 gotas do reagente R3.
- Fechar os tubos e agitá-los até que o reagente R3 se
dissolva.
- Avaliar os resultados em fotômetro, utilizando o
controle de água de diluição como zero / branco de
leitura, e lendo as amostras subsequentemente.
O teste é avaliado nos equipamentos da Macherey-Nagel em comprimento de onda de 436 nm, com fator
de calibração de 7,0, ou seja, Concentração [mg/L O2] = A436 nm * 7,0.
Abaixo se encontra tabela guia para realização de diluições diretamente nos frascos de diluição, baseada no
valor estimado de DBO. Estas diluições devem ser feitas preferencialmente com micropipetas de volume
variável.
Para amostras desconhecidas, o valor de DBO deve ser estimado com base na relação esperada com o valor
de DQO.
Por se tratar de estimativa, é recomendável se trabalhar com três diluições diferentes, a fim de cobrir a
faixa mais ampla possível, além da realização de duplicatas, se possível.
DBO estimada
[mg/L O2]
<5
4 – 12
10 – 30
20 – 60
40 – 120
100 – 300
200 – 600
400 – 1200
800 – 2400
1000 – 3000
Diluição
Exemplo típica
1+0
1+1
1+4
1+9
1 + 19
1 + 49
1 + 99
1 + 199
1 + 399
1 + 499
A
A, B
A, B
B
C
C, D
C, D
D, E
E
E
Volume de
amostra [mL]
20
10
4
2
1
0,4
0,2
0,1
0,05
0,04
Volume de água
de diluição [mL]
0
10
16
18
19
19,6
19,8
19,9
19,95
19,96
A: Água de rio
B: Biomassa biologicamente adequada por estação de tratamento
C: Biomassa clarificada por estação de tratamento ou água moderadamente poluída
D: Esgoto sanitário doméstico
E: Efluente industrial altamente poluído
A equipe técnica da Carvalhaes fica a disposição para qualquer dúvida ou esclarecimento.
Gisseh Kovacs Bertolami
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