====== Demanda Química de Oxigênio ====== Demanda química de oxigênio (DQO) é a quantidade de um agente oxidante específico, que em condições controladas, reage com uma determinada amostra. A quantidade do agente oxidante que reagiu é então expressa em termos de equivalentes em oxigênio[(todo)]. Os resultados são expressos na unidade mg O₂ L^-1. ===== Introdução ===== Originalmente, o ensaio de DQO objetivava a determinação indireta da concentração de matéria orgânica em uma determinada água residuária. No entanto, a presença de outras substâncias inorgânicas, em seus estados de oxidação mais reduzidos, figuram como interferentes importantes no resultado da análise, sobretudo se a amostra é obtida de um ambiente de caráter redutor, como reatores anaeróbios[(todo)]. Desta forma, a finalidade do ensaio de DQO é a determinação da concentração de substâncias oxidáveis em uma amostra líquida, como uma determinação indireta da concentração de substâncias orgânicas. Para tanto, é necessário que toda a matéria oxidável nessa amostra seja oxidada por uma substância que garanta o máximo desta oxidação. No caso do ensaio de DQO, o reagente responsável por essa oxidação é o dicromato de potássio (K₂Cr₂O₇), por meio do íon dicromato (Cr₂O₇^2-), tanto pelo seu potencial oxidante como pela diferença de coloração que o átomo de cromo confere à solução em seus diferentes graus de oxidação. A matéria oxidável presente na amostra reduz o átomo de cromo hexavalente do dicromato (Cr⁶⁺, de cor alaranjada) para a sua forma trivalente (Cr³⁺, de cor esverdeada). Desta forma, a medida dessa intensidade de coloração – por meio de espectrofotometria – está relacionada com as concentrações de cromo hexavalente que reagiram com a matéria oxidável da amostra, e quantificando a matéria oxidável, conforme a reação 1 descrita abaixo: |**Cr2O7|2+ + Matéria Orgânica -> Cr3+ + CO2 + H2O **|Reação 1| A oxidação total e efetiva da matéria orgânica, conforme demonstrada na reação 1 acima, ocorre na presença de um catalizador de prata (Ag⁺), em alta temperatura e em meio ácido. A relação entre o íon Cr2O7|2- que reagiu com a matéria orgânica oxidável e o seu equivalente em oxigênio, para o cálculo da DQO em termos de O₂ é obtida da reação 2, mostrada abaixo: |**K2Cr2O7 + 4 H2SO4 -> K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4 H2O + 3/2 O2**|Reação 2| A estequiometria da reação 2 mostra que a relação entre a concentração de K2Cr2O7 consumido durante a oxidação da matéria oxidável e a concentração de O2 é de 6,1 mg O₂ / mg K2Cr2O7. Desta maneira, conhecendo-se a quantidade de K2Cr2O7 consumida na reação de oxidação, é possível relacioná-la com a quantidade de O2 necessária para efetuar a mesma oxidação. A determinação da quantidade de K2Cr2O7 envolvida na DQO pode ser determinada por três metodologias distintas, conforme descritas na Tabela 1: **Tabela 1** - Métodos de determinação do equivalente em oxigênio do ensaio de demanda química de oxigênio (DQO). ^Método^Referência^ |Refluxo aberto, titulométrico|5220B| |Refluxo fechado, titulométrico|5220C| |Refluxo fechado, colorimétrico|5220D| Os métodos titulométricos consistem na retrotitulação redox do Cr2O7|2- não reagente com a amostra, utilizando um agente titulante redutor padronizado de sulfato de ferro (II) e amônio (Fe(NH4)2(SO4)2), e um indicador de ferroína (mudança de coloração conforme o estado de oxidação do ferro de Fe2+ para Fe3+). O método colorimétrico requer um espectrofotômetro (ou colorímetro ajustado para 420 ou 600 nm) e relaciona a concentração de Cr2O7|2- com a mudança de cor proporcionada pela redução do cromo hexavalente para o cromo trivalente. O método de refluxo aberto é mais adequado para quantidades de amostras grandes (50 mL). Os métodos de refluxo fechado podem ser feitos com quantidades menores de amostra (de 2,5 a 10 mL), e geram uma quantidade menor de resíduos perigosos, mas necessitam que haja uma homogeneização de amostras contendo sólidos suspensos. ==== Interferentes ==== A presença de interferentes devem ser observadas nas determinações da DQO. Existem possíveis interferências por substâncias inorgânicas nas reações de oxidação, podendo haver a indisponibilização do catalizador Ag+ por precipitação com cloretos (Cl-) e outros halogênios, e também a presença de compostos inorgânicos reduzidos (principalmente as formas de nitrogênio e enxofre). O íon cloreto (Cl-) é o interferente inorgânico que pode precipitar o catalizador de Ag+ e trazer ineficiência na oxidação de compostos orgânicos. A adição de sulfato de mercúrio (HgSO4) na amostra evita a interferência do Cl- na análise. A metodologia aqui abordada não é adequada para amostras de água com concentrações de Cl- maiores que 2.000 mg Cl- L^-1. Durante a digestão da amostra, a amônia (NH4|+) e os nitritos (NO2|-) são oxidados à nitratos (NO3|-), assim como os sulfetos (S2-) e os sulfitos (SO3|2-) são oxidados a sulfatos (SO4|2-), podendo interferir no resultado da análise. Embora a maioria dos trabalhos considerem essas interferências desprezíveis, é importante considerá-las em trabalhos de digestão anaeróbia em condições desnitrificantes e/ou sulfetogênicas. A Tabela 2 relaciona a interferência dos íons NH4|+, NO2|-, S2- e SO3|2- no valor da DQO. Estes valores deverão ser considerados no cálculo final da DQO. **Tabela 2** - Interferência dos íons inorgânicos mais comuns na demanda química de oxigênio (DQO). ^Interferente^Reação^Interferência^ |Nitrito (NO2|-)|2 NO2|- + O2 -> 2 NO3|-| 0,45 mg O2 / mg NO2|-| |Amônio (NH4|+)|NH4|+ + 2 O2 -> NO3|- + 2 H+ + H2O| 3,6 mg O2 / mg NH4|+| |Sulfeto (S2-)|S2- + 2 O2 -> SO4|2-| 2,0 mg O2 / mg S2-| |Sulfito (SO3|2-)|2 SO3|2- + O2 -> 2 SO4|2-| 0,2 mg O2 / mg SO3|2-| Neste contexto, o resultado obtido no ensaio de DQO só pode ser considerado como a concentração de matéria orgânica somente se caso essas espécies inorgânicas reduzidas estiverem presentes em concentrações desprezíveis, ou então forem consideradas no cálculo final. De outra forma, considera-se o resultado do ensaio de DQO como referente a concentração da matéria oxidável presente na amostra [(todo)],e não referente somente à fração orgânica. ==== Influência de Partículas Sólidas ==== Outra consideração importante que pode interferir diretamente no resultado do ensaio de DQO como determinação da concentração de matéria orgânica é a quantidade de sólidos suspensos na amostra. No entanto, não se considera esta característica da amostra como sendo uma interferência, e pode-se adotar todas as formas de representação da concentração de matéria orgânica com relação aos sólidos presentes na amostra. Pode se fazer a distinção de três tipos de matéria orgânica presente em uma amostra líquida: solúvel, dispersa e suspensa. A análise da DQO desses três tipos de matéria orgânica é possível por meio da filtragem da amostra com diferente tipos de filtros. A Tabela 3 relaciona o tipo da matéria orgânica medido com o tamanho da partícula presente na amostra. **Tabela 3** - Tipos de particulados considerados na determinação da demanda química de oxigênio ^Tipo de Matéria Orgânica^Tamanho Médio de Partícula^Processo de Separação^ |Suspensão|> 2,0 μm|Sedimentação| |Dispersa|> 0,45 μm e < 2,0 μm|Ultracentrifugação| |Solúvel|< 0,45 μm|Não é possível a separação mecânica| Nestas definições, o processo de separação da matéria orgânica particulada poderá determinar o tipo de DQO a ser considerada. A Tabela 4 elenca a denominação das diferentes DQO relativas ao tamanho do particulado presente na amostra, e relaciona estas denominações com as técnicas de separação que podem ser utilizadas para se obter esses diferentes resultados. **Tabela 4** - Denominação dos tipos de demanda química de oxigênio relativas ao tamanho médio da matéria particulada presente nas amostras analisadas. ^Denominação da DQO^Tipo de Matéria Orgânica^Filtragem da Amostra^Centrifugação da Amostra^ |Total|Suspensão + Dispersa + Solúvel|Sem filtração|Sem centrifugação| |Dissolvida|Dispersa + Solúvel|2,0 μm|7000 min^-1 @ 30 s| |Solúvel|Solúvel|0,45 μm|15000 min^-1 @ 1,5 min| A matéria orgânica dissolvida contabiliza a matéria orgânica solúvel (oriunda de compostos orgânicos hidrossolúveis como ácidos, álcoois, carboidratos, etc.) e a fração da matéria orgânica sólida que passa em um filtro de poro de 2,0 μm (ou menor) [(todo)]. Para a maior parte das amostras, a diferença entre os valores de concentração de matéria orgânica dissolvida obtidos com um filtro de diâmetro de poro 2,0 μm e um filtro de menor diâmetro de poro são menores que o erro associado à metodologia. Portanto, para a maioria das amostras, a escolha de um filtro com diâmetro de poro menor que 2,0 μm é irrelevante para o resultado final. A matéria orgânica total compreende a totalidade da matéria orgânica presente na amostra, incluído toda a fração em suspensão (que fica retida em um filtro com diâmetro de poro de 2,0 μm). ==== Laboratório de Meio Ambiente e Saneamento (LMAS) ==== Considerando os métodos para a determinação da DQO propostos, a metodologia de escolha adotada na análise de efluentes e afluentes de biorreatores experimentais, no contexto do //laboratório de meio ambiente e saneamento// da //faculdade de engenharia agrícola// (LMAS/FEAGRI), é a de **refluxo fechado por meio de colorimetria** [(todo)], 5220 D. Esta escolha leva em consideração os seguintes fatores: * Disponibilidade de equipamento e reagentes do LMAS; * Menor produção de resíduos perigosos; * Necessidade de menor quantidade de amostra; * Homogeneidade das amostras obtidas nos experimentos realizados no LMAS; * Maior agilidade e facilidade da determinação colorimétrica, quando comparada com as outras metodologias. A seção [[#Materiais_&_Métodos|Materiais & Métodos]] explica detalhadamente esta metodologia conforme deve ser executada no LMAS. ==== Considerações Teóricas Finais ==== ^Presença de Interferentes^| ^^Interferentes^Sem Interferentes^ ^Solúvel^ ===== Materiais & Métodos ===== ==== Filtração ==== A filtração é o primeiro procedimento necessário para a preparação da amostra de maneira a diferenciar o tipo de DQO a ser determinada, conforme explicado na seção [[#Influência_de_Partículas_Sólidas|Influência de Partículas Sólidas]]. Valores de DQO solúveis são especialmente úteis para cálculos de balanços de massa ou de cinética de consumo de matéria orgânica, uma vez que apresentam uma variabilidade menor que os valores obtidos de DQO total. Por sua vez, os valores de DQO total são importantes para a investigação do comportamento dos sólidos suspensos e dissolvidos na operação dos sistemas. A filtração da amostra pode ser realizada de duas formas distintas, utilizando sistema à vácuo ou por meio de filtração em seringa. A filtração à vácuo é indicada para grandes volumes de amostra (maiores que 10 mL) e é normalmente utilizada quando se deseja utilizar a mesma amostra para a análise de sólidos suspensos, conforme descrito no protocolo para determinação da [[wiki:lmas:solidos|série de sólidos]]. A filtração à vácuo também requer a utilização de uma bomba de vácuo, e pode ser realizada das seguintes maneiras: - Kit de filtração autoclavável, em polisulfona (PSU), para membranas filtrantes de 47 mm de diâmetro e com 250 mL de capacidade (Fabricantes: Millipore Sterifill^© aseptic system ou Thermo Scientific Nalgene^© Reusable Filter Holder); ^Kit de Filtração^Modelo^Fabricante^ |{{ :wiki:lmas:kit_thermo_nalgene.png?150 |Reusable Filter Holder}}|Thermo Scientific Nalgene^© Reusable Filter Holder|[[https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/300-4000|Thermo Scientific]]| |{{ :wiki:lmas:kit_millipore.png ?nolink&300 |Sterifil^©}}|Millipore Sterifil^© aseptic system|[[https://www.merckmillipore.com/BR/pt/product/Sterifil-Aseptic-System-and-Holder,MM_NF-C171#ordering-information|Merck Millipore]]| - Funil de //Buchner// para membrana filtrante com 47 mm de diâmetro e frasco Kitassato de 250 mL com alongas de borracha para filtração à vácuo. A Tabela 5 mostra os equipamentos necessários para proceder com a filtração à vácuo: Tabela 5 - Equipamentos necessários para a realização de filtração à vácuo ^Filtração por meio de kit de filtração^^^ ^Equipamento^Modelo^Localização^ |Bomba de vácuo|a|b| A filtração por meio de seringa também pode ser utilizada - Seringas plásticas descartáveis de 10 mL com ponta roscável e filtros para seringa descartáveis de 2,0 e 0,45 μm; - Seringas plásticas descartáveis de 10 mL com ponta roscável, //holder// para elementos filtrantes roscável para seringas em aço inox e membranas filtrantes de 2,0 e 0,45 μm e 10 mm de diâmetro. Os recursos 2 e 3 listados acima também tornam dispensável o item 2 da Tabela 5 (bomba de vácuo), por se tratar de sistema de filtração. A filtração pode também ser substituída pela centrifugação da amostra. A Tabela 5 elenca os equipamentos necessários para a realização de todos os métodos (preparo de soluções, elaboração de curva de calibração e determinação de DQO) utilizados pelo LMAS e relacionados nesse artigo. Tabela 5 - Equipamentos e vidrarias necessárias ^Item^Equipamento^Modelo^Localização^ | 1 |Balança analítica|Shimadzu|Laboratório de Espectrofotometria| | 2 |Bomba de vácuo||Laboratório de análises| | 3 |Dispensadores de 5 mL||Laboratório de análises| | 4 |Espectrofotômetro UV/VIS|Hach DR-6000|Laboratório de análises| | 5 |Estufa||Laboratório de análises| | 6 |Mufla||Laboratório de análises| | 7 |Dessecador||Laboratório de análises| | 8 |Pipetador automático||Laboratório de análises| | 9 |Cápsulas de porcelana||| | 10 |Kit de filtração à vácuo||| | 11 |Ultracentrífuga|Eppendorf|| | 12 |Balões volumétricos||| | 13 |Copos Becker||| O item 10 poderá ser substituído por qualquer um desses outros recursos alternativos: Tabela 6 - Vidrarias e reagentes ==== Método: Preparo das Soluções ==== ==== Método: Curva de Calibração ==== ==== Método: Determinação da DQO ====