DETERMINACION DE CARBOHIDRATOS ENAGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA

AZUCARERA Y CUERPOS DE AGUASCONTAMINADOS

Lic. Joaquín Gutiérrez Díaz*

*Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio AmbienteCentro de Información, Gestión y Educación Ambiental

Calle 20 No 4110, esq a 18A entre 41 y 47, Playa, Ciudad de laHabana, Cuba

Teléfono: (537) 229351email: jmario@unepnet.inf.cu

RESUMEN

Se presenta un procedimiento analítico para la determinación de carbohidratos enaguas residuales de la industria azucarera, el método utiliza Antrona en un mediosulfúrico fuerte. La marcha analítica es simple y poco laboriosa, el equipamiento ymedios materiales que se emplean son baratos y de fácil adquisición.

La Antrona en Acido sulfúrico concentrado reacciona para formar un derivado delfurano de color verde con un máximo de absorción en 620 nm. La reaccióncolorimétrica cumple con la Ley de Beer y Lambert en el rango de concentraciónestudiado, entre 10 y 100 mg/l de Glucosa.

La sensibilidad del método es de unos 3 mg/l de Glucosa, siendo repetible en lascondiciones experimentales que se reportan. La desviación estándar (ds) en el rangoestudiado es de 4 mg/l.

El método se aplicó con éxito como trazador de la contaminación producida porresiduales azucareros en una corriente superficial, la cual también estaba sometida adescargas de aguas residuales domésticas. Los resultados obtenidos permitieronllegar a cuantificar la cargas contaminantes relativas que ambos vertimientosaportaban.

FUNDAMENTO DEL METODO

La Antrona forma un compuesto verde en medio ácido fuerte (Acido sulfúrico) conciertos carbohidratos y sacáridos, en especial con azúcares y almidones. Lareacción de la Antrona (9.10 dihydro 9 ketoantraceno) en medio sulfúrico produce underivado del furano que tiene su máximo de absorción en 620 nm.

Existen reportados en la literatura varias alternativas para la determinación decarbohidratos que emplean la Antrona. En el método desarrollado en este artículo laconcentración de carbohidratos (como Glucosa) se determinaespectrofotométricamente, aunque puede utilizarse un fotocolorímetro de filtro con unfiltro adecuado (de color rojo) , el calentamiento para el desarrollo del color, utilizandoel calor de reacción entre el Ácido sulfúrico y el agua, es una novedad dentro de losprocedimientos analìticos que utilizan la Antrona revisados.

APLICACION

Los residuales azucareros son ricos en contenidos de azúcares principalmente ensacarosa (la que se hidroliza en fructosa y glucosa) y otros carbohidratos. El métodode ensayo propuesto no es específico para un carbohidrato dado y el color resultantede la reacción es sólo proporcional a la concentración de la mezcla de azúcarespresentes que son sensibles a formar en compuesto de furano coloreado . Es porello que se recomienda la calibración y expresión de los resultados utilizando laGlucosa.

La técnica analítica ha sido probada con éxito en casos de contaminación porresiduales azucareros en corrientes superficiales y aguas subterráneas. Es de valorcuando los residuales azucareros son mezclados en su transporte con otrascorrientes residuales, en especial de residuales domésticos.

MATERIALES Y METODOS

REACTIVOS

Reactivo de Antrona y Acido sulfúrico : Disuelva 0.1 g de Antrona en 500 ml deAcido sulfúrico concentrado (con el rigor estipulado en estos casos), añada estasolución con cuidado sobre 200 ml de agua destilada bien fría. Enfríe y agregue 1 gde thiourea. La solución resultante, de color amarillo intenso, es relativamenteestable por 1 semana si se almacena en un frasco ámbar y en refrigeración.

Esta cantidad es suficiente para realizar unos 40 ensayos incluyendo las solucionespatrones y blancos. Para pequeñas cantidades de muestras se recomienda solopreparar unos 15 ml por cada ensayo.

Solución de Glucosa : Disuelva 100 mg de glucosa seca y de buena calidad en unlitro de agua destilada. La solución es estable por una semana si es guardada en unfrasco ámbar y en refrigeración. Esta solución tiene una concentración de 100 mg/lde Glucosa.

EQUIPAMIENTO

Sólo es necesario disponer de un espectofotómetro o de un fotocolorímetro de filtro,esté ultimo con un filtro de 620 nm (rojo), las cubetas a emplear son de 1cm de pasode luz o mayores. Además para llevar a cabo las pesadas se debe emplear unabalanza analítica.

CRISTALERIA Y MISCELANEA DE LABORATORIO

Los materiales que se utilizan son comunes a cualquier laboratorio de aguas : frascode pesada, espátula pequeña, frasco lavador, agitador de vidrio, volumétrico de1000 ml y otros de diferentes capacidades para las diluciones, frasco ámbar de 500ml, frasco ámbar de 1000 ml, vaso de precipitado (Beaker) de 880 ml, vaso deprecipitado de 1000 ml y vasos de precipitado (forma alta) entre 20 y 25 ml.

TECNICA OPERATORIA

Seleccionar una pareja de vasos de precipitados entre 20 y 25 ml de forma alta paracada ensayo, los vasos de precipitados deben ser todos iguales para garantizar unsimilar intercambio calórico durante el calentamiento y enfriamiento que ocurrirádurante el proceso, se deben incluir también los beakers del blanco y muestra patrónde Glucosa.

Se filtran unos 50 ml de la muestra utilizando un papel de filtro de filtración lenta.

Se adicionan 3 ml del filtrado a uno de los vasos de precipitados, el que debe estartotalmente seco, en el otro se agregan 9 ml de la solución Antrona y Acido sulfúrico.Una vez estén preparados y alineados todos los beakers se procede a mezclarlospor parejas rápidamente y por inversión (de uno al otro y viceversa) tres veces. Elbeaker conteniendo la mezcla se deja enfriar tapado en un lugar obscuro.

Una vez fría, se traspasa un volumen apropiado a la celda de vidrio de lectura y semide la densidad óptica (Dopt) en el espectrofotómetro o fotocolorímetro a 620 nm ,con un filtro rojo en el último caso. Las lecturas deben hacerse en menos de 2 horasdespués de haber desarrollado el color. Igual procedimiento se sigue para el blanco(3 ml de agua destilada) y la solución patrón de glucosa, esta última se prepara pordilución de la solución standard.

CALCULOS

Los cálculos se efectuan aplicando la fòrmula siguiente :

Glucosa (mg/l) = Cg/ DoptG . Doptm . F

Cg = Concentración de Glucosa del patrón utilizado

DoptG = Densidad óptica del patrón de Glucosa

Doptm = Densidad óptica de la porción medida

F = Factor de dilución = volumen del volumétrico/ volumen de la alicuota de lamuestra

Se recomienda preparar puntos patrones entre 20 y 50 mg/l de Glucosa y diluir lamuestra hasta alcanzar aproximadamente una concentración final antes de lamedición de la densidad óptica entre 10 y 100 mg/l de Glucosa.

El factor concentración/densidad óptica (Cg/DoptG) obtenido en estas condicionesexperimentales fue de 95 mg/l de glucosa por unidad de densidad óptica.

Ejemplo de cálculo : Se toma una muestra en un río contaminado por residualesazucareros. Se filtra en el laboratorio y se toma una alicuota de 10 ml y se llevan a1000 ml empleando un volumétrico de 1 litro. De esta solución diluida se sigue lamarcha analítica.

Cg = 20 mg/l de glucosa

DoptG = 0.210

Doptm = 0.320

F = 100 ml/10 ml

Aplicando la fórmula tendremos :

Glucosa (mg/l) = 20 / 0.210 . 0.320 . 100 /10 = 305 mg/l

RESULTADOS Y DISCUSION

Se probaron diferentes alternativas de calentamiento para la mezcla entre la muestray la solución de Antrona /Acido sulfúrico, se comprobó experimentalmente que elcalentamiento producido por la reacción exotérmica SO4H2 y el agua (en proporción3:1) generaba establemente suficiente calor para el completamiento de la reacciónde formación del derivado del furano, además de ser el método de calentamientomas económico y sencillo.

Es importante señalar, que el uso de diferentes tipos de vasos de precipitados , envolúmenes, tallas, marcas, etc. producen resultados diferentes en los valores de Doptmedidos, lo que es lógico si se piensa en las diferencias de la capacidad calóricaentre esos materiales. Es imprescindible seleccionar una caja de beakers, formaalta, entre 20 y 25 ml, de esta manera se garantiza que sean iguales y se asegura unintercambio de calor semejante para todos los ensayos.

Diferentes corridas con soluciones patrones de Glucosa entre 10 mg/l y 100 mg/l,siguiendo el procedimiento descrito, dieron valores de densidad ópticaproporcionales a las concentraciones, el ploteo en papel milimetrado de los datosobtenidos resultó siempre en líneas rectas de semejantes pendientes, lo queindicaba que la reacción cumplía con la Ley de Beer y Lambert .

La pendiente media de las rectas obtenidas en los ploteos de 6 corridas diferentesfue de 0.010 unidades de Dopt por mg de Glucosa, con una desviación típica (ds)de 0.002.

Se observó una cierta variabilidad entre los valores de la densidad óptica de lospatrones entre cada corrida experimental, sin embargo entre los valores de unamisma corrida existió siempre una buena proporcionalidad entre las concentracionesy la Dopt, donde el factor (Cg/DoptG) presentó una buena repetibilidad.

Lo anterior hizo en extremo recomendable el trabajo por series de muestras, las quese corresponden en los cálculos con la Dopt del patrón seleccionado, lo que es unamanera de llevar a cabo una calibración interna para la serie, ya que existe un factorde calibración hallado en las condiciones experimentales del grupo de ensayos.

La sensibilidad del método según el convenio de tomar dos veces la desviaciónestándar del blanco medido contra agua destilada , se realizó en 12 ocasiones, fuede 3 mg/l de Glucosa, valor que se considera aceptable si se compara con las altasconcentraciones de carbohidratos que vierten a ríos y arroyos los residualesazucareros.

Se midió la concentración de Glucosa en 8 corrientes superficiales afectadassolamente por residuales domésticos, el rango de DBO5 fue de 18 a 64, el rango dela DQO fue de 50 a 135. Los valores obtenidos de Glucosa nunca fueron mayoresde 15 mg/l.

Se aplicó el método en un río afectado por descargas de aguas residualesazucareras en su tramo superior, posteriormente la corriente recibía diferentesaportes de residuales domésticos. Se determino la Glucosa del residual al entrar alrío, en el río en diferentes tramos y en el residual doméstico. La DQO fuedeterminada por el método del dicromato en medio ácido por reflujo (APHA, 1992).Los resultados obtenidos se pueden apreciar en la Tabla 1.

Teniendo en cuenta el comportamiento de la relación DQO/Glucosa a lo largo delrecorrido del río, cuyo valor medio fue de 1.75, se puede calcular aproximadamentela DQO que es generada por la concentración de Glucosa remanente, que es elaporte de los residuales azucareros, o sea para el caso de estudio : 192 mg/lmultiplicado por 1.75, lo que da un valor de 336 mg/l de DQO. Si la DQO totalmedida, en el ùltimo punto de muestreo, fue de 420 mg/l se restan los 336 mg/l deDQO relacionados con la Glucosa para calcular el peso relativo de los residualesdomèsticos.

De esta manera se puede estimar que en el último sitio de muestreo, aguas abajode la mezcla de ambos residuales, el 80% de la contaminación orgànica es productodel vertimiento de la industria azucarera, el 20% restante es el aporte de losresiduales domésticos.

Los resultados obtenidos son satisfactorios en término de poder calcular la influenciareal de la contaminación producida por descargas azucareras en presencia demezclas con residuales domésticos.

CONCLUSIONES

Se desarrolló un método sencillo para la determinación de carbohidratos en aguasresiduales azucareras. El procedimiento analítico es útil como trazador delcomportamiento del transporte de la contaminación en cursos de aguas superficialesafectados.

El monitoreo y determinación de la Glucosa a lo largo de una corriente superficialafectada por descargas de residuales azucareros y domésticos permite el cálculo delos pesos relativos en términos de contaminación orgánica biodegradable queproducen ambos tipos de vertimientos.

BIBLIOGRAFIA

American Public Health Association. Standards Methods for the examination of waterand wastewater. 19 th. APHA, 1992

TABLA 1 . CONCENTRACIONES DE GLUCOSA Y DQOAGUAS ABAJO DE UN RIO AFECTADO POR RESIDUALESAZUCAREROS Y DOMESTICOS.

Sitio delmuestreo

Q (l/s) Glucosa (mg/l) DQO (mg/l)

Residualazucarero

18 2100 3800

Río antes delvertimiento

70 8 18

Río 3 kmaguas abajo

110 358 633

Río 6 kmaguas abajo

128 288 480

Residualdomestico

55 10 280

Río aguasabajo ambosvertimientos

184 192 420