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Reseña y características generales

B&B LatAm TOP 5

          La utilización de respirómetros de distinto tipo, con el objetivo de realizar medidas directas y contínuas de las tasas de consumo de oxígeno de distintas reacciones biológicas data desde aproximadamente 1908.  Afortunadamente desde esa época a la fecha, se ha logrado un perfeccionamiento tanto de los instrumentos y mecanismos como clarifición de los conceptos involucrados. 

          Durante la década del 50 se observó un considerable esfuerzo en la utilización de respirómetros tanto para complementar o eventualmente sustituir los datos de caracterización resultantes del test de la DBO5, i.e. determinación de variación de oxígeno disuelto en el lapso de 5 días en series [significativamente diluídas] de muestras.  En cierta forma, se atribuye este “movimiento” a una publicación realizada en 1948 por Caldwell y Langelier, nombres bastante familiares para los profesionales de hoy.  En ese momento, los autores concluyeron que las medidas respirométricas ofrecían un gran número de ventajas con respecto al método de dilución standard en cuanto a determinación de valores de DBO5.  En ese trabajo, los autores recomendaban la utilización de respirómetros para análisis de rutina en aguas residuales tanto industriales como municipales así como el control de los distintos procesos de en plantas de tratamiento de efluentes.  Asimismo, se recomendaba especialmente la utilización de estos instrumentos para estudios de investigación dada la gran facilidad y precisión con la cual era posible manejar las variables.

           En 1951, Gelman y Heukelekian llevaron a cabo un extenso estudio en cuanto al empleo de respirómetros para la determinación de DBO5.  Dentro de las variables analizadas se incluían pH y sus efectos, agregado/presencia de nutrientes, concentración de sustrato, volumen y origen de cultivo y su adaptación.  En 1954, Lee y Oswald publicaron resultados de estudios comparativos adicionales evaluando la utilización de respirómetros Warburg versus el método de diluciones standard para determinación de BDO5, utilizando “aguas residuales” de distinto tipo: cruda, esterilizada y sintética.  Estas investigaciones concluyeron que los respirómetros podían ser utilizados eficientemente para la determinación de DBO5.  Asimismo destacaban que en la medida que aumentase la cantidad de puntos a graficar/requeridos de la curva de consumos, la aplicación de dichos instrumentos era claramente preferida.

           Un poco más tarde, en 1960, Jenkins realizó una revisión extremadamente extensiva del uso de respirómetros para el estudio de aguas residuales, tanto industriales como municipales.  En ese entonces, Jenkins indicaría que:

            “Ha habido recientemente un apercibimiento que es posible obtener un entendimiento más completo/profundo de los procesos involucrados en el tratamiento de efluentes tanto cloacales como industriales, así como la problemática subyacente en la contaminación de cursos de agua, mediante la utilización de procedimientos, que a diferencia del test de dilución (i.e. el test de DBO5 5 días) y métodos químicos, no se limitan a la producción de una única respuesta numérica, sino que presentan una continuada “graficación” de la evolución todo el proceso biológico en el lapso estudiado.”

            “El empleo de un método manométrico para la determinación de la DBO5 eliminaría potenciales equívocos/errores introducidos por dilución, produciría resultados en más cortos lapsos, y de poder desarrollarse/construirse un aparato adecuado, podría seguirse “atentamente” los cambios de naturaleza química y perfiles de consumo de oxígeno acontecidos durante la evolución del proceso mismo de oxidación de una muestra representativa de líquido.”

           Los respirómetros por tanto configuraron una alternativa de producción de resultados del proceso biológico no obtenibles por el simple método de dilución.

           Durante la década del 60 se observó el desarrollo y experimentación de una gran variedad de respirómetros de mayor volumen.  Así, en 1967, Montgomery sintetizó el diseño y aplicación de estos equipos, enumerando las ventajas de los métodos respirométricos en relación al método de dilución común de la siguiente manera:

  1. las condiciones [reales] existentes tanto en la naturaleza como en una planta de tratamiento dada pueden ser “replicables”/”simuladas” muchísimo mejor a través de un respirómetro que en una “botella diluída” del clásico test de DBO5;
  2.  mediante el uso de un respirómetro es posible la determinación de un perfil de consumo de oxígeno de forma más o menos continua;
  3. mediante métodos respirométricos es posible estudiar eficientemente el efecto de distintos factores en las tasas de consumo de oxígeno;
  4. los métodos respirométricos son capaces de producir resultados “biológicamente valiosos” mucho antes de los 5 días requeridos por el método de dilución

           Asimismo, y en principio no como procedimientos excluyentes, Montgomery claramente advertía la inconveniencia de pretender perpetuar “la naturaleza de resultado intermedio y eventualmente incorrecto del test de DBO5” mediante la realización del test en un respirómetro en vez del convencional tubo, o la obtención mucho más rápida (i.e. mediante respirómetros) de simplemente un “indicador cuestionable/relativamente incierto en cierta manera”.  En vez de obtener el resultado incierto en 5 días, lo obtenemos en uno o dos días, pero igualmente incierto o cuestionable.

          Durante el período transcurrido entre 1950 y 1980, hubo numerosos intentos de “encontrar” métodos “rápidos” de medición de DBO5.  Estos esfuerzos se han visto mediatizados por la falta de prioritización.  Por ejemplo, cual es el “peso” de precisión de la medición?  Si el criterio es obtener una alta precisión, es entonces obvio que los métodos respirométricos configuran una mejor alternativa que la alternativa del método de dilución común.  Si lo que importa es medición equivalente, el valor equivalente de DBO5 es obtenible en 1 o 2 días mediante respirometría, siendo que la más rápida reacción ciertamente reduce los tiempos de obtención de la medición equivalente.  En oposición la alternativa convencional, el método respirómetrico permite una identificación mucho más fácil y precisa de quedas de actividad (Lags), toxicidad y no-biodegradabilidad.

           Por otro lado, y aún cuando ediciones recientes del Standard Methods (19th) incluyen un método respirométrico para la medición de los consumos de oxígeno, este está dentro del encabezado de determinación de DBO5 lo cual de alguna manera desvía la idea su empleo formal en otras aplicaciones legítimas.

 

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A grandes rasgos, los instrumentos respirométricos pueden clasificarse en tres tipos:

-         manométricos

-         medición de niveles de oxígeno disuelto

-         restitución de oxígeno consumido

          El principio de operación del primer tipo consiste en la determinación de oxígeno empleado utilizando un recipiente cerrado y registrando cambios en la presión, manteniendo volumen y temperatura constante, o bien cambios en volumen, manteniendo presión y temperatura constantes. 

          El segundo tipo de respirómetros básicamente se reduce a la utilización de sensores de oxígeno disuelto, anotando las depresiones (= O.D. inicial – final), o bien los cambios en la composición de la “microatmósfera” en el recipiente (headspace). 

          El tercer tipo de respirómetro se basa en agregado de pequeñas cantidades de oxígeno en respuesta a pequeños cambios en la presión debido a consumo de dicho componente.

          Adicionalmente, según sea el modo de operación del instrumento, continuo o batch, puede distinguirse sistemas que operan por períodos desde unos pocos minutos hasta algunos meses y alternativamente, sistemas utilizados on-line para el monitoreo y rápida respuesta a cambios en las características del influente o dosaje químico.

          En general, los aparatos de laboratorio tienden a ser del tipo manométrico o reposición de oxígeno, mientras que las unidades para utilización online son del tipo medición con sensores.

           Finalmente es posible, gracias a las alternativas de respirometría anaeróbica, la medición de metano, hidrógeno, H2S y dióxido de carbono, de funcionamiento similar, e.g. conteo de pequeñas burbujas de gas.

 

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