Analizadores de TOC/DQO en aguas industriales

• Ing. Sergio Arteaga Salazar

Agenda• Introduccion a BioTector y Medicion Online de COT

– Quienes somos– Analisis basico de COT– Como trabaja Biotector– Rango de productos– Caracteristicas claves

• Aplicaciones– Tipos de industrias– Aplicaciones y casos de exito.

• Tecnologias disponibles para la medicion de COT• UV Persulfato• Oxidacion Termica• Absorcion directa de UV

• Equivalencia a DQO Y DBO• Preguntas

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Quienes somos• Fundada en irlanda en 1995

– Adquirida por Danaher/Hachen Abril del 2014

• C. 1,500 analizadores en 46 paises

• Especialistas en COT/DBO/DQO

• Competencias:– Programa activo de R&D – Grupo de ingenieros especializados: quimicos, electronicos,

procesos, mecanicos y sistemas.

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Que es COT?

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CT

CIT

COT

TN

TP

DBO

DQO

CONP

COP/COV

Carbon Inorganico Total

Carbon Organico Total

Nitrogeno Total

Fosforo Total

Carbon Organico no purgable

purgable /carbon volatil org.

Demanda quimica de oxigeno: Test de 2h , Mide la reduccion de oxigeno del resultado de la adicion de quimicos.

Demanda biologica de oxigeno: Test de 5 dias, Mide la reduccion de oxigeno del resultado de la actividadbacteriana.

Porque medir COT?• Razones ambientales:

– Las bacterias necesitan el carbon para crecer y multiplicarse.– Mientras se convierte el carbon organico las bacterias tambien consumen oxigeno, importante

para su reduccion anormal en el acuifero.– Otras especies en el agua necesitan oxigeno para vivir (peces), si los niveles de oxigeno en el

agua son bajos estas moriran o creceran mas lentamente.– La medicion de COT es in indicador de contaminacion en el agua.– La medicion periodica de DQO/DBO indica los niveles de oxigeno en una corriente de agua, el

cual depende del numero de contaminantes y compuestos dentro del acuifero. No midedirectamente un elemento en particular.

– Cumplimiento de normativas

• Plantas PTAR :– Las bacterias requieren una concentracion especifica de C:N:P Para su crecimiento– Mucho o poco COT puede matar un proceso.

• Mejora de procesos:– El carbon es uno de los elementos mas comunes en productos industriales. Una medicion

online confiable de COT proporciona informacion util sobre:• Eficiencia• Perdidas• Contaminacion (condensados)

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Como medir COT?• Existen varios estandares que definen y reconocen un metodo valido para la

medicion de COT:– European Norm EN 1484

– US EPA 415.1

– ASTM D5173-97

• La mayoria de las tecnologias de oxidacion que usan los fabricantes de medidoresen linea de COT son tecnicas migradas del laboratorio

• Biotector tiene una tecnologia de oxidacion patentada llamada “TSAO” :Two Stage Advanced Oxidation , especialmente diseñada para aplicaciones dificiles de medicion online de COT.

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1. Muestreo2. Remocion de CIT3. Oxidacion4. Medicion de CO2

Oxidacion es critica!Metodo de 4 pasos:

UV Oxidation Analizadores UV Persulfato

Thermal Oxidation Oxidacion termica con alta T.

l

7Company Confidential

+ O O

Oxygen

C OO

Carbondioxide

O

HH

Water+

O-

N+

O

-O

Nitrate

+O

P-O

O-

O-

Phosphate

C N

C

COH

C

OH

C

O

C

N

CC

H2N

N

CN

O

P

O

OHO

P

OOH

O

P

O

HOOH

Adenosine-5'-triphosphate

Que es oxidacion

Los enlaces de Nitrogeno, Carbon y Fosforo son rotos y forman NO3 , CO2, PO4 y H2O.

C N

C

COH

C

OH

C

O

C

N

CC

H2N

N

CN

O

P

O

OHO

P

OOH

O

P

O

HOOH

Adenosine-5'-triphosphate

C10H10N5O13P3

Exact Mass: 500.95

Mol. Wt.: 501.13

C, 23.97; H, 2.01; N, 13.98; O, 41.50; P, 18.54

La formula de la oxidacion

CO2 = 10 moles usa 20 Atomos de oxigeno

H2O = 5 moles usa 5 Atomos de oxigeno

NO3 = 15 moles usa 15 Atomos de oxigeno

PO4 = 12 moles usa 12 Atomos de oxigeno

Oxigeno total requerido = 52 Atomos de oxigeno

Hay 13 atomos de oxigeno presentes en el

compuesto.

Por lo tanto 39 atomos de oxigeno seran

secuestrados del ambiente (rio, corriente,

proceso,etc.)

COT = 240 mgC/L

DQO = 1245 mgO/L

Como trabaja Biotector?

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C10 N5O1

3

P3H10

OH •

OH •

OH •OH •

Radicalesde Hidroxilo

Los enlaces de Nitrogeno, Carbon y Fosforo son rotos y forman NO3 , CO2, PO4 y H2O.

Company Confidential

Como trabaja el Biotector?

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Agent Potential (volts)

Fluorine F2 2.87Hydroxyl Radical 0OH 2.80

Sulfate radical 0SO4- 2.60

Oxygen radical 0O 2.42

Ozone molecule O3 2.07

Persulfate S2O82- 2.01

Hydrogen peroxide H2O2 1.78

Permanganate MnO4- 1.49

Chlorine Cl2 1.36

Dichromate Cr2O72- 1.33

Chlorine dioxide ClO2 1.27

Oxygen molecule O2 1.23Hypochlorite ClO- 0.90

Hydrogen H2 0.00

Potencial de oxidacion de agentes oxidantes

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• Por la exposicion de reactivos de alto pH a una concentracion de ozonose forman los radicales de Hidroxilo, los cuales son muy inestables y altamente corrosivos.

• Esto resulta en una oxidacion muy agresiva conocida como:” Two Stage Advanced Oxidation (TSAO)”.

• Este enfoque cambia totalmente los procedimientos anteriores para la medicion de COT

• Metodo patentado de oxidacion

Oxidacion avanzada en dos etapas

Como trabaja la tecnologia Biotector

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See Product videos at https://www.youtube.com/user/BioTector

Company Confidential

Rango de productos del Biotector

Medicion en Areas seguras y peligrosas

• B7000 (Series 4)

• B3500c (System C)

• Supplementary Products

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B4M TOC – Series 4 with Mixer ReactorBD4 TOC – Series 4 Dairy Version (with mixer reactor)

B4 TOC-TN – Series 4 with TN module (with NF300 Pump)

B4 TOC-TN-TP – Series 4 with TN & TP module (with NF300 Pump)

B3500c Standard B3500c Ultra Low

BNCU (BioTector Network Control Unit)Venturi SamplerFlow Through Sampling ChamberCompressor (for System C only)

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Mide hasta 6 corrientes: “Canales”

Tecnologia

Patentada

RANGO DE PRODUCTOS: B7000 CARACTERISTICAS

COT Carbon Organico Total

CT Carbon TotalCIT Carbon Inorganico TotalCOV Compuestos Organicosvolatiles.

Por Correlacion:

DQO Demanda quimica de O2

DBO Demanda Biologica de O2

Modulos opcionales:

TN Nitrogeno totalTP Fosforo Total

RANGO DE PRODUCTOS: B7000 CARACTERISTICAS:

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La robustes del Biotector B7000 garantiza su funciuonamiento en las aplicaciones mas dificiles.!

RANGO DE PRODUCTOS: B7000 CARACTERISTICAS

• Bajo mantenimiento– Servicio cada 6 meses,

– No requiere calibracion entre servicios

• Alta disponibilidad– 99.86% + Up-time MCERTS Certified

• Analisis de agua residual

• No se ve afectado por grasas, aceites, sales, particulas

• No requiere filtrado; Muestra completamente representativa.

• Operacion sencilla

• Facil de operar y de mantener. Diagnostico inteligente.

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RANGO DE PRODUCTOS: B3500 CARACTERISTICAS

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• Opcion de bajo precio para aplicaciones limpias. – Retorno de condensados

– Agua de enfriamiento

– Agua Potable

– Agua farmaceutica.

• Peso liviano y portable– 750mm x 500mm x 320mm

• Bajo consumo de reactivos– 19L de reactivos cada 6 meses

• Concentrador de oxigeno incorporado

• Configurable para CT, CIT, COT, COV, DQO*, DBO*

• MCRTS, Uptime > 99.86%

• Standard: – Rango 0-25ppm

– ±30ppb Precision

– COT & CIT en 5.5 minutos

• Ultra Bajo:– Rango 0-2ppm

– ±6 ppb Precision

– COT & CIT en 5 minutos

RANGO DE PRODUCTOS: B3500E CARACTERISTICAS

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• Rango 1: 0-250ppm, ±3% of reading

• Rango 2: 0-1000ppm, ±4% of reading

• Opcion de bajo costo para aplicaciones de efluentesde aguas: – Monitoreo de efluentes industriales de la PTAR.

– Monitoreo de efluentes Municipales de la PTAR

– Agua de lluvia y superficial

– Monitoreo de rios

– Agua de mar

• Puerto de una sola corriente con puerto manual

• Concentrador de oxigeno incorporado

• Mismos reactivos del B7000 (25L al menos 60days)

• Peso ligero y transportable– 750mm x 500mm x 320mm

• COT & CIT en apx 7.5 minutos

• Configurable para CIT, COT & CT

• Despues de la correlacion:– DQO, DBO

• Puede manipular particulas hasta 100 um.

RANGO DE PRODUCTOS: ACCESORIOS:

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• Sistema autocontenido y autolimpiante

• Puede traer una muestra desde 70m en la horizontal and 8m en la vertical

• Desarrollado para muestras extremadamente sucias experimentadas en refinerias, etc.

• Ciclo re retolavado con microburbujas.

• Camara de muestreo robusta en PFA de 10.5mm de facil limpieza con microburbujas de aire

• Disponible para areas seguras o peligrosas.

Venturi Sampler

• Ideal para muestras que contienen alto nivel de arenas o particulas

• Autolimpiante.

• Mangito movil para evital el crecimiento de algas

• Apto para trabajo con muestras de alta velocidad o baja presion desde el punto de muestreo.

Camara de trampa de arenas

Carcasas

RANGO DE PRODUCTOS: ACCESORIOS

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• Concentrador externo de oxigeno para B7000

• Paquete de filtros para concentrador de oxigeno(B3500c’s o IP65 B7000’s)

• Opcion de suministro del compresor cuando no hay airedisponible.

Concentrador externo de oxigeno, Compresor o Filtros

BNCU – BioTector Network Control Unit

• Para acceso remoto, control and revision de los analizadores en sitio a traves de conexiones alambricas de internet o intranet.

• Configurado de fabrica como esclavo para integarse en una red a traves de los procesadores de los medidores

• La unidad maestra puede recibir hasta 31 unidades esclavas.• Reuqrimiento de potencia, 4 Watts. Alimentado desde la fuente

interna del Biotector. • Velocidades de 10/100/1000 • Programacion de alarmas via e-mail

Comparacion de la tecnologiafrost & Sullivan, usa 2012

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• “BioTector es un modelo muy eficaz y un producto lider ”

• BioTector se ha convertido en líder del mercado con un estimado del 25 a 30% de la cuota del TOC Water & Wastewater en instrumentacion analítica en el mercado en los EE.UU

• "A través de las mejores prácticas y una convincente reputación entre los clientes, el Sistema Analítico BioTector desarrolló con éxito el crecimiento orgánico y robusto en los EE.UU.".

• “BioTector desarrolla constantemente complemento servicios de valor y amplía su línea de productos para satisfacer las necesidades en constante evolución en el mercado

Frost & Sullivan Best Practices Report available at www.biotector.com

BioTector gano el primer lugar con un 90%

El segundo lugar obtuvo un 66%

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BIOTECTOR STANDARDS & APROBACIONES

DIN-EN 1484

US EPA 415.1

ASTM D5173-97

DIN 38409-H3

ISO 8245

Biotector aplicaciones para medicion de COT

• Ambiental y regulatorios (COT, DQO, DBO….)

• Municipal e Industrial proteccion de PTAR, Control de carga• Monitoreo y control industrial

– Eficiencia de procesos– Perdida de producto– Optimizacion de la limpieza

• Agua y reutilizacion de productos– Aguas grices– Recuperacion de glicol (o de otros productos)

• Agua superficial/lluvias• Monitoreo de retorno de condensados• Monitoreo de agua de enfriamiento/rios

La lista sigue creciendo……

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Aplicaciones: Ambiental/Regulatorio, Proteccion PTAR, control & descargas

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Process 1

Process 2

Process 3

Process 4

Process 5

Process 6

DischargeWastewater Treatment Plant

TOC

TOC

TOC

TOC

TOC

TOC

TOC

TOC

Company Confidential

Aplicaciones: condensados

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Process breakthrough in

a heatexchanger will contaminatecondensate

return water and will damage the

boiler

Steam

Boiler Feed & Anti-

Corrosion Additives

To drain diversion @ >5ppm approx

Condensate return water is valuablebecause of the cost of treatment

Condensate Return

Process In

Process OutProcess Out

Process InProcess In

Process OutTOC

• Proteccion de la caldera• Optimizacion de re-uso

del agua• Optimizacion de gasto

energetico

• Reduccion de aditivos quimicos• Reduccion de costo de

tratamiento• CIT Monitoreo de alcalinidad

Aplicaciones: aguas lluvias

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Final Discharge from Treatment Plant

Waste Water Treatment Plant

Direct Discharge of Surface/Storm Water

Storm WaterRetention Pond

Administration Building

UtilityBuilding

TOC

Surface/Storm Collection System

Discharge via WWTP

P

Chemical Storage Area

ProductionBuilding 2

ProductionBuilding 1

ProductionBuilding 3

Porque medirlo?• Reuso del agua superficial• Tratamiento antes de la

descarga• Descarga directa

Aplicaciones: agua de enfriamiento

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Porque medirlo?• Reduccion de costos de re-uso del agua

- El agua de enfriamiento tiene un alto costo!

• Ahorro de energia• Amigable con el ambiente

Company Confidential

TECNOLOGIAS DISPONIBLES PARA LA MEDICION DE TOC

UV PERSULFATO

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Desventajas

• Oxidacion debil

•Requiere filtracion

• Sales 0.05% inhiben oxidacion

• Muestras con Turbidez/suciedad bloquean el UV

• degradacion de la lampara UV

• Material retenido en el reactor

• Requiere recalibracionfrecuente

• Alto mantenimiento

• No apto para la medicion de COV’s

•Face acida de oxidacion

Oxidacion termica

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Desventajas

• Volumen de la muestra <10 micro litros

• sistema de muestreo delicado

• Requiere filtrado

• Las sales y otros componentesse pueden adherir al horno.

•El reactor requiere limpiezafrecuente

• Alto mantenimiento

• Recalibracion frecuente

•Face acida de oxidacion

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La absorcion UV es calculada usando la siguiente ecuacion: A = − log (%T / 100%)

Donde A = Absorbancia, y T = Transmitanciacero Absorbancia = 100% Transmitancia)

UV light source

UV light

Water sample

Transmitted UV light UV

detector

• Componentes como los Beta-Carotenos con varios enlaces doblesabsorben la luz UV muy bien.

• Los azucares como la sacarosa y alcoholes como el metanol y el ethanol no absorven la luz UV.

• Iones inorganicos como los nitratos (NO3) y los Nitritos (NO2) tambienabsorven la luz UV (falsos positivos)

• Muchos sustancias organicas comunes no son detectadas (falsosNegativos) Alcoholes, azucares, acidos organicos, solventes tales como acetonas y hexanos.

• La absorcion UV No mide COT, DQO o DBO.

Beta-Carotene

Methanol Ethanol

Las lamparas de mercurio a baja presionemiten luz UV a una longitud de onda de 254 nm

Absorcion directa UV

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Chemical / solvent TOC tested, mgC/l

Result at 254nm, mgC/l

Sodium Oxalate 1,000 65

Formic acid 1,000 0

Tataric acid 1,000 0

1,10 Phenanthroline 1,000 4,300

Potassium Hydrogen Phthalate 1,000 1,000

Acetic Acid 1,000 0

Glucose 1,000 0

Glycidol 1,000 0

Phenol 1,000 163

Glycerol 1,000 0

Epichlorohydrin 1,000 0

Butyric acid 1,000 0

Ethyl Acetate 1,000 0

Acetone 1,000 14

Hexanoic acid 1,000 0

Glutamic acid 1,000 0

Tetrahydrofuran 1,000 0

2-Chloroethanol 1,000 0

Ethanol 1,000 0

Butanol 1,000 0

Diethyl ether 1,000 0

Hexanol 1,000 0

Methanol 1,000 0

Pyridine 1,000 1,625

N-Methyl-2-Pyrrolidone 1,000 0

Alanine 1,000 0

Acetamide 1,000 0

Acetonitrile 1,000 0

Ethylenediamine 1,000 0

Urea 1,000 0

Sodium Acetate 1,000 0

Humic acid 1,000 2,170

Aminoantipyrene 1,000 2,600

Histidine 1,000 0

Paranitrophenol 1,000 720

Valine 1,000 0

Company Confidential

Direct UV Absorption

Tecnologia Biotector

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Ventajas

• Oxidacion Poderosa

• No afectado por sales hasta 30%

• Puede manejar muestras con aceite, grasas, combustibles, particulas, etc.

• No requiere sistema de filtracion o sistema de muestreodelicado

• Reactor auto limpiante

• Linea de muestreo auto limpiante

• Bajo mantenimiento (6 meses)

• Alta disponibilidad (99.86% uptime by MCerts)

Company Confidential

CORRELACION ENTRE DQO Y DBO

TOC, TN & COD Result for 1000mg/l

Solvent Ratios

NAME TOC

(mgC/l) TN

(mgN/l) COD

(mgO/l) TN:TOC COD:TOC

Acetamide 407 237 2305 0.58 5.66

Acetic Acid 400 1067 2.67

Acetone 621 2206 3.55

Acetonitrile 585 341 3317 0.58 5.67

Alanine 405 157 1888 0.39 4.66

Benzene 923 3077 3.33

Butanol 649 2595 4.00

Butyric Acid 545 1818 3.34

Cellulose 444 1185 2.67

2-Chloroethanol 300 1100 3.67

Dichloromethane 141 565 4.01

Diethyl ether 649 2595 4.00

Dimethylformamide 493 192 2521 0.39 5.11

Epichlorhydrin 389 96 1297 0.25 3.33

Ethanol 522 2087 4.00

Ethyl Acetate 545 1818 3.34

Ethylenediamine 400 467 3733 1.17 9.33

EDTA 411 96 1425 0.23 3.47

Formic Acid 261 348 1.33

Glucose 400 1067 2.67

Glutamic Acid 408 95 1470 0.23 3.60

Glycerol 391 1217 3.11

Glycidol 487 1514 3.11

Glycol 387 1290 3.33

Hexane 837 3535 4.22

Hexanoic Acid 621 2207 3.55

Hexanol 706 2824 4.00

Humic Acid 396 6 1010 0.02 2.55

Methyl Acetate 486 1514 3.12

Methanol 375 1500 4.00

N-Methyl-2-Pyrrolidone 606 141 2667 0.23 4.40

1,10-Phenanthroline 800 155 3019 0.19 3.77

Phenol 766 2383 3.11

Potassium Hydrogen Phthalate 471 1136 2.41

Propylene Glycol 473 1684 3.56

Propan-2-ol 600 2400 4.00

Propylene Oxide 621 2207 3.55

Pyridine 760 177 3139 0.23 4.13

Sodium Oxalate 267 178 0.67

Starch 444 1185 2.67

Stearic Acid 761 2930 3.85

Styrene 923 3077 3.33

Tartaric Acid 320 533 1.67

Tetrahydrofuran 667 2444 3.66

Toluene 913 3130 3.43

Urea 200 467 2400 2.34 12.00

Carta de correlacion entre TOC, DQO y DBO

GRACIAS POR SU ATENCION!!