DBO y DQO: dos ensayos, dos preguntas distintas
La demanda química de oxígeno es el equivalente en oxígeno de la materia de una muestra que un oxidante químico fuerte puede oxidar en condiciones ácidas. El ensayo convencional digiere la muestra con dicromato en ácido sulfúrico a temperatura elevada, normalmente durante dos horas, y convierte el dicromato consumido en un equivalente de oxígeno. Es rápido, repetible y casi completo, y esa completitud es el punto: cuenta tanto lo que las bacterias no pueden tocar como lo que sí pueden.
La demanda bioquímica de oxígeno es el oxígeno que los microorganismos consumen al oxidar la muestra durante una incubación fija. El ensayo convencional corre cinco días a 20 grados Celsius, en oscuridad y con un inóculo. Mide lo que los organismos presentes pueden realmente usar dentro de esa ventana, lo cual es a la vez su valor y su limitación.
Así, los dos números responden preguntas distintas. La DQO pregunta cuánta materia oxidable hay en el agua. La DBO pregunta cuánta de ella puede consumir una población biológica en cinco días. Cuando la población está bien adaptada y el agua no es inhibidora, la segunda sigue de cerca a la primera y la relación entre ambas es alta. Cuando no, el tamaño de la brecha es la respuesta a una pregunta que ninguna de las dos cifras responde por sí sola.
Qué ve y qué no ve cada ensayo
La DQO ve la mayoría de los compuestos orgánicos, incluidos los que resisten el ataque biológico, y también ve ciertas especies inorgánicas que el dicromato oxida: sulfuro, sulfito, hierro ferroso, nitrito y cloruro cuando no está enmascarado. Una cifra de DQO puede por tanto elevarse por materia que ningún proceso biológico eliminará, y un agua residual salina dará una DQO alta por razones que nada tienen que ver con su carga orgánica.
La DBO ve la fracción biodegradable, y solo la parte de ella que se consume en cinco días. La demanda carbonosa es aquello para lo que suele citarse la cifra, aunque los organismos nitrificantes arrastrados con el inóculo también consumen oxígeno dentro de la ventana e inflan el resultado. La otra cara de la misma moneda es la inhibición: cualquier cosa que detenga a los organismos, ya sea un tóxico, un pH extremo o un residuo de desinfección, suprime el ensayo. Un agua residual tóxica puede por tanto devolver una DBO baja no porque la materia sea refractaria, sino porque los organismos se detuvieron antes de poder trabajar.
La relación DBO/DQO en aguas residuales como primera lectura
Dividir la DBO entre la DQO en la misma muestra da la fracción de la materia oxidable que una población biológica puede asimilar en cinco días, y la relación DBO/DQO en aguas residuales se lee como una primera estimación de la biodegradabilidad. Las bandas que suelen citarse provienen de la práctica municipal e industrial mixta: por encima de aproximadamente 0.5 el agua suele describirse como fácilmente biodegradable y una etapa biológica encaja con comodidad; entre aproximadamente 0.3 y 0.5 una ruta biológica sigue siendo realista, pero exige un cultivo aclimatado y una mayor retención de biomasa; por debajo de aproximadamente 0.3 la ruta biológica tendrá dificultades por sí sola. Lea esas bandas como un método de partida y no como una especificación, porque son convenciones de la experiencia y no umbrales que un agua residual concreta deba obedecer.
Y una relación es, por construcción, un instrumento tosco. Es un solo número que resume una mezcla, y dos aguas residuales con la misma relación pueden ser problemas por completo distintos. Leer de ella la tratabilidad de las aguas residuales industriales es un punto de partida y no una conclusión.
Dónde engaña la relación
- Una relación baja no significa materia refractaria. La DQO incluye sólidos sedimentables y particulados, y una fracción suspendida grande deprime la relación a la vez que es removible por sedimentación o cribado y no por biología. Medir ambos ensayos en una muestra filtrada separa las dos preguntas.
- Una relación baja puede ser un resultado de inhibición y no de biodegradabilidad. Un tóxico, una excursión de pH o un oxidante residual detienen a los organismos en la botella y la DBO cae por una razón que la planta no reproducirá una vez que el vertido se diluya o se neutralice.
- Una relación baja puede ser un resultado del inóculo. Un inóculo no aclimatado no puede degradar un compuesto industrial en cinco días, mientras que el cultivo de una planta que ha visto el vertido durante meses sí puede. El ensayo de laboratorio subestima a la planta.
- La nitrificación en la botella infla la DBO y por tanto la relación, de modo que una muestra con un inóculo nitrificante y una carga alta de amoníaco da una lectura mejor de lo que merece su demanda carbonosa.
- El cloruro y otros reductores inorgánicos inflan la DQO, de modo que un agua residual de alta salinidad da una relación demasiado baja hasta que se enmascara la interferencia.
- Dos métodos de DQO distintos, o un cambio de laboratorio, dan dos relaciones distintas para la misma agua. Comparar relaciones entre métodos es comparar métodos.
- La ventana de cinco días es una convención. Un compuesto que se degrada lentamente puede no aparecer en ella en absoluto, de modo que una relación baja puede significar lento y no imposible.
La DQO soluble en aguas residuales responde más
Medir ambos ensayos en una muestra filtrada, convencionalmente a través de un filtro de 0.45 micrómetros, da el par soluble, y la DQO soluble en aguas residuales es aquello por lo que realmente se pregunta a una etapa biológica. La parte sedimentable es un cometido físico que corresponde aguas arriba, al cribado, al desarenado y a la sedimentación primaria; la parte soluble es el trabajo que llega a la biología. Cuando la relación total es baja y la relación soluble es alta, la planta necesita mejor remoción de sólidos y no una biología distinta.
Dos cifras y una relación siguen sin ser un estudio de tratabilidad. El pH, la temperatura, la salinidad, la presencia de un inhibidor específico y la disponibilidad de nitrógeno y fósforo deciden si la biología puede funcionar, y ninguno de ellos aparece en la relación. Todos pertenecen al mismo informe de muestra.
De la relación a una decisión de proceso
Cómo determinarla cuando la relación es ambigua: corra la serie de DBO a cinco, diez y veinte días, o use un respirómetro con el inóculo real, y lea la forma de la curva de consumo de oxígeno y no un solo punto de ella. Una curva que sigue subiendo dice que la materia es biodegradable y lenta; una curva que se aplana pronto dice que esa población no va a consumirla en un tiempo útil.
Cuando la relación es alta, la decisión es directa: una etapa biológica, dimensionada sobre la carga orgánica y de nitrógeno. Cuando es moderada, la decisión es sobre tiempo y adaptación, lo que suele significar una mayor retención de biomasa y un volumen de homogenización en lugar de un proceso distinto. Cuando la relación soluble es genuinamente baja en un agua que se ha ensayado con un inóculo adaptado, la elección está entre degradar la fracción refractaria antes de la biología, con un paso de oxidación química como Fenton o microelectrólisis, y eliminar el residual por medios fisicoquímicos al final del tren. Ambas rutas se cubren en la página de tratamiento químico y avanzado, y cuál aplica lo deciden los compuestos del agua y no la relación por sí sola.
Errores comunes
- Tratar la relación como una nota de aprobado para el tratamiento biológico y abandonar la pregunta una vez que supera un umbral.
- Comparar una DBO y una DQO medidas en muestras distintas, o en la misma muestra con diluciones distintas, cuando una de las dos estaba fuera de su rango de trabajo.
- Leer una DBO suprimida como evidencia de materia refractaria sin comprobar la toxicidad, el pH y el oxidante residual.
- Comparar cifras de DQO de dos laboratorios que usan métodos de digestión distintos o enmascaramiento de cloruro distinto.
- Citar la relación del agua residual cruda cuando la pregunta que se hace es sobre la fracción soluble que llega a la biología.
- Olvidar que el dato de diseño es la carga y no la concentración: la misma relación con el doble de caudal es el doble de problema.
Autoverificación antes de que la relación decida el proceso
- ¿Se corrieron los ensayos de DQO y DBO en la misma muestra, al mismo tiempo y en el mismo laboratorio?
- ¿Es la muestra representativa de la carga que verá la planta, incluido el día de producción pico y no uno tranquilo?
- ¿Se ha calculado la relación tanto para la muestra total como para la filtrada?
- ¿Se comprobó la muestra en busca de inhibidores y se corrió la DBO con un inóculo aclimatado cuando hay un vertido industrial de por medio?
- ¿Se cita la cifra de DQO con su método, para que pueda compararse con resultados anteriores?
- ¿Se ha corrido un ensayo de mayor duración o respirométrico cuando la relación se sitúa en la banda ambigua?
- ¿Se ha declarado la norma de vertido, para que la remoción requerida se lea del permiso y no de la relación?
- ¿Se registra la carga, en kilogramos por día, junto con la concentración?
De una relación a un tren de tratamiento
La relación es la primera página de una pregunta de tratabilidad y no la última. Dice si la biología tiene una oportunidad por sí sola, y el resto de la respuesta viene de los compuestos específicos, la norma de vertido, el caudal y un ensayo corrido con el agua real y un inóculo real. La tabla de calidad de diseño del afluente y la tabla de normas de vertido a tren de proceso fijan los dos extremos de ese cálculo y, donde la fracción refractaria tenga que degradarse antes de la biología, la página de tratamiento químico y avanzado describe los equipos de dosificación y oxidación que lo hacen. Lo que una sola unidad compacta eliminará de su agua se confirma con la fábrica para su análisis de afluente y su norma de vertido, en lugar de suponerse a partir de una tabla.