Parámetros del agua residual: sólidos, DBO y DQO explicados

Características del Agua Residual

Características Físicas

• Color
• Olor
• Contenido de sólidos
• Temperatura

Características Químicas

• pH
• Sólidos Totales (ST) / Sólidos Disueltos Totales (SDT) / Sólidos Suspendidos Totales (SST) / Sólidos Volátiles (SV)
• Alcalinidad y Acidez
• Contenidos orgánicos e inorgánicos
• Demanda Química de Oxígeno (DQO / COD)

Características Biológicas

• Oxígeno Disuelto (OD)
• Toxicidad
• Potencial Redox

Clasificación de Sólidos en Aguas Residuales

Por su Tamaño y Estado Físico

• Sólidos Suspendidos: Partículas que no se disuelven y pueden ser retenidas por un filtro.
• Sólidos Disueltos: Sustancias que pasan a través de un filtro estándar (generalmente de 0.45 µm).

Por Características Químicas (Composición)

• Sólidos Volátiles (SV): Fracción de los sólidos (suspendidos o disueltos) que se pierde por ignición (calcinación a ~550°C). Se asocia principalmente con la materia orgánica.
• Sólidos Fijos (SF): Fracción de los sólidos que permanece después de la ignición. Corresponde a la materia inorgánica o mineral.

Sólidos Sedimentables

Son una fracción de los sólidos suspendidos que sedimentan en un tiempo determinado (usualmente en un cono Imhoff). Pueden ser:

• Suspendidos Sedimentables Volátiles
• Suspendidos Sedimentables Fijos

Nota sobre Sólidos

Los sólidos disueltos no son retenidos por un filtro estándar. Solo la materia orgánica se considera volátil al incinerarse. Los sólidos no volátiles son los fijos, correspondientes a la fracción inorgánica o mineral.

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO / BOD)

Definición

La DBO es un parámetro fundamental para medir la cantidad de materia orgánica biodegradable presente en un agua residual (AR). Representa la cantidad de oxígeno (O₂) requerido por los microorganismos para estabilizar bioquímicamente la materia orgánica carbonatada bajo condiciones aeróbicas.

Prueba Estándar (DBO₅)

En la prueba estándar de 5 días a 20°C, se estima que se oxida aproximadamente el 60-70% de la materia orgánica carbonatada biodegradable presente.

Criterios para la Medición de DBO₅

1. Se debe consumir al menos 2 mg/L de Oxígeno Disuelto (OD) debido a la actividad microbiana después de 5 días de incubación.
2. La concentración final de OD en la muestra incubada no debe ser menor a 1 mg/L para asegurar condiciones aeróbicas durante toda la prueba.

Significado de la DBO

1. Indica la fracción biodegradable de la materia orgánica contenida en el agua residual.
2. Es un indicador de la velocidad a la que se degrada la materia orgánica en el agua residual.
3. Permite evaluar la tasa de consumo de oxígeno en función del tiempo.
4. Cuantifica la cantidad de oxígeno necesario para la estabilización bioquímica de la materia orgánica presente.

Limitaciones de la Prueba de DBO

1. Requiere la presencia de una población de microorganismos metabólicamente activos y aclimatados a la muestra.
2. Puede necesitar un pretratamiento para eliminar sustancias tóxicas o para inhibir la actividad de bacterias nitrificantes si solo se desea medir la DBO carbonatada.
3. Solo mide la materia orgánica biodegradable, no la materia orgánica total ni la refractaria.
4. La DBO no sigue una relación estequiométrica directa y predecible para todas las aguas residuales.
5. Requiere periodos de tiempo prolongados (estándar de 5 días).
6. En algunos casos, 5 días pueden no ser suficientes para que los microorganismos asimilen adecuadamente toda la materia orgánica biodegradable presente.
7. La relación DBOu / DBO₅ (Demanda Última / Demanda a 5 días) puede variar considerablemente incluso para la misma agua residual bajo diferentes condiciones.

Demanda Bioquímica de Oxígeno Última (DBOu)

La DBOu representa la etapa en la que teóricamente ya no hay consumo de oxígeno, indicando que la materia orgánica carbonatada biodegradable ha sido estabilizada por completo. Es una medida teórica de la materia orgánica total carbonatada biodegradable presente en la muestra.

Nitrificación en la Prueba de DBO

La nitrificación es el proceso biológico de oxidación del amoníaco a nitrito y luego a nitrato. Este proceso requiere una cantidad significativa de oxígeno. La cantidad de O₂ asociada a la nitrificación se conoce como Demanda Bioquímica de Oxígeno Nitrogenada (DBON). Si no se inhibe, la DBO medida puede incluir tanto la demanda carbonatada como la nitrogenada.

Demanda Teórica de Oxígeno (DTO / ThOD)

La DTO puede determinarse teóricamente a partir de la estequiometría de las reacciones químicas de oxidación completa de las sustancias orgánicas presentes, si se conoce su composición química exacta. Es una aproximación que puede tener un alto grado de error en aguas residuales complejas, pero sirve como punto de partida para algunos cálculos.

Demanda Química de Oxígeno (DQO / COD)

Definición

La DQO mide la cantidad de oxígeno equivalente necesario para la oxidación química de la materia orgánica e inorgánica oxidable presente en el agua, utilizando un agente químico oxidante fuerte en condiciones ácidas y de alta temperatura. El objetivo es proporcionar (medir) el máximo número de electrones que pueden ser removidos (oxidados) de las sustancias presentes en la muestra.

Características de la Medición

• Las muestras de agua son calentadas a reflujo con un exceso conocido de dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇) en presencia de ácido sulfúrico concentrado (H₂SO₄) y sulfato de plata (Ag₂SO₄) como catalizador.
• La materia orgánica (y otras sustancias oxidables) se oxida, consumiendo parte del dicromato (Cr₂O₇²⁻), que se reduce a ion crómico (Cr³⁺). La cantidad de dicromato consumido se determina por titulación o espectrofotometría.
• No todo el sustrato orgánico es completamente oxidado por el K₂Cr₂O₇ bajo las condiciones de la prueba.
• El rendimiento de oxidación puede variar, típicamente entre el 65% y el 95% o más, dependiendo de la naturaleza de los compuestos orgánicos.

Interferencias

• La presencia de cloruros (Cl⁻) es la interferencia más común, ya que son oxidados por el K₂Cr₂O₇, generando resultados de DQO artificialmente altos.
• Para evitar esta interferencia, se debe adicionar sulfato de mercurio (HgSO₄) antes del reflujo. El HgSO₄ reacciona con los cloruros para formar un complejo soluble (HgCl₂) que es poco oxidable en las condiciones de la prueba.
• Si no se añade suficiente HgSO₄, los cloruros pueden precipitar el catalizador de Ag₂SO₄ formando AgCl, reduciendo la efectividad de la oxidación.

Ventajas de la DQO

• Rapidez: El tiempo de análisis (aprox. 2-3 horas) es significativamente menor que el de la DBO (5 días).
• Manipulación y Costos: Generalmente, la manipulación y los costos de equipo pueden ser menores o comparables a los de la DBO, dependiendo del método específico.
• Oxidación Amplia: La DQO puede oxidar compuestos orgánicos que no son fácilmente biodegradables, proporcionando una medida más cercana a la carga orgánica total.
• Reproducibilidad: Los resultados de DQO suelen ser más reproducibles que los de DBO.
• Estimación de DBOu: Para muchas aguas residuales domésticas, la DQO (a veces ajustada por el equivalente de oxígeno para amoníaco y nitrógeno orgánico) puede ser una buena estimación de la DBOu.
• Utilidad para DBO: La DQO es útil para estimar las diluciones necesarias en los ensayos de DBO.

Limitaciones de la DQO

• Algunos compuestos orgánicos (ej. piridina, benceno) no son oxidados eficientemente bajo las condiciones químicas de la prueba, o pueden escaparse como compuestos volátiles durante el calentamiento.
• Se requiere precaución en el manejo de los reactivos (ácido sulfúrico concentrado, dicromato de potasio, sulfato de mercurio).
• La interferencia de cloruros puede afectar significativamente los resultados si no se maneja adecuadamente.
• No se aconseja para obtener resultados precisos en aguas con alta salinidad (aguas saladas) debido a la alta concentración de cloruros.
• No distingue entre materia orgánica biodegradable y no biodegradable.