Demanda biológica de oxígeno

Botellas para el ensayo de determinación de DBO con sensores digitales en el laboratorio de una planta depuradora.

La demanda biológica de oxígeno o demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es un parámetro que mide la cantidad de dioxígeno consumido al degradar la materia orgánica de una muestra líquida.

Es la materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se utiliza para medir propiamente el grado de contaminación; normalmente se mide transcurridos cinco días de reacción (DBO₅) y se expresa en miligramos de oxígeno diatómico por litro (mg O₂/l).

El método de ensayo se basa en medir el dioxígeno consumido por una población microbiana en condiciones en las que se han inhibido los procesos fotosintéticos de producción de dioxígeno en condiciones que favorecen el desarrollo de los microorganismos. La curva de consumo de dioxígeno suele ser al principio débil y después se eleva rápidamente hasta un máximo sostenido, bajo la acción de la fase logarítmica de crecimiento de los microorganismos.

Es un método aplicable en aguas continentales (ríos, lagos o acuíferos), aguas negras, aguas pluviales o agua de cualquier otra procedencia que pueda contener una cantidad apreciable de materia orgánica. Este ensayo es muy útil para la apreciación del funcionamiento de las estaciones depuradoras.

No es aplicable, sin embargo, a las aguas potables, ya que al tener un contenido tan bajo de materia oxidable la precisión del método no sería adecuada. En este caso se utiliza el método de oxidabilidad con permanganato de potasio.

Según McKinney (1962), «El test de la DBO fue propuesto por el hecho de que en Inglaterra ningún curso de agua demora más de cinco días en desaguar (desde su nacimiento a su desembocadura). Así la DBO es la demanda máxima de dioxígeno que podrá ser necesaria para un curso de agua inglés».

El método pretende medir, en principio, exclusivamente la concentración de contaminantes orgánicos. Sin embargo, la oxidación de la materia orgánica no es la única causa del fenómeno, sino que también intervienen la oxidación de los nitritos y de las sales amoniacales, susceptibles de ser también oxidadas por las bacterias en disolución. Para evitar este hecho se añade N-aliltiourea como inhibidor. Además, influyen las necesidades de dioxígeno originadas por los fenómenos de asimilación y de formación de nuevas células.

También se producen variaciones significativas según las especies de gérmenes, la concentración de estos y su edad, y la presencia de bacterias nitrificantes y de protozoos consumidores propios de dioxígeno que se nutren de las bacterias, entre otras causas. Por todo ello este test ha sido constantemente objeto de discusión: sus dificultades de aplicación, interpretación de los resultados y reproductibilidad se deben al carácter biológico del método.

Índice

Procedimiento de ensayo (método por dilución)

El objeto del ensayo consiste en medir la cantidad de oxígeno diatómico disuelto en un medio de incubación al comienzo y al final de un período de cinco días, durante el cual la muestra se mantiene al abrigo del aire, a 20°C y en la oscuridad, para inhibir la eventual formación de oxígeno por las algas mediante la fotosíntesis. Las condiciones de la medida, en las que el agua a estudiar está en equilibrio con una atmósfera cuya presión y concentración en oxígeno permanecen constantes, se acercan así a las condiciones reales de la auto depuración de un agua residual.

Para su determinación se dispone de métodos de dilución y métodos instrumentales que se derivan de métodos respirométricos que permiten seguir automáticamente la evolución de la DBO en el curso de oxidación de las materias orgánicas contenidas en el agua.

Reactivos

• Agua destilada
• Agua residual urbana reciente
• Solución fosfatos:
  • Monohidrógenofosfato de sodio: 8,493 g
  • Dihidrogenofosfato de potasio: 2,785 g
  • Agua destilada hasta enrase a 1000 ml

Homogeneizar perfectamente la solución:

• Solución de sulfato de magnesio de 20 g/l
• Solución de cloruro de calcio de 25 g/l
• Solución de cloruro de hierro de 1,5 g/l
• Solución de cloruro de amonio de 2 g/l

Preparación del agua de dilución. Se prepara a partir de agua destilada introduciendo en un recipiente:

• Solución de fosfato…………………………5 ml
• Solución de sulfato magnésico…………1 ml
• Solución de cloruro cálcico………………1 ml
• Solución de cloruro de hierro…………1 ml
• Solución de cloruro amónico……………1 ml
• Agua destilada hasta enrase a 1000 ml

Esta solución se mantiene a 20 °C y debe de airearse procurando evitar toda contaminación por metales, materias orgánicas, oxidantes o reductores. Se detendrá la aireación cuando la solución contenga 8 mg/l de oxígeno disuelto. Dejar en reposo durante 12 horas manteniendo el recipiente destapado. Añadir 5 ml de agua residual urbana por litro de esta solución. Esta agua de dilución, deberá utilizarse dentro de las 24 horas siguientes a su preparación.

Procedimiento

La técnica utilizada para la medición es la siguiente: Se introduce un volumen definido de la muestra líquida en un recipiente opaco que evite que la luz pueda introducirse en su interior (se eliminarán de esta forma las posibles reacciones fotosintéticas generadoras de gases), se introduce un agitador magnético en su interior, y se tapa la boca de la botella con un capuchón de goma en el que se introducen algunas lentejas de sosa. Se cierra la botella con un sensor piezoeléctrico, y se introduce en una estufa refrigerada a 20 °C.

Las bacterias irán oxidando la materia orgánica del interior de la disolución, con el consecuente gasto de oxígeno del interior de la botella. Estas bacterias, debido al proceso de respiración, emitirán dióxido de carbono que será absorbido por las lentejas de sosa. Este proceso provoca una disminución interior de la presión atmosférica, que será medida con el sensor piezoelétrico.

En detalle:

1. Introducir un volumen conocido de agua a analizar en un matraz aforado y completar con el agua de dilución.
2. Verificar que el pH se encuentra entre 6-8. ( En caso contrario, preparar una nueva dilución llevando el pH a un valor próximo a 7 y después ajustar el volumen)
3. Llenar completamente un frasco con esta solución y taparlo sin que entren burbujas de aire.
4. Preparar una serie de diluciones sucesivas.
5. Conservar los frascos a 20 °C ± 1 °C y en la oscuridad.
6. Medir el oxígeno disuelto subsistente al cabo de cinco días.
7. Practicar un ensayo testigo determinando el oxígeno disuelto en el agua de dilución y tratar dos matraces llenos de esta agua como se indicó anteriormente.
8. Determinar el oxígeno disuelto.

En el curso del ensayo testigo, el consumo de oxígeno debe situarse entre 0,5 y 1,5 g/l. En el caso contrario, la inoculación con el agua destilada no es conveniente y se necesitará modificar la preparación. Para la determinación de oxígeno disuelto (OD) se puede emplear cualquiera de los dos métodos establecidos en la norma mexicana NMX-AA-012-SCFI.

Expresión de los resultados

DBO₅= F (T0-T5)-(F-1)(D0-D5)

Donde:

D0 = Contenido de oxígeno (mg/l) del agua de dilución al principio del ensayo.

D5 = Contenido medio de oxígeno (mg/l) del agua de dilución al cabo de cinco días de incubación.

T0 = Contenido de oxígeno (mg/l) de una de las diluciones de la muestra al principio del ensayo.

T5 = Contenido de oxígeno (mg/l) de una de las diluciones de la muestra al cabo de cinco días de incubación.

F = Factor de dilución.

Valores por encima de 30 mgO₂/litro pueden ser indicativos de contaminación en aguas continentales, aunque las aguas residuales pueden alcanzar una DBO de miles de mgO₂/litro.

Véase también

• Demanda química de oxígeno