1. INTRODUCCIÓN
La Ingeniería ambiental se ha dedicado a diseñar proyectos y tecnologías para la descarga de agua residual de forma segura en cuerpos de agua, es decir, ha desarrollado estrategias para lograr una disposición sanitaria de los líquidos residuales generados por la actividad humana considerando la protección al ambiente.
Las aguas residuales de origen doméstico e industrial vertidas en cuerpos de aguas sin ningún tipo de tratamiento constituyen una amenaza para la salud humana y representa un riesgo para todos los ecosistemas que hacen vida en el planeta. El derrame de los efluentes industriales y agrícolas, así como las aguas residuales de origen urbano y hospitalario pueden contaminar las aguas subterráneas y superficiales. Los derrames de tanques de almacenamientos industriales que contienen reactivos químicos, construidos debajo de la corteza terrestre también pueden afectar suelos, aguas subterráneas, pozos, ríos, lagos y mares, causando la muerte de las especies que habitan esos espacios. Por otro lado, como consecuencia del incremento de la población en las áreas urbanas y el surgimiento de las nuevas industrias, la saturación de los sistemas de drenajes y alcantarillados de aguas residuales han causado impacto negativo en cuerpos de aguas superficiales.
Para una gestión responsable del recurso hídrico, previniendo daños ambientales y protegiendo la salud pública, existen unos análisis indispensables de realizar:
- DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno)
- DQO (Demanda Química de Oxígeno)
Ambos parámetros son cruciales para evaluar la carga de contaminantes orgánicos en el agua, permiten monitorear su calidad, verificar el cumplimiento de normativas ambientales y garantizar la eficiencia de los tratamientos. En consecuencia, la determinación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) y la Demanda Química de Oxígeno (DQO) es esencial para evaluar el impacto ambiental de las descargas de aguas residuales en los ecosistemas receptores.
Estos parámetros actúan como indicadores críticos de la carga orgánica total. Mientras la DBO cuantifica la fracción biodegradable mediante la actividad microbiana, la DQO mide la totalidad de sustancias susceptibles de oxidación química, incluyendo compuestos recalcitrantes o tóxicos.
2. INDICE DE BIODEGRADABILIDAD
La DBO es un indicador crítico que mide la cantidad de oxígeno consumido por los microorganismos al degradar la materia orgánica biodegradable. Un valor de DBO elevado advierte sobre una alta carga de residuos orgánicos (como desechos fecales o restos de alimentos). Por otro lado, la DQO ofrece un espectro más amplio, ya que mide la cantidad de oxígeno necesario para oxidar tanto la materia orgánica biodegradable como la no biodegradable, además de ciertos compuestos inorgánicos, mediante el uso de oxidantes químicos fuertes. Debido a que la DQO incluye sustancias recalcitrantes y agentes tóxicos, como plásticos, detergentes, aceites y metales industriales, que no pueden ser degradados biológicamente, su valor es siempre superior al de la DBO. Esta diferencia es fundamental para caracterizar la naturaleza de la descarga y determinar la tratabilidad del efluente
Cuando el valor de la DQO es significativamente superior al de la DBO, se confirma la presencia de vertidos industriales o sustancias tóxicas recalcitrantes que el microbiota natural no puede degradar. Si ambos indicadores presentan valores elevados, el ecosistema sufre una degradación severa al perder su capacidad de autodepuración. Este proceso se manifiesta visualmente mediante el aumento de la turbiedad y la generación de olores fétidos, culminando en la formación de ‘zonas muertas’ donde la hipoxia extrema erradica la biodiversidad y anula la aptitud del agua para el consumo humano.
El cálculo de la relación entre ambos parámetros, índice de biodegradabilidad (relación DBO/DQO) permite determinar el origen de la contaminación y evaluar la capacidad de autodepuración del medio, facilitando la toma de decisiones técnicas y el cumplimiento de los estándares normativos vigentes para la preservación de los recursos hídricos (Figura 1).
Figura 1. Indicadores de Calidad del Agua: DBO y DQO. Biodegradabiidad
(Generada con GEMINI IA)
Una relación cercana a la unidad (generalmente > 0,6) sugiere un predominio de residuos orgánicos de origen doméstico o urbano, lo que permite la purificación mediante procesos biológicos. Por el contrario, una diferencia amplia entre ambos parámetros indica un origen industrial, señalando la necesidad de tratamientos químicos complejos. Es fundamental comprender que, cuando estos parámetros se disparan, los cuerpos de agua dejan de ser recursos vitales para convertirse en vertederos, amenazando la salud pública y el equilibrio ecológico global. En la tabla 1 se presentan los Rangos del Índice de Biodegradabilidad (IB)
Tabla 1. Rango del Índice de Biodegradabilidad (IB)
| Valor IB | Clasificación del Agua | Tratamiento Recomendado | Origen Probable |
| > 0,6 | Altamente biodegradable | Biológico convencional (Lodos activados, filtros) | Doméstico / Urbano |
| 0,4 – 0,6 | Moderadamente biodegradable | Biológico con adaptación o pretratamiento | Mixto (Urbano e Industrial) |
| 0,2 – 0,4 | Baja biodegradabilidad | Fisicoquímico y Biológico | Industrial (Químico, Textil) |
| < 0,2 | No biodegradable (Tóxico) | Químico (Procesos de Oxidación Avanzada) | Industrial Pesado o Minero |
3. Determinación de la DBO
La DBO es la cantidad de oxígeno consumido por microorganismos durante la oxidación biológica de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas. Los microorganismos tienen la capacidad de oxidar naturalmente la materia orgánica de plantas, animales y hongos en descomposición o de fragmentos de rocas que se acumulan en el ambiente como hojas caídas o sedimentos. `
El método estándar aceptado internacionalmente para la determinación de la DBO es el Método de Incubación de 5 días, descrito detalladamente en el manual «Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater» (Método 5210 B: Prueba de DBO de 5 Días). En este método la muestra de agua en estudio se incuba por cinco (5) días a 20 °C, con medición de oxígeno disuelto al inicio y al final.
El estándar del uso de los 5 días fue establecido por la Royal Commission on Sewage Disposal del Reino Unido. Se eligió este periodo porque, en Inglaterra, se estimaba que ningún río tardaba más de 5 días en fluir desde su nacimiento hasta su desembocadura en el mar. Por lo tanto, de acuerdo con ese criterio, 5 días era el tiempo máximo que el agua residual podía afectar al ecosistema fluvial antes de diluirse en el océano.
Por otro lado, en un análisis de DBO, se busca medir la oxidación del carbono (materia orgánica). Después de 5 a 8 días, empiezan a actuar las bacterias nitrificantes (que oxidan amoníaco). Al detener la prueba a los 5 días, se garantiza que el oxígeno consumido corresponde mayoritariamente a la materia orgánica carbonosa, evitando interferencias que aumentarían el resultado.
Se seleccionó 20 °C por ser la temperatura media de los ríos europeos durante el verano, representando el escenario más crítico donde el oxígeno es naturalmente más bajo y la actividad bacteriana es alta. A 20 °C, el metabolismo bacteriano es lo suficientemente rápido para obtener resultados medibles, pero lo suficientemente estable para ser reproducible en cualquier laboratorio del mundo.
Además, la incubación se hace en total oscuridad para evitar que cualquier microalga presente en la muestra realice la fotosíntesis, lo cual produciría oxígeno y daría un resultado de DBO erróneo (más bajo de lo real).
En términos generales para aplicar el Método de Incubación de 5 días se realiza lo siguiente:
- Preparación y Dilución. Dado que el agua residual puede agotar el oxígeno muy rápido, se mezcla la muestra con agua de dilución enriquecida con nutrientes (fosfatos, sales de magnesio, calcio y hierro) y saturada de oxígeno. Si la muestra ha sido desinfectada o es industrial (poca carga bacteriana), se añaden microorganismos para asegurar la biodegradación (inoculo)
- Muestras. Se colocan una cantidad especifica de agua residual en estudio en botellas tipo Winkler (de 300 ml de capacidad), y se completa con agua de dilución
- Medición Inicial. Se mide el oxígeno disuelto (OD) inmediatamente después de la preparación.
- Incubación: Las muestras se colocan se sellan herméticamente en las botellas Winkler para evitar la entrada de aire y se guardan en la oscuridad a 20 °C durante exactamente 5 días. La oscuridad evita que las algas produzcan oxígeno por fotosíntesis.
- Medición Final. Tras los 5 días, se mide el oxígeno residual. La diferencia entre el valor inicial y el final, ajustada por el factor de dilución, es la DBO.
En la Segunda parte de este artículo se explicarán los métodos para la determinación de DQO y el oxígeno disuelto de la DBO. Además, se realizarán unas consideraciones finales en relación con la aplicación de la relación DBO/DQO y su importancia.
4. BIBLIOGRAFÍA
- Rice, E. W., Baird, R. B., & Eaton, A. D. (Eds.) (2005). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (21th ed.). American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA), Water Environment Federation (WEF).
- Metcalf & Eddy, Inc. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5ta ed.). McGraw-Hill Education.
- Sawyer, C. N., McCarty, P. L., & Parkin, G. F. (2000). Química para la Ingenieria Ambiental (4ta ed.). McGraw-Hill Education.
- OMS Organización Mundial de la Salud (2017). Guías para la calidad del agua de consumo humano (4ta ed.). Ediciones de la OMS.
- Hach Company (2017). Water Analysis Handbook (9na ed.). Hach Company
