Calculadora de demanda bioquímica de oxígeno (DBO₅)
Calcula la demanda bioquímica de oxígeno a 5 días (DBO₅) de una muestra de agua diluida a partir del oxígeno disuelto inicial y final, la fracción de dilución y la corrección por semilla opcional, conforme al Método Estándar 5210B de la APHA.
Cálculo de la DBO₅ a partir de una muestra diluida
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO₅)
Donde:
- \(D_1\) — oxígeno disuelto en la muestra diluida el día 0 (mg/L)
- \(D_2\) — oxígeno disuelto restante tras 5 días de incubación a 20 °C (mg/L)
- \(B_1\) — oxígeno disuelto del día 0 en el frasco control de la semilla (mg/L)
- \(B_2\) — oxígeno disuelto en el frasco control de la semilla tras 5 días (mg/L)
- \(f\) — fracción de semilla: cociente entre el volumen de semilla del frasco de muestra y el volumen de semilla del frasco control
- \(P\) — fracción de dilución: la parte del volumen final del frasco que corresponde a la muestra original (se introduce como porcentaje, p. ej. 5 % = 0,05)
El numerador es el oxígeno consumido realmente por la materia orgánica de la muestra (una vez descontada la demanda propia de la semilla); al dividir entre \(P\) se convierte ese consumo en la demanda del agua sin diluir.
Demanda bioquímica de oxígeno – Ejemplo de cálculo
Ejemplo: se diluye una muestra de agua residual al 5 % (1 parte de muestra en 20 partes totales) con agua de dilución sembrada. El frasco diluido presenta \(D_1 = 9.0\) mg/L al inicio y \(D_2 = 4.2\) mg/L tras 5 días. El frasco control de la semilla cae de \(B_1 = 9.0\) a \(B_2 = 6.6\) mg/L, y la fracción de semilla es \(f = 0.05\).
\[ D_1 - D_2 = 9.0 - 4.2 = 4.8 \text{ mg/L} \]
\[ (B_1 - B_2)\,f = (9.0 - 6.6) \times 0.05 = 0.12 \text{ mg/L} \]
\[ \mathrm{BOD}_5 = \frac{4.8 - 0.12}{0.05} = \frac{4.68}{0.05} = 93.6 \text{ mg/L} \]
Resultado: DBO₅ = 93,6 mg/L, un agua residual con contaminación moderada, muy por encima del umbral de validez de 20 mg/L del método estándar.
Cómo usar la calculadora de DBO₅
- Introduce el OD inicial (D₁): el oxígeno disuelto de la muestra diluida medido justo después de preparar el frasco (día 0), en mg/L.
- Introduce el OD final tras 5 días (D₂): el oxígeno disuelto en el mismo frasco después de 5 días de incubación a 20 °C en oscuridad.
- Introduce la fracción de dilución (P) como porcentaje del volumen del frasco que corresponde a la muestra original. Una dilución 1:20 equivale al 5 %; un frasco sin diluir es el 100 %.
- Si la muestra se sembró, marca Aplicar corrección por semilla y rellena el OD inicial del control de semilla (B₁), el OD final del control de semilla (B₂) y la fracción de semilla (f). Si no se usó semilla, deja la casilla sin marcar.
- Lee el resultado de la DBO₅ en mg/L, junto con el detalle del cálculo paso a paso y los posibles avisos de validez del método estándar.
Qué es la DBO₅ y por qué es importante
La demanda bioquímica de oxígeno a cinco días (DBO₅) es la masa de oxígeno disuelto que consumen los microorganismos aerobios al descomponer la materia orgánica de una muestra de agua durante 5 días a 20 °C. Es la medida más extendida de la carga de contaminación orgánica biodegradable de un agua: cuanto mayor es la DBO₅, el vertido robará más oxígeno al río o lago receptor mientras se descompone.
Como la mayoría de las aguas residuales agotarían todo el oxígeno de un frasco completo mucho antes del día 5, la muestra se diluye con agua de dilución saturada de oxígeno. El consumo medido corresponde entonces solo a la mezcla diluida, de modo que la fórmula divide entre la fracción de dilución \(P\) para recuperar la demanda del agua original sin diluir.
Cuando el agua contiene por sí sola demasiado pocas bacterias —lo habitual en efluentes tratados o residuos industriales—, el agua de dilución se siembra con microorganismos, normalmente agua residual doméstica decantada o un preparado comercial de semilla. La semilla también consume oxígeno, así que su demanda propia se mide en un frasco control de semilla paralelo y se resta, ponderada por la fracción de semilla \(f\), antes de dividir entre \(P\).
La DBO₅ se usa de forma rutinaria en el diseño de plantas de tratamiento y en el control del cumplimiento normativo, y complementa la demanda química de oxígeno (DQO), que mide la carga oxidable total (biodegradable y no biodegradable) en un ensayo mucho más rápido. El cociente DBO/DQO es un indicador habitual de la biotratabilidad de un agua residual. Para la cinética de las reacciones microbianas implicadas, consulta también la calculadora de Michaelis–Menten.
Interpretación de valores típicos de DBO₅
| Tipo de agua | DBO₅ típica (mg/L) |
|---|---|
| Río o arroyo limpio | 1–5 |
| Río moderadamente contaminado | 5–20 |
| Efluente municipal tratado | 10–30 |
| Aguas residuales domésticas crudas | 150–400 |
| Residuo industrial de alta carga | hasta varios miles |
Supuestos, limitaciones y consejos prácticos
- Condiciones estándar: la calculadora asume una incubación de 5 días a 20 ± 1 °C en oscuridad, según el Método Estándar 5210B de la APHA. La nitrificación no se inhibe salvo que se haya añadido un inhibidor como el TCMP a los frascos.
- Criterios de validez: el método estándar solo es válido si el consumo de oxígeno es de al menos 2 mg/L, el OD residual es de al menos 1 mg/L y la DBO₅ resultante es de al menos 20 mg/L. La calculadora avisa cuando se incumple alguno de estos criterios; si aparece un aviso, repite el ensayo con una dilución más adecuada.
- Elección de la dilución: busca un consumo de unos 3–5 mg/L partiendo de un OD inicial cercano a la saturación (~9 mg/L a 20 °C). Para una muestra desconocida, prepara varios frascos con diluciones distintas (p. ej. 1 %, 2 %, 5 %, 10 %) y usa el frasco válido.
- Fracción de semilla: cuando se usa la misma agua de dilución sembrada en ambos frascos, \(f\) suele coincidir con la fracción de dilución expresada en decimal (p. ej. 0,05 para una dilución al 5 %). Ajústala si los volúmenes de semilla difieren.
- Lecturas inmediatas: D₁ y B₁ deben medirse el día 0, no suponerse a partir de tablas de saturación, sobre todo tras la mezcla de la muestra y su equilibrio térmico.
- Blanco del agua de dilución: un control independiente del agua de dilución sin sembrar no debe consumir más de 0,2 mg/L en 5 días; blancos más altos contaminan todos los resultados.
Preguntas frecuentes
¿Cómo convierto una relación de dilución en el porcentaje P?
P es el volumen de muestra dividido por el volumen total del frasco, expresado en porcentaje. Para una dilución 1:20 (1 parte de muestra más 19 partes de agua de dilución), \(P = 1/20 = 0.05 = 5\%\). Una dilución 1:30 equivale a un 3,3 %, y un frasco sin diluir es el 100 %. Introducir la relación en lugar del porcentaje es el error más común: hace el resultado 100 veces mayor o menor de lo debido.
¿Qué valor de DBO₅ se considera bueno o aceptable?
Depende del agua. Los ríos limpios están entre 1 y 5 mg/L, y los efluentes municipales tratados suelen rondar los 10–30 mg/L. Muchas autorizaciones de vertido exigen una media mensual en torno a 20–30 mg/L para aguas residuales con tratamiento secundario (p. ej. 30 mg/L según la normativa estadounidense de tratamiento secundario), de modo que cualquier valor igual o inferior a ese nivel suele ser aceptable. Valores superiores a 100 mg/L indican una contaminación fuerte. Comprueba siempre tu autorización o normativa local, porque los límites varían según el medio receptor y la jurisdicción.
¿Cuál es la diferencia entre la DBO₅ y la DBOC₅?
La DBO₅ estándar incluye el oxígeno usado por las bacterias nitrificantes, que oxidan el amoníaco a nitrato. La DBOC₅ (DBO carbonácea) se mide tras añadir un inhibidor de la nitrificación como el TCMP, de modo que refleja solo la carga orgánica carbonácea. En aguas residuales crudas ambas son parecidas, pero en efluentes tratados la nitrificación puede aportar una parte importante de la demanda total, lo que hace que la DBOC₅ sea notablemente más baja. Usa la opción DBOC cuando tu autorización la especifique o cuando los nitrificantes distorsionen el resultado.
¿Puedo convertir entre DBO₅ y DQO?
No existe una conversión exacta, porque la DQO también oxida compuestos no biodegradables. Como reglas aproximadas, la DQO suele estar entre 1,5 y 2,5 veces la DBO₅ en aguas residuales municipales típicas, y un cociente DBO/DQO superior a unos 0,5 indica un residuo fácilmente biodegradable. Para un vertido concreto, mide ambas y establece tu propia relación empírica en lugar de fiarte de factores genéricos.
¿Por qué el ensayo dura exactamente 5 días a 20 °C?
El protocolo de 5 días a 20 °C es una convención histórica británica, elegida para que el valor aproximara la demanda de oxígeno que se ejerce en un cauce receptor durante su tiempo de recorrido típico. Solo recoge una parte de la demanda última: a 20 °C, la DBO₅ supone aproximadamente el 60–70 % de la DBO última de 20 días, porque reacciones lentas como la nitrificación continúan más allá del día 5. Las condiciones fijas simplemente hacen comparables los resultados entre laboratorios.
Mi resultado da error o un aviso de validez, ¿qué ha fallado?
Dos causas frecuentes: si D₂ supera a D₁, no se consumió oxígeno; revisa las lecturas o las etiquetas de los frascos, porque confundir muestras es habitual. Si la corrección por semilla supera el consumo medido, la demanda de la semilla era demasiado alta respecto a la muestra; usa una fracción de semilla menor. Los avisos de validez significan que la dilución no era adecuada: un consumo demasiado pequeño exige una fracción de muestra mayor, y un OD residual por debajo de 1 mg/L exige una menor. Prepara varias diluciones y conserva el frasco válido.
¿Cuándo debo aplicar la corrección por semilla?
Siembra el agua de dilución cuando la propia muestra lleve demasiado pocos microorganismos para degradar su materia orgánica, lo típico en efluentes tratados biológicamente, aguas con desinfectante o residuos industriales. Si siembras, prepara siempre un frasco control de semilla en paralelo y resta su demanda; omitir este paso infla tu DBO₅. En aguas residuales domésticas crudas o agua de río, que ya contienen bacterias en abundancia, la siembra y la corrección normalmente no son necesarias.