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 opcional por inóculo, conforme al método estándar APHA 5210B.
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 el día 0 en el frasco control del inóculo (mg/L)
- \(B_2\) — oxígeno disuelto en el frasco control del inóculo tras 5 días (mg/L)
- \(f\) — fracción de inóculo: cociente entre el volumen de inóculo del frasco de muestra y el volumen de inóculo 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 del inóculo); al dividir entre \(P\), ese consumo se reescala hasta la demanda del agua sin diluir.
Demanda bioquímica de oxígeno – Ejemplo de cálculo
Ejemplo: una muestra de agua residual se diluye al 5% (1 parte de muestra en 20 partes totales) con agua de dilución inoculada. El frasco diluido presenta \(D_1 = 9.0\) mg/L al inicio y \(D_2 = 4.2\) mg/L después de 5 días. El frasco control del inóculo pasa de \(B_1 = 9.0\) a \(B_2 = 6.6\) mg/L, y la fracción de inóculo 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 moderadamente contaminada, muy por encima del umbral de validez de 20 mg/L del método estándar.
Cómo usar la calculadora de DBO
- 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 a los 5 días (D₂): el oxígeno disuelto en el mismo frasco tras 5 días de incubación a 20 °C en oscuridad.
- Introduce la fracción de dilución (P) como el 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 inoculó, marca Aplicar corrección por inóculo y rellena el OD inicial del control del inóculo (B₁), el OD final del control del inóculo (B₂) y la fracción de inóculo (f). Si no se usó inóculo, 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 importa
La demanda bioquímica de oxígeno a 5 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 utilizada de la carga de contaminación orgánica biodegradable de un agua: cuanto mayor es la DBO₅, más oxígeno robará el vertido al río o lago receptor a medida que se descompone.
Como la mayoría de las aguas residuales agotarían todo el oxígeno de un frasco lleno mucho antes del día 5, la muestra se diluye con agua de dilución saturada de oxígeno. El consumo medido refleja entonces solo 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 en sí contiene muy pocas bacterias —algo típico de efluentes tratados o residuos industriales—, el agua de dilución se inocula con microorganismos, normalmente aguas residuales domésticas decantadas o un preparado comercial de inóculo. El inóculo también consume oxígeno, por lo que su propia demanda se mide en un frasco control del inóculo en paralelo y se resta, ponderada por la fracción de inóculo \(f\), antes de dividir entre \(P\).
La DBO₅ se emplea de forma habitual en el diseño de plantas de tratamiento y en el control de cumplimiento, 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 tratabilidad biológica 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 muy cargado | 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 APHA 5210B. La nitrificación no se inhibe salvo que se haya añadido el inhibidor 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 aproximado de 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 utiliza el que resulte válido.
- Fracción de inóculo: cuando se usa la misma agua de dilución inoculada en ambos frascos, \(f\) suele coincidir con la fracción de dilución expresada en decimal (p. ej., 0,05 para una dilución del 5%). Ajústala si los volúmenes de inóculo difieren.
- Lecturas inmediatas: D₁ y B₁ deben medirse el día 0, no deducirse de tablas de saturación, sobre todo tras la mezcla de la muestra y su equilibrio térmico.
- Blanco del agua de dilución: un blanco independiente del agua de dilución sin inocular 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 unos 3,3%, y un frasco sin diluir es el 100%. Introducir la relación en lugar del porcentaje es el error más común: hace que el resultado sea 100 veces mayor o menor de lo debido.
¿Qué valor de DBO₅ se considera bueno o aceptable?
Depende del agua. Los ríos limpios rondan 1–5 mg/L y los efluentes municipales tratados, normalmente, 10–30 mg/L. Muchos permisos 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 considerarse aceptable. Los valores superiores a 100 mg/L indican una contaminación fuerte. Comprueba siempre tu permiso concreto o la normativa local, ya que los límites varían según el agua receptora y la jurisdicción.
¿Cuál es la diferencia entre DBO₅ y DBO₅C?
La DBO₅ estándar incluye el oxígeno utilizado por las bacterias nitrificantes, que oxidan el amoníaco a nitrato. La DBO₅C (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 ambos valores son parecidos, pero en efluentes tratados la nitrificación puede aportar una gran parte de la demanda total, por lo que la DBO₅C resulta notablemente más baja. Usa la opción de DBO₅C cuando tu permiso 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 regla aproximada, 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 0,5 indica un residuo fácilmente biodegradable. Para un vertido concreto, mide ambos parámetros 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 se aproximara a la demanda de oxígeno ejercida en un cauce receptor durante su tiempo de desplazamiento habitual. Solo captura una parte de la demanda última: a 20 °C, la DBO₅ supone aproximadamente el 60–70% de la DBO última a 20 días, porque reacciones lentas como la nitrificación continúan más allá del día 5. Las condiciones fijas simplemente hacen que los resultados sean comparables entre laboratorios.
Mi resultado da un 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 inóculo supera el consumo medido, la demanda del inóculo era demasiado alta respecto a la muestra; usa una fracción de inóculo 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, una fracción menor. Prepara varias diluciones y conserva el frasco válido.
¿Cuándo debo aplicar la corrección por inóculo?
Inocula el agua de dilución cuando la propia muestra tenga demasiado pocos microorganismos para degradar su materia orgánica, algo típico de efluentes tratados biológicamente, aguas con desinfectante o residuos industriales. Si inoculas, prepara siempre en paralelo un frasco control del inóculo 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 inoculación y la corrección normalmente no son necesarias.