CAPTULO 18 DEMANDA BIOLGICA DE OXGENO

18.1 Aspectos tericos DBO es una sigla que traduce literalmente demanda biolgica de oxgeno. Pero desde el punto de vista ambiental, las pruebas de DBO constituyen una estimacin semi cuantitativa de la cantidad de materia orgnica fcilmente biodegradable1 que contiene una muestra de agua. Ya que no existen formas directas para medir una diversidad tan grande de sustancias, como la que puede ser cobijada bajo el rtulo de materia orgnica fcilmente biodegradable, los mtodos de medicin se fundamentan en una ponderacin indirecta basada en la cantidad de oxgeno que se requiere para oxidar biolgicamente la materia orgnica presente. En otras palabras, los mtodos de medicin se fundamentan en la hiptesis de que la cantidad de materia orgnica contenida en la muestra, es directamente proporcional a la cantidad de oxgeno que requiere una poblacin bacteriana para digerirla. As, si hay mucha materia orgnica fcilmente biodegradable en una muestra, una poblacin de microorganismos aerbicos adicionada a sta, deber crecer sin dificultad y si hay un crecimiento apreciable

en la poblacin de stos microorganismos, entonces ocurrir un descenso en la concentracin del oxgeno

disuelto del sistema. Por tanto, el descenso en la concentracin de oxgeno disuelto en la muestra, es directamente proporcional a su concentracin en materia orgnica. La magnitud de ste descenso es lo que se conoce como DBO.

Microorganismos M. O. + O2 --------------- CO2 + H2O Aerbicos

En el mtodo clsico (estndar), las pruebas de DBO se realizan sembrando e inoculando las muestras en botellas Winkler y midiendo el oxgeno disuelto final e inicial, bien por el mtodo de Winkler o bien por electrodo especfico. En el mtodo respiromtrico (una variante mas reciente an en estudio) las muestras se siembran en botellas de un litro de capacidad, en las que se deja deliberadamente un espacio libre o cmara de aire en contacto con la muestra, y en donde el consumo de oxgeno se determina bajo la forma de un descenso en la presin del sistema. Si bien, existe un aceptable grado de racionalidad en el fundamento de la medicin, el mtodo en s mismo es demasiado indirecto y, por ende, sujeto a un alto grado de variabilidad en los resultados, como se puede deducir a partir del margen de precisin aceptable, 25 % por el mtodo estndar. Sobre el mismo principio bsico se han realizado algunas variantes interesantes durante los ltimos quince aos, como se discute mas adelante. En la medicin se compara el oxgeno disuelto inicial en la muestra, con el existente en una muestra similar que ha sido incubada durante cinco das, a unas determinadas condiciones preestablecidas. Ya que la medicin involucra la participacin de organismos vivos, se requiere especial cuidado, tanto en la realizacin de las mediciones como en la interpretacin de los datos. Por ello, es absolutamente indispensable realizar las mediciones, como mnimo por triplicado y correr paralelamente blancos de reactivo y muestras control. 1 Se refiere a biodegradable en un breve lapso de tiempo, 5 das en promedio

La realizacin de las pruebas de DBO exige que se puedan garantizar las siguientes condiciones mnimas.

Que las muestras dispongan de una poblacin bacteriana uniforme, capaz de digerir la materia orgnica existente en la muestra.

Por lo tanto, si no existe una poblacin aerbica en la muestra original, ser necesario adicionarla de

manera artificial, condicin que se logra satisfactoriamente adicionando al agua de dilucin, una alcuota de

una solucin homognea de E. Coli.

Que las muestras estn exentas de algas o que si stas existen, no puedan prosperar.

Esto se debe a que las algas generan oxgeno y puesto que la medicin de DBO se fundamenta en mediciones

de oxgeno, la existencia de algas en la muestra constituye una interferencia al mtodo. Sin embargo, como

las algas no prosperan en ausencia de luz, su efecto puede obviarse fcilmente incubando las muestras en

frascos o sitios oscuros.

Que la incubacin se efecte a una temperatura determinada y constante (20 1 C).

Requisito lgico si se tiene en cuenta que la temperatura afecta significativamente el crecimiento y el

metabolismo de los microorganismos y que pequeas variaciones en ste parmetro, afectan apreciablemente

el crecimiento.

Que exista un tiempo de incubacin definido y homogneo para todas las muestras, 5 das

para DBO5 y 7 das para DBO7, con una margen de variabilidad que no exceda de 4 horas.

Requisito lgico por cuanto a mayor tiempo de incubacin mayor consumo de materia orgnica.

Que el consumo de oxgeno al finalizar el tiempo de incubacin est comprendido dentro

del rango del 20 a 80%, del total de oxgeno disponible. Esto, debido a que en este rango de oxgeno disuelto, el crecimiento de los microorganismos es directamente

proporcional a la cantidad de materia orgnica disponible.

Que la muestra contenga todos los oligoelementos necesarios para garantizar el

crecimiento bacteriano. Esto, porque adems de materia orgnica los microorganismos necesitan de ciertos elementos inorgnicos

para poder crecer satisfactoriamente. Las pruebas de DBO constituyen un ndice general cualitativo del contenido de materia orgnica presente en la muestra, que es susceptible de sufrir oxidacin biolgica, en un corto perodo de tiempo. Si bien, en un sentido amplio, cualquier tipo de materia orgnica es biodegradable (slo es cuestin de tiempo), en lo que respecta al vertimiento de aguas residuales a cauces receptores, es de particular importancia la materia orgnica que es rpidamente biodegradable. En la categora de rpidamente biodegradable (biodegradable a cinco das) tienen cabida particularmente las sustancias que componen la parte orgnica de las aguas residuales domsticas, esto es, los carbohidratos, los simples y los de cadenas cortas (pctidos), los lpidos (los cidos grasos libres y los triglicridos) y los fragmentos de cadenas proteicas (pptidos).

La importancia de las pruebas de DBO radica en que permiten calcular o predecir, cuando menos aproximadamente, el efecto que causara una determinada descarga de aguas residuales sobre la concentracin de oxgeno disuelto de un cuerpo de aguas receptor. Dicho en otras palabras, las pruebas de DBO permiten evaluar la tolerancia de los cuerpos de agua receptores para asimilar descargas de materia orgnica. Se debe tener muy en cuenta que aun cuando las pruebas de DBO se realicen siguiendo un procedimiento riguroso y preciso, por su misma naturaleza los resultados suelen variar en un rango mucho ms amplio que el de cualquier otro parmetro en Calidad de Aguas. Por su laboriosidad, operatividad y naturaleza, las pruebas de DBO son quiz, el parmetro ms difcil de medir en una muestra de agua. Es por ello que el grado de variacin aceptable para stas mediciones, en publicaciones tan prestigiosas como el Standar Methods for Analysis of water and wastewater llega hasta el 25%.

18.2 Preservacin y almacenamiento de muestras Las muestras estriles de alto DBO (muestras con pHs extremos o provenientes de altas temperaturas) pueden almacenarse durante 8 das. Sin embargo, las muestras no estriles, provenientes de industrias papeleras, de alimentos, vincolas, cerveceras o de jabones, as como los efluentes domsticos, deben preservarse por refrigeracin y analizarse inmediatamente o dentro de las siguientes 24 horas posteriores al muestreo. Cuando esto no es posible, las muestras se preservan por refrigeracin y se analizan dentro de las 48 horas siguientes al muestreo, reportando junto al resultado el tiempo transcurrido desde el momento del muestreo hasta la iniciacin de la incubacin. Puesto que las pruebas de DBO exigen la realizacin de rplicas y diluciones, es aconsejable tomar por lo menos un litro de muestra para muestreos puntuales y 0,5 litros para los casos en que se proyecta hacer composicin de muestras. En cualquiera de los casos, las muestras se toman en frascos de vidrio oscuro y se preservan por refrigeracin.

18.3 Interferencias y limitaciones Son muchos los inconvenientes que presentan las pruebas de DBO, para que sus resultados puedan ser reproducibles, en comparacin con las mediciones frecuentes de cloruros, dureza, oxgeno disuelto e incluso DQO. A continuacin se mencionan algunos que por su naturaleza aleatoria, escapan del control del operario, o bien, aquellos que estn intrnsecamente ligados al mtodo.

18.3.1 Obtencin de un Inculo Apropiado Para obtener datos reproducibles, es necesario sembrar en cada muestra una misma cantidad y clase de microorganismos. Aunque muchos textos recomiendan obtener el inculo a partir de muestras de aguas residuales domsticas, en la Divisin de Qumica Ambiental de INGEOMINAS (1992) se obtuvieron mejores resultados utilizando inculos producidos a partir de cultivos puros de Escherichia Coli. De cualquier modo, se debe tener en cuenta que la adicin del inculo a las muestras conlleva necesariamente a una adicin extra de materia orgnica y que la incidencia de dicha adicin

sobre los resultados debe ser evitada y/o controlada homogenizando muy bien el proceso de inoculacin de muestras.

18.1 IMGENES DE UNA MEDICIN DE DBO POR EL MTODO ESTNDAR. FUENTE: AUTOR.

18.3.2 Presencia de Algas en la Muestra o el inculo Cuando existe un considerable nmero de algas bien sea en la muestra o en el inculo, se producen cambios significativos en los resultados de la DBO. Esto se debe a que las algas bajo la influencia de la luz, liberan oxgeno merced a la fotosntesis que realizan (mientras que en la oscuridad lo utilizan en su respiracin). Por esta razn, se debe tomar la precaucin de incubar las muestras en frascos o sitios oscuros.

18.3.3 Presencia de Txicos en la Muestra Las muestras que contienen sustancias altamente txicas tales como pesticidas, herbicidas, metales pesados, etc., presentan dificultades para las pruebas de DBO, debido a que dichos contaminantes inhiben el crecimiento bacteriano y dificultan por tanto el consumo de la materia orgnica presente. En este punto resulta conveniente recordar que las pruebas de DBO constituyen una medida de la cantidad de materia orgnica biodegradable y no de la concentracin se sustancias txicas en la muestra. As por ejemplo, de una muestra que tiene un alto DBO puede decirse que su contenido de materia orgnica biodegradable es muy alto. Sin embargo, de una solucin acuosa que posea una concentracin de 5,0 ppm de mercurio o de un pesticida tipo DDT, DBCP o Aldrin, por ejemplo, puede decirse que aunque su contenido en materia orgnica fcilmente biodegradable es muy bajo, su toxicidad y, en consecuencia, su grado de contaminacin es muy alto. En aras de establecer una diferenciacin clara entre lo que es materia orgnica fcilmente biodegradable y lo que es un contaminante propiamente dicho, el lector puede hacer la siguiente reflexin: Todos los seres humanos consumen a diario alimentos lquidos cuyos valores de DBO sobrepasan con facilidad los 100.000 mg O2/l; sin embargo, estas mismas bebidas no deben verterse directamente a un cauce limpio, por cuanto causan una reduccin casi instantnea en el oxigeno disuelto del cauce receptor.

A diferencia de lo anterior, las aguas que contienen sustancias contaminantes propiamente dichas (metales pesados, pesticidas, etc.) no deben ser consumidas por ningn ser vivo ni tampoco vertidas directamente a los cauces receptores.

18.4 Necesidad de realizar diluciones Dadas las condiciones geogrficas de Bogot (2.600 metros sobre el nivel del mar y una temperatura media de 18 C) la concentracin de oxgeno disuelto en el agua, en condiciones de saturacin, es de tan slo 7,0 mg 02/l. Y si la DBO debe medirse como la diferencia de dos medidas de concentracin de oxgeno, en donde la ltima no puede ser inferior a 2,0 mg/l, entonces la DBO ms alta que puede medirse sin necesidad de diluir la muestra, es de tan slo 5,0 mg O2/l, que corresponden a 0,62 milieq-gr/l...! Ahora, si se tiene en cuenta que la DBO de la mayora de las muestras de inters varia aproximadamente entre 20 y 2000 mg O2/l (aguas residuales domsticas, residuales de alimentos, residuales del beneficio del caf, residuales de plantas de sacrificio de animales, lixiviados, etc.) se comprende fcilmente el porqu es necesario diluir la mayora de las muestras, antes de medir su DBO5. Ya que las pruebas de DBO y DQO estn relacionadas, una buena tctica para estimar a priori la mejor dilucin a la cual se deben incubar las muestras, consiste en medir primero su DQO. A manera de gua y con el propsito de orientar tales diluciones, se presentan en la tabla 18.1 algunas diluciones sugeridas, en trminos de porcentaje, para unos determinados valores de DQO, en muestras de aguas:

DQO de la muestra, en mg/l de O2 Diluciones Sugeridas para la DBO5

1 5 Directa

5 10 Directa y al 50%

10 15 50% y 30%

15 25 30% y 15%

25 50 15% y 10%

50 100 10% y 5%

100 200 5% y 2%

200 400 2% y 1%

400 800 1% y 0,5%

TABLA 18.1 DILUCIONES SUGERIDAS EN FUNCIN DEL DQO

18.5 Reactivos FUENTE DE MICROORGANISMOS

Pese 50 mg de un cultivo puro de Escherichia Coli en agar-agar y disulvalos a 100 ml con

agua destilada utilizando agitacin magntica durante 2 horas. Filtre la mezcla sobre algodn y utilice el filtrado como fuente de microorganismos o inculo en las pruebas de DBO, en aplicaciones de 1,0 ml a cada botella Winkler.

Algunas veces, especialmente cuando se trabajan series de muestras, resulta ms cmodo

inocular directamente 20 litros de agua de dilucin con 20 mls del inculo, en un recipiente de Agua Cristal Postobon, tal como se ilustra en la figura 18.1.

Buffer de fosfatos, pH 7,2. Pese 8,50 g. KH2PO4, 21,75 g. K2HPO4, 33,40 g. Na2HPO4.7H20 y 1,7 g. NH4Cl. Lleve a un litro con agua destilada.

Solucin de sulfato de magnesio. Pese 22,5 g. Mg SO4 y lleve a un litro con agua destilada.

Soluciones de cloruro de calcio. Pese 27,5 g. CaCl2 y lleve a un litro con agua destilada.

Solucin de cloruro frrico. Pese 0,25 g. FeCl3.6H2O y lleve a un litro con agua destilada.

Solucin Control de Glucosa & cido Glutmico. Pese 150 mg glucosa y 150 mg de cido

glutmico o 187,2 mg. de clorhdrato de cido glutmico. Estos reactivos deben ser secados previamente a 110 C durante dos horas. Disuelva y lleve a un litro con agua destilada. Prepare y utilice solucin fresca, antes de usarse.

Alcohol antisptico.

Agua de dilucin. Se prepara de la siguiente forma: adquiera en el supermercado un

botelln que contenga 20 litros de Agua Cristal Postobn y extraiga aproximadamente unos 500 mls de su contenido, evitando al mximo su contaminacin. Adicione 20 ml de cada una de las soluciones anteriores (buffer de fosfatos, sulfato de magnesio, cloruro de calcio, cloruro frrico e inculo). Utilizando el aireador de un acuario, oxigene el agua de dilucin durante 30 minutos y deje en reposo durante otros 30 minutos antes de su uso. La figura 18.1 ilustra este procedimiento.

Aire

FIGURA 18.2 MONTAJE PARA OXIGENAR EL AGUA DE DILUCIN PARA DBO

18.6 Procedimiento sin Dilucin de la Muestra Las muestras de agua, cuyos valores de DBO5 son previsiblemente bajos, tales como los provenientes de aguas superficiales, pueden incubarse sin dilucin, si previamente se enriquecen en oxgeno, bien por agitacin en una botella parcialmente llena o bien mediante aire filtrado proveniente de un compresor. En cualquier caso, debe lograrse que la muestra sea incubada con una concentracin de oxgeno equivalente a la concentracin de saturacin del lugar geogrfico donde se realiza el anlisis.

18.6.1 Preparacin de la Muestra Cuando las muestras contienen material particulado grueso, se deben filtrar a travs de algodn y trabajar con el filtrado, mucho ms homogneo. Si se observa que el filtrado contiene slidos

suspendidos, se debe decidir si stos se incluyen o no en la prueba. A las muestras que se siembran directamente se les ajusta el pH a 7 y se les adiciona 1,0 ml/l de cada una de las soluciones a., b., c., d., y e. Las muestras se colocan en botellas Winkler de color mbar, por triplicado, evitando al mximo atrapar burbujas de aire en su interior. Se tapan hermticamente conservando un sello de agua y se incuban en un sitio oscuro a 20 1 C. Luego de un periodo de 5 das de incubacin, ( 4 horas), se les determina el oxgeno disuelto final, ODF. Paralelamente con las muestras, se debe sembrar tambin un blanco de reactivos, Bk y una Solucin control, K, cada una de ellas tambin por triplicado. Estas soluciones se preparan as: 1,0 ml de inculo BK Llevar a 1,0 litros con agua destilada Sembrar tres rplicas

1.0 mL de inculo K 20,0 mL de Solucin Control y llevar a 1,0 l. con agua de dilucin. Sembrar tres Replicas. Un mL de cada una de las soluciones que componen el Agua de Dilucin. S* Aproximadamente un litro de muestra homogenizada. Sembrar tres Replicas.

18.7 Procedimiento con dilucin de muestras Como ya se ha expuesto, la mayora de las muestras exigen la realizacin de diluciones previas a la determinacin de su DBO. Estas diluciones pueden orientarse adecuadamente determinando primero el DQO de la muestra a investigar y correlacionando este valor con las diluciones sugeridas en la tabla 18.1. Una vez conocidas las diluciones apropiadas para cada muestra, se toman las alcuotas necesarias para preparar 1,0 l de solucin por cada dilucin que se requiera y se completa a volumen con agua de dilucin previamente inoculada. Para cada muestra, se deben incubar por triplicado, cada una de las diluciones, y se deben correr paralelamente, blancos y controles tambin por triplicado. NOTA: A menos que las diluciones sugeridas sean superiores al 5%, las muestras diluidas debern ser aireadas nuevamente para asegurar su completa saturacin con oxgeno. Diez minutos de burbujeo y cinco de reposo suelen ser suficientes en estos casos.

18.8 Comentarios Acerca del Mtodo El mtodo analtico tal cual ha sido descrito, fue realizado en el Laboratorio de Aguas de INGEOMINAS, durante ms de cinco aos, (1990-95). Durante este mismo periodo de tiempo, se corrieron patrones internacionales de la EPA, en varias oportunidades, obtenindose resultados cuya desviacin con respecto al valor esperado, en promedio, siempre fue inferior al 10%. Con la experiencia recogida en este periodo de tiempo, se desarrollan actualmente en la Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas, estudios de viabilidad para la realizacin de pruebas de DBO basadas en mediciones de

alcalinidad, con el propsito de encontrar un mtodo menos laborioso, ms preciso y ms econmico. A la fecha de culminar ste documento han incursionado en el mercado otras metodologas y equipos para la realizacin de pruebas de DBO, que cambian totalmente la metodologa estndar vigente. El debate est en furor y an queda espacio para la experimentacin y confrontacin de nuevas propuestas...

18.9 Prctica de Laboratorio Como ejercicio de aplicacin para la medicin de DBO5, cada grupo de trabajo deber calcular la dilucin ms adecuada para realizar esta prueba en las mismas muestras en las que realiz la DQO, a partir de los resultados anteriores. Todas las muestras se deben realizar por triplicado y correr conjuntamente con blancos y patrones.

18.10 Eplogo

SIRENAS CIBERNTICAS

Las sirenas eran deidades marinas con la cabeza y el torso de mujer y el resto del cuerpo de ave o de pez. Estaban dotadas de una voz maravillosa y seductora. Eran hijas de Calope y del rey Aquileo. Las historias griegas cuentan que las sirenas se atrevieron a competir con las musas y, en la pelea, fueron derrotadas desplumadas y desterradas. Avergonzadas, se retiraron a las costas de Sicilia desde donde, con sus cantos, ejercan una atraccin tan poderosa sobre los marineros, que stos se olvidaban de su trabajo y de sus barcos y terminaban estrellndose contra las rocas. Las sirenas, sin embargo, solo buscaban orientar, alegrar y acompaar a los navegantes en sus largas travesas...

TOMADO DE: http://www.terra.es/personal5/jorgegonzalvo/hello/264/1384/320/sirena.jpg

A las sirenas se las considera seres hermosos e inalcanzables. Segn las diferentes tradiciones se dice de ellas cosas contradictorias: que adivinan el futuro; que coaccionadas, otorgan poderes sobrenaturales a las personas, que con sus cantos hacen que los hombres se enamoren de ellas y los arrastran al fondo del mar para devorarlos o transformarlos en sus amantes bajo el agua. Aunque las ninfas, sirenas y nereidas ya no existen, la idea de un amor ideal pero fatal, as como la de una belleza femenina perfecta pero inalcanzable, hacen parte no slo de una leyenda, sino tambin de los ms fervientes y ocultos deseos que yacen en el corazn del hombre... De esas pasiones se nutren las revistas, el cine y la televisin, y actualmente el Internet...

Adaptacin de Jorge Alonso Crdenas Len, J@L