DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO – DBO –

DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO - DBO

CANTIDAD DE O2 REQUERIDA POR LAS BACTERIAS PARA ESTABILIZAR LA MATERIA ORGANICA EN CONDICIONES AEROBIAS.

REPRESENTACION CLASICA

SUSTRATO + BACTERIAS + O2 + FACTORES DE CRECIMIENTO

CO2 + H2O + BACTERIAS + ENERGIA

ANALISIS BIOQUIMICO

LA DBO DETERMINA LA CANTIDAD DE OXIGENO REQUERIDA POR LA BIOTA DEL SISTEMA PARA OXIDAR COMPLETAMENTE LA MATERIA ORGANICA BIOLOGICAMENTE DEGRADABLE.

O SEA EL O2 CONSUMIDO POR:

a) LAS BACTERIAS

b) LOS CONSUMIDORES ( PROTOZOARIOS)

c) PROCESOS DE AUTODESTRUCCION

UTILIZACION SECUENCIAL DE OXIGENO POR BACTERIAS Y PROTOZOARIOS

O x íg e n o

F a c to re s d e c re c im ie n to E n e rg ía

H O2

C O 2C o m p u e s to s O rg á n ic o s

O tro s P ro d u c to s

B a c te ria s

B io m a sam u e rta

A u to d e s tru c c ió n

O x íg e n o

P ro to z o a rio s

E n e rg ía

H O2

O tro s P ro d u c to s

E n e rg ía

H O2

O tro s P ro d u c to s

B A C T E R I A S

P R O T O Z O A R I O S

C O 2

C O 2

OXIDACION MATERIA ORGANICA NITROGENADA

NH3 + 3/2 O2 HNO2 + H2O

HNO2 + 1/2 O2 HNO3

BAJA VELOCIDAD DE REACCION

TASA REPRODUCTIVA BAJA

NITROSOMAS

NITROBACTERIAS

NITRIFICACION

Curva de la DBO AR Industrial

5 d í a sF A S E 1 2 3 T I E M P O ( d í a s )

( N i t r i f i c a c i ó n )

E T A P A 2E T A P A 1

( C a r b o n a c e a )

CO

NS

UM

O D

E O

XÍG

EN

O (

mg/

l)(D

BO

)

Curva DBO AR Doméstica

5 d ía s

Curva DBO vs Tiempo

5 d ía s

S e m illa n oa c lim a ta d a

Etapas de la DBO

5 d ía sL 1 2 3

L. Aclimatación1. Oxidación de

C exógeno2. Zona endógena (Oxidación de C exógeno)3. Actividades predadoras de los protozoarios

MEDIDOR DE OXIGENO

NATURALEZA DE LA REACCION DE LA DBO

LEY MONOMOLECULAR CINETICA 1er ORDEN

MO PRODUCTOS OXIDADOS

DBO PRODUCTOS OXIDADOS

dLt / dt = - K’ Lt Lt = Demanda remanente en el agua a t

Integrando : t

ln Lt = - K’ t

o

ln Lt/Lo = e-K’t = 10 -Kt

Lo = DBO a t =0

K= K’/ 2,303

Lt = (10-KT) Lo ó Lt = e-K’t Lo O sea la DBO remanente a cualquier tiempo t

Y = DBO ejercida o removida

Y = Lo - Lt

Y= Lo - Lo e-K’t = Lo(1- e-K’t ) ó

Y= Lo - Lo 10-Kt = Lo(1- 10-K’t )

M a te ria O rg á n ic a O x id a d a

M a te ria O rg á n ic aR e m a n e n te d c

d t = K `c

T ie m p o (d ía s)

Mat

eria

Org

ánic

a

L

CAMBIOS EN LA CONCENTRACIÓN DE MATERIA ORGÁNICA DURANTE LA OXIDACIÓN BIOLÓGICA

DBO REACCION DE 2o ORDEN CINETICODBO PERIODO DE LATENCIA

NO EXPLICA

CINETICA DE FASE DE CRECIMIENTO

1er ORDEN LIMITADO

DBO REACCION BIOQUIMICA CATALIZADA POR ENZIMAS.

S + E ES E +P

S= SUSTRATO

E=ENZIMA

ES= COMPLEJO ACTIVADO S-E

P= PRODUCTOS FINALES OXIDADOS

K1, K2, K3 = CONSTANTES DE REACCION

K1

K2

K3

ENZIMAS SON SINTETIZADAS POR LAS BACTERIAS

[ E ] Directamente [BACTERIAS]

proporcional

BIOQUIMICO

d [ES]/dt = -dS /dt = -dE/dt = K[S]n [E]m

K=K1/K2

INGENIERIA SANITARIA

SUSTRATO ORGANICO + BACTERIAS

PRODUCTOS OXIDADOS + BACTERIAS + B

B = CANTIDAD DE MATERIAL CELULAR FORMADO

-d[DBO]/dt = K [DBO]n [BACT]m

O2

SI n = m= 1

TIEMPO CONCENTRACION VELOCIDAD

ESPERADA

AL COMIENZO [DBO]alta BAJA (inicial)

[BACT]baja

A t [DBO] disminuye MAXIMA[BACT]aumenta

t DESPUES [DBO]baja BAJA (final)

[BACT]baja

EXPRESION CINETICA

Y= L - (b+L)/ [b/L(emt +1] DE 2do ORDEN

Y= L - (b+L)/ [ b/L (emt )+1]

Y = DBO al tiempo t

b= B (conc. de bacterias inic.)/ K2K3

m= K1K2K3

L = DBO última = Sustancias orgánicas Totales

ESTA ECUACION POSEE LAS SIGUIENTES PROPIEDADES GEOMETRICAS :

a) Para t = 0, Y= 0

b) Para t Y L

c) Para Y= (L-b)/ 2. tiene un punto de inflexión

d) El t de inflexión está dado por :

1/[K(L+B)] ln L/b donde K = K1K2K3

LA DBO POR SER EL RESULTADO DE UNA SERIE DE REACCIONES BIOQUIMICAS DEPENDE:

pH 6.5 - 8.5 UNIDADES

NUTRIENTES Para la vida y crecimiento bacteriano

DBO5 : N : P 100 5 1

B a ja v e lo c id a d in ic ia l d e b id o a lab a ja c o n c e n tra c ió n d e b a c te r ia s

Ve lo c id a d m á x im a

B a ja v e lo c id a d d e b id oa la b a ja c o n c e n tra c ió nd e su s tra to

D B O U LT IM A (L )

DB

O (

mg/

l) (

y)

Curva Generalizada de la Reacción de la DBO

Va lo re s d e “ b ”

D e c re c ie n te s

T ie m p o

DB

O (

y)

(L )

Efectos de la Concentración Decreciente de Semilla Sobre la Duración de la Fase de Latencia

DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO

ES ENTONCES LA CANTIDAD EN (mg /l) DE OXIGENO NECESARIO A UNA POBLACION HETEROGENEA DE MICROORGANISMOS PARA OXIDAR TOTALMENTE O PARCIALMENTE, LAS SUSTANCIAS ORGANICAS DISUELTAS EN LAS AGUAS CONTAMINADAS, A UNA TEMPERATURA DE 20oC Y DESPUES DE 5 o 20 DIAS DE REACCION.

DBO5 MIDE LA CANTIDAD DE OXIGENO UTILIZADO PARA DESTRUIR SUSTRATOS CARBONACEOS. 70% OXIGENO TEORICO REQUERIDO.

DBO20 MIDE CONSUMO CARBONACEO + CONSUMO DEBIDO A LA OXIDACION N-NH3 90% OXIGENO TEORICO REQUERIDO

RÍO CALI

CARACTERIZACIÓN DE VERTIMIENTOS

DEMANDAS DE OXÍGENO y ODVerano

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Inic

io d

elP

erím

etro

Urb

ano

Ant

es d

el R

íoA

guac

atal

Hot

elIn

terc

ontin

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l

Clín

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sR

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Cal

le 7

0

Des

embo

cadu

raal

Río

Cau

ca

Punto

Dem

and

as d

e O

xíg

eno

(m

g/L

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

OD

(m

g O

2/L

)

DQO DBO OD

RÍO AGUACATAL

CARACTERIZACIÓN DE VERTIMIENTOS

DEMANDAS DE OXÍGENO y O.D.

Verano

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Montañitas Cousaca Antes Chocho Despues Chocho Desembocadura

De

ma

nd

as

de

ox

íge

no

(m

g/L

)

2

3

4

5

6

7

8

9

Ox

íge

no

dis

ue

lto

(m

g/L

)

DQO DBO OD

RÍO CAUCA EN SU PASO POR LA CIUDAD DE CALI

PTAR CAÑAVERALEJO

DBO5 VERTIDA POR LAS INDUSTRIAS A LA CUENCA DEL RIO CAUCA EN EL AÑO 2000 (Adaptado de CVC, 2000)

Curtiembres 1,83 Ton/día

4%

Otras Industrias 2,29 Ton/día

5%

Licoreras 0,79 Ton/día

2%

Alimentos y Bebidas

20,06 Ton/dia47%

Quimicas 3,04 Ton/dia

7%

Ingenios 9,36 Ton/día

21%

Papeleras 6,27 Ton/día

14%

INTERRELACIONES ENTRE LOS PARAMETROS ORGANICOS

DBO , DQO, DTO Y COT

RELACION ENTRE DBO5 Y DQO

DBO5 /DQO = FRACCION DE MO OXIDABLE QUIMICAMENTE QUE PUEDE SER DEGRADADA BIOLOGICAMENTE.

DBO5 /DBO20 = IDEA SOBRE SUSTANCIAS ORGANICAS VELOZMENTE BIODEGRADABLES.

RELACIONES ENTRE DBO5, DQO Y COT

O2 / C = 32/12 =2.66

LIMITES DE LA RAZON O2 / C

RESISTENCIA CH4 +2O2 CO2 +2H2O

A LA DEGRADACION

BIOLOGICA Y QUIMICA 2O2 / C = 64 / 12 = 5.33

O 5.33

VALORES > 5.33 SUSTANCIAS INORGANICAS

AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES : DBO5 /COT

MOHLMAN Y EDWARS (1931) 1.35 - 2.62

WURHMAN (1964) 1.87

BLACKMORE Y VOSHEL 1.31 - 1.63

FORD:

DBO5 /COT = O2/C = 32/12 (0.90)(0.77) = 1.85

DBO5 = 77% DBOu

DBOu

90% DthO

1

2

3

C O T (m g/l)

DQ

O (

mg/

l)

Relación Entre DQO y COT en Aguas Residuales Industriales

CORRELACIÓN ENTRE LOS PARÁMETROS DEL OXÍGENO Y LOS PARÁMETROS DEL CARBONO

CA

RB

ON

OO

RG

ÁN

ICO

TE

ÓR

ICO

CA

RB

ON

OO

RG

ÁN

ICO

TO

TAL

DE

MA

ND

A D

EO

XÍG

EN

O T

EÓ

RIC

A

DE

MA

ND

A D

EO

XÍG

EN

O T

OTA

L

DE

MA

ND

A D

EO

XÍG

EN

O Q

UÍM

ICA

DE

MA

ND

AB

IOL

. 20

DÍA

S

DE

MA

ND

AB

IOL

. 5 D

ÍAS

T h .C OC O T

D O T hD O T

D Q O

D B O 2 0 D B O 5

N itrificac ión

100

%

75

50

25 20

40

60

80

100

%

C a rb o no O rg á n ic oC o nc e ntra c ió n

De m a nd a d e O xíg e no

CONSTANTE DE REACCION – K

K: CONSTANTE DE VELOCIDAD DE REACCION

K= 0.10d-1 a 20 oC

AGUAS RESIDUALES K

INDUSTRIALES Y DOMESTICAS 0.05 - 0.3d-1

AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS 0.17 d-1

DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA

KT = K20 O (T-20)

RELACION VAN’T HOFF - ARRHENIUS

O= 1.135 ( T 4-20oC)

O= 1.056 ( T 20-30oC)

EN GENERAL:

O = 1.046

METODOS PARA DETERMINAR K

• MINIMOS CUADRADOS

• THOMAS

METODO DE LOS MINIMOS CUADRADOS

Este método aplicado a la prueba de DBO para el cálculo de K se reduce a la ecuación :

dY/dt = K’ ( L -Yn)

K’ y L incógnitas

dY/dt = m de la curva ajustada para K’ y L

R = Diferencia de error entre los valores

experimentales y ajustados.

R = K’(L-Y) - dY/dt

sí dY/ dt = Y’

R= K’L- K’Y -Y’

Sí a= K’L y -b = K’

R = a + bY - Y’

Como se desea tener un mínimo de error: 

/a R2 = 2R R/a = 0 

/b R2 = 2R R/b = 0 De donde se obtienen las siguientes ecuaciones: 

na + b Y - Y’ = 0 

a Y + b Y2 - YY’ = 0 Donde : n = número de datos

K’ = - b (base e ) L = -a/b

EJERCICIO

• A partir de los siguientes datos calcule el valor de la constante k’, y la demanda última, utilizando el método de los mínimos cuadrados.

TIEMPO (Días)

DBO (mg/l)

0 0

1 1700

2 2550

3 3000

4 3360

5 3650

6 3870

7 4040

y y2 y ´ yy´

1700 2890000 1275 2167500

2550 6502500 650 1657500

3000 9000000 405 1215000

3360 11289600 325 1092000

3650 13322500 255 930750

3870 14976900 195 754650

4040 16321600

18130 74303100 3105 7817400 SUMA

6 a + b (18130) – 3105 = 0

18130 a + b (74303100) – 7817400 = 0

Resolviendo las ecuaciones se obtiene:

a = 759.23 b = 0.08

de donde:

k = - b k = 0.08 d-1 (base e)

y

L = - b/ a = 759.23 / 0.08

L = 9490.3 mg/l

08.0

23.759

a

b

METODO DE THOMAS O GRAFICO

H.A THOMAS 1950

PARTE DE LA SIMILITUD DE LAS ECUACIONES :

1- e-K1t = K1t [ 1- K1t /2 + (K1t)2/6+ (K1t)3/24 +.....]

K1t [ 1+ K1t /6]-3 = K1t [ 1- K1t /2 + (K1t)2/6+ (K1t)3/24 +.....]

Como Y = Lo (1 - e-K1t )

Y =Lo K1t [ 1+ K1t /6]-3

Esta ecuación luego de unos ajustes matemáticos para linealizarla, se puede representar como una recta de la forma

Y= A + BX entonces:

[ t/Y]1/3 = (K1Lo)-1/3 + [ K12/3 / 6Lo 1/3]t

Si medimos la DBO remanente en los días t la gráfica (t /Y) Vs ( t ) nos da:

(K1Lo)-1/3 = Intercepto

[ K12/3 / 6Lo 1/3] = Pendiente

Luego podemos calcular K1 y Lo :

K1 = 6 b/a

Lo = 1/ K1a3

Donde: a= Intercepto de la recta

b= Pendiente de la recta

[t /Y] 1/3

b= [K1 2/3/ 6Lo1/3]

a= (K1Lo)-1/3

K1 = 6 b / a (base e)

K1 = 2.61 b/a (base 10)

Lo = 1/ K1a3

Lo = 1/2.3 K1a3

t (Días)

DEMANDA BENTICA

DESCOMPOSICION DE LOS SÓLIDOS ORGANICOS SEDIMENTADOS BAJO CONDICIONES ANAEROBIAS

DEMANDA BENTICA

MO compleja

Proteinas

Aceites Ácidos CH4

Orgánicos

Carbohidratos CO2

BACTERIASFORMADORASDE ACIDO

BACTERIAS

FORMADOR ASDE CH4

CH4 , CO2 , NH3 95 - 98 % Gases producidos

H2S, H2 2- 5 % restante

DEMANDA BENTICA

-dL/dt = S

S = CONSUMO DE O2 POR MATERIAL BENTICO mg /l/m2