De la DBO₅ a la DBO Última: Cómo Transformar Parámetros de Laboratorio para el Cumplimiento de la Resolución 0631

El dato del laboratorio no es el dato del modelo

Cuando un laboratorio reporta una DBO5 de 120 mg/L para el efluente de una planta de tratamiento, ese valor tiene un significado específico: la demanda de oxígeno ejercida por la muestra durante cinco días a 20°C. Es un estándar práctico, ampliamente usado y requerido por la Resolución 0631 de 2015 para el control de vertimientos en Colombia.

Pero los modelos de calidad del agua como QUAL2K no trabajan con DBO5. Trabajan con DBO última carbonácea (CBOD última), DBO última nitrogenada (NBOD), y con frecuencia separan la fracción de rápida y lenta degradación. Esta brecha entre el dato de laboratorio y el dato del modelo es uno de los errores más comunes en los estudios de modelación de vertimientos en Colombia.

¿Qué es la DBO última?

La DBO última (o DBO total) representa la demanda total de oxígeno que ejercería la muestra si se dejara degradar completamente - sin límite de tiempo. A diferencia de la DBO5, la DBO última incluye toda la materia orgánica biodegradable, no solo la fracción que se degrada en cinco días.

La relación entre DBO5 y DBO última depende de la tasa de degradación de primer orden (k₁, d⁻¹):

DBO_última = DBO₅ / (1 − e^(−k₁ · 5))

Para una tasa típica de k₁ = 0.23 d⁻¹ a 20°C, la DBO5 representa aproximadamente el 68% de la DBO última. Para aguas residuales industriales con k₁ menor (materia orgánica más recalcitrante), la DBO5 puede representar menos del 50% de la DBO última.

Fracción carbonácea vs. nitrogenada

QUAL2K distingue entre dos tipos de demanda de oxígeno con dinámicas completamente diferentes:

CBOD (Carbonaceous BOD): Demanda de oxígeno ejercida por la oxidación de materia orgánica carbonácea. Es la fracción clásica de la DBO. QUAL2K la separa en CBOD rápida (fácilmente biodegradable, como azúcares y aminoácidos) y CBOD lenta (resistente, como celulosa y lignina).

NBOD (Nitrogenous BOD): Demanda de oxígeno ejercida por la nitrificación: la oxidación biológica de NH₃ a NO₂⁻ y luego a NO₃⁻. Cada gramo de NH₃-N nitrificado consume aproximadamente 4.57 g de O₂.

La nitrificación tiene una cinética más lenta que la degradación carbonácea y se inhibe a bajas temperaturas y en condiciones de baja oxigenación. En ríos colombianos de montaña, donde las temperaturas del agua pueden bajar a 10-14°C, la nitrificación puede estar parcialmente suprimida, lo que afecta la distribución de la demanda de oxígeno a lo largo del perfil longitudinal.

Fracción rápida y lenta: la importancia para el modelo

No toda la materia orgánica carbonácea se degrada a la misma velocidad. QUAL2K divide la CBOD en dos fracciones:

Protocolo de conversión para estudios de modelación en Colombia

En la práctica, los datos disponibles son DBO5 (requerido por Res. 0631) y DBO última en algunos casos. El protocolo de conversión es:

Paso 1: Determinar k₁ del efluente. Puede medirse en laboratorio (ensayo de DBO seriada a días 1, 2, 3, 5, 7, 10) o tomarse de valores de referencia para el tipo de efluente (Metcalf & Eddy 2014).

Paso 2: Calcular DBO última = DBO₅ / (1 − e^(−k₁·5)).

Paso 3: Distribuir CBOD total en fracción rápida y lenta según el tipo de efluente y datos disponibles.

Paso 4: Calcular NBOD = 4.57 × NH₃-N (mg/L), usando el dato de nitrógeno amoniacal del vertimiento.

Paso 5: Verificar que CBOD_rápida + CBOD_lenta + NBOD sea consistente con la carga total de oxígeno estimada para el río.

Referencias

• Streeter, H.W. & Phelps, E.B. (1925). A Study of the Pollution and Natural Purification of the Ohio River. Public Health Bulletin No. 146. USPHS.
• Chapra, S.C., Pelletier, G.J. & Tao, H. (2008). QUAL2K: A Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality. Versión 2.11. US EPA.
• Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (2015). Resolución 0631 de 2015. Bogotá: MADS.
• Metcalf & Eddy (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery. 5th ed. McGraw-Hill.
• Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (2018). Guía Nacional de Modelación del Recurso Hídrico. Bogotá: MADS.