Reducción de la demanda biológica de oxigeno (DBO) en las aguas residuales

19 de junio de 2023 (Lectura 11 mins)
Jordi Fabregas

1. Reducción de la demanda biológica de oxígeno

La demanda biológica de oxígeno (DBO) es una medida de la cantidad de oxígeno disuelto que necesitan los microorganismos aerobios para descomponer la materia orgánica presente en el agua. Es un parámetro utilizado para evaluar la calidad del agua según su capacidad para sustentar la vida acuática.

La DBO se utiliza como indicador de la calidad del agua y del nivel de contaminación orgánica del agua. Unos niveles elevados de DBO en el agua pueden indicar la presencia de contaminantes orgánicos, que pueden provocar el agotamiento del oxígeno y tener repercusiones negativas en los ecosistemas acuáticos. Las autoridades pueden controlar la calidad del agua midiendo los niveles de DBO y tomar medidas para mitigar los efectos de la contaminación orgánica.

Nuestras tecnologías para la eliminación de DBO de las aguas residuales

En Sigmadaf estamos especializados en el diseño y la fabricación de equipos a medida para la eliminación y reducción de la DBO, incluidos los sistemas de flotación por aire disuelto (DAF).

Nuestros sistemas DAF están diseñados para eliminar eficazmente la DBO, los SST y otras materias orgánicas de las aguas residuales, logrando eficacias de eliminación de hasta el 99 % en SST y de alrededor del 50% en DBO, dependiendo de si la materia orgánica está en forma de partículas o disuelta.

Ofrecemos un amplio catálogo de sistemas de flotación por aire disuelto con diferentes tamaños y configuraciones para adaptarse a todos los caudales y requisitos de tratamiento, Nuestras plantas DAF requieren un mantenimiento mínimo y son fáciles de usar.

Además de los sistemas DAF, también ofrecemos otras soluciones para la eliminación y reducción de la DBO, como sistemas de tratamiento biológico, sistemas de tratamiento químico y sistemas de tratamiento físico.

2 ¿Qué es la demanda biológica de oxígeno (DBO)?

Conocida por sus iniciales (DBO), se identifica con la fracción biodegradable de la materia orgánica contenida en un agua. Forma parte de la demanda química de oxígeno (DQO) y se expresa en mg O2/l. Se utiliza como una medida de la contaminación orgánica de un vertido.

Cualquier industria que genere aguas residuales que contengan materia orgánica u otros contaminantes puede necesitar la eliminación de la DBO, para proteger el medio ambiente y cumplir los requisitos normativos.

Algunas industrias que suelen requerir la eliminación de la DBO de sus aguas residuales son:

  • Industria de alimentos y bebidas: la industria de alimentos y bebidas genera grandes cantidades de aguas residuales que contienen materia orgánica, como aceites, grasas y lubricantes.
  • Industria papelera: la industria de la celulosa y el papel genera aguas residuales que contienen altos niveles de materia orgánica, lignina y celulosa.
  • Industria química: la industria química genera aguas residuales que contienen diversos compuestos orgánicos y otros contaminantes.
  • Industria textil: la industria textil genera aguas residuales que contienen compuestos orgánicos, tintes y otros contaminantes.
  • Industria farmacéutica: la industria farmacéutica genera aguas residuales que contienen materia orgánica, productos químicos y otros contaminantes.

Las aguas residuales industriales, las urbanas y las agrícolas suelen contener elevados contenidos de materia orgánica que puede ser descompuesta por los microorganismos contenidos en su seno. Este proceso consume oxígeno disuelto en el agua lo que puede traer repercusiones negativas en la vida acuática si los niveles de oxígeno se reducen demasiado.

Por este motivo, en los tratamientos de oxidación aerobia se debe aportar oxígeno si se pretende favorecer el proceso. Esto se realiza insuflando aire mediante equipos adecuados (soplantes, turbinas de aireación, etc.) o bien adicionando oxígeno puro. Existen sistemas de cálculo para establecer la cantidad de O2 necesaria para realizar una correcta oxidación biológica. El consumo aproximado es del orden de 1,5 – 2 Kg O2/Kg DBO. El nivel residual de O2 disuelto que se acostumbra a mantener en los procesos de biodegradación aerobia es unas 2 ppm, y se controla mediante oxímetros y redoximétros.

Podemos decir que un agua residual es biodegradable cuando se cumple el cociente DBO/DQO ≥ 0,6

La DBO se suele medir tomando una muestra de agua e incubándola en la oscuridad a una temperatura controlada durante un periodo de tiempo determinado (normalmente 5 días). Durante este tiempo, los microorganismos presentes en el agua consumen la materia orgánica disponible y agotan el oxígeno disuelto en el agua. A continuación, se calcula la DBO midiendo la diferencia en los niveles de oxígeno disuelto entre el principio y el final del periodo.

La unidad utilizada para medir la DBO es la DBO5, que indica la cantidad de oxígeno que las bacterias y otros microorganismos contenidos en un agua consumen durante un periodo de 5 días, a una temperatura de 20 º C para la degradación aeróbica de la materia orgánica.

El ciclo de descomposición de la materia orgánica biodegradable se establece en 21 días, pero en 5 días es habitual poder reducir aproximadamente un 75% esta contaminación.

El TOC (total organic carbon), no tiene relación con la demanda de oxígeno de un vertido, aunque sí que se puede utilizar para establecer correlaciones con la DBO y la DQO, que será variable en cada caso.

3. Eliminación de DBO de las aguas residuales

Para determinar la eficacia de eliminación de la DBO en aguas residuales, se procede a medir su concentración antes (DBOi ), y después del tratamiento (DBOf), y aplicar la formula :

Eficacia eliminación de la DBO (%) = [(DBOi – DBOf) / DBOi] x 100 %

Existen varios métodos de tratamiento utilizados para eliminar la DBO de las aguas residuales, incluidos los procesos físicos, químicos y biológicos:

  • Los procesos físicos como el cribado, la sedimentación y la filtración eliminan las partículas grandes y los sólidos en suspensión de las aguas residuales.
  • Los procesos químicos como la coagulación, la floculación y la oxidación utilizan productos químicos para eliminar los sólidos en suspensión y la materia orgánica del agua.
  • Los procesos biológicos, como el tratamiento con fangos activados, utilizan microorganismos para descomponer y consumir la materia orgánica de las aguas residuales. En este proceso, las aguas residuales se mezclan con una combinación de bacterias y otros microorganismos en un tanque de aireación (licor mixto). Los microorganismos se alimentan de la materia orgánica y la convierten en dióxido de carbono y agua, a la vez que consumen oxígeno disuelto en el proceso.

La elección del proceso de eliminación de la DBO depende de diversos factores, entre los que se incluyen la caracterización de las aguas residuales, el volumen, la calidad requerida del efluente, la normativa vigente, los recursos disponibles, etc. Es habitual utilizar una combinación de diferentes procesos para alcanzar el nivel deseado de eliminación de la DBO.

PROCESOSVENTAJASINCONVENIENTES
Físicos (Tamices, rejas, sedimentadores, Flotadores, filtración…)– Separan sólidos grandes
– Bajo coste
– Proceso simple
– No afecta a materia en suspensión ni disuelta.
– Alto mantenimiento y limpieza
Químicos   (Coagulación/floculación, neutralización, oxidación…)– Facilitan la eliminación de sólidos en suspensión.
– Pueden reducir los sólidos disueltos y M.O.
– Pueden mejorar la biodegradabilidad
– Son caros y generan residuos peligrosos.
– Requieren de supervisión técnica especializada.  
Biológicos (Balsas de aireación, biodiscos…)– Pueden eliminar materia orgánica disuelta y en suspensión.
– Bajo coste.
– Respeto medio ambiental.
– Requieren de gran superficie ocupada y tanques de elevado volumen.
– Sensible a pH, temperatura y otros factores.
– Producción de lodos.

Las turbinas aireadoras son un ejemplo clásico de un sistema mecánico de aporte de aire a los efluentes para su depuración biológica, pero generan bioarosoles que resultan peligrosos para el medio ambiente y la salud.

4. Nuestras tecnologías para la reducción de la DBO de las aguas residuales

Las aguas residuales tienen contenidos de contaminantes orgánicos que varían en función de su procedencia. Una parte importante de materia orgánica suele estar presente en suspensión en el agua. Es habitual encontrarnos con que más de un 30% de estas sustancias están en forma coloidal, lo que nos da una idea sobre la importancia de disponer de un sistema de tratamiento primario que las separe de forma eficiente, ya que la materia orgánica que esté disuelta no podrá ser separada por medios físicoquímicos.

4.1. Flotación por aire disuelto (DAF)

La flotación por aire disuelto (DAF) es una tecnología de gran eficacia para la eliminación de la DBO, especialmente en el tratamiento de aguas residuales industriales. La flotación por aire disuelto es un proceso de tratamiento del agua que utiliza microburbujas para adherirse a los contaminantes y hacerlos flotar hasta la superficie del agua, donde pueden eliminarse fácilmente.

Un sistema DAF es eficaz para eliminar los sólidos en suspensión incluida la materia orgánica. Es especialmente eficaz para eliminar grasas, aceites y lubricantes que pueden contribuir a elevar los niveles de DBO en las aguas residuales. Además, un equipo DAF puede utilizarse como etapa de pretratamiento para otros procesos de eliminación de la DBO, tales como el tratamiento biológico. Esto redundará en la simplificación de la instalación posterior y en la obtención de mejores rendimientos de depuración.

Algunas de las ventajas de la flotación por aire disuelto son las siguientes:

  • Alta eficacia de eliminación de materia orgánica y otras impurezas.
  • Se puede utilizar para una amplia gama de tipos y concentraciones de aguas residuales.
  • Requiere menos espacio en comparación con otros procesos de tratamiento físico.

Además de los sistemas DAF, también ofrecemos otras soluciones para la eliminación y reducción de la DBO, entre las que destacan nuestras tecnologías para el tratamiento biológico de aguas residuales.

4.2. Sistemas MBR (Biorreactores de membrana)

Los sistemas MBR (biorreactor de membrana) son un tipo de tratamiento de aguas residuales que combina procesos biológicos con filtración por membrana. El proceso biológico consiste en utilizar microorganismos suspendidos en el efluente residual (biomasa)) para descomponer la materia orgánica de las aguas residuales, mientras que la etapa de filtración por membrana separa el agua tratada de los sólidos y los microorganismos.

Los MBR son eficaces para eliminar tanto los sólidos en suspensión como los disueltos, y pueden alcanzar altos niveles de eliminación de la DBO. Los sistemas MBR son eficientes en la eliminación de la DBO de las aguas residuales debido a las siguientes razones:

  • Los sistemas MBR tienen una alta eficacia de tratamiento y pueden eliminar hasta el 99 % de la DBO de las aguas residuales. Los sistemas MBR pueden alcanzar mayores niveles de eliminación de la DBO en comparación con los sistemas de tratamiento convencionales, gracias al uso de la filtración por membrana, que puede eliminar las partículas más pequeñas y los sólidos en suspensión con más eficacia que otros métodos. Adicionalmente,permiten concentraciones de biomasa más altas dentro del reactor, entre 6000 y 12000 mg/L de MLSS.
  • Utilizan membranas de ultrafiltración, que tienen una mayor eficacia de separación que los métodos convencionales. Las membranas de ultrafiltración tienen un tamaño de poro de 0,1 micras o menos, lo que permite eliminar mejor los sólidos en suspensión, las bacterias y los virus.
  • Los sistemas MBR son menos sensibles a las variaciones en la calidad del agua afluente y pueden mantener un rendimiento constante a lo largo del tiempo y generar un efluente de calidad constante.
  • Los sistemas MBR producen agua tratada de alta calidad que se puede reutilizar, por ejemplo, para riego o usos industriales.
  • Los sistemas MBR producen menos lodos que los sistemas de tratamiento convencionales, lo que puede reducir los costes de eliminación.
  • Son equipos versátiles, que se pueden utilizar como un sistema de tratamiento autónomo o integrado con otros procesos de tratamiento, en función de las necesidades específicas de la aplicación.
  • Los sistemas MBR requieren menos espacio que los sistemas de tratamiento convencionales, dado que no necesitan de una balsa de sedimentación o de un clarificador para la separación de sólidos.

4.3. REACTORES MBBR

Los sistemas MBBR (reactor de biofilm de lecho móvil) constituyen otro tipo de tratamiento de aguas residuales que son eficaces para la eliminación de la DBO.

Los reactores MBBR utilizan un proceso de reactor de biofilm de lecho móvil que implica la presencia de biomasa adherida (biofilm), que crece en un medio portador, y se mueve en el tanque del reactor. Los microorganismos de la biopelícula degradan la materia orgánica de las aguas residuales, reduciendo así la DBO.

Estos reactores utilizan una combinación de procesos biológicos y físicos para eliminar la materia orgánica de las aguas residuales. Son eficaces en la reducción de la DBO, y además requieren menos espacio y energía en comparación con los sistemas tradicionales de tratamiento biológico. Sin embargo, los MBBR pueden ser sensibles a las variaciones de temperatura y pH.

Los sistemas MBBR son eficaces para la eliminación de la DBO por las siguientes razones:

  • Los medios portadores de los sistemas MBBR tienen una gran superficie, lo que permite el crecimiento de una alta densidad de microorganismos y su adhesión a los medios. El resultado es una elevada tasa de eliminación de materia orgánica y una eliminación eficaz de la DBO, que se da gracias a la alta concentración de biomasa, de hasta 4000 – 8000 mg/L de MLSS.
  • Los reactores MBBR son modulares y pueden diseñarse para que se adapten a diferentes aplicaciones de tratamiento de aguas residuales. El sistema puede ampliarse o modificarse fácilmente para adaptarse a cambios en el caudal o en las características de las aguas residuales.
  • Son equipos que ocupan menos espacio que los sistemas de tratamiento convencionales, dado que no requieren de una balsa de sedimentación un clarificador por separado para la separación de sólidos.
  • Un reactor MBBR requiere menos energía para operar en comparación con los sistemas de tratamiento convencionales, ya que no hay necesidad de aireación mecánica ni de mezcla.
  • Los sistemas MBBR son robustos y pueden manejar variaciones en la calidad del agua residual afluente y en el caudal. Pueden mantener un rendimiento constante a lo largo del tiempo, por lo que se trata de un tratamiento fiable.

5. Cuadro comparativo tecnologías utilizadas para la reducción de DBO

Partiendo de un ejemplo de efluente biodegradable tipo, con las siguientes concentraciones de contaminantes:

  • DQO = 1.000 mg O2/l
  • DBO5 = 600 mg O2/l
  • TSS = 500 mg/l
  • Aceites y grasas = 30 mg/l
TécnicaDQO mg/lDBO mg/lSST mg/lAceites /GrasasSuperf.EnergíaManten.Fangos
FQ(Decant.)700400≤100≤15GRANDEBAJABAJOALTA
FQ(DAF)500300≤50≤5MEDIAMEDIABAJOMEDIA
Aireacion + Decant. 2º≤150≤50≤40≤5MUY GRANDEBAJABAJOMUY ALTA
Aireación + DAF≤120≤40≤30≤2GRANDEBAJA – MEDIABAJOALTA
Aireación + MBR≤100≤25≤10≤1MEDIAMEDIAMEDIOALTO
MBBR≤150≤40≤40≤5MEDIABAJAMEDIO – BAJOBAJA
Terciario (UF)≤50≤10≤1≤0,5BAJAMADIA – ALTAMEDIO – ALTOBAJA

Los rendimientos esperados de depuración y el comparativo entre procesos que se indican en la tabla son orientativos.

6. Resumen

La reducción la DBO de un agua residual, es fundamental para su adecuación al vertido final. Es quizás uno de los contaminantes más frecuentes, pero a la vez, uno de los que pueden tener mayor impacto medioambiental.

En Sigmadaf nos comprometemos a ofrecer soluciones personalizadas que satisfagan las necesidades únicas de nuestros clientes. Por eso ofrecemos una gama de opciones de tratamiento y colaboramos estrechamente con nuestros clientes para desarrollar soluciones que se adaptan a sus necesidades específicas. Tanto si se dedica a la industria de alimentos y bebidas como a la fabricación de productos químicos o a cualquier otra actividad industrial, contamos con la experiencia y los recursos necesarios para ofrecerle soluciones eficaces para la eliminación de la DBO.

Póngase en contacto con nosotros hoy mismo para obtener más información sobre cómo podemos ayudarle a alcanzar sus objetivos de tratamiento de aguas residuales y garantizar la salud y la seguridad de nuestro medio ambiente.

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