Capitulo 2 características de las aguas residuales

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente -Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas
Comunidades. Autor: Ing. Claudia Patricia Gómez Rendón - 2012

CAPÍTULO 2. Características de las aguas residuales
Expresar que las aguas se clasifican en naturales, lluvias y residuales es una afirmación
que se soporta en sus características para lo cual, las determinaciones analíticas, es
decir; las mediciones cuantitativas, son las que establecen el nivel de concentración de
cada uno de los parámetros relativos a la calidad de las aguas. Conocer el nivel de
contaminación debe acompañarse del establecimiento de la cantidad de agua con el
propósito de evaluar no solo la intensidad de la misma sino la carga másica que la
contiene.

Lección 6. Estimación de caudales de aguas residuales
El volumen de aguas residuales aportadas a un sistema de recolección y evacuación está
integrado por las aguas residuales domésticas, industriales, comerciales e institucionales y
el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales normalmente se estima con
base en el caudal diario promedio, pero; como este varía con el tiempo, los sistemas
deben ser diseñadas teniendo en cuenta periodos críticos de operación causadas por
variación de caudal, (caudal punta o pico) concentración de contaminantes y carga
contaminante (carga másica) (Metcalf & Eddy, Op.Cit.).
6.1 Variación de caudal de las aguas residuales
En la medida que pasa el día, los caudales de aguas residuales varían, observándose que
los caudales mínimos se presentan durante las primeras horas de la mañana, usualmente
corresponden a ellos son los aportes de escapes, infiltraciones y exiguas cantidades de
aguas residuales. Los caudales punta se presentan generalmente al finalizar la mañana y
la tarde. La figura 7 representa la variación típica de caudales y calidad de aguas
residuales.

Figura 7. Variación horaria de caudal y calidad del agua residual.
Adaptado por La autora

Comparar los valores numéricos de caudales máximos para diferentes plantas de
tratamiento, requiere de su normalización, parámetro conocido como factor pico, el que
obtiene utilizando la ecuación 6.1

1


Factor pico  FP 

Caudal máximo promedio
Caudal promedio

6.1

Para conocer el factor pico promedio se realiza el siguiente procedimiento:
 Determinar el caudal promedio para el periodo de análisis
 Obtener de los registros, los caudales máximos en un día. Ver figura 8

Figura 8. Caudal pico. La autora

6.2 Estimación del caudal de aguas residuales domésticas
Los caudales residuales también se pueden calcular en función de la cantidad de agua
consumida. Para ello se aplica la ecuación 6.2

QD 

C*P*R
86400

6.2

Donde:
QD
C
P
R

=
=
=
=

Caudal de aguas residuales – L/s
Consumo medio por habitante - L/hb-d
Población servida – hb
Coeficiente de retorno - adimensional

6.2.1 Estimación del consumo medio diario por habitante. Corresponde a la dotación neta,
es decir, a la cantidad de agua que el consumidor efectivamente recibe para satisfacer
sus necesidades. La dotación neta depende del nivel de complejidad del sistema, del
clima de la localidad y del tamaño de la población. Para ello, se debe tener en cuenta lo
establecido por el Reglamento Técnico de Acueducto y Alcantarillado y los datos
referentes son los que se presentan en la tabla 1.

2


Tabla 1. Dotación en función del nivel de complejidad del sistema
Nivel de complejidad del
sistema
Bajo

Dotación neta (L/hab-día)
climas templado y frío
90

Dotación neta (L/hab-día)
climas cálido
100

Medio
Medio Alto

115
125

125
135

Alto

140

150

Nota: Datos tomados de RAS TITULO B, 2000, Pág. 37 – 39

El nivel de complejidad del sistema está en función de la población. El documento
Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - RAS 2000 título
E.
6.2.2 Estimación de la población servida. Puede ser estimada a partir del producto del
número de viviendas planificadas en el área de drenaje y el número medio de habitantes
por vivienda, utilizando la ecuación 6.3

Población servida # vivienda *

# hab
vivienda

6.3

Donde:
Población servida

= Habitantes

6.2.3 Estimación del coeficiente de retorno. Se entiende como coeficiente de retorno es
la fracción del agua de uso doméstico servida (dotación neta), entregada como agua
negra al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. Su valor depende del
nivel de complejidad del sistema de tratamiento y se presenta en la tabla 2.
Tabla 2. Coeficiente de retorno en función del nivel de complejidad del sistema
Nivel de complejidad del sistema
Bajo y medio
Medio alto y alto

Coeficiente de retorno
0,7 – 0,8
0,8 – 0,85

Nota: Datos tomados de RAS TITULO B, 2000, Pág. 37 – 39

6.3 Estimación del caudal de aguas residuales industriales (QI)
El consumo de agua industrial varía de acuerdo con el tipo y tamaño de la industria y
los aportes de aguas residuales varían con el grado de recirculación de aguas y los
procesos de tratamiento. En consecuencia, los aportes de aguas residuales industriales Q I
deben ser determinados para cada caso en particular.
6.4 Caudal medio diario (QMD)

3

Es la suma de los aportes domésticos, industriales, comerciales e institucionales y se
obtiene utilizando la ecuación 6.4

QMD  QD  QI  QC  QIN

6.4

Donde:
QMD
QD
QI
QC
QIN

=
=
=
=
=

Caudal
Caudal
Caudal
Caudal
Caudal

medio diario
de aguas residuales
de aguas residuales
de aguas residuales
de aguas residuales

domésticas
industriales
comerciales
institucionales

6.5 Caudal medio
Relaciona el caudal total en el tiempo. Para pequeñas comunidades puede utilizarse la
ecuación 6.5

Qmed 

Q
24

6.5

Donde:
Qmed = Caudal medio – m3/h
Q
= Caudal

6.6 Caudal máximo horario (QMH)
El caudal máximo horario es la base para establecer el caudal de diseño de una red de
colectores de un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. El caudal
máximo horario del día máximo, establecido en la ecuación 6.6 se estima a partir del
caudal final medio diario, mediante el uso del factor de mayoración, F.

QMH  F * QMDF

6.6

Cuando se tienen poblaciones entre 1000 hasta 1000000 de habitantes, se pueden utilizar
las ecuaciones 6.6.1 o, 6.6.2

F 1

14
4  P 0,5





Harmon

6.6.1

F

5
P 0, 2

Babbit

6.6.2

4

El factor de mayoración también puede ser dado en términos del caudal medio diario.
Para ello se utilizan las ecuaciones 6.6.3 o 6.6.4

F

3,53
QMD

0, 0914

Los Ángeles

6.6.3

F

3,70
QMD

0, 0733

Tchobanoglous

6.6.4

La fórmula de Los Ángeles es válida para el rango de 2.8 a 28300 L/s, mientras que la
de Tchobanoglous lo es para el rango de 4 a 5000 L/s. En general el valor de “F debe ser mayor o igual a
1,4”. (Ministerio de Desarrollo Económico. RAS TÍTULO D, 2000, Pág 33- 37).

6.7 Caudal de diseño
El diseño de proceso de las unidades de tratamiento debe basarse en el caudal máximo
semanal para el periodo de diseño, excepto en casos especiales. El diseño hidráulico de
plantas de tratamiento debe hacerse para el caudal máximo horario, sumando los aportes
por infiltraciones y conexiones erradas. (Ministerio de Desarrollo Económico. RAS TÍTULO
D, 2000, pág 21 – 22).

6.8 Caudal máximo
Para pequeñas comunidades, puede utilizarse la ecuación 6.7


2.7575 

Qmax  Qmed * 1.15 

Qmed 0.25 



6.7

Donde:
Qmax = Caudal máximo – m3/h
Qmed = Caudal medio – m3/h
6.9 Variación de la concentración de la contaminación
Son varias las causas relacionadas con la variación de la concentración: costumbre,
origen de las descargas y la época del año (seco, lluvia). Cuando se ignora el aporte de
aguas residuales diferentes a las domésticas, la concentración de las aguas residuales no
varía significativamente a lo largo del tiempo (aunque influye el caudal). Es recomendable
obtener el valor de la concentración media integrada de la contaminación con el
propósito de conocer con mayor exactitud las características o condiciones del agua
residual a tratar, siguiendo para ello la ecuación 6.8

5

n

Cw 

C q
i 1
n

i i

 qi

6.8

i 1

Donde:
Cw
Ci
qi

= Concentración media integrada – mg/L
= Concentración de la sustancia contaminante – mg/L
= Caudal L/s

Lección 7. Constituyentes de las aguas residuales
Físicos, químicos y biológicos son los constituyentes presentes en el agua residual y
determinar su concentración es esencial no solo para el diseño y puesta en marcha de
alcantarillados sino también para la selección, diseño y operación de los sistemas de
tratamiento de aguas residuales. Caracterizar el agua residual varía desde precisas
determinaciones cuantitativas hasta las cualitativas biológicas y físicas; muchos parámetros
se encuentran interrelacionados como se presentan en la figura 9.

Figura 9 Relaciones entre parámetros. Gómez R, 2006

La determinación de los parámetros es una práctica de laboratorio que se realiza con
base en lo establecido en el Standard Methods, bibliografía conocida y aceptada para
veste tipo de análisis. Si el agua en estudio no ha recibido vertidos urbanos o
industriales, la prospección debe comprender la determinación sistemática de los
siguientes parámetros:
 Iones más importantes (bicarbonatos, cloruros, sulfatos, calcio, magnesio y sodio)
 Oxígeno disuelto, demanda química de oxígeno
 Carbono orgánico

6

Si es necesario realizar observaciones más detalladas por la finalidad específica del
estudio o por el grado de contaminación, pueden irse incluyendo sucesivamente los
siguientes grupos de parámetros:
 Compuestos de nitrógeno, fosfatos, hierro, demanda bioquímica de oxígeno, pH
 Fenoles, derivados del petróleo, detergentes, pesticidas
 Fósforo orgánico e inorgánico, trazas (metales pesados, fluoruros, etc.)
Al preparar estas prospecciones deben tenerse en cuenta los factores naturales que
influyen en la composición química del agua, cantidad, localización y tipo de los
asentamientos urbanos, de las industrias y de la agricultura. La atención deberá dirigirse,
sobre todo, a las sustancias que puedan estar presentes en concentraciones peligrosas.
Los parámetros de la calidad del agua más frecuentemente admitidos y utilizados y al
mismo tiempo relevantes para los estudios del medio físico son:
 Oxígeno disuelto (OD)
 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5)
 Sólidos disuelto (SD) y en suspensión (SST)
 Compuestos de nitrógeno, fósforo, azufre y cloro
 pH
 Dureza
 Turbidez
 Elementos tóxico
 Elementos patógenos
7.1 Composición
Se refiere a los constituyentes presentes en el agua servida y según la cantidad que se
presente en ella se clasifica el agua residual como fuerte, media o débil, siendo los datos
típicos los que se presentan en la tabla 3. Dicha clasificación se presenta en función del
caudal vertido, población servida y tipo de actividad.

Tabla 3. Composición de las aguas residuales domésticas
Constituyente

Fuerte

Concentración
Media

Débil

Sólidos totales

1200

700

350

Sólidos disueltos totales

850

500

250

Sólidos disueltos fijos

525

300

145

Sólidos disueltos volátiles

325

200

105

Sólidos suspendidos totales

350

200

100

Sólidos suspendidos fijos

75

50

30

Sólidos suspendidos volátiles

275

150

70

Sólidos sedimentables*

20

10

5

7

DBO5 (1)

300

200

100

COT

(2)

300

200

100

DQO

(3)

1000

500

250

Nitrógeno orgánico

35

15

8

Fósforo total

20

10

6

Fósforo orgánico

5

3

2

Fósforo inorgánico

15

7

4

Grasa

150

100

50

Nota: Datos tomados de (Metcalf & Eddy, 1981, pág: 241)
(1) Demanda Biológica de Oxígeno
(2) Carbono Orgánico Total
(3) Demanda Química de Oxígeno
* Todos los constituyentes se expresan en mg/L excepto los sólidos sedimentables que se hace en mL/L

7.2 Características físicas de las aguas residuales
Los parámetros físicos más importantes son:

color, olor, temperatura y sólidos.

7.2.1 Color. La condición se refiere a la edad del agua residual. Si es fresca, suele ser
gris; en la medida que los compuestos orgánicos son descompuestos por bacterias, el
oxígeno disuelto del agua residual se disminuye hasta alcanzar valores cercanos a cero y
por lo tanto el color cambia a negro, condición que la tipifica como agua residual
séptica. Algunos vertimientos de aguas residuales industriales hacen que el agua tome
otro color.
7.2.2 Olor. Son debidos a los gases producidos por la descomposición de la materia
orgánica. Fresca el agua tiene un “olor desagradable siendo característico el olor del
sulfuro de hidrógeno producido por los microorganismos anaerobios que reducen los
sulfatos a sulfitos” Metcalf & Eddy, Op. cit., pág 247.
7.2.3 Temperatura. Es un factor importante porque actúa como elemento que retarda o
acelera la actividad biológica, la adsorción de oxígeno y bióxido de carbono de la
atmósfera por el agua e influye en la proliferación de algas y en la precipitación de
compuestos.
7.2.4 Sólidos. Los que se presentan en las aguas residuales pueden ser de tipo orgánico
y/o inorgánico provienen de las diferentes actividades domésticas e industriales. Toda la
materia, excepto el agua contenida en materiales líquidos es considerada como materia
sólida. “Analíticamente, el contenido total de sólidos de una residual es la materia que
queda como residuo de evaporación a 103 - 105 °C” (Ibid, pág: 244). El contenido de
sólidos de un agua residual de intensidad media puede clasificarse como se muestra en
la figura 10.

8

Orgánica 75 mg/L
Sedimentables 100 mg/L (2
h)
Mineral 25 mg/L

Suspendidos 200
mg/L

Orgánica 75 mg/L
No sedimentables 100 mg/L
Mineral 25 mg/L

SOLIDOS TOTALES
Orgánica 75 mg/L
Coloidal 50 mg/L
Mineral 25 mg/L
Filtrable 500 mg/L

Orgánica 75 mg/L
Disuelto 450 mg/L
Mineral 25 mg/L

Figura 10. Clasificación de los sólidos totales de intensidad media, (Metcalf & Eddy, 1981,
p´ág: 246)

7.3 Características químicas de las aguas residuales
7.3.1 Potencial hidrógeno. Denominado pH. Es un término usado universalmente para
expresar la intensidad de las condiciones ácidas o básicas de una solución cualquiera,
para el caso el agua, mediante la concentración del ion hidrógeno.
Mientras más fuerte la intensidad de la alcalinidad, mayor es el valor de pH, mientras
más fuerte la intensidad de la acidez, menor el valor de pH.
 Acidez: Es la capacidad que tiene el agua de neutralizar la alcalinidad esto es, iones
del tipo [OH-] debido a la presencia de iones [H+].

9

El agua adquiere acidez en forma natural por la interacción con la atmósfera
desde la cual puede tomar bióxido de carbono (CO 2), dependiendo de ciertas
condiciones de temperatura y presión de la siguiente manera:
H2O + CO2 (atmosférico)

H+ + CO3acidez

 Alcalinidad: Es la medida de la capacidad del agua para neutralizar acidez. Puede
también considerarse como la presencia en el agua de iones [OH -], [CO3 =], [HCO3-], los
cuales tienen la propiedad de reaccionar
con los ácidos, neutralizándolos.
7.3.2 Detergentes. Bajo el nombre genérico de espumantes se consideran todos los
productos que en mayor o menor grado producen espuma cuando el agua es agitada.
Los principales problemas que causan son masa de espuma en el agua cruda y en los
grifos domésticos y tienden a dispersar sustancias no solubles, interfiriendo en los
procesos de coagulación y sedimentación.
7.3.3 Aceites y Grasas. La presencia de compuestos fenólicos en el agua, está asociado
con contaminación de las fuentes por desechos industriales, aguas negras, fungicidas y
pesticidas. El encontrarse este parámetro en el agua afecta la calidad del agua de
muchas formas, siendo la principal la relacionada con condiciones organolépticas,
problema que se potencia, cuando se adiciona cloro al agua dando origen a la formación
de clorofenoles, que afecta el gusto.
7.3.4 Cloruros. La forma más común de ocurrencia de los cloruros en el agua es el
cloruro de sodio o sal común. El origen de los mismos son sales del suelo que se
disuelven en el agua, siendo escasa su presencia en concentraciones altas en aguas
superficiales, excepto en aquellas fuentes provenientes de terrenos salinos o de acuíferos
con influencia de corrientes marinas.
7.3.5 Nitratos. La presencia no es extraña, especialmente en aguas de pozo subterráneo
que pueden recibir infiltración de efluentes de tanques sépticos, ganadería, etc. En
concentración mayor a 10 mg/L, puede ocasionar en los niños lactantes una enfermedad
llamada metahemoglobinemia que impide la oxigenación de la sangre. El nitrógeno en
forma de nitritos, tiene una toxicidad mayor que afecta al hombre y es por estos efectos
adversos que su contenido debe ser vigilado en el agua de consumo.
7.3.6 Sustancias Tóxicas. Existe un grupo de contaminantes inorgánicos cuya presencia en
el agua por encima de ciertos valores admisibles tiene reconocido efecto negativo en la
salud humana.
Entre ellos se destacan:
 Arsénico: Metaloide que está en muchas partes de la naturaleza y puede ser aguda o
crónicamente tóxico para el hombre.
 Bario: Elemento altamente tóxico y causa serios trastornos cardiacos vasculares y
nerviosos.

10

 Cadmio: Es potencialmente tóxico y su ingestión tiene efectos acumulativos en el tejido
del hígado y riñones.
 Cianuro: No es común encontrarlo en el agua natural, sin embargo su presencia es
tóxica.
 Mercurio: Es tóxico para el hombre en todas formas más agudo y crónica. Puede
ingerirse directamente o a través de pescado que a su vez lo ha acumulado en su
organismo.
 Plata: Aunque es un elemento de los más escasos en el agua, todos los estudios que
sobre él y sus posibles efectos se han hecho se encuentran en la fase preliminar, pero
se ha comprobado que produce un decoloramiento permanente e irreversible en la piel,
ojos y membranas mucosas.

7.3.7 Pesticidas. Bajo este nombre genérico se agrupan compuestos inorgánicos naturales
y orgánicos sintéticos, que se utilizan con variados propósitos en las labores agrícolas,
tales como insecticidas, fungicidas, algicidas, etc. Dentro de este grupo, cabe mencionar
organoclorados, organofosforados, carbamatos, clorofenoles. Los efectos tóxicos de los
plaguicidas sobre la salud humana, difieren dependiendo de su naturaleza química, pues
mientras algunos se acumulan en los tejidos, otros son metabolizados.
7.4 Gases
7.4.1 Oxígeno Disuelto. Todos los organismos en una u otra forma dependen del oxígeno
disuelto para mantener los procesos metabólicos que producen energía para su
crecimiento y reproducción. La presencia de éste parámetro es el factor que determina
si los cambios biológicos en un agua residual son llevados a cabo por organismos
aeróbicos o anaeróbicos.

7.5 Medida del contenido orgánico en aguas residuales
7.5.1 Demanda Bioquímica de Oxigeno DBO5. Es la cantidad de oxígeno requerido para
estabilizar la materia orgánica descomponible bajo condiciones anaeróbicas. La materia
orgánica servirá como alimento a las bacterias, las cuales derivarán energía del proceso
de descomposición u oxidación.
7.5.2 Demanda Química de Oxígeno DQO. Es una prueba ampliamente utilizada para
determinar el contenido de materia orgánica de las aguas residuales.
7.6 Características Microbiológicas
Debido a que los microorganismos adolecen de características morfológicas y de
mecanismos sexuales de reproducción, establecer una clasificación de microorganismos es
difícil.
Para obviarlas, el zoólogo alemán Haeckel propuso en 1866 el reino de los
protistos en el cual se incluyen como más representativos las bacterias, algas, hongos y
protozoos.

11

Es de anotar, que el agua como posible portador de microorganismos patógenos, puede
poner en peligro la salud y la vida. Los patógenos, llegan al agua a través de las
deyecciones intestinales, pero simultáneamente ciertas especies bacterianas, en particular
la escherichia coli y los organismos afines llamados coliformes como los estreptococos
fecales, son huéspedes normales del intestino del hombre y de algunos animales, y se
encuentran por consiguiente en las heces fecales.
La presencia de estos microbios
procedencia humana o animal.

en

el

agua

revela

entonces

polución

fecal

de

Lección 8. Determinación y cálculo de la DBO5 y DQO
8.1 Demanda Bioquímica de Oxígeno
Es la cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos para oxidar (estabilizar) la
materia orgánica biodegradable en condiciones aerobias. En condiciones normales de
laboratorio, esta demanda se cuantifica a 20°C, el ensayo estándar se realiza a cinco
días de incubación y se conoce convencionalmente como DBO 5, con valores numéricos
expresados en mg/L – O2.
La DBO5 es el parámetro más usado para medir la calidad de aguas residuales y
superficiales, determinar la cantidad de oxígeno requerido con el propósito de estabilizar
biológicamente la materia orgánica del agua, diseñar unidades de tratamiento biológico,
evaluar la eficiencia de los procesos de tratamiento y fijar cargas orgánicas permisibles
en fuentes receptoras. La ecuación de cálculo es la siguiente:

y5  L(1  e 5 K )  L(1  10 5k )

8.1

Donde:

y5
L
K
k

=
=
=
=

DBO5 estándar – mg/L
DBOUC – mg/L o DBO remanente pata un tiempo t – mg/L
Constante de velocidad de reacción de la DBO 5, base natural – d-1
Constante de velocidad de reacción de la DBO 5, base decimal – d-1

Para calcula la DBO de 1 dia, puede utilizarse la ecuación 8.2

L1  L * e  Kt

8.2

Donde:
L1
= DBO de un día – mg/L
L
= DBOU – DBO última – mg/L
(esta DBO es aproximadamente el 80% del total)

12

La oxidación bioquímica es un proceso lento que requiere, matemáticamente, un tiempo
infinito para su culminación. A 20 °C, valores típicos de K y k son respectivamente 0.23
d-1 y 0.10 d-1. Otros valores típicos son los que se presentan en la tabla 4
Tabla 4. Valores típicos de k, K, L
Tipos de agua residual
k, d-1
Doméstica débil
0,152
Doméstica fuerte
0,168
Efluente primario
0,152
Efluente secundario
0,05 – 0,10

K, d-1
0,35
0,39
0,35
0,12 – 0,23

L, mg/L
150
250
75 – 150
10 – 75

Nota: Datos tomados de (Romero R., J., 2005, pág: 40)

Para determinar el valor de la constante de reacción K a una temperatura diferente de
20°C se utiliza la ecuación 8.3 deducida de la relación clásica de Van´t Hoff Arrhenius:

K T  K 20 T 20

8.3

Donde:

KT
K20



= Constante de reacción de la DBO para T°C – d-1
= Constante de reacción de la DBO para 20°C - d-1
= 1,135 para T = 4 – 20°C
1,056 para T = 20 – 30°C
1,047 para T > 20°C

8.2 Determinación de la DBO
8.2.1 Procedimiento de los ensayos de dilución.
 Preparación de distintas diluciones de la muestra a ser analizada, con agua destilada.
 Las botellas para incubación (de 250 a 300 mL de capacidad) con tapones de vidrio
esmerilado son las más adecuadas. En la botella de DBO se debe colocar:
- La muestra, diluida si es necesario.
- Se añade agua de dilución para completar el volumen hasta la linea de capacidad
señalada. Esta agua de dilución, en el caso de que sea necesario, contiene: Una
siembra de microorganismos y una solución de nutrientes para los microorganismos.
El pH en la solución de la botella debe estar cercano a 7,0 (neutro). Para cada
botella de DBO se debe utilizar otra de control (blanco).
 Incubación de las botellas a 20°C. Cada 24 horas se debe sacar la botella muestra y
el blanco correspondiente de la incubadora y determinar el oxígeno disuelto en mg/L.
Ramalho, Op.Cit.

13


DETERMINACIÓN DE LA DBO EN LABORATORIO

Revisa este video
http://www.youtube.com/watch?v=DD53rXsNy_w

8.3 Demanda Química de Oxígeno
Se usa para medir el oxígeno equivalente a la materia orgánica oxidable químicamente
mediante un agente químico oxidante fuerte, por lo general dicromato de potasio, en un
medio ácido y alta temperatura. Para la oxidación de ciertos compuestos orgánicos
resistentes se requiere la ayuda de un catalizador como el sulfato de plata.
Compuestos orgánicos que interfieren con el ensayo, como los cloruros, se eliminan
mediante HgCl2.
La reacción principal puede presentarse de la manera siguiente:
r

Materia orgánica  Cr2 O7 2  H  Catalizado   Cr 3  CO2  H 2 O
 Calor


El ensayo de determinación de DQO al dicromato se lleva a cabo calentando en
condiciones de reflujo
total una muestra de volumen determinado con un exceso
conocido de dicromato potásico (K2Cr2O7) en presencia de ácido sulfúrico (H2SO4), durante
un periodo de dos horas. La materia orgánica en la muestra se oxida, como resultado se
consume el dicromato de color amarillo que se reemplaza por el ión crómico color
verdoso. Como catalizador se añade sulfato de plata (Ag 2SO4).
La medición se lleva a cabo por valoración del dicromato restante o por determinación
colorimétrica del ion cromo producido, con un colorímetro fotoeléctrico o un
espectrofotómetro. (Ramalho Op. cit.).
La DQO es útil como parámetro de concentración orgánica en aguas residuales
industriales o municipales tóxicas a la vida biológica y se puede realizar en solo unas
tres horas.
La interpretación correcta de los resultados de demanda de oxígeno, para la oxidación
de la materia orgánica, mediante DBO o DQO, es problemática por los diferentes factores
y variables que afectan dichos ensayos. En general, se espera que la DQO sea
aproximadamente igual a la DBO última; pero, especialmente en aguas residuales
industriales, existen factores que hacen que dicha afirmación no se cumpla.

14

“Las aguas residuales domésticas crudas tienen DBO promedio de 250 a 1000 mg/L, con
relaciones de DQO/DBO que generalmente varían entre 1,2 y 2,5” (Romero R., J., 2005).

DETERMINACIÓN DE LA DQO EN LABORATORIO

Revisa este video
http://www.youtube.com/watch?v=t3a-Zy17Brs

Lección 9. Carbono orgánico total,
relación DBO5/DQO
El carbono orgánico total – COT - se basa en la oxidación del carbono de la materia a
dióxido de carbono. Designa a un grupo de diversos compuestos orgánicos en varios
estados de oxidación, algunos de los cuales son susceptibles de oxidación química o
bioquímica (DQO, DBO5).
Las moléculas deben romperse en unidades de carbono simples y ser convertidas en una
forma molecular sencilla que pueda medirse cuantitativamente, sometiéndolas a procesos
oxidantes. Generalmente son convertidas a dióxido de carbono.
El carbono orgánico total de un volumen de agua residual cualquiera es indicador de
polución, siendo posible relacionar este parámetro con la DBO 5 y la DQO. De obtenerse
una relación entre el COT y la DBO5, la primera se deberá usar para el control de
procesos.

9.1 Relación entre DBO5 – DQO – COT
Los valores de la relación entre DBO5/DQO de aguas residuales municipales no sometidas
a tratamiento oscila entre 0.3 – 0.8, después de la sedimentación primaria la relación se
modifica a 0.4 – 0.6 y el efluente oscila entre 0.1 a 0.3 (Crites & Tchobanoglous, 2000).
Se interpreta que de encontrar una relación de 0.3 el vertimiento contiene tóxicos.
La relación entre DBO5 y el COT para aguas residuales es mayor respecto a la que existe
DBO5/DQO al arrojar resultados de 1.2; si el efluente proviene de sedimentación primaria
el resultado se mueve entre 0.8 y 1.2, hasta lograr efluentes entre 0.2 y 0.5.

15

9.2 Demanda teórica de oxígeno
La materia orgánica de origen animal y vegetal presente en las aguas residuales es la
combinación entre carbono – hidrógeno – oxígeno y nitrógeno.

9.3 Relación entre K y la relación DBO5 – DQO

Si t = 5

y, y = Lo = DBOf, entonces,



DBO5  DBO f 1  10 5 K



9.1

A partir de la cual,

DBO5
1
 1 5 K
DBO f
10

9.2

Se puede dibujar DBO5/DBOf (ordenada), considerando los valores de K. La curva asciende
hasta alcanzar en la ordenada el valor de 1, siempre que K sea mayor a 0.3 (Ramalho,
R.S., 1996).

9.4 Relación entre DBO5 - COT
Esta correlación entre DBO 5 – y COT de aguas residuales industriales, es difícil de
establecer debido a la variación en la composición química. Para aguas residuales
domésticas la correlación se da mediante la utilización de la ecuación 9.3 (Ibid).

DBO5  1.87(COT )  17

9.3

16


Lección 10. Destino de los constituyentes de las Aguas Residuales
Evaluar el destino final y el impacto de los constituyentes de las aguas residuales es una
de las actividades requeridas para identificar el comportamiento de la eficiencia de
remoción durante las diferentes etapas de tratamiento vertidas al cuerpo receptor.

10.1 Generalidades del Balance de masa
La ecuación de conservación de la masa se aplica a las descargas sobre lagos, embalses,
ríos, mares y acuíferos. “El principio de conservación de la masa para su aplicación
requiere cuantificar la masa de cualquier constituyente de la calidad del agua bajo
estudio alrededor de un volumen estacionario de dimensiones fijas [o] punto de control”
(Crites & Tchobanoglous, 2000; pág 109). Luego el balance de masa se establece a partir
de la figura 11

Q, N

Q, No

V, N

Figura No. 11 Diagrama análisis balance de masas
(Crites & Tchobanoglous, 2000; pág110)

Se supone:





Es constante el caudal de entrada y salida
El volumen es constante
El líquido se encuentra completamente mezclado
En el interior del tanque existe una reacción química donde actúa A (líquido)

Luego:

10.1.1 Balance general:
Velocidad
de
acumulación
del
=
reactivo dentro del
volumen de control

Flujo
másico
de
reactivo que ingresa
al
volumen
de
control

Flujo másico de
reactivo
que
+
volumen
de
control

Velocidad
de
generación
del
reactivo dentro del
volumen de control

17


10.1.2 Balance simplificado:
Acumulación = entrada – salida + generación
10.1.3 Balance de masa (A partir de la figura 11, se obtiene la ecuación 10.1

N  Q  r V
d N  N O 

Q
N
dt
V
V

10.1

Donde:

d N 
= velocidad del cambio de moles del reactivo dentro del volumen de control,
dt

No
V
Q
N
rN

=
=
=
=
=

m/s-1

moles del reactivo que ingresa al volumen de control - M
volumen contenido dentro del volumen de control - L3
caudal volumétrico de entrada y salida del volumen de control - L3/s
moles del reactivo que abandonan el volumen de control - M
velocidad de reacción dentro del volumen de control - ML3/s

Si no existiera caudal afluente ni efluente, la ecuación 10.1 se convierte en la ecuación
siguiente:

rN 

1 d N 
moles

V dt
( volumen del líquido * tiempo)

10.2

Si N se reemplaza por VCA, donde V = volumen y CA la concentración del constituyente A,
la ecuación 10.2, se convierte en la ecuación 10.3 así:

rN 

1 d VC A  1 VdC  C A dV 

V dt
V
dt

10.3

Si el volumen permanece constante, la ecuación 10.3 se reduce a la ecuación 10.4

rA 

dC A
dt

10.4

18

10.2 Velocidad de reacción
Se utiliza para describir el cambio en el número de moles de una sustancia reactiva por
unidad de tiempo y por unidad de volumen (para reacciones homogéneas), o por unidad
de masa (reacciones heterogéneas). Este término es importante para el diseño de
sistemas de tratamiento de aguas residuales.
La velocidad de reacción para reacciones homogéneas está dada por la ecuación 10.5

r 

1 d N 
moles

V dt
(volumen * tiempo )

10.5

Entre tanto, para reacciones heterogéneas, siendo S el área superficial, la expresión es la
siguiente:

r 

1 d N 
moles

S dt
(área * tiempo )

10.6

Si la reacción involucra dos o más reactivos con coeficientes estequiométricos diferentes,
la velocidad de un reactivo, no será la misma que para otros reactivos. Así, la reacción
será:
Aa + bB

Cc + dD

Siendo entonces el cambio de la concentración con respecto al tiempo para cada uno de
los reactivos, se observa en la siguiente ecuación (10.7)



1 d A
1 d B 1 d C  1 d D



a dt
b dt
c dt
d dt

10.7

Si los coeficientes estequiométricos son diferentes, la velocidad de reacción esta dada
por la ecuación 10.8

r 
Donde (1/Ci) es de signo - para los reactivos y

1 d Ci 
ci dt

10.8

+ para los productos

10.3 Formas de expresión de la velocidad de reacción
Describen la conversión de los residuos en los procesos de tratamiento de aguas
residuales y su transformación después de ser liberados al medio ambiente. Son las
expresiones más comunes:

19


r  k

orden cero

10.9

r  kC primer orden

10.10

r  k (C  Cs ) primer orden

10.11

r  kC 2

10.12

segundo orden

r  kCACB segundo orden

10.13

r

kC
tipo de saturación
k C

10.14

r

kC
retardada de primer orden
(1  Rt ) n

10.15

La suma de los exponentes a los cuales se encuentran elevadas las concentraciones de
los reactivos se conoce como orden de la reacción. Aunque la ecuación (10.14) es de
segundo orden, se puede indicar que es de primer orden con respecto a C A y CB ; la
ecuación (10.14) se conoce como ecuación de saturación, debido a que cuando la
concentración C del reactivo en estudio es muy grande la velocidad de reacción se
ajusta a una orden cero.
La expresión dada por la ecuación (10.15) se conoce como retardada de primer orden
por que la velocidad de reacción cambia con respecto al tiempo, [siendo el] término R
en el denominador el factor de retardo. (Crites & Tchobanoglous, 2000, pág 113).
Los coeficientes cinéticos de reacción, pueden obtenerse por método integral o
diferencial. Si es de orden cero, por este último método tenemos la expresión de
velocidad como se muestra en la ecuación 10.16

rc 

d C 
n
 k C 
dt

10.16

Ahora, el método empleado para determinar el coeficiente cinético de reacción se
obtiene a partir de la ecuación 10.15 donde n se hace igual a la expresión de la
ecuación 10.16

20


n

log d C1  / dt   log d C2  / dt 
logC1   logC2 

10.17

Donde:
n

= Velocidad de reacción

Luego,

C 
ln    kt
 Co 

10.18

Donde:
C
Co

= Concentración final – mg/L
= Concentración inicial – mg/L

21


Referencias Bibliográficas
Crites & Tchobanoglous. (2000). Sistemas de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y
descentralizados (Vol. I). McGraw-Hill Interamericana, S.A.
Gómez R., C. (2012) Módulo Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas Comunidades. Bogotá –
Colombia, Escuela de Ciencias Agrarias, Pecuarias y de Medio Ambiente, Ingeniería Ambiental,
ECAPMA, UNAD.
Metcalf & Eddy. (1981). Tratamiento y depuración de las aguas residuales (Segunda ed.).
Barcelona, España: Labor.
Ministerio de Desarrollo Económico. RAS 2000. (s.f.). Reglamento Técnico del Sector de Agua
Potable. Colombia.
Orozco J. A. y Salazar, A. A. (1987). Tratamiento biológico de las aguas residuales (Primera ed., Vol.
1). Medellín, Colombia: Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia.
Ramalho, R.S. (1996). Tratamiento de aguas residuales. Barcelona: Reverté.
Ramos, Sepúlveda y Villalobos. (2003). El agua en el medio ambiente. Muestreo y análisis.
Mexicali, Baja California, Méjico: Plaza y Valdes Editores.
Romero R., J. (2005). Tratamiento de aguas residuales (Primera reimpresión ed.). Bogotá: Escuela
Colombiana de Ingeniería.
Standard Methods. Recuperado el 13/10/2013 en http://www.standardmethods.org/
Video
Determinación
de
DBO5.
Recuperado
http://www.youtube.com/watch?v=DD53rXsNy_w

el

12/08/2012

de

Video
Determinación
de
DBO5.
http://www.youtube.com/watch?v=t3a-Zy17Brs

el

12/08/2012

de

Recuperado

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