Qué es el fraccionamiento de DQO, y por qué un diseño sin él es un diseño para el agua de otro
Dos aguas pueden llegar con la misma DQO total y necesitar plantas distintas. La cifra que las separa no aparece en un reporte de laboratorio ordinario.
Un reporte de monitoreo de descargas da una DQO total. Es una sola cifra, es barata, y toda planta acumula años de ella. También es casi inútil por sí sola como dato de diseño, porque dice cuánta demanda de oxígeno llegó y absolutamente nada sobre con qué rapidez la biología puede alcanzarla.
El fraccionamiento es el paso que divide esa cifra única en las partes que un modelo de lodos activados puede utilizar. Es la diferencia entre diseñar para un agua concreta y diseñar para una categoría a la que esa agua resulta pertenecer.
Las cuatro fracciones
La DQO total se divide según dos ejes a la vez: soluble o particulada, y biodegradable o inerte. Eso da cuatro fracciones, y cada una se comporta de manera distinta en un reactor.
| Fracción | Qué es | Qué hace en la planta |
|---|---|---|
| Fácilmente biodegradable | Soluble, moléculas pequeñas — ácidos grasos volátiles, azúcares, alcoholes. Se asimila en minutos. | Fija la demanda pico de oxígeno e impulsa la desnitrificación. Es el carbono del que una zona anóxica realmente dispone. |
| Lentamente biodegradable | Principalmente particulada y coloidal. Debe hidrolizarse antes de poder asimilarse, lo cual toma horas. | Fija el volumen de reactor requerido. La etapa limitante de la velocidad es la hidrólisis, no la asimilación. |
| Inerte soluble | Pasa de largo sin alterarse. | Aparece en la DQO del efluente esencialmente a la concentración del afluente. Ningún volumen de reactor la remueve. Cuando el permiso está escrito sobre DQO, esta fracción por sí sola puede determinar si el permiso es siquiera alcanzable mediante tratamiento biológico. |
| Inerte particulada | No se degrada, pero queda capturada en el flóculo. | Se acumula en el licor mezclado y sale como lodo. Eleva los SSLM y la producción de lodo sin aportar capacidad de tratamiento alguna. |
Por qué el reparto importa más que el total
Considérense dos efluentes industriales que reportan la misma DQO total en la misma hoja de laboratorio. Uno es una corriente tipo cervecería, en su mayor parte fácilmente biodegradable; el otro arrastra una gran fracción inerte soluble procedente de un proceso que emplea un solvente recalcitrante.
Diseñados a partir del total únicamente, reciben la misma planta. En la realidad:
- La corriente fácilmente biodegradable necesita menos volumen de reactor del que el total sugiere, porque la asimilación es rápida — pero necesita más capacidad instalada de aireación en el pico, porque esa demanda llega toda de una vez.
- La corriente con la gran fracción inerte no necesita más volumen para la parte inerte, porque nada le ocurre — pero ningún volumen llevará su DQO de efluente por debajo de la concentración inerte soluble. Si el permiso queda por debajo de esa cifra, la respuesta no es una planta biológica más grande. Es la segregación en la fuente, o un proceso enteramente distinto.
Ese segundo caso es el caro de equivocar, y no es visible en el total. Se construye una planta, se pone en marcha y nunca cumple su permiso — y la autopsia encuentra que no habría podido cumplirlo desde el primer plano.
La versión de una sola frase
La DQO total declara cuánta demanda de oxígeno llegó. El fraccionamiento declara sobre cuánta de ella puede actuar la planta.
Cómo se miden las fracciones
Las mediciones son ordinarias, y cualquier laboratorio competente puede hacerlas. Lo que no es ordinario es pedirlas.
El reparto soluble/particulado
DQO total sobre la muestra cruda, y DQO otra vez sobre una muestra filtrada. La filtración es donde está el cuidado: un filtro estándar de fibra de vidrio deja pasar material coloidal que se comporta como particulado en el reactor, de modo que un paso de floculación y filtración previo a la medición es lo que separa lo verdaderamente soluble de lo soluble en términos operativos. Omítase eso y la fracción fácilmente biodegradable lee alto.
Las fracciones inertes
La fracción inerte soluble se obtiene de un ensayo por lotes de larga duración: airear una muestra hasta que nada más se degrade, y la DQO soluble remanente es la inerte soluble. Es lento — días — y es la cifra más valiosa de la hoja cuando el permiso está sobre DQO.
La fracción inerte particulada normalmente se calcula hacia atrás a partir de la producción de lodo observada durante un periodo en el que la carga y la tasa de purga son conocidas.
Qué añade la respirometría
Un ensayo respirométrico mide la tasa de consumo de oxígeno contra el tiempo sobre una muestra real del agua y del lodo. La forma de esa curva separa la fracción fácilmente biodegradable de la lentamente biodegradable de manera directa, y no por inferencia: la asimilación rápida decae conforme se agota el material fácilmente biodegradable, dejando la meseta más lenta limitada por la hidrólisis.
Hace además algo que un análisis de composición no puede: muestra la inhibición. Cuando el agua contiene algo que suprime la biología, la respirometría es donde aparece — como una curva que no sube del modo en que la DQO dice que debería. En un efluente industrial esa es una sorpresa común y cara, y es mucho mejor encontrarla en un matraz que en un reactor ya construido.
El mismo argumento vale para el nitrógeno
El nitrógeno también se reparte — amonio, nitrógeno orgánico soluble, nitrógeno orgánico particulado y nitrato — y el reparto importa por la misma razón. Es además donde los valores por omisión del modelo hacen más daño, porque los factores de composición por omisión están calibrados sobre agua residual municipal y fabricarán sin reparo nitrógeno que un agua industrial concentrada y pobre en nitrógeno no contiene.
Eso lo sabemos con precisión, porque ocurrió en nuestra propia herramienta. En nuestro ejemplo trabajado, los factores de composición por omisión entregaron 114.6 mg/L de NTK frente a los 60 mg/L que se habían introducido — una sobrestimación del 91 %. El NTK medido fija ahora el total y los factores de composición lo distribuyen.
La verificación completa está publicada, incluido ese punto y los otros once que encontró.
Qué pedir
Si va a encargar una caracterización, o a juzgar una que hizo otro, esta es la lista:
- DQO total y soluble, con el método de filtración declarado.
- DBO₅, SST y SSV.
- NTK, amonio, nitrato, fósforo total, alcalinidad, pH y temperatura.
- Las cuatro fracciones de DQO, con el método empleado para cada una.
- Respirometría cuando el agua sea industrial, o cuando la inhibición sea plausible.
- Muestreo a lo largo del ciclo real de producción — incluidos los días que no son típicos, porque esos son los días en que la planta falla.
Todo diseño presentado a revisión debería venir acompañado de dos respuestas: el fraccionamiento sobre el que se basa, y la procedencia de esas cifras. Cuando la respuesta sea una categoría — "agua residual típica de cervecería" — el diseño es para una cervecería típica.