DBO - Demanda Bioquímica de Oxigênio

POR Pedro Coelho

Publicado: sábado, 10 de outubro de 2020

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A Demanda bioquímica de oxigênio (DBO), também de Carência Bioquímica de Oxigênio (CBO) ,é a forma mais utilizada e popular para se medir a matéria orgânica presente no esgoto.

A DBO é usada para medir a quantidade de oxigênio dissolvido utilizado pelos microorganismos no processo de oxidação biológica da matéria orgânica presente em uma amostra, após um tempo de padronizado (5 dias) a uma temperatura de 20°C, e a sua unidade é dada em termos de concentração de oxigênio por volume unitário, sendo que a unidade mais utilizada o O₂/L.

O descarte irregular de esgoto em rios e córregos provoca o aumento da DBO, que tem como consequência a morte de peixes e de outras formas de vida que dependem desse rio (ou córrego).

Breve Histórico e Algumas Informações obre o Teste de DBO

O intervalo de tempo de cinco dias usados nos testes originou-se do tempo estimado que a água leva para viajar da fonte ao estuário no Reino Unido, onde o teste de DBO foi desenvolvido na virada do século passado. 

Para a realização do teste, são coletadas amostras de água e semeadas com microrganismos obtidos de lodo ativado diluído em água deionizada (Água desmineralizada). 

As concentrações iniciais de oxigênio são obtidas antes de selar as amostras e a incubação é feita no escuro a 20 ° C, sendo que a incubação no escuro garante que nenhum oxigênio adicional seja produzido nas amostras através da fotossíntese. 

Após 5 dias, o oxigênio dissolvido é medido novamente. A diferença entre as concentrações de oxigênio inicial e final corrigida para DBO da semente e o fator de diluição é a DBO. Além disso, os resultados podem ser influenciados pela oxidação da amônia, mas pode se adicionar a aliltioureia (C₄H₈N₂S) para inibir essa oxidação. 

Essa DBO é então apenas o resultado da oxidação carbonácea e é identificada como Demanda Bioquímica de Oxigênio Carbonáceo (DBOC). Os valores de DBO variam amplamente; geralmente, águas cristalinas têm um valor abaixo de 1 mg/L, águas moderadamente poluídas de 2-8 mg/L e esgoto municipal tratado 20 mg/L. 

Os padrões para a descarga de efluentes de ETEs variam de 20–30 mg/L e exigem um fluxo mínimo nas águas receptoras para garantir diluição suficiente.

Medição de Oxigênio Dissolvido (OD) e a sua Variabilidade

Os sistemas de fluxos de água produzem e consomem oxigênio. Eles obtêm oxigênio da atmosfera e das plantas como resultado da fotossíntese. A água corrente, por causa de sua agitação, dissolve mais oxigênio do que a água parada, como a de um reservatório atrás de uma barragem. A respiração dos animais aquáticos, a decomposição e várias reações químicas consomem oxigênio. 

O oxigênio é medido em sua forma dissolvida como oxigênio dissolvido (OD). Se mais oxigênio é consumido do que produzido, os níveis de oxigênio dissolvido diminuem e alguns animais sensíveis podem se mover, enfraquecer ou morrer. 

Os níveis de OD variam sazonalmente ao longo de um período de 24 horas. Eles variam com a temperatura e altitude da água. A água fria retém mais oxigênio do que a água quente e, a água retém menos oxigênio em altitudes mais elevadas. 

Além disso, as descargas térmicas de água que são usadas para resfriar máquinas em uma fábrica ou usina de energia, aumentam a temperatura da água e reduzem seu conteúdo de oxigênio. 

Os animais aquáticos são mais vulneráveis aos níveis reduzidos de OD nas primeiras horas da manhã nos dias quentes de verão, quando os fluxos dos rios são baixos, as temperaturas da água são altas e as plantas aquáticas não produzem oxigênio desde o pôr do sol.

Diferença entre DBO e DQO

A diferença fundamental entre DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e DQO (Demanda Química de Oxigênio) reside no processo de oxidação da matéria orgânica na água: a DBO mede a quantidade de oxigênio dissolvido consumida por microrganismos aeróbios para decompor biologicamente apenas a fração biodegradável durante 5 dias a 20°C, simulando condições naturais e indicando o impacto ecológico real em rios e vida aquática.

Já a DQO quantifica o oxigênio necessário para oxidar quimicamente toda a matéria orgânica e inorgânica (biodegradável e não biodegradável, como celuloses resistentes, óleos ou toxinas) usando um agente forte como dicromato de potássio em refluxo ácido por 2 horas, sendo mais rápida, abrangente e útil para efluentes industriais com poluentes refratários. 

Geralmente, a DQO é 1,5 a 2,5 vezes maior que a DBO (razão DBO/DQO entre 0,4-0,6 em efluentes bem biodegradáveis), permitindo avaliar a biodegradabilidade: ratios baixos sinalizam presença de compostos tóxicos ou persistentes que demandam tratamento avançado.

Valores e Qualidade da Água

O valor ideal de DBO em rios é inferior a 3 mg/L para águas de muito boa qualidade, com limite aceitável até 5 mg/L em padrões como os da Resolução CONAMA 357/2005 para classes 1 e 2 de uso (potável ou recreação), pois isso indica baixa carga orgânica e oxigênio dissolvido suficiente para a vida aquática.

Um nível "bom" de DBO geralmente fica abaixo de 5 mg/L, refletindo água limpa com pouca poluição orgânica e bom suporte à biota, enquanto valores acima de 10 mg/L sinalizam degradação. DBO alta, como acima de 10-20 mg/L, significa elevada quantidade de matéria orgânica biodegradável consumindo oxigênio dissolvido, causando hipóxia, morte de peixes, proliferação de algas e mau cheiro por decomposição anaeróbica.

A DBO do esgoto bruto doméstico varia tipicamente de 200 a 400 mg/L (média em torno de 350 mg/L), representando alta carga poluidora de dejetos humanos e orgânicos. Os limites de DBO para lançamento de efluentes em corpos d'água, conforme CONAMA 430/2011, são de no máximo 10 mg/L para tratamento primário + secundário (classe 1 ou 2) ou 60 mg/L em casos específicos, visando proteger a qualidade dos receptores sem ultrapassar seus padrões.

Teste, Análise e Laboratório

O teste de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) mede a quantidade de oxigênio dissolvido (OD) consumida por microrganismos aeróbios para decompor matéria orgânica biodegradável em uma amostra de água durante um período padrão de 5 dias a 20°C, sendo realizado em frascos BOD (BOD bottles) de 300 mL de vidro âmbar: dilui-se a amostra em água purificada com fosfato para alcançar depleção ideal de OD entre 2 e 4 mg/L, mede-se o OD inicial com sonda ou método Winkler, incuba-se na escuridão e mede-se o OD final após 5 dias, calculando a DBO pela diferença corrigida pela diluição e consumo do branco.

A DBO5 é calculada pela fórmula DBO = [(OD-inicial-amostra - OD-final-amostra) - (OD-inicial-branco - OD-final-branco)] × (volume-total / volume-amostra), como no exemplo onde 3 mL de amostra em 300 mL total dão fator de diluição 100 e OD inicial 8 mg/L caindo para 4 mg/L resulta em DBO5 = (8-4) × 100 = 400 mg/L, ajustando-se por "semente" (inóculo microbiano) se a amostra for pobre em bactérias.

A incubadora de DBO é um equipamento termostático que mantém temperatura constante de 20°C (±1°C) no escuro para simular condições naturais de decomposição microbiana sem fotossíntese ou evaporação interferirem no teste. 

A "semente" na análise de DBO é um inóculo de microrganismos aclimatados (de efluente tratado, lodo ativado ou solo aquático) adicionado a amostras com baixa população bacteriana para garantir oxidação completa da matéria orgânica, com seu consumo de OD subtraído do cálculo via branco semissemente para evitar superestimação.

Os fatores que influenciam os níveis de DBO incluem temperatura (aumenta com o calor acelerando microrganismos), pH (ótimo 6,5-7,5, extremos inibem bactérias), presença de nutrientes e toxinas (metais pesados ou antibióticos suprimem), quantidade e tipo de matéria orgânica biodegradável (proteínas, carboidratos elevam, lignina resiste), oxigênio dissolvido inicial e população microbiana.

Impacto Ambiental e Saneamento

A DBO é usada para medir poluição porque quantifica a quantidade de matéria orgânica biodegradável presente na água, indicando o potencial de consumo de oxigênio dissolvido (OD) por microrganismos durante a decomposição, servindo como indicador padrão de carga poluidora orgânica em rios, efluentes e esgotos, conforme normas como CONAMA no Brasil.

Proliferação de algas na lagoa da saudade em Santos, SP

Ela afeta peixes e vida aquática ao reduzir drasticamente o OD quando elevada (acima de 5-10 mg/L), causando hipóxia que estressa, sufoca e mata espécies sensíveis como peixes e invertebrados bentônicos, desequilibra cadeias alimentares, promove eutrofização com proliferação algal e cria zonas mortas com perda de biodiversidade.

Para reduzir a DBO no tratamento de efluentes, aplica-se processos biológicos como lodos ativados (bactérias aeróbias oxidam orgânicos em tanques com aeração), filtros percoladores, lagoas de estabilização ou reatores UASB anaeróbios seguidos de aeróbios, combinados com pré-tratamento físico-químico (gradagem, decantação) e pós-desinfecção, podendo remover 90-95% da DBO inicial.

A relação entre DBO e OD é inversamente proporcional: alta DBO significa maior consumo de OD pelos microrganismos degradando poluentes orgânicos, podendo esgotar o OD abaixo de 4-5 mg/L críticos para a sobrevivência aquática, enquanto baixa DBO preserva níveis adequados de OD saturados (próximos a 8-10 mg/L em águas tropicais).

Importância da DBO

A taxa de consumo de oxigênio em um fluxo é afetada por uma série de variáveis: temperatura, pH, presença de certos tipos de microorganismos e o tipo de material orgânico e inorgânico na água. 

A DBO afeta diretamente a quantidade de oxigênio dissolvido em rios e riachos. Quanto maior a DBO, mais rapidamente o oxigênio se esgota no fluxo. Isso significa que menos oxigênio está disponível para as formas superiores de vida aquática. As consequências de uma alta DBO são as mesmas do que a de baixo nível oxigênio dissolvido: os organismos aquáticos ficam estressados, sufocam e morrem. 

As principais fontes para o aumento de DBO incluem folhas e detritos lenhosos; plantas e animais mortos; estrume animal; efluentes de fábricas de celulose e papel, estações de tratamento de águas residuais, confinamentos e fábricas de processamento de alimentos; sistemas sépticos falhando; e escoamento de águas pluviais urbanas. 

Referências

• Notas de Tratamento de Efluentes, Pedro H.C Mendes, São Sebastião, São Paulo, 2020.
• https://archive.epa.gov/water/archive/web/html/vms52.html (acessado dia 09/10/2020 as 10:40)
• https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/biochemical-oxygen-demand (acessado dia 09/10/2020 as 11:02)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico com Pós Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho e também sou Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, eu conclui recentemente o curso de Engenharia Civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)