Por Jael Batty
Los lodos activados son una mezcla de microorganismos que entran en contacto con los materiales biodegradables (alimentos) de las aguas residuales y los digieren. Una vez eliminada la mayor parte de la materia de las aguas residuales, los microorganismos forman flóculos y se sedimentan como lodos. Siempre crecerá algún tipo de microorganismo en el sistema. Los organismos que dominarán serán los que mejor se adapten al medio.1
Los microorganismos naturales del entorno de las aguas residuales desempeñan un papel vital en el proceso de tratamiento de las aguas residuales. Las bacterias beneficiosas, los protozoos, los metazoos, las algas y los hongos se alimentan de la materia orgánica de las aguas residuales, descomponiéndola. Las bacterias se agrupan, o forman flóculos, formando masas que se sedimentan y se separan de los líquidos de las aguas residuales. Esta masa sedimentada se llama lodo. Esta semana vamos a hablar específicamente de las bacterias de las aguas residuales.
Bacterias Aerobias, Anaerobias y Facultativas
Las bacterias representan el 95% de los microorganismos de las aguas residuales. Son microorganismos unicelulares que se clasifican en función de su respuesta al oxígeno.
Las bacterias aerobias utilizan el oxígeno, que se añade mecánicamente, para descomponer los contaminantes de las aguas residuales, convirtiéndolo en energía. Las bacterias utilizan esta energía para crecer y reproducirse. Las bacterias anaerobias obtienen el oxígeno de su fuente de alimento. A medida que las bacterias anaerobias descomponen los lodos, producen gas metano. Este gas metano puede utilizarse como fuente de energía alternativa, denominada biogás, para alimentar el proceso de tratamiento de las aguas residuales. También pueden utilizarse bacterias anaerobias para reducir la cantidad de fósforo del efluente. Aunque prefieren el oxígeno, las bacterias facultativas pueden cambiar entre formas aeróbicas y anaeróbicas en respuesta a su entorno.1,2
Las bacterias consumen materia orgánica
Las bacterias consumen materiales orgánicos biodegradables, como proteínas, hidratos de carbono y grasas, mediante adsorción y absorción:
Durante la adsorción, las partículas de alimentos demasiado grandes para atravesar la membrana celular y las bacterias se adhieren entre sí. Las bacterias segregan enzimas, que disuelven las partículas de comida en unidades muy pequeñas. Estas pequeñas unidades de alimento pueden atravesar ahora la pared celular de la bacteria. La absorción es el proceso por el que unidades disueltas más pequeñas de alimento pasan a la membrana celular.1
Cinco fases del crecimiento bacteriano
La mezcla de microorganismos y aguas residuales en el tanque de aireación se llama «licor mezclado». Las bacterias pasan por 5 fases de crecimiento en el licor mixto.
- Durante la fase de latencia, las bacterias se adaptan al entorno, desarrollando las enzimas necesarias para digerir los nutrientes. Las bacterias descomponen los nutrientes con enzimas que sólo funcionan en condiciones favorables. Las bacterias no pueden sobrevivir si las enzimas no funcionan correctamente.
- Las aguas residuales afluentes contienen altos niveles de nutrientes que las bacterias utilizan para crecer y obtener energía. Las bacterias empiezan a crecer y a reproducirse durante la fase de crecimiento acelerado. Las bacterias en crecimiento se desplazan en busca de nutrientes, multiplicándose rápidamente. No sedimentan para formar flóculos.
- Durante la fase de crecimiento decreciente, los niveles de nutrientes empiezan a descender y las bacterias compiten por ellos. Cuando los niveles de alimento son bajos, las bacterias se ralentizan para conservar energía y no crecen ni se reproducen. Los nutrientes se utilizan para la energía y el mantenimiento celular.
- Los niveles de bacterias permanecen constantes durante la fase estacionaria. Forman una gruesa capa limosa de productos de desecho en el exterior de la pared celular. Esta capa de limo hace que las bacterias se agrupen para formar flóculos.
- El número de bacterias se reduce durante la fase de muerte.1
Relación alimento-microorganismo
La cantidad de alimento disponible para los microorganismos se calcula mediante la relación alimento-microorganismo (F/M). La relación F/M es la medida del alimento entrante dividida por los microorganismos (en libras) del sistema. Se determina dividiendo los resultados de la prueba DBO/COD por los sólidos volátiles en suspensión del licor mezclado (MLVSS).
Si el licor mezclado no se mantiene el tiempo suficiente para que desciendan los niveles de nutrientes, se desarrolla una relación F/M elevada en la que las bacterias se dispersan y siguen reproduciéndose y moviéndose activamente. Esto impide que se formen flóculos, lo que provoca problemas de sedimentación y un efluente turbio. Sólo cuando los nutrientes son limitados pueden las bacterias desarrollar la capa de limo y agruparse para formar flóculos.3
Si la relación F/M es demasiado baja, pueden producirse carencias de nutrientes. Un entorno deficiente en fósforo, nitrógeno y/o azufre interrumpe el desarrollo de la pared celular, creando resistencia al agua, lo que provoca la dispersión del flóculo, el abultamiento del lodo y la formación de espuma. A los nutrientes les resulta difícil penetrar en la pared celular. El abultamiento del limo puede producirse en entornos deficientes en fósforo o nitrógeno o ricos en ácidos orgánicos.1,3
Biorremediación
La relación F/M puede ajustarse con la biorremediación, que es un proceso de tratamiento de las aguas residuales para fomentar el crecimiento de los microorganismos existentes. Con la bioestimulación, se introducen en las aguas residuales nutrientes suplementarios, vitaminas, minerales, ácidos orgánicos y amortiguadores del pH para crear un entorno hospitalario que estimule a los microorganismos naturales. La bioaumentación, la adición de microorganismos, puede utilizarse para reiniciar los sistemas de lodos activados o para ayudar a descomponer un contaminante concreto.
La biorremediación aumenta la biooxidación de las aguas residuales y reduce los niveles de grasa, lodo y olor en las plantas de tratamiento de aguas residuales, lagunas y estanques. La biorremediación se utiliza para ayudar a degradar metales pesados, compuestos del petróleo y residuos peligrosos. Los productos bioestimulantes y bioaumentadores ayudan a reducir la toxicidad de las aguas residuales, los costes de manipulación de los lodos y el consumo de energía.4
Conclusión
Las bacterias descomponen la materia orgánica de las aguas residuales y forman el flóculo que se asienta y separa los sólidos de los líquidos. El control de la relación F/M -un componente vital para crear un entorno favorable para las bacterias de las aguas residuales- puede lograrse mediante el uso de productos de biorremediación.
La presencia y actividad de bacterias y otros microorganismos indica el estado de las aguas residuales a lo largo de las fases de tratamiento. Vuelve la semana que viene para conocer los bioindicadores de aguas residuales.
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Citas
- T Glymph (2005). Microbiología de las aguas residuales: Manual para operadores,
https://www.iowaruralwater.org/tools_tips/toni_glymp/Bacteria-Protozoa.pdf - Departamento de Protección Medioambiental de Kentucky (2012). Tipos de bacterias utilizadas en el tratamiento de aguas residuales, https://kyocp.wordpress.com/2012/06/14/types-of-bacteria-used-in-wastewater-treatment/
- R Fuller (2017). Alimentos-masa (F:M) Ratio, El Blog de las Aguas Residuales,
https://www.thewastewaterblog.com/single-post/2016/12/19/Food-to-Mass-Ratio - LM Coelho, HC Rezende, LM Coelho, PAR de Sousa, DFO Melo y NMM Coelho (2015). Biorremediación de Aguas Contaminadas mediante Microorganismos, https://www.intechopen.com/books/advances-in-bioremediation-of-wastewater-and-polluted-soil/bioremediation-of-polluted-waters-using-microorganisms
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