El agua, elemento esencial para la vida, ha sido uno de los principales perjudicados con los diferentes procesos de industrialización y urbanización.

Las aguas contaminadas pueden ser tratadas con diferentes medios, tanto físicos como químicos (p. ej. Precipitación, incineración, coagulación, oxidación química, entre otros). Aunque se pueden presentar algunas limitaciones; por lo tanto, complementario a estos tratamientos están los procesos biológicos que son una buena alternativa para el mejoramiento aguas contaminadas, los cuales son procesos económicos, eficientes en energía y sirve como alternativa amigable con el medio ambiente (Mondal et al., 2010).

Las aguas contaminadas pueden ser tratadas con diferentes tratamientos tanto físicos como químicos (p. ej. Precipitación, incineración, coagulación, oxidación química, entre otros). Aunque se pueden presentar algunas limitaciones como: generación de subproductos residuales con mayor grado de toxicidad, incompleta mineralización de la materia orgánica y en algunos casos altos costos para instalar o mantener la planta de tratamiento de aguas residuales. Por lo tanto, complementario a estos tratamientos están los procesos biológicos que son una buena alternativa para el mejoramiento aguas contaminadas, los cuales son procesos económicos, eficientes en energía y sirve como alternativa amigable con el medio ambiente (Mondal et al., 2010). En éste tipo de tratamientos, con la presencia de diferentes entes biológicos (microorganismos principalmente) se logra degradar la materia orgánica, pasar a estados menos tóxicos los compuestos considerados altamente perjudiciales para la salud como los aromáticos y los metales pesados.

Esta unidad, está encaminada a aprender y comprender los procesos dentro de un tratamiento biológico de aguas, a continuación se entrará con detalle a este tipo de tratamientos.

Propósito general

Comprender la importancia de los microorganismos en el tratamiento biológico de las aguas residuales.

Propósitos específicos

• Identificar el tipo de organismos que intervienen en un Sistema de tratamiento de aguas.

• Estudiar las características fisiologica de los microorganismos para que puedan llevar a cabo el proceso de remoción de materia orgánica.

• Conocer los tipos de sistemas biológicos de tratamientos de agua empleados en condiciones aerobias y anaerobias.

El tratamiento biológico de aguas puede ser dividido en dos categorías de crecimiento microbiano: suspendido y fijo en una matriz o inmovilizado.

Un tratamiento biológico de agua tiene como objetivos principales la estabilización de la materia orgánica, coagular, y remover los sólidos coloidales; en algunas ocasiones también se presenta la remoción de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, así como de otros compuestos orgánicos (Crites et al., 2000). Según Beun y colaboradores (2002), este tratamiento es llevado a cabo principalmente por comunidades microbianas bajo diferentes procesos metabólicos aerobios, anaerobios o una combinación de ambos.

En la siguiente imagen podra ver los diferentes tratamientos que tienen las aguas residuales.

Para entender el papel de los microorganismos en el tratamiento de aguas residuales, es necesario considerar cómo los microorganismos se desarrollan (generación de biomasa), se mantienen (de qué se alimentan) y, según su metabolismo, favorecen un sistema de tratamiento biológico de aguas (interrelación ambiente y microorganismo) dentro de un sistema donde se presentan relaciones de competencia y sinergia, que ayudan a cumplir con el principal objetivo de remoción de la materia orgánica de tal forma que se cumplan con los parámetros de DBO, DQO, COT; y se mejoren los procesos de nitrificación, denitrificación y eliminación de fosforo.

Como resultado de la evolución microbiana existe una alta diversidad, tanto estructural como funcional, la cual puede estar vinculada dentro de procariotas (bacteria y archaea) o eucariotas (microalgas, protozoos, mohos y levaduras). Otra clase de microorganismos son los virus que no están en esta clasificación.

Las distintas especies bacterianas tienen diferentes requerimientos nutricionales (a veces específicos) y condiciones fisicoquímicas que les permiten permanecer viables. El metabolismo microbiano por medio del cual se generan diversas reacciones químicas está dado por una función de equilibrio energético entre ganancia y pérdida energética; es decir, el metabolismo se puede dividir en dos clases de reacciones químicas: las que liberan energía (catabolismo) y las que consumen energía (anabolismo) (Crites et al., 2000).

Bajo condiciones apropiadas de crecimiento de las bacterias en cultivos suspendidos, crecen en sustancias gelatinosas o gránulos llamados biofloc que pueden tener tamaños entre 0.05 a 1mm.

En el siguiente documento podra ampliar información acerca de las generalidades del metabolismo microbiano.

Siendo los microorganismos procariotas los principales responsables de la transformación de la materia orgánica en las plantas de tratamiento de aguas, este subtema estará enfocado en el crecimiento celular.

Cuando se habla de un cultivo discontinuo, los microorganismos tanto bacterias como archaeas, presentan una división binaria, donde su crecimiento es exponencial, donde a partir de una célula se generan dos células nuevas.

Existen técnicas para realizar recuentos microbianos, que permiten valorar el crecimiento y la tasa de velocidad a la que se generan las células microbianas. Para lograr valorar un sistema de tratamiento biológico, se necesita buscar un equilibrio en la corriente residual en la parte de nutrientes, de tal forma que el crecimiento microbiano sea el ideal, de tal forma que se estabilicen las poblaciones y se cumpla con los objetivos del sistema; para lo cual se consideran algunos principios.

Actividad de aprendizaje

Le invitamos a realizar la siguiente actividad relacionada con los conceptos básicos del metabolismo de los microorganismos.

El uso de procesos aerobios en cultivos fijos, se puede llevar a cabo por medio de tres vías. En estos sistemas, la biomasa no se encuentra suspendida en el agua sino fija sobre el soporte formando una película. Algunas de las tecnologías empleadas son los filtros percoladores, los contactores biológicos rotativos (RBC) o biodiscos, los filtros aireados biológicos (BAF), los reactores de lecho móvil (MBBR), y como resultado de la combinación de un sistema de fangos activos y un sistema de soporte sólido, se encuentran los llamados procesos híbridos.

El uso de sulfatos y CO₂ como aceptores de electrones obliga a tener condiciones anaerobias estrictas (ausencia de oxígeno y nitratos), de lo contrario, la formación de metano (CH₄) se verá afectada (Lozano, 2012). El proceso anaerobio se puede reducir en tres fases, donde las dos últimas ocurren de forma simultánea.

En los diferentes hábitats acuáticos el nitrógeno amoniacal es la principal forma de nitrógeno contaminante. Esta contaminación tiene origen principalmente antropogénico, ya que se ha encargado de aumentar el aporte de nitrógeno a los sistemas hídricos por su uso en diversos procesos industriales y actividades agrícolas. Aunque de forma natural, este compuesto puede encontrase en los hábitats acuáticos (Claros, 2012).

En el tratamiento biológico de aguas se emplean dos procesos principalmente, la nitrificación y la denitrificación, para eliminar o remover parte del nitrógeno contaminante.

Comprender el tratamiento biológico de aguas residuales no solo desde el punto de vista ingenieril, sino también desde los principios biológicos, permite vislumbrar el tipo de organismos que pueden intervenir en determinado proceso, de tal forma que se mejore eficientemente la calidad del agua que día tras día se enfrenta a nuevos desafíos por el aumento de contaminantes altamente tóxicos.

El tratamiento biológico es una tecnología que tiene diferentes metodologías, las cuales se basan en los principios metabólicos microbianos, siendo así que los procesos anaerobios son los más adecuados para el tratamiento de aguas con una alta carga de materia orgánica. Mientras que los procesos aerobios pueden intervenir en diferentes procesos donde existan compuestos tanto orgánicos como inorgánicos altamente tóxicos. No obstante, en la actualidad, se ha visto que el entender como funcionan metabólicamente estos microorganismo permite desarrollar procesos de mayor eficiencia usando ambos procesos (aerobios y anaerobios) en algunas etapas del tratamiento, generando un agua de mejor calidad.