Generalidades del metabolismo microbiano
Punto de vista de tratamiento biológico de aguas
En la materia orgánica de un agua residual, se encontrarán los nutrientes y la fuente energética que le permita a las células microbianas alimentarse a través de reacciones catabólicas para generar energía para sus funciones vitales (transporte de nutrientes, movimiento, entre otras) y para obtener los nutrientes que le permitirán aumentar la biomasa; todo generado a través de reacciones anabólicas y catabólicas las cuales se pueden ver reflejadas en el esquema:
Figura 1. Esquema del metabolismo bacteriano llevado a cabo por reacciones catabólicas y anabólicas.
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Punto de vista nutricional o biosintético
Desde el punto de vista nutricional o biosintético, de acuerdo la fuente de carbono, los microorganismos son catalogados como heterotróficos si requieren uno o más fuentes de compuestos orgánicos como fuente de carbono; o autotróficos si el CO2 es la fuente. En un ambiente acuático, los autótrofos son considerados los productores primarios debido a que son ellos los que ingresan el CO2 a la cadena alimenticia de tal forma que ellos se benefician de este, y posteriormente proveen de alimento a los quimioorganotrofos, ya sea porque se alimentan directamente de estos productores primarios, o porque viven a expensas de los productos que ellos excretan.
En procesos de tratamientos de aguas, el grupo de los organismos heterotróficos, son los más predominantes en estos sistemas, debido principalmente a que estas aguas son ricas en compuestos orgánicos. Por otro lado, aquellas bacterias que emplean compuestos inorgánicos como donadores de electrones y CO2, llamados quimioautotrofos, se pueden encontrar en menor proporción a los heterótrofos. La mayoría de organismos de este tipo son aquellos que emplean el NH4+ (amonio) y el nitrato (NO3) como donadores de electrones, y son responsables en los procesos de nitrificación (Leslie et al., 2011). En las últimas décadas bacterias asociadas a procesos anammox, han sido de gran interés por su utilidad en el tratamiento de aguas residuales con una alta carga de amonio.
Oxidación anaerobia del ion amonio (Anammox por sus siglas en inglés Anaerobic ammonium oxidation): reacción en condiciones anaerobias donde la reducción del nitrito asociado a la oxidación del amonio pasan a nitrógeno atmosférico (N2) que está involucrados en los procesos de denitrificación en efluentes residuales
NH4+ + NO2 - → N2 + 2H2O
Condiciones aerobias y anaerobias
Dentro de los sistemas de tratamientos existen condiciones aerobias y anaerobias y en algunos casos se generan los dos tipos de ambientes, sobre todo cuando se trabajan con lodos, ya que en el interior de los gránulos se generan condiciones anaerobias; por lo tanto, en este tipo de sistemas, las bacterias facultativas serán las que se vean favorecidas, como son algunas nitrificantes, ya que ellas pueden emplear el oxígeno como aceptor final de electrones en condiciones aerobias, y compuestos orgánicos en ausencia del oxígeno (procesos fermentativos), produciendo al final compuestos orgánicos reducidos.