Crecimiento microbiano
La velocidad específica de crecimiento de las células durante la fase exponencial en un cultivo discontinuo depende de la concentración de nutrientes existentes en el medio. Generalmente, la velocidad de crecimiento se ve restringida por un único sustrato limitante, el cual comúnmente es la fuente de carbono o nitrógeno. El crecimiento microbiano se puede describir de acuerdo con la ecuación respecto al sustrato, según Monod (1949):
Donde,
µ= coeficiente de velocidad de crecimiento específico
µmax = coeficiente de velocidad de crecimiento máxima que ocurre a 0,5 µmáx;
s = concentración del nutriente limitante corresponde a la concentración en la que µ es la mitad de su valor máximo
Gráficamente, la relación velocidad de crecimiento (µ) con la concentración del sustrato (S) se refleja en la figura 1.
Figura 1. Relación entre la velocidad específica de crecimiento (µ) y la concentración del sustrato limitante en un cultivo celular (S). µmax es la velocidad máxima de crecimiento, y Ks es el coeficiente de saturación.
Ecuaciones de cinética microbiana
Con respecto al número o masa celular, siguen una cinética de primer orden (Sanz, 2014):
Velocidad del aumento celular = k [No ó masa de célular]
Siendo k la constante de velocidad de crecimiento.
Las velocidades de crecimiento celular se expresan generalmente en términos del tiempo de duplicación (td) (tiempo necesario para que la población se duplique):
La velocidad de crecimiento dependerá de la fase de crecimiento en el cual se encuentre el cultivo microbiano, como se muestra en la Tabla 1. En la fase de latencia o adaptación, la velocidad es aproximadamente cero. La velocidad en la fase exponencial o de aceleración, aumenta hasta alcanzar su velocidad máxima y viceversa cuando entra a la fase estacionaria y muerte (Doran, 1995).
| Fase | Descripción | Velocidad específica de crecimiento |
| Latencia o adaptación | Las células se adaptan al nuevo ambiente. No existe, o existe muy poco crecimiento. | μ ≅ 0 |
| Exponencial o de aceleración | Comienza su crecimiento. Cuando alcanza su máxima velocidad detiene o desacelera su crecimiento. | μ < μmax μ ≅ μmax |
| Estacionaria | Cesa el crecimiento. | μ = 0 |
| Muerte | Las células pierden viabilidad y en algunas ocasiones se lisan. | μ < 0 |
Estas ecuaciones y velocidades son constantes siempre y cuando se mantengan en un sistema en equilibrio; para ello no solo se debe tener en cuenta los sustratos provenientes del efluente a tratar, sino también de los parámetros físicos y químicos, y su configuración de operación.
Dentro de los sistemas de tratamiento de aguas, los microorganismos pueden crecer por la presencia de contaminantes; en este caso, su fuente de carbono o energía que está en el agua residual y por tanto, a partir de ahí generar nueva biomasa, CO2 y otras formas menos contaminantes en el agua.