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CONTROL DEL CRECIMIENTO FILAMENTOSO EN PLANTAS CON

INFLUENTES PROCEDENTES DE LA INDUSTRIA DEL PROCESADO

DE HARINAS Y FRITURAS

INTRODUCCIÓN

En el tratamiento de aguas residuales mediante fangos activados los factores

principales que intervienen en la formación del flóculo y su sedimentación son entre

otros: la edad del fango, la purga de fangos, la actividad de la fauna protozoaria (en

especial de los ciliados) y la toxicidad (presencia de metales pesados y compuestos

orgánicos). La floculación tiene lugar debido a la producción de una capa de

polisacáridos de aspecto gelatinoso que consigue que los microorganismos se

adhieran. Otros factores, tales como la superficie química y densidad del flóculo,

pueden tener una fuerte influencia en las propiedades de sedimentación (Eikelboom et

al., 1998). Además, la geometría del sistema y la forma en que el agua residual se

aporta al reactor condicionan las características de floculación del fango (Ramalho,

1996).

No todas las bacterias que se desarrollan en los fangos activados son

formadoras de flóculos ya que otros microorganismos como son los de tipo

filamentoso pueden desarrollarse causando problemas en el control del proceso y en

la calidad del agua tratada (Richard, 1991).

Entre los problemas que se pueden encontrar en el proceso de depuración de

aguas residuales por fangos activados destacan aquellos en los que el fango tiene una

sedimentación pobre ya que presenta poco peso y aspecto muy ligero (flóculo en

forma de punta de alfiler o pin-point floc) o esponjamiento (bulking). El fango de estas

características pasa por encima de los vertederos de separación y se escapa con el

efluente del decantador secundario o clarificador, lo que provoca que la concentración

de sustrato presente en el sistema sea insuficiente para mantener el crecimiento de

los microorganismos que contribuyen a la formación del flóculo. Estas condiciones

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provocan que los microorganismos se vean obligados a funcionar en régimen de

respiración endógena por lo que el efluente tendrán una Demanda Bioquímica de

Oxígeno (DBO) relativamente elevada, lo que no resulta deseable (Ramalho, 1996;

Pacheco et al., 2000).

Durante el proceso de respiración endógena se metaboliza un material

citoplasmático rico en proteínas y ácido ribonucleico (ARN) y el residuo producido está

constituido principalmente por cápsulas celulares muy ligeras que se resisten a la

sedimentación. Esta es la razón por la que las relaciones bajas de F/M

(alimento/microorganismos) provocan que el fango tenga unas características muy

pobres de decantación (flóculos dispersos) mientras que en relaciones de F/M

elevadas (por ejemplo superiores a 0,6 – 1,0 kg DBO5/kg SSTLM/d) predominan un tipo

de microorganismos de naturaleza filamentosa, provocando un fango hinchado, que

impiden la sedimentación al permanecer en suspensión casi continuamente (Ramalho,

1996).

Los microorganismos filamentosos no se desarrollan ni crecen en fangos

jóvenes. Cuando la edad del fango se incrementa los microorganismos filamentosos

cortos comienzan a desarrollarse en el interior del flóculo. Las bacterias formadoras

del flóculo floculan con los microorganismos filamentosos de diferentes longitudes que

proveen una resistencia a la acción cortante del medio y permite un incremento

significativo en el número de bacterias formadoras de flóculos, afectando a la

sedimentación. Las partículas floculadas incrementan su tamaño y cambian de la

forma esférica a irregular (Ramalho, 1996; Eikelboom et al., 1998).

El crecimiento de los filamentos depende en gran medida de las condiciones de

operación de la planta de tratamiento tales como: la concentración de oxígeno

disuelto (OD) baja, la relación F/M alta, la deficiencia de nutrientes (nitrógeno y

fósforo), el pH bajo, la temperatura, la carga orgánica baja, la DBO5 residual soluble, la

elevada concentración grasas y aceites del influente y los elevados tiempos de

retención celular (Jenkins et al., 1993).

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En sistemas de tratamiento de aguas residuales que presentan problemas

graves de desarrollo masivo de microorganismos filamentosos se emplean, como

método de control del crecimiento de los mismos, biocidas como el cloro. En función

de la gravedad del problema puede resultar un método costoso y peligroso para el

proceso ya que además de los microorganismos filamentosos elimina microorganismos

formadores de flóculo (Jenkins et al., 1993).

IDENTIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS EN EL PROCESO

En función de la actividad industrial los microorganismos filamentosos que se

desarrollan varían según el sustrato disponible. En los efluentes del proceso industrial

del procesado de harinas de maíz, levaduras y frituras se identificaron los siguientes

morfotipos filamentosos: Tipo 1863, Tipo 021N, Tipo 0211, Nostocoida limicola II,

Thiothrix I y II, y el Tipo 0411. En el influente de la planta de tratamiento, además de

prevalecer los anteriores microorganismos, aparecen los morfotipos: Tipo 0092, Tipo

0701, Tipo 0041 y Gordona amarae. En la recirculación de los fangos no solamente se

identificaron a los microorganismos mencionados en el influente, sino que también a

Tipo 1701, Tipo 0914 y especialmente a Microthrix parvicella. Tras numerosos estudios

se concluye que el microorganismo filamentoso que afecta al proceso de fangos

activos, debido a su crecimiento excesivo, es M. parvicella generado en la etapa de

recirculación del proceso debido a variaciones estacionales y a condiciones de

operación de la planta de tratamiento.

Es necesario identificar la procedencia de los microorganismos filamentosos y

su correlación con las variables de operación del proceso de fangos activados a fin de

controlar la presencia y desarrollo de estos microorganismos y obtener una calidad de

agua adecuada.

La identificación de los filamentos y su análisis cualitativo se realizaron

mediante el examen microscópico de sus características morfológicas y reacciones de

tinción siguiendo los métodos detallados en el Manual de Jenkins et al. (1993).

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EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN Y DISEÑO DE LA PLANTA

Durante cuatro meses y en época invernal se realizaron determinaciones del

índice volumétrico del fango (IVF), la relación F/M, oxígeno disuelto (OD), tiempo de

retención hidráulico (TRH), tiempo de retención celular (TRC), pH (en la entrada al

tanque de aeración), sólidos en suspensión volátiles (SSV) y totales (SST), así como la

eficiencia del tratamiento con respecto a la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) y

Demanda Química de Oxígeno (DQO).

RESULTADOS DEL ESTUDIO

Los resultados de la identificación de los microorganismos filamentosos se

muestran en la Tabla 1 donde se puede apreciar durante los meses del estudio la

incidencia de los morfotipos Tipo 0211, Tipo 1863, Thiothrix II y N. limicola II en la

entrada a la planta de tratamiento y cuya presencia coincide con los microorganismos

filamentosos identificados en efluentes de las industrias analizadas, a excepción de N.

limicola II que no está presente en la industria de la panificación. Con respecto a la fase

de la recirculación de fangos activados, considerada como una operación de la planta

ya que se recircula un determinado porcentaje de SSV con el fin de mantener

constante la cantidad de microorganismos en el reactor aerobio, se encontró que el

microorganismo filamentoso dominante es Microthrix parvicella, además de

identificarse los morfotipos Tipo 1701, Tipo 0914 y Tipo 0092. Este último, de acuerdo

a estudios realizados por Richard (1991), se encuentra comúnmente asociado a M.

parvicella en el proceso de fangos activados.

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Tabla 1. Relación de microorganismos filamentosos encontrados en los diferentes

procesos.

Con respecto a las condiciones de operación y diseño de la planta de

tratamiento de aguas residuales industriales la Tabla 2 muestra los valores de los

parámetros determinados. En esta misma tabla se presenta la eficiencia de remoción

del proceso de acuerdo a la DQO y a la DBO5, siendo de entre 37-45% y de 80-87%

respectivamente.

Tabla 2. Variables de operación de la planta de tratamiento de aguas residuales

industriales y su eficiencia durante el período de estudio.

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Los anteriores parámetros se correlacionaron con la presencia de los

microorganismos filamentosos identificados en influente de la planta y en la

recirculación de los fangos apreciándose que los valores de F/M se encuentran dentro

del rango de 0,47 a 0,88 días-1

y los de IVF comprendidos entre 234 y 377, indicando la

presencia de esponjamiento provocado por los microorganismos filamentosos.

Ramalho (1996) indica como valores óptimos de la relación F/M los comprendidos

entre 0,3 a 0,6. De igual forma los valores típicos de IVF con características apropiadas

de sedimentación están comprendidos dentro del intervalo de 35 a 150.

Como se observa en la Tabla 2, las concentraciones de oxígeno disuelto (OD)

oscilan en un intervalo de 0,5 a 1,2 mg/l, lo cual también es determinante en el

crecimiento de microorganismos filamentosos. A este respecto los estudios de Scruggs

y Randall (1998) en reactores de flujo continuo a escala de laboratorio e industrial

sugieren que la concentración de oxígeno disuelto (OD) y la relación F/M son los

factores clave que afectan el crecimiento de varios tipos de filamentosos presentes en

un sistema de tratamiento de fangos activados de aguas residuales industriales.

En cuanto al tiempo de retención hidráulico (TRH) se aprecian valores que

superan las 8 horas que normalmente se emplean en los procesos típicos de fangos

activados, lo cual representa mayores requerimientos de aireación. Los datos del

tiempo de retención celular (<5 días) indican que los fangos son difíciles de sedimentar

por la presencia de microorganismos filamentos (Metcalf & Eddy, 1996).

La presencia de Microthrix parvicella, microorganismo identificado de manera

abundante en la etapa de recirculación, está asociado a una baja concentración de

oxígeno y un alto tiempo de retención celular, siendo además la relación F/M mucho

mayor que la recomendada por Ramalho.

La presencia abundante y frecuente de Microthrix parvicella en plantas de

fangos activados indica que el microorganismo tiene la habilidad suficiente de

consumir sustratos no degradables, como el ácido oleico, palmítico y triglicéridos, muy

frecuentes en los efluentes de industrias de frituras de maíz en lugar de sustratos

menos complejos como acético, etanol y glucosa, entre otros, y bajo condiciones

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aerobias o anaerobias (Andreasen y Nielsen, 1998; Mamais et al., 1998). Su excesivo

crecimiento está favorecido gracias a elevados tiempos de retención en los

clarificadores que permiten además la producción de ácidos grasos volátiles en la

recirculación de los fangos (degradación anaerobia). Este proceso se ve influenciado

también por la profundidad de los clarificadores (Hagland et al., 1998).

Tandoi et al. (1998) describe a Microthrix parvicella como un organismo

aeróbico, con capacidad de crecer a concentraciones bajas de oxígeno disuelto, de

crecimiento lento y que exhibe versatilidad nutricional, ya que emplea compuestos

simples y complejos como fuente de carbono, nitrógeno y fósforo. Además utiliza su

capacidad de reducir nitrato a nitrito como mecanismo de sobrevivencia en la zona

anóxica. En condiciones anaerobias (ausencia de oxígeno disuelto y de nitrato) utiliza

como estrategia la hidrólisis de gránulos de polifosfato que almacena dentro de la

célula (Dillner Westlund et al., 1998; Mamais et al., 1998).

Según Knoop y Kunst (1998) el crecimiento óptimo de Microthrix parvicella en

fangos activados se produce a temperaturas bajas (por debajo de 15 °C) y a cargas

bajas de DBO5 (< 0.1 Kg/Kg·d). Asimismo, Eikelboom (1998) y Rothman (1998),

observaron que dicho microorganismo muestra un patrón estacional con un máximo

en invierno y un mínimo durante verano.

Además, diversas investigaciones señalan a Microthrix parvicella como el

microorganismo principal responsable de los problemas de separación de sólidos, por

esponjamiento y formación de espumas en los sistemas de fangos activados, debido

principalmente a su naturaleza hidrofóbica (Andreasen y Nielsen, 1998; Knoop y Kunst,

1998; Mamais et al., 1998; Tandoi et al., 1998).

CONCLUSIONES

La presencia de microorganismos filamentosos en industrias específicas, como

producción de levadura, panificación y frituras de maíz, se puede atribuir a la

composición del agua residual por sus distintos tipos de manufactura que por lo

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general contienen sustratos metabolizables (glucosa, lactosa y maltosa) y altos

contenidos en grasas y aceites, lo que promueve el crecimiento de los

microorganismos filamentosos Tipo 1863, Tipo 021N, Tipo 0211 y Thiothrix II,

principalmente.

Los microorganismos filamentosos son afectados por las características de los

influentes y las condiciones de operación de la planta de tratamiento. De acuerdo a los

microorganismos filamentosos encontrados en la etapa de recirculación se concluye

que es el punto en el cual se genera Microthrix parvicella, microorganismo asociado a

una baja concentración de oxígeno y un alto tiempo de retención celular.

El desarrollo de M. parvicella en la etapa de recirculación, puede ser debido a

factores como baja DBO5, ya que el proceso la consume en un 80% en promedio,

dejando una concentración alta como DQO, que está indicado como sustrato de mayor

complejidad que puede metabolizar un microorganismo como M. parvicella. Asimismo,

la cantidad de oxígeno disuelto (0,5 a 1,2 mg/l) es una concentración baja que favorece

su crecimiento, considerando que en la etapa de recirculación que es inmediata a la

sedimentación, la concentración de oxígeno disuelto es nula.

Efectuando cambios en la etapa de recirculación (parámetros de control) se debe

eliminar el crecimiento de M. parvicella. Al reducir la recirculación no se alimenta al

microorganismo con el alimento rico en material difícil de degradar (alta carga de

material medido como DQO con respecto a una baja carga como DBO5).

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Bioindicación: Gestión y control de proceso en EDAR. CIDTA.