Escribir sobre la vida en la etapa biológica de una planta de tratamiento de efluentes líquidos puede ser cuestionado por biólogos, microbiólogos, bioquímicos y todos aquellos que realmente han pasado horas trabajando con el microscopio y han leído miles de hojas sobre el tema.

Como disculpa permítaseme decir que solo intento explicar con el lenguaje del lego las cosas que los especialistas me han contado, me han mostrado y me han explicado. Los errores que en adelante aparezcan solo son producto de mi fracaso como alumno y estoy dispuesto a corregirlos rápidamente si entiendo donde están y en que consisten.

Como disculpa complementaria debo decir que me embarco en esta aventura por el profundo respeto a un mundo que no conocía y que como digo en el titulo es realmente fascinante.

Pasemos ahora a las bases sobre las que simplificaremos los razonamientos. En principio el análisis llamado DBO (demanda biológica de oxigeno). Este análisis permite conocer cuanto oxigeno consume un efluente durante un determinado periodo de tiempo representando así el contenido orgánico. Por lo tanto en adelante cada vez que se mencione DBO significará “comida” para los microorganismos. 

Definamos ahora el paisaje. Lo que llamaremos barro es un liquido con menos del 8% de sólidos. Allí están viviendo las colonias de microorganismos que se encargan de disminuir la DBO que viene con la carga. Allí se forman un nicho ecológico donde, por ejemplo, los rotíferos comen bacterias y sirven de alimento a nematodos: una cadena alimentaria en equilibrio, si es que desde el área de producción mandan un efluente estable. En cuanto a la respiración pueden necesitar oxigeno gaseoso si son microorganismos aeróbicos, oxigeno molecular si son anóxicos y no necesitarlo si son anaerobios. En adelante para evitar repeticiones cuando hable de que un medio necesita aire o oxigeno se entenderá que deben proveerse las condiciones gaseosas para llevar adelante el proceso de respiración.

El tratamiento biológico de efluentes

El tratamiento biológico consiste en un consorcio de micro y macroorganismos que remueven los materiales orgánicos e inorgánicos transformando al liquido en ambientalmente aceptable. La constante aireación, agitación y recirculación crean un ambiente ideal para el crecimiento de numerosos microorganismos mientras inhiben el desarrollo de muchos otros. Bacterias, hongos, protozoarios, rotíferas y nematodes se encuentran comúnmente en barros activados, si bien pueden no existir todos en un solo sistema. No obstante la presencia de otros microorganismos, las bacterias son consideradas las mayores consumidores de materia orgánica del efluente.

Mientras que la comunidad de microorganismos en una planta de barros activados está predominantemente formada por bacterias aeróbicas que requieren compuestos orgánicos (como glucosa) para suplir sus requerimientos de carbono y energía (bacterias heterotróficas), también hay una importante población de bacterias nitrificantes que tienen la capacidad de consumir compuestos inorgánicos para su desarrollo (bacterias autotróficas) y que están presentes en variadas cantidades dependiendo del modo de operación y de las concentraciones de carbono y nitrógeno. Para construir sus biomoléculas con carbono usan CO2 y CO3H- Para sintetizar sus alimentos a partir de sustancias inorgánicas necesitan de la ayuda de la luz o de alguna fuente química de energía.
Aquí aparece otra forma de dividir los microorganismos, según la fuente de energía que necesitan, los microorganismos fototrofos que usan la luz para obtener energía y los microrganismos quimiotrofos que usan reacciones químicas como fuente de energía

Ya podemos comenzar a presentar a los protagonistas. En una planta de tratamiento por barros activados se encuentran básicamente seis grupos de microorganismos: flagelados, amebas, ciliados móviles, ciliados fijos, rotíferos y algunos invertebrados. Sus medidas aproximadas son

flagelados 5 a 20 micrones
amebas 10 a 200 micrones
ciliados 20 a 100 micrones
rotíferos 100 a 500 micrones
invertebrados mas de 500 micrones

 Comencemos por los rotíferos porque no nos interesa que haya muchos en la planta ya que significa que estamos en presencia de un barro “viejo”. Como ejemplo digamos que en un centímetro cubico de barro pueden encontrarse miles de rotíferos. Si le sacamos el agua a la planta, quedan en el barro con lo que llamaríamos “vida latente”. Para hacer esto, los rotíferos se “estrujaron”, perdieron el agua, recubrieron el cuerpo con una capa protectora, se volvieron livianos para poder ser llevados por el viento a otros ambientes. Pueden así sobrevivir durante meses. Esta defensa natural no les sirve en este caso porque el hombre ha creado un medio artificial en el que están viviendo. Pero bien vale el intento
 

El ciliado será para nosotros, entonces, el rey de la planta, moviéndose rápido, girando sobre sí mismo, buscando los lugares más cálidos, utilizando sus cilios para generar un remolino y atraer a bacterias y disminuir la DBO. Allí va, moviéndose según se encuentre con un obstáculo, con oxigeno o con un producto químico. Podría decirse que tiene una conducta al verlo alejárse de las áreas desagradables.

Primero vamos a presentar a los ciliados que no tienen locomoción propia, aunque cuando eran jóvenes si la tenían. Los adultos tienen varios tentáculos con fibras en los extremos y comen por succión. Se dejan llevar por la corriente o están adheridas a alguna partícula sólida. Si no hay ciliados urgentemente se debe verificar que no haya condiciones tóxicas o que falten nutrientes.
 

Por lo tanto el operador de planta además de pelearse con sus colegas de producción tiene que asegurarse que sus colonias se mantengan en equilibrio, bien alimentadas, bien oxigenadas, a una temperatura adecuada y con control del pH

Las bacterias pueden dividirse según la temperatura en la que forman su colonia
Mas de 45 ºC:Bacterias termófilas
Entre 30 ºC y 45 ºC:Bacterias mesófilas
Entre 15 ºC y 30 ºC:Bacterias psicrófilas

Llegado aquí, corresponde mostrar como se alimentan los microorganismos y de esta manera reducen la DBO de un efluente. El metabolismo es el conjunto de cambios químicos que caracterizan la vida. Hay dos tipos de cambios metabólicos:

A esta altura, todo se ha complicado demasiado como para seguir adelante. Por lo tanto, pasemos al tema de la presencia de oxigeno y los organismos presente.  Tenemos tres tipos de organismos que vivirán en el medio generado

AEROBIOS: Microorganismos que para vivir necesitan gas oxigeno 

FACULTATIVOS: Microorganismos que para vivir utilizan el oxigeno que toman de otros compuestos
ANAEROBIOS: Microorganismos que para vivir no necesitan oxigeno, necesitan otro 
compuesto 

Sigamos con nuestros microorganismos y como son útiles a nuestro trabajo.

Conociendo la microbiología, los ingenieros sanitarios pueden entonces colocar sistemas llamados selectores biológicos para optimizar la existencia de determinados microorganismos generando condiciones para que otros no puedan sobrevivir. Uno de estos sistemas, el selector anoxico, niega oxigeno a las bacterias y agrega fosfatos. La masa orgánica entra a en la próxima zona con un alto contenido de nutrientes permitiendo el ataque por parte de las bacterias aeróbicas. Otro de los sistemas, el selector aeróbico disminuye el azufre y el nitrato en la carga. En este caso la carga orgánica pasa a una segunda etapa en la que han desaparecido las bacterias filamentosas porque se facilito el crecimiento de las bacterias formadoras de flóculos. Con estos sistemas, cuando se tiene una disminución de DBO que excede la capacidad de la planta de tratamiento, se mantiene una calidad estable de efluente.

Ya podemos seguir con los ciliados. Habíamos mostrado aquellos que no tenían movilidad propia. A continuación se muestran aquellos que merecen el nombre de reyes de la planta. Como se dijo, su presencia indica que la planta esta estable. Su ausencia puede indicar condiciones sépticas o tóxicas.
 

Deben haber una pequeña proporción en la operación normal de la planta. Al igual que las amebas deben predominar en la puesta en marcha de la planta.
 

•  Problemas en el tanque de aireación (bajo OD, mezcla inadecuada, turbulencia violenta y “surging”) y problemas de espumas.
•  Problemas en el clarificador que incluyen defloculación, bulking, clumping, ashing, resing y straggler floc.

Los dos mayores problemas comúnmente encontrados en las plantas de barros activados son la formación de espuma y bulking filamentoso. Y ambos tienen el accionar de microorganismos actuando en contra de la operación.

Así, si se encuentra espuma grasosa café oscuro en la parte superior del clarificador, es seguro que se tienen organismos filamentosos. El operador sabe que hacer: controlará las grasas entrantes y las recicladas y removerá la espuma del tanque de aireación y del clarificador. Por supuesto, no reciclará la espuma removida a través de la planta. 

Por otro lado si el licor mezclado sedimenta lentamente y compacta pobremente pero el sobrenadante es bastante claro, el operador va a agregar cloro, monitoreará la sedimentabilidad (esperando una mejorar en menos de 3 días, controlará la turbidez (si el efluente clarificado se vuelve turbio reducirá la dosis). El microbiólogo observará los filamentos, con el microscopio, durante todo el proceso y hará detener la cloración cuando sólo quedan vainas vacías.

Todo el mundo sabe que hacer pero .. ¿Cómo y por que afectan estas bacterias? Sus filamentos evitan que los flóculos de materia orgánica sean compactos. Entre los filamentos queda aire atrapado y el barro tiende a flotar y a formar espuma. Los filamentosos crecen cuando hay poca DBO, cuando la relación carga/masa de lodo es baja, cuando faltan nutrientes y cuando hay tóxicos presentes o condiciones sépticas. ¿Qué es lo que ocurrió? Las bacterias con forma esférica (formadores de flóculos) mueren por falta de DBO o de nutrientes. En estas condiciones los microorganismos con largos filamentos pueden conseguir alimentos que están alejados del cuerpo y terminan prevaleciendo. 
 

Los siguientes malos son los gusanos, con músculos relativamente poderosos avanzan por los espacios microscópicos. Agiles y elásticos pueden pasar por estos espacios con rigidez y solidez quebrando así los flóculos de barro. Estos gusanos se alimentan de bacterias, rotíferos y nematodos menores. Su presencia indica que estamos con un barro “viejo”
 

Siguiendo con la evolución, pasemos a los crustáceos, con un cuerpo compacto y un gran ojo. Con antenas y segmentos como sus parientes los anélidos, estos microorganismos tienen todo lo necesario para triunfar: piezas bucales y patas. No deseamos su presencia porque se alimentan de los microorganismos que necesitamos para disminuir la DBO. Una vez que se han instalado dominan rápidamente el nicho por su alta multiplicación. Son peligrosos para nuestra colonia porque capturan directamente el material de una determinada dimensión, especialmente animales de pequeño tamaño o residuos orgánicos.
 

Veamos a continuación un animal de 1 milímetro de longitud que por su tamaño no pertenece al mundo de la microbiologia sino de la macrobiota. Algunos lo conocen como chancho de agua, pertenece al genero de los tardigrados y es indicador de que se esta generando un ecosistema superior. Nada de eso queremos en la planta porque los animales superiores se alimentan de nuestro sistema reductor de DBO. Aunque su movimiento es torpe y lento las pruebas en laboratorio demuestran que son resistentes a temperaturas extremas, UV, presiones y la falta de oxigeno.
 

En una planta de tratamiento por barros activados puede hacerse el siguiente resumen:
 

La difusión del oxigeno hacia el fondo es muy lenta por lo que los depósitos se vuelven anaerobios. Los hongos y las bacterias superiores depositan sus deshechos sobre la superficie del fondo. Se producen entonces gases en descomposición como CO2, CH4 y SH2 dentro del barro. Estos gases producen burbujas que hacen flotar los barros. Si los barros se mantienen en el fondo comienza a generarse una zona anaerobia que va consumiendo la DBO
 

Cada sistema que el hombre genera origina un nicho ecológico. Así para cargas de alto contenido contaminante hay bacterias púrpuras fotosintéticas que metabolizan los sulfuros que conviven con algas capaces de vivir con altos contenido de materia orgánica y bajos contenido de oxigeno disuelto.
 

El lugar donde más se generan los filamentos es en los biofiltros.

El problema más frecuente con los filamentos es el bulking, es decir el tramado de los filamentos y la flotación de capas de filamentos, ya que estos mismos filamentos pasan desde el biofiltro al reactor y no permiten una buena floculación del lodo.