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AMHXXIICONGRESONACIONAL DE HIDRULICA

ACAPULCO,GUERRERO,MXICO,NOVIEMBRE2012AMH

Palabras clave

Lodos activados, microbiologa, protozoarios.

Resumen

El arranque de un tratamiento biolgico es un periodo paraque los microorganismos inoculados o existentes en el reactorse aclimaten, acostumbren, desenvuelvan y se multipliquen.En una planta de tratamiento de aguas residuales, la presenciade ciertos microorganismos es un indicador relevante para eladecuado funcionamiento de la misma. Por lo anterior, elobjetivo del presente trabajo es realizar un anlisismicrobiolgico para determinar el proceso de arranque en una

planta de tratamiento de descargas hospitalarias, a base delodos activados, ubicada en la ciudad de Xalapa, Veracruz.Para ello, se tomaron muestras simples semanalmente en ellodo activado, el retorno de lodos y el efluente de la planta. Seutilizaron los mtodos de observacin directa en fresco ytincin de Gramm para la identificacin de microorganismos.Los resultados mostraron que durante las primeras tres

semanas, la concentracin de microorganismos deseables en elsistema fue baja predominando la presencia de aquellos nodeseables (protozoarios flagelados). De la semana cuatro a lasiete se increment la densidad de microorganismosdeseables: bacterias gramm negativas, protozoarios ciliados yrotferos, as como la disminucin de los no deseables.Finalmente, a partir de la semana ocho, aumentconsiderablemente la densidad de microorganismos deseables

presentndose las mejores condiciones de operacin delsistema de tratamiento. El anlisis microbiolgico result serun bioindicador eficiente para establecer la duracin de laetapa de arranque en la planta de tratamiento la cual concluyen la semana siete, as como para diagnosticar ciertascondiciones de operacin de la misma.

IntroduccinEl sistema de lodos activados es uno de los tratamientos

biolgicos ms empleado (Da Motta et al., 2003) debido a laalta eficiencia alcanzada, asociada con una pequea rea dedespliegue requerida, en comparacin con otros sistemas(Pellizzaro et al., 2005). El lodo activado consiste en unacompleja asociacin de microorganismos compuesta por

bacterias, protozoarios, hongos y micrometazoarios queoxidan y mineralizan la materia orgnica contenida en losefluentes. La comunidad establecida en este sistema es

dinmica y fundamental para el tratamiento pues cadaespecie tiene su importancia para el buen funcionamiento del

proceso (Davies, 2005; Santos, 2009).

Las bacterias son las que llevan a cabo la mayora de lastransformaciones de la materia orgnica contenida en losefluentes. Sin embargo, los componentes de la microfauna

consistentes en protozoarios y micrometazoarios (nemtodos yrotferos), tambin juegan un papel importante debido a quemantienen el equilibrio bacteriano de unacomunidad, ademsde la eliminacin deE.coli, reduccin de DBO5, floculacin yremocin de slidos suspendidos (Pellizzaro et al., 2005).Entre la puesta en marcha y la estabilizacin de una planta detratamiento de aguas residuales se producen sucesiones en las

poblaciones de microorganismos. En la fase inicial dominanlas bacterias dispersas y los protozoos que entran con elinfluente. Luego aumenta el nmero de bacterias y aparecenlos ciliados nadadores libres. Los flculos se van formando ydisminuye el nmero de bacterias libres y de protozoosflagelados. Se desarrollan los ciliados fijos y reptantes conestructuras bucales eficaces para la captura de alimento, estosacaban por desplazar a los ciliados nadadores. Ms tarde,

aparecen los metazoos por encontrarse en el final de la cadena(Vilaseca, 2001).

Cada tipo de planta de tratamiento requiere un arranque yoperacin especficos para obtener el efluente de diseo. Laeficacia en los procesos de lodos activados depende de lainteraccin de las variables de diseo, el tipo demicroorganismos y las condiciones ambientales. El operadorde una planta de tratamiento de aguas residuales debecontrolar estas variables, pues la presencia de ciertosmicroorganismos durante la etapa de arranque es un indicadorrelevante para la estabilizacin y el adecuado funcionamientode la misma (Romero, 2004). Por lo anterior, el objetivo deeste trabajo es realizar un anlisis microbiolgico paradeterminar el proceso de arranque en una planta de tratamientode descargas hospitalarias. La planta de tratamiento funciona a

base de lodos activados, es de tipo convencional y estdiseada para un gasto de operacin de 0.34 lps. Lasoperaciones unitarias incluyen crcamo de bombeo,

pretratamiento, sedimentador primario, tanque de aireacin,sedimentador secundario y tanque de cloracin. La planta detratamiento fue inoculada quince das previos al inicio delmuestreo, con lodos procedentes de una planta de tratamientode descargas de una industria lctea.

ANLISIS MICROBIOLGICO EN EL ARRANQUE DE UNA PLANTA DE LODOSACTIVADOS

Colorado Guevara Sandra Luz1

Leal Ascencio Mara Teresa1

Castillo Gonzlez

Eduardo

1

Gonzlez Medina Adriana Carolina1(1)Facultad de Ingeniera Qumica, UV

Circuito Gonzalo Aguirre Beltrn s/n, Zona Universitaria, Xalapa, Veracruz, CP. 91000.

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

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Materiales y mtodos

Para el anlisis microbiolgico, se tomaron 12 muestrassimples en el lodo activado (tanque de aireacin), 10 en loslodos de retorno y 5 en el efluente de la planta de tratamientode aguas residuales durante los meses de marzo a julio de2011. Las muestras simples fueron tomadas semanalmente a

las 8 de la maana en frascos de 250 mL previamenteesterilizados en autoclave durante 20 minutos. stas se

preservaron a 4C para su transporte y posterior anlisis en ellaboratorio. Para la identificacin de microorganismos seutilizaron los mtodos de observacin directa en fresco (10x y40x) y tincin de Gramm (APHA, 1995) en un microscopiomarca Nikon. Los grupos de microorganismos a identificarfueron bacterias, protozoarios, rotferos, nemtodos y algas.

Resultados

En la Figura 1 se muestra la densidad relativa de bacterias yalgas presentes en el lodo activado durante el periodo demonitoreo. En ella se observa que el comportamiento de las

bacterias gramm positivas present una alta densidad en la

semana uno, para disminuir a una baja densidad de la semanados a la seis y ausencia a partir de la semana siete, con formasde cocos y bacilos. Las bacterias gramm negativas tuvieronuna baja densidad de la semana uno a la tres, posteriormente,esta densidad fue media de la semana cuatro a la seis,aumentando a una alta densidad a partir de la semana siete,

presentndose formas de cocos y bacilos. Las algas mostraronausencia en la semana uno y no fueron determinadas en lasemana dos, sin embargo de la semana tres a la siete ladensidad de estos microorganismos fue baja, aumentando a

partir de la semana ocho hasta alcanzar una densidad media.

Figura 1. Densidad relativa de bacterias y algas en el lodo

activado.

En la Figura 2 se muestra el comportamiento de la densidadrelativa de protozoarios en el lodo activado durante el periodode muestreo; en ella, los protozoarios ciliados presentaronausencia en la semana uno y una baja densidad de la semanados a la cuatro; de la semana cinco a la siete su presenciaaument a una densidad media y, a partir de la semana ocho,la densidad fue alta. Los protozoarios flagelados mostraronausencia en la semana uno y tuvieron una concentracin

media de la semana dos a la cuatro y posteriormente, estaconcentracin decreci alcanzando una densidad baja a partirde la semana cinco.

Figura 2. Densidad relativa de protozoarios en el lodo activado.

En la Figura 3 se muestra la densidad de rotferos y nemtodosen el mismo punto de evaluacin. En esta figura se puedeobservar que los rotferos presentaron ausencia en la semanauno, la densidad fue baja de la semana dos a la siete,aumentando a una densidad media en la semana ocho, paraincrementar a una alta densidad a partir de la semana nueve.Los nemtodos presentaron ausencia en la semana uno y no sedeterminaron en la semana dos, a partir de la semana tres sudensidad fue baja y se mantuvo constante.

Figura 3. Densidad relativa de rotferos y nemtodos en el lodo

activado.

En la Figura 4 se muestra la densidad de bacterias y algas enel retorno de lodos durante el periodo de evaluacin. Seobserv que las bacterias gramm positivas tuvieron unaconcentracin baja de la semana uno a la seis, decreciendohasta llegar a su ausencia a partir de la semana siete. Las

bacterias gramm negativas mostraron una densidad baja de lasemana uno a la cuatro, media de la cinco a la siete y alta a

partir de la semana ocho. Las algas mostraron ausencia en la

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Densidad relativa de bacterias y algas identificados

en el lodo activado

Bacterias

gramm

positivas

Bacterias

grammnegativas

Algas

Muestreo

Alta

Media

Baja

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Densidad relativa de protozoarios identificados en

el lodo activado

Protozoariosciliados

Protozoarios

flagelados

Alta

Media

Baja

Muestreo

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Densidad relativa de rotferos y nemtodos

identificados en el lodo activado

Rotferos

Nemtodos

Muestreo

Alta

Media

Baja

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semana uno y no se determinaron en las semanas dos y tres; dela cuatro a la siete tuvieron una densidad baja, aumentandohasta llegar a una densidad media en las ltimas tres semanas.

Figura 4. Densidad relativa de bacterias y algas en el lodo de

retorno.

En la Figura 5 se muestra el comportamiento de la densidad deprotozoarios en el lodo de retorno durante el periodo demonitoreo, en sta los protozoarios ciliados presentaronausencia en la semana uno y no se determinaron en la semanados; mostraron una densidad baja en las semanas tres y cuatro,aumentando a una concentracin media a partir de la semanacinco. Los protozoarios flagelados mostraron ausencia en lasemana uno y no se determinaron en la semana dos, a partir dela semana tres, su densidad se mantuvo baja en el periodo deanlisis.

Figura 5. Densidad relativa de protozoarios en el lodo de retorno.

En la Figura 6 se observa la densidad relativa de rotferos ynemtodos en el retorno de lodos durante el periodo deanlisis. Los rotferos presentaron ausencia en la semana uno yno se determinaron en las semanas dos y tres, de la semanacuatro a la siete su densidad fue baja, aumentando hasta llegara una densidad alta en las ltimas dos semanas. Losnemtodos mostraron ausencia en la semana uno y no se

determinaron en las semanas dos, tres y diez, presentando unaconcentracin baja de la semana cuatro a la nueve.

Figura 6. Densidad relativa de rotferos y nemtodos en el lodo de

retorno.

En las Figuras 7 y 8 se muestra la densidad relativa de losmicroorganismos identificados en el efluente de la plantadurante las semanas de evaluacin. Se puede observar que la

presencia de la mayora de los microorganismos identificadosen el efluente de la planta, bacterias gramm positivas y

protozoarios ciliados y flagelados, fue baja excepto derotferos y bacterias gramm negativas, los cuales alcanzaronuna densidad alta y media respectivamente. Los nemtodos yalgas estuvieron ausentes en algunas muestras realizadas.Cabe mencionar que a diferencia de los otros puntos demuestreo, en el efluente de la planta se incluy determinaramebas, que presentaron una densidad media.

Figura 7. Densidad relativa de bacterias y algas en el efluente de

la planta de tratamiento.

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Densidad relativa de bacterias y algas identificadas

en lodos de retorno

Bacterias

grammpositivas

Bacterias

grammnegativas

Algas

Alta

Media

Baja

Muestreo

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Densidad relativa de protozoarios identificados en

lodos de retorno

Protozoarios

ciliados

Protozoarios

flagelados

Alta

Media

Baja

Muestreo

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Densidad relativa de rotferos y nemtodos

identificados en lodos de retorno

Rotferos

Nemtodos

Alta

Media

Baja

Muestreo

0

20

40

60

80

100

8 9 10 11 12

Densidad relativa de bacterias y algas identificadas

en el elfuente de la planta

Bacterias

grammpositivas

Bacterias

grammnegativas

Algas

Alta

Media

Baja

Muestreo

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Figura 8. Densidad relativa de protozoarios, rotferos, nemtodos

y amebas en el efluente de la planta de tratamiento.

En la Figura 9 se muestran los nombres de algunas de lasespecies de los grupos de microorganismos identificados.

Figura 9. Especies identificadas durante el periodo de monitoreo.

Discusin

Durante el periodo de monitoreo, para el anlisismicrobiolgico de la planta de tratamiento de aguas residualeshospitalarias, se observaron dos etapas claramentediferenciadas: la primera, se present de la semana 1 a lasemana 7 y la segunda, a partir de la semana 8.

En la primera etapa se presentaron dos fases, la primera sedistingui por la ausencia y baja densidad de microorganismosrequeridos para el adecuado funcionamiento del sistema,mientras que se detect una densidad media demicroorganismos no deseables, especialmente de protozoariosflagelados. La baja presencia de protozoarios ciliados yrotferos, pareca indicar la existencia de sustancias txicascomo metales pesados y cianuros, ya que son los msafectados por este tipo de compuestos, por lo que sonexcelentes bioindicadores. La formacin indeseable deespuma al inicio del periodo de estudio, coincidi con la

presencia de protozoarios ciliados libres o fragmentos de losmismos (Vilaseca, 2001). Lo anterior confirmaba que la plantase encontraba en etapa de arranque pues el proceso no

presentaba las mejores condiciones para su desarrollo,ocasionado por bajos niveles de carga orgnica y de relacinalimento- microorganismo (Rojas, 2011) adems de unaaireacin deficiente (Peralta, 2011). La segunda fase se

present en las semanas 4, 5, 6 y 7 y se caracteriz por elincremento en la densidad de bacterias gramm negativas,caractersticas del proceso de lodos activados (Macas, 2005),as como de protozoarios ciliados y rotferos, adems de ladisminucin de la densidad de los microorganismos nodeseables, como en el caso de protozoarios flagelados. Enestas semanas se presentaron condiciones ms favorables parael sistema ya que hubo necesidad de ajustar la carga orgnicay una aireacin suficiente. Adems, la densidad de

protozoarios ciliados aument, y especies como Parameciumcaudatum y Litonotu spp indicaron la an baja oxigenacin,sin embargo, estos organismos tambin aparecen cuando ellodo se empieza a estabilizar (Santos et al., 2009). La

presencia de protozoarios ciliados pendulados como Vorticellaconvallaria, Opercularia sp se utilizan como indicadores detiempos de retencin media de la planta, pues al formarsecolonias de estos microorganismos, se determina que eltiempo de retencin media es alto (Vilaseca, 2001). En esta

primera etapa, tambin se encontr que la eficiencia deremocin de DBO alcanzaba niveles de hasta un 56 % ascomo la de DQO en un 51%, ambos valores se encontraban

bajos de acuerdo con la literatura (Rojas, 20011).

En la segunda etapa, la cual inici a partir de la octavasemana, se present un increment mayor de la densidad demicroorganismos deseables, para pasar de una densidad mediaa una densidad alta, por lo que esta etapa se caracteriz por

presentar las mejores condiciones de operacin del sistema delodos activados, lo que permiti identificar que prcticamentela etapa de arranque haba concluido, para dar inicio a la

estabilizacin del sistema, lo cual se confirm al observarse unefluente ms clarificado. Adems, parmetros como la cargaorgnica volumtrica, oxgeno disuelto y la relacin alimento-microorganismo se encontraban en los rangos ptimosestablecidos por la bibliografa (Peralta, 2011; Rojas, 2011).Los valores de remocin de DBO y DQO alcanzaron nivelesde 71% y 86% respectivamente (Rojas, 2011). En las ltimassemanas, el desarrollo sustancial de rotferos, indic unasobreoxigenacin en el tanque de aireacin, un alto tiempo deretencin media de la planta y la necesidad de realizar una

purga de lodos (Pellizzaro et al., 2005). En esta etapa, losnemtodos presentaron una baja densidad, siendo la cima de lacadena trfica y al igual que los rotferos, son depuradores deefluentes y tambin indican un alto tiempo de retencin de la

planta (Ferrer y Seco, 2008). Finalmente, la densidad de

amebas fue media y slo fue determinada en el efluente de laplanta de tratamiento.

De acuerdo a los resultados obtenidos del anlisismicrobiolgico se pudo determinar que la etapa de arranquefinaliz en la semana 7 para dar inicio a la estabilizacin delsistema a partir de la octava semana.

0

20

40

60

80

100

8 9 10 11 12

Densidad retaliva de protozoarios, rotferos,

nemtodos y amebas identificados en el elfuente de

la planta

Protozoarios

ciliados

Protozoariosflagelados

Rotferos

Nematodos

Amebas

Alta

Media

Baja

Muestreo

a) Philodina sp.b) Paramecium

caudatum

d O ercularia s .

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Conclusiones

El anlisis microbiolgico del proceso de lodos activados en laetapa de arranque result ser un bioindicador eficiente para undiagnstico inmediato de las condiciones de depuracin de la

planta. La sucesin de microorganismos identificados en laplanta de tratamiento ayud a establecer el fin de la etapa de

arranque as como el punto de estabilizacin de la misma. Laoxigenacin proporcionada al tanque de aireacin pudo sermodificada de acuerdo a la identificacin de ciertas especiesmicrobianas. La presencia de protozoarios ciliados fue elmejor indicador de la calidad del efluente tratado ya que estegrupo indica una favorable depuracin. El haber encontradomicroorganismos indicadores de alto tiempo de retencin fuequizs inesperado. La alta concentracin de rotferos en lasltimas semanas mostr la necesidad de realizar una purga alos lodos de la planta. Los resultados obtenidos en este anlisisdeben ser adoptados como una forma segura de establecer laduracin de la etapa de arranque de la planta de tratamiento ascomo una forma de controlar los parmetros de diseo para lossistemas de lodos activados. El buen funcionamiento de unsistema de depuracin, puede definirse por la presencia o

ausencia de los tipos de microorganismos que intervienen,reafirmando la importancia que tiene la caracterizacin

biolgica en los procesos de tratamiento de aguas residuales.

Referencias

1. APHA, AWWA, WEF 1995. Standard Methods for theExamination of Water and Wastewater, 19th ed. AmericanPublic Health Association, Washington, DC.

2. Da Motta, M. et al. (2003). Estudo do funcionamento deestaes de tratamento de esgotos por anlise de imagem:validaes e estudo de caso". Eng. Sanit. Ambient. Vol. 8,

No. 3, Julio/Septiembre 2003, pp. 170-181.3. Davies, P.S. (2005). The biological basis of wastewater

treatment. Glasgow, UK: Strathkelvin Instrument Ltd.

4. Ferrer, J. y Seco, A. (2008). Tratamientos biolgicos deaguas residuales. Alfaomega, 184 pp. Valencia, Espaa.

5. Macas, R. I. (2005). Tratamiento de aguas residualesmediante el proceso de lodos activados. Tesis profesional.UV, Facultad de Ingeniera Qumica. Xalapa. Mxico.

6. Pellizzaro, A., Sezerino, P. H., Philippi, L. S.,Reginatto, V., Lapolli, F. R. (2005). Caracterizao damicrofauna em estao de tratamento de esgotos do tipolodos ativados: um instrumento de avaliao e controle do

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7. Peralta, C. (2011). Estudio de oxgeno disuelto en eltanque de aireacin de una planta de tratamiento de aguasresiduales hospitalarias en Xalapa, Veracruz. Tesis delicenciatura. Facultad de Ingeniera Qumica. Xalapa.Mxico.

8. Rojas, L., Castillo, E., Leal, M. T., Galicia M. A.(2011). Evaluacin de una planta de tratamiento de aguasresiduales hospitalarias en Xalapa, Ver. Memorias XCongreso Internacional y XVI Congreso Nacional deCiencias Ambientales, Quertaro, Qro.

9. Romero, J. A. (2004) Tratamiento de aguas residuales.Escuela Colombiana de Ingeniera, 3 edicin, 1248 pp.Colombia.

10.Santos, G., Vencius, C., Santos, J. G. (2009).Microbiologia de sistema de lodos ativados e sua relaocom o tratamento de efluentes industriais: a experincia daCetrel; Eng Sanit Ambient. Vol.14, No. 2, Abril/Junio2009, pp.183-192.

11.Vilaseca, M. M. (2001). Observacin microscpica defangos activados en los tratamientos de depuracin

biolgica. Boletn Intexter (U.P.C.). No. 119 2001, pp.67-72.

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