ORGANISMOS FILAMENTOSOS

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DEMXICO

DIVISIN DE ESTUDIOS DEPOSGRADO DE LA FACULTAD DE

INGENIERA

PROGRAMA DE MAESTRA Y DOCTORADO ENINGENIERA

ORGANISMOS FILAMENTOSOS Y SU RELACINCON LA DEGRADACIN DE MATERIA ORGNICAY NUTRIENTES BAJO CONDICIONES ESPECFICAS

DE OPERACIN.

T E S I SQUE PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRO EN INGENIERA( A M B I E N T A L )

P R E S E N T A

I. Q. MA. DEL CARMEN VELZQUEZ RODRGUEZ

D I R I G I D A P O R:DRA. GABRIELA E. MOELLER CHVEZ

MXICO, D.F. 2006

DEDICATORIAS

A mis padres:

Alberto Velzquez y Margarita Rodrguez.

Por su amor, ejemplo, apoyo y comprensin que da a da me han brindado.

A mis alumnos:

Por que son el mejor aliciente para mi preparacin constante.

AGRADECIMIENTOS

Cmo hacer para decir muchas gracias, cuando hay tantas personas aquien agradecer? Obviamente, este trabajo es un gracias a mis hermanos,Edilberto por tu apoyo incondicional, por compartir momentos difciles yagradables. Octavio por tu comprensin y cario, por brindar a mi vida doschispas de alegra Vanessa y Danna. Valentn por cada momento compartido,por las enseanzas de vida y tu apoyo en mis decisiones. A mis cuadas,Gabriela por el inters en mis actividades y las palabras de aliento cuando lashe necesitado, por ver en mi una amiga. Yazmn por que al formar parte de mifamilia brindas apoyo, cario y ese retoo de amor que esperamos conalegra. A todos mis tos y a mi pap Pancho por que he recibido buenosejemplos y consejos de cada uno de ellos. A mis primas Silvia, Ftima, Mayray Yuri saben que las quiero y que algunas veces las he dejado solas paralograr este trabajo bueno ya est cumplido. A mis amigos y compaerosRoco, Lizette, Erika Garca, Ana Laura, Wendy, Mnica, Erika Gonzlez,Ivette, Karina, Jos Cruz, Benjamn, Mijal y Ricardo por que motivada por supreparacin constante, su amistad y confianza me he dado cuenta de laimportancia de estar aqu y de las grandes posibilidades que tenemos para sermejores. A mis compaeros docentes de la E. S. T. No. 44 por suscomentarios y apoyo.

Agradezco a la Divisin de Estudios de Posgrado de la Facultad de IngenieraCampus Morelos por brindarme el espacio de estudio y la realizacin de mitesis de maestra.

Al Instituto Mexicano de tecnologa del Agua, a sus investigadores y maestrospor proporcionarme informacin y conocimientos durante la realizacin de misestudios.

Al personal de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Industriales yMunicipales ECCACIV, S. A. de C. V. por permitirme la oportunidad decolaborar con ustedes por ms de un ao dentro de sus instalaciones y formarparte del rea de proyectos donde desarroll este trabajo de investigacin.

A mi jurado: Dr. Vctor Manuel Luna Pabello, M. en C. Isaura Yaez Noguez,Dra. Petia Mijaylova Nacheva y la M. en C. Gloria Moreno Rodrguez pordedicarle tiempo a este trabajo y hacerle las observaciones necesarias.

En especial a la Dra. Gabriela Moeller Chvez por ser mi directora de tesis, porsu confianza, asesoramiento y observaciones que contribuyeron a mejorareste trabajo.

Te dibujo, me dibujo, me veo y te veo dentro de un aula de cuatro paredes enla que la vida, mi vida, tu vida.

Corre y anda y ha sufrido el golpe de la inexperiencia.

De ese roce social y emotivo que se gesta da a da con una arcilla moldeable,maleable, dctil de conocimientos y sentimientos todos, que lo conducen

muchas veces no s a donde, no sabemos como y tal vez por eso estamosaqu, para confirmar y reafirmar

la razn de nuestro hacer.

Reflexiono sobre lo que hago, sobre lo que haces, sobre lo que hacemos,sobre lo que hicieron los otros y me doy cuenta y te das cuenta entonces de lahistoricidad y los valores que encierran nuestra presencia como docentes, enla que ni mtodos, ni conocimientos superan lo ms valioso del maestro su

persona.

CONTENIDOI. INTRODUCCIN. 1 HIPTESIS. 4 OBJETIVO GENERAL ..... OBJETIVO PARTICULAR ...... OBJETIVO ESPECFICO ....

555

2. MARCO TERICO ...... 6

2.1 PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS .....2.2 CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS .....2.3 LODOS ACTIVADOS .....2.4 ANLISIS BIOLGICO DE LODOS ACTIVADOS ....2.5 MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS (M. O. F.) ... 2.5.1. ESPONJAMIENTO DEL LODO .... 2.5.2. OBSERVACIN MICROSCPICA DE MICROORGANISMOS

FILAMENTOSOS ... 2.5.2.1. CARACTERSTICAS MORFOLGICAS ...... 2.5.2.2. TINCIONES EMPLEADAS ..... 2.5.2.3. IDENTIFICACIN ..... 2.5.3. DESCRIPCIN DE LOS TIPOS DE MICROORAGANISMOS FILAMENTOSOSMAS FRECUENTES EN LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES................................

2.6 PARMETROS DE OPERACIN PARA EL CONTROL DEL PROCESO DE LODOSACTIVADOS ................... 2.6.1. TIEMPO DE RETENCIN HIDRULICO ....... 2.6.2. TIEMPO DE RETENCIN CELULAR ........ 2.6.3. RELACIN ALIMENTO MICROORGANISMO (A/M) ...... 2.6.4. FLUJO DE AIRE ........ 2.6.5. NDICE VOLUMTRICO DE LODOS (IVL) .......

68

10121319

20212222

23

272727272828

3. MATERIALES Y MTODOS ..... 33

3.1 DESCRIPCIN DEL REA DE ESTUDIO ....... 3.1.1. ASPECTOS GENERALES ...... 3.1.2. PLANTA PILOTO ......3.2 DESARROLLO EXPERIMENTAL ..... 3.2.1. CONDICIONES INICIALES DE REFERENCIA DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ...... 3.2.2. CONDICIONES DE OPERACIN DE LA PLANTA PILOTO .... 3.2.3. MUESTREO Y PARMETROS .....

33333337

373944

4. RESULTADOS ...... 47

4.1 ETAPAS DEL DESARROLLO EXPERIMENTAL .... 4.1.1. ETAPA 1 (ARRANQUE) ...... 4.1.2. ETAPA 2 (ESTADO ESTABLE) ......4.2 CALIDAD DEL AGUA INFLUENTE Y EFLUENTE ....4.3 ANLISIS DE LAS CONDICIONES DE OPERACIN (TRC) Y LOS PARMETROS ..... 4.3.1. MATERIA ORGNICA ...... 4.3.1.1. DEMANDA BIOQUMICA DE OXGENO ....... 4.3.1.2. DEMANDA QUMICA DE OXGENO ...... 4.3.2. NUTRIENTES .... 4.3.2.1. NITRGENO TOTAL .... 4.3.2.2. FSFORO TOTAL .... 4.3.3. SLIDOS TOTALES .... 4.3.3.1. COMPORTAMIENTO DEL OXGENO DISUELTO Y EL IVL ..... 4.3.3.2. COMPORTAMIENTO DE LOS SLIDOS SEDIMENTABLES ...... 4.3.4. MICROORGANISMOS . 4.3.4.1. ROTFEROS Y CILIADOS 4.3.4.2. MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS ....4.4 COMPORTAMIENTO DE LOS ORGANISMOS FILAMENTOSOS CON LA ADICIN DE CLORO .....

47474751

53535354555556585860626265

70V. CONCLUSIONES ... 77RECOMENDACIONES ...... 79ANEXOS ..... 81BIBLIOGRAFA ...... 114

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Condiciones favorables para el crecimiento de microorganismos ... 7Tabla 2. Causa y efectos de problemas de separacin de lodos activados 18Tabla 3. Condiciones favorables para el crecimiento de microorganismos filamentosos .. 26Tabla 4. Caractersticas de los parmetros de operacin del sistema de lodos activados 29Tabla 5. Condiciones del proceso y consecuencias de las relaciones de TRC y A/M .. 32Tabla 6. Parmetros prevalentes de operacin 38Tabla 7. Predominancia de protozoarios como parmetro biolgico 39Tabla 8. Condiciones de operacin de la planta piloto en la primera etapa 40Tabla 9. Tincin de Gram (Mtodo Hucker modificado) . 42Tabla 10. Tincin Neisser 44Tabla 11. Anlisis y puntos de muestreo .. 45Tabla 12. Mtodos y normas de anlisis 46Tabla 13. Condiciones de operacin promedio de la planta piloto (etapa de arranque) 47Tabla 14. Condiciones de operacin promedio obtenidas en los modelos ... 48Tabla 15. Resumen de resultados promedio de la calidad del agua efluente de la planta Piloto 51Tabla 16. Etapas predominantes de protozoarios ..... 64Tabla 17. Caractersticas del reactor 1 .. 65Tabla 18. Caractersticas del reactor 2 .. 66Tabla 19. Caractersticas del reactor 3 .. 66Tabla 20. Caractersticas del reactor 4 .. 67Tabla 21. Factores de ocurrencia y crecimiento para los filamentosos 69Tabla 22. Predominancia de los microorganismos filamentosos antes de la cloracin 72Tabla 23. Resultados de la adicin de cloro . 76

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de lodos activados convencional . 11Figura 2. Formacin de flculos esponjados en el sedimentador secundario . 14Figura 3. Microorganismos filamentosos ... 15Figura 4. Microorganismo filamentoso dentro de los flculos de biomasa celular ... 16Figura 5. Microorganismos filamentosos vistos por microscopio ptico 21Figura 6. Correlacin tpica entre el IVL con la relacin A/M 30Figura 7. Diagrama de flujo de la planta piloto 34Figura 8. Licor mezclado en el reactor (reactor 1) de la planta piloto .......................... 35Figura 9. Reactores 1 y 2 ............................................................................................. 36Figura 10. Planta piloto de ECCACIV S. A. de C. V. .................................................... 36Figura 11. Vista superior del clarificador de la planta piloto deECCACIV

. 37

Figura 12. Predominancia relativa de rotferos y ciliados .. 38

Figura 13. Intervalos de clase con mayor nmero de datos para cada reactor . 48Figura 14. Anlisis de varianza de TRC en los reactores 49Figura 15. Nmero de datos de la relacin A/M .. 50Figura 16. Anlisis de varianza de la relacin A/M .. 50Figura 17. Porcentajes de remocin promedio relacionados con las condiciones establecidas .... 52Figura 18. Demanda Bioqumica de Oxgeno .. 53Figura 19. Demanda Qumica de Oxgeno 54Figura 20. Nitrgeno Total 55Figura 21. Fsforo .. 56Figura 22. Slidos totales . 58Figura 23. Oxgeno disuelto ........................................................................... 59Figura 24. ndice volumtrico de lodos . 60Figura 25. Slidos sedimentables ... 61Figura 26. Rotferos y ciliados en un TRC bajo (10 a 20 d) . 62Figura 27. Rotferos y ciliados en un TRC alto (30 a 40 d) . 63Figura 28. Microorganismos filamentosos en los reactores 2 y 4 67Figura 29. Microorganismos filamentosos en los reactores 1 y 3 68Figura 30. Nata de la superficie del clarificador secundario en la planta piloto .. 71Figura 31. Calidad del lodo . 73Figura 32. Observacin microscpica de los microorganismos filamentosos tipo 021N 73Figura 33. Oxidacin Parcial de los microorganismos filamentosos . 74Figura 34. Microorganismos filamentosos presentes en el reactor 2 74Figura 35. Tincin Gram, muestra microorganismos filamentosos del reactor 1 .. 75Figura 36. Oxidacin y ruptura de los flculos provocada por la adicin de cloro . 75

INTRODUCCIN

INTRODUCCIN

El Inventario Nacional de Plantas de Tratamiento de aguas Residuales Municipales enOperacin reporta 1,182 plantas de tratamiento mayores a un litro por segundo (> l/s).Con un gasto de operacin de 60, 242.55 l/s, sin incluir las plantas de tratamiento condescargas de industrias, hospitales y centros comerciales entre otros. El proceso delodos activados es el tratamiento que predomina con 259 plantas tratando el 22%.(CNA; 2004).

El conocimiento de estos datos ayuda a valorar la importancia de erradicardisfunciones en las plantas de tratamiento de lodos activados, por medio de laobservacin y control del proceso.

La aplicacin de los sistemas de lodos activados, est dirigida a la remocin de lamateria orgnica y a la estabilizacin de los lodos. La materia orgnica contenida en elagua residual es degradada en forma aerobia. Los principales biodegradadores son lasbacterias, pero tambin es importante el papel de otros microorganismos, como son losprotozoarios, rotferos y otros organismos.

En las plantas biolgicas de tratamiento de aguas residuales, principalmente por elproceso de lodos activados, se desarrollan microorganismos filamentososhabitualmente por motivos de operacin, calidad del influente, clima y el diseo de lasinstalaciones, presentando dos tipos de problemas biolgicos, el Esponjamientofilamentoso o el Espumamiento biolgico. La frecuencia de aparicin de estos dosproblemas, juntos o por separado, obligan a utilizar la observacin microscpica comomtodo de deteccin de estos microorganismos.

En el proceso de lodos activados, el requisito principal para el funcionamiento eficaz esla sedimentacin y la compactacin rpida del lodo, que es esencialmente la biomasa.La relacin alimento/microorganismo (A/M) tiene que estar dentro de los intervalos quepropicien una buena floculacin y fuera del intervalo propicio para el crecimiento demicroorganismos filamentosos.

INGENIERA AMBIENTAL1

INTRODUCCIN

El desbalance de la poblacin en el sistema de lodos activados de losmicroorganismos filamentosos por encima de los niveles necesarios en el lodo activadopuede generar problemas biolgicos como el llamado esponjamiento filamentoso yespumamiento, dificultando la sedimentacin de los residuos, que se quedansuspendidos impidiendo la remocin de materia orgnica y nutrientes (nitrgeno yfsforo). Los nutrientes influyen en el crecimiento y desarrollo excesivo de algas yplantas acuticas, produciendo efectos nocivos de la hiperfertilizacin de los cuerposde agua que reciben aguas residuales, tanto domsticas como industriales (AmezcuaJ., 1976).

En esta investigacin se estudi el comportamiento de la materia orgnica y de losnutrientes en un sistema de lodos activados utilizando diferentes condiciones deoperacin, y se estudi el predominio de los microorganismos del tipo filamentoso. Labibliografa reporta que bajo ciertas condiciones de operacin (tiempo de retencincelular mayor de 18 das, relacin alimento/microorganismo (A/M) 0.20 mg DBO/damg SSTLM y oxgeno disuelto mayor de 4 mg/l) se ha observado que losmicroorganismos filamentosos tienen una gran versatilidad para utilizar compuestossimples y complejos como fuente de carbono, nitrgeno y fsforo. (Eikelboom et al.,1997).

En algunas plantas de tratamiento de aguas residuales de influente combinado(domstico - industrial), predominan diferentes tipos de microorganismos, esto podraestar asociado a la composicin del sustrato, baja carga en el influente y factores comopH y temperatura (Scruggs., Randall., 1997). Los organismos filamentosos seobservan cuando hay formacin de espumas tanto en el tanque de aireacin de laplanta de tratamiento as como en los sedimentadores secundarios, los slidossuspendidos se incrementan en el efluente, la baja concentracin de oxgeno disueltotambin influye provocando el aumento de slidos. ( Andoni et al., 1994).

Se sabe tambin, que a bajas concentraciones de sustrato y altos tiempos deresidencia hay un crecimiento desmesurado de los microorganismos filamentosos, porexistir una mayor tasa de crecimiento especfico a bajas concentraciones de sustratolimitante. El mezclado del reactor tambin favorece a este fenmeno de crecimiento.(Garca et al., 1998).


INTRODUCCIN

Algunos investigadores han estudiado el comportamiento de los microorganismosfilamentosos observando que tienen una capacidad fisiolgica comparable a lasbacterias formadoras de flculos para la remocin de materia orgnica y nutrientes, por

lo que los organismos filamentosos pueden competir con ventaja en la biodegradacin(Knoop et al., 1997, Mamais et al., 1997). En plantas de remocin de nutrientes, se hanrealizado estudios sobre desnitrificacin utilizando el licor mezclado y las espumas conmicroorganismos filamentosos obtenindose mayores velocidades de desnitrificacin(Wanner et al., 1997).

Se sugiere que para evaluar acciones remediadoras contra el crecimiento demicroorganismos filamentosos en una planta de tratamiento de aguas residuales conun proceso de lodos activados, es conveniente utilizar un mtodo basado en laobservacin microscpica. Usando este mtodo un observador experimentado, puederevelar la tendencia al espumamiento y/o esponjamiento filamentoso antes que elndice volumtrico de lodos, ayudando a validar acciones apropiadas por adelantado;ya sea en el ajuste de parmetros del proceso o en el rediseo de las unidades.


CAPTULO 1

HIPTESIS

LAS CONDICIONES DE OPERACIN EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES INFLUYEN EN LA PRESENCIA DE MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS;

DEPENDIENDO DE DICHAS CONDICIONES VARA EL TIPO DE ORGANISMOFILAMENTOSO PREDOMINANTE Y LA EFICIENCIA DE REMOCIN DE MATERIA

ORGNICA Y NUTRIENTES (NITRGENO FSFORO) EN EL AGUA RESIDUALTRATADA.


CAPTULO 1

OBJETIVO GENERAL

ESTUDIAR LA PRESENCIA DE LOS MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS Y ELCOMPORTAMIENTO DE LOS NUTRIENTES Y MATERIA ORGNICA BAJO DIFERENTESCONDICIONES DE OPERACIN EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES DE TIPO COMBINADO.

OBJETIVOS ESPECFICOS

IDENTIFICAR LOS MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS PREDOMINANTES BAJO LASDIFERENTES CONDICIONES DE OPERACIN ESTUDIADAS.

ESTABLECER BAJO CONDICIONES ESPECFICAS, EL COMPORTAMIENTO DE MATERIAORGNICA Y NUTRIENTES (NITRGENO FSFORO).

DETERMINAR LA RELACIN QUE EXISTE ENTRE LA CAPACIDAD DE REMOCIN DENITRGENO Y FSFORO Y LA PRESENCIA DE MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS.

IMPLEMENTAR LA TCNICA DE IDENTIFICACIN DE MICROORGANISMOSFILAMENTOSOS PARA SU USO EN EL LABORATORIO.

OBJETIVO PARTICULAR

ESTUDIO DEL EFECTO DE LA ADICIN DE CLORO (Cl2) SOBRE LOSMICROORGANISMOS FILAMENTOSOS.


CAPTULO 2

2. MARCO TERICO2.1 PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS

Los principales grupos de organismos presentes tanto en aguas residuales comosuperficiales son microorganismos que se clasifican segn la estructura yfuncionamiento celular en eucariotes, eubacterias y archae bacterias. Los gruposprocariotes (eubacterias y archae bacterias) se les denomina simplemente bacterias yson primordiales en el tratamiento biolgico. El grupo de los eucariotes incluye lasplantas, animales y los protistas. Los organismos eucariotes importantes en eltratamiento biolgico de las aguas residuales incluyen los hongos, los protozoos, losrotferos y las algas (Holt, Krieg, Sneoth, Staley., Bergeys Manual of DeterminativeBacteriology, 1990).

El examen microscpico de los lodos activados revela que estos estn formados poruna poblacin heterognea de microorganismos. Los microorganismos presentes sonuna variedad de bacterias, hongos, algas, protozoos y rotferos, que cambiancontinuamente en funcin de la diversidad en la composicin del agua residual y de lascondiciones ambientales.

Las bacterias son las ms importantes, responsables de la eliminacin de lacontaminacin, por una parte, y de la formacin de flculos, por otra; encontrndose entodos los tipos de procesos de tratamiento biolgico, las bacterias se agrupan enflculos, en su mayor parte son hetertrofas (es decir, que requieren una fuenteexterna de materia orgnica); que utilizan la contaminacin orgnica como nutrientes ypara formar biomasa celular nueva al reproducirse.

Otro grupo importante, junto a las bacterias, es el de los protozoos, que no afectandirectamente en la contaminacin orgnica sino que actan como depredadores frentea la flora bacteriana.


CAPTULO 2Los protozoarios y otras formas superiores de vida constituyen el 5 % de la biomasa delos lodos activados y estn representados por ms de 200 especies (Curd, 1973;Curds, 1975 op cit Manual on the causes and control of activated sludge bulking andfoaming, 1993). El rango total va de 100 a > 100,000/ml. Los protozoarios predominan,con 500 a varios miles/ml. Estos organismos realizan varias funciones importantes enlos lodos activados, la ms importante de ellas es la remocin de bacterias nofloculantes del agua residual, a travs de sus actividades de alimentacin, produciendoas un efluente clarificado. (Jenkins,et al,1993)

La tabla 1 presenta los diversos microorganismos y las condiciones que favorecen elcrecimiento y desarrollo de los protozoarios y otras formas superiores de vida en ellicor mezclado del sistema de lodos activados, se puede apreciar que de acuerdo a losparmetros y condiciones de alta y baja carga orgnica (relacin A/M en kg DBO5/kgMLVSS da) del proceso de tratamiento, se ve favorecido el desarrollo de cierto tipo deorganismos.

Tabla 1. Condiciones favorables para el crecimiento de microorganismos.

GRUPOS PREDOMINANTESCONDICIONES

Ciliados libres, rotferos y especialmentenemtodos.

Baja carga orgnica( A/M < de 0.1)

Gran diversidad de organismos,dominados por ciliados libres y ciliadosfijos

Carga orgnica ptima( A/M > 0.3 y < 0.6)

Ciliados libres, flagelados y amoebas Alta carga orgnica( A/M > 0.6)

FUENTE: Michael Richard, Ph. D. The Bench Sheet Monograph on Activated Sludge Microbiology, WaterPollution Control Federation, 1991

El rendimiento ptimo de los lodos activados tiene lugar cuando hay un balance deciliados de nado libre, ciliados adheridos y rotferos. Una considerable cantidad deflagelados, amoebas o ciliados de nado libre es un indicador de que existe una relacinalta de alimento/microorganismos y un tiempo de retencin celular bajo, mientras queuna importante cantidad de ciliados fijos, rotferos y otras formas superiores de vida,


CAPTULO 2especialmente nemtodos son indicadores de una relacin alimento/microorganismobaja, y un tiempo de retencin celular alta.

2.2 CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS

Todas las clulas vivas, incluyendo los microorganismos, requieren ciertos nutrientespara su crecimiento y desarrollo. Los nutrientes deben contener los elementosqumicos que constituyen los materiales y estructuras celulares, as como aquelloselementos que son requeridos para el transporte a travs de la membrana, la actividadenzimtica y la generacin de la energa necesaria para los procesos biosintticos.

En un medio de cultivo para el crecimiento adecuado, los microorganismosunicelulares aumentan de tamao y, por ltimo se dividen en dos por un proceso defisin binaria o gemacin. De hecho, una clula microbiana no viable se define comoaquella que, incubada en medio de cultivo para el crecimiento por un periodosuficientemente largo, es incapaz de aumentar su tamao o de multiplicarse. Esimportante entender que una clula que aparentemente no crece, puede ser viable,pero el medio es incapaz de apoyar el crecimiento debido a la disminucin de nutrienteesencial, la presencia o produccin de materiales txicos o un cambio en el mediofsico como la disminucin de oxgeno, pH o temperatura. A menudo, las clulaspueden vivir en este estado de decadencia sin crecimiento, particularmente comoesporas o quistes, por periodos largos.

Las clulas microbianas requieren un alto grado de adaptabilidad para responder acambios tanto en el medio fsico como en el qumico. A diferencia de las formas devida diferenciadas, multicelulares, los organismos unicelulares responden a cambiosen el medio al exhibir un conjunto diferente de actividades metablicas.

Un microorganismo facultativo inducir las enzimas necesarias para el metabolismooxidativo (respiratorio), cuando el oxgeno sea suministrado a un medio anaerobio. Losorganismos unicelulares son capaces de existir en una variedad de estados fisiolgicosy puede cambiar rpidamente de un estado a otro.


CAPTULO 2El crecimiento se puede considerar como el aumento ordenado de todos losconstituyentes qumicos de un organismo, lo cual, para los organismos unicelulares,conduce a un aumento en el nmero de individuos en la poblacin.

Habitualmente los microorganismos adoptan una cintica de crecimiento del tipo deMonod, pues ha sido demostrado (Ramalho, 1993) que el crecimiento de estosmicroorganismos utilizados en la degradacin biolgica de las aguas residuales se rigecon estas ecuaciones.

El modelo de Monod se expresa con la siguiente ecuacin: = max S / Ks + S

Donde:

Ks = Concentracin para la cual la tasa de crecimiento tiene la mitad de su valor mximo. = Rapidez especfica de crecimientoS = Sustrato max = Velocidad mxima de crecimiento.

Anteriormente se estableca que en el curso de la fase exponencial del crecimiento, latasa de crecimiento era independiente de los distintos componentes del medio decultivo. Por debajo de cierto nivel de concentracin, ya no se establece comoverdadero este comportamiento. Si se cultiva un microorganismo en un medio sintticoque tiene exceso de algn componente, el crecimiento no se puede efectuar. Cuandose suministran los compuestos en cantidades pequeas y variables de un ensayo aotro, la tasa de crecimiento permanece inferior a la tasa mxima, mientras laconcentracin de carga orgnica y nutrientes no es suficiente, y aumenta alincrementar esa concentracin. Cuando el crecimiento de un cultivo en lote slo estlimitado por la cantidad inicial de sustrato, la curva de crecimiento puede expresarse entrminos de los parmetros de crecimiento.

Para todas las concentraciones superiores a S (sustrato), la tasa de crecimiento esigual a la de crecimiento mxima. Esto explica porqu la tasa de crecimiento esconstante en la fase exponencial, aunque las concentraciones sean superiores a S.(Ramalho., 1993).


CAPTULO 2

2.3 LODOS ACTIVADOS

Los procesos biolgicos; como ya se mencion, son los mtodos por los cuales seconsigue la eliminacin de contaminantes por la actividad de microorganismos. Eltratamiento biolgico se usa esencialmente para eliminar las sustancias orgnicasbiodegradables (coloidales o disueltas), transformndolas en gases que escapan a laatmsfera y en tejido celular biolgico que puede eliminarse por sedimentacin.

El proceso de lodos activados naci de la observacin realizada de que si cualquieragua residual urbana o industrial, se somete a aeracin durante un periodo de tiempo,se reduce su contenido de materia orgnica formndose a la vez un lodo floculento.

El trmino lodo activado se aplica al conglomerado de microorganismos, materiaorgnica y materiales inorgnicos. Las superficies de estos flculos son altamenteactivas en la accin de absorber materiales coloidales suspendidos que se encuentranen el agua residual (Jimnez., 2001).

El proceso de lodos activados ha sido utilizado para el tratamiento de aguas residualestanto industriales como urbanas desde hace aproximadamente un siglo. Este procesodepende del uso de una alta concentracin de microorganismos presentes comoflculo (poblacin microbiana mixta) que se mantiene suspendido por medio deagitacin en el reactor, obteniendo el licor mezclado altas tasas de transferencia deoxgeno. El efluente de la etapa de aireacin es bajo en sustancias orgnicas disueltaspero contiene una concentracin elevada de slidos en suspensin (2000 a 8000 mg/l)que deben retirarse por sedimentacin. La efectividad del proceso depende del retornode una parte de los lodos separados (microorganismos vivos) a la zona de aireacinpara volver a comenzar la estabilizacin. Este mtodo ha probado ser til para eltratamiento de muchos desechos industriales orgnicos, que muchas veces se pensque eran txicos para los sistemas biolgicos. En el sistema gran parte del aire seutiliza para la agitacin, slo una poca cantidad se utiliza para las reacciones deoxidacin. Cuando no se le agita, como en el tanque de sedimentacin final, losslidos se asientan rpidamente en el fondo y pierden contacto con la materia orgnicaen el lquido. Los slidos sedimentados se convierten rpidamente en anaerobios si


CAPTULO 2no regresan a la zona de aireacin. Es conveniente transferir el aire al licor mezcladopara conservar un oxgeno disuelto de 1 a 2 mg/l.

El licor mezclado debe ser de una concentracin y actividad adecuadas paraproporcionar adsorcin y oxidacin rpidas al desecho, as como producir un lodo quesedimente fcilmente y pueda producir con rapidez un efluente clarificado y el lodopueda retornarse a la zona de aireacin.

La figura 1 presenta el diagrama del proceso convencional de lodos activados.

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de Lodos Activados Convencional

Si la cantidad de lodo que se regresa es insuficiente, los slidos suspendidos del licormezclado sern bajos y la estabilizacin resultante ser pobre. Por el contrario, elregreso de cantidades excesivas de lodos dar como resultado que los slidossuspendidos del licor mezclado sean muy altos y que no sedimenten bien, en cuyocaso pueden ejercer demandas de oxgeno ms altas que las que se puedensatisfacer. Si los lodos no se quitan rpidamente de los tanques de sedimentacin,stos emergen debido a la produccin de nitrgeno por la reduccin de nitratos encondiciones anaerobias; cuando esto ocurre, el efluente que se obtiene es muy pobre.


CAPTULO 2

La materia en suspensin y la coloidal se eliminan rpidamente de las aguasresiduales por adsorcin y aglomeracin en los flculos microbianos. Esta materia y losnutrientes disueltos se descomponen ms lentamente por el metabolismo microbiano,proceso conocido como estabilizacin. En este proceso, parte del material nutrientese oxida a sustancias simples como el anhdrido carbnico, un proceso denominadomineralizacin, y parte se convierte en materia celular microbiana nueva, procesollamado asimilacin. Parte de la masa microbiana se descompone tambin de lamisma manera, este proceso es llamado respiracin endgena. El proceso oxidativosuministra la energa necesaria para los procesos de absorcin y asimilacin. Una vezque se alcanza el grado de tratamiento que se desea, la masa microbiana floculentaconocida como lodo, se separa del agua residual por asentamiento, por lo general,en un tanque separado especialmente diseado (clarificador o sedimentador).

Para la eficiencia de 85% a 95% las condiciones de operacin sugeridas es de tiempode retencin celular de 4 a 15 das, para carga o relacin alimento/microorganismo de0.2 a 0.4 kg, DBO/kgSST.d o para 0.3 a 0.6 kg de DBO/m3.d durante un tiempo deretencin hidrulica de 4 a 8 hrs y una recirculacin del 25% al 50%. (Jimnez., 2001).

Debido a la importancia de conservar un lodo de buena calidad en el proceso, se handesarrollado diferentes ndices para controlarla. Por ejemplo, el ndice volumtrico delodos (IVL), el cual vara de 40 a 100 para un buen lodo, pero puede exceder de 200para un lodo deficiente con tendencia a esponjarse. El esponjamiento es un indicadorusado para describir un lodo con malas caractersticas de sedimentacin, quefrecuentemente la causan microorganismos filamentosos que existen en plantas detratamiento con agua residual con concentracin de nitrgeno baja, con pocaconcentracin en materia orgnica y donde el oxgeno disuelto en el licor mezclado esbajo o demasiado alto (Tebbutt., 1990). Otra prueba es el ndice de densidad de loslodos (IDL), ste vara desde 2 para un buen lodo hasta 0.3 para un lodo deficiente. Ypara la eficiencia de este proceso es considerado tambin, el tiempo de residenciamedio de las clulas o TRC.

La descripcin detallada de los parmetros de operacin se presenta en el inciso 2.6de este captulo.


CAPTULO 2

2.4 ANLISIS BIOLGICO DE LODOS ACTIVADOS

Los anlisis biolgicos de lodos activados; permiten conocer cual es el estado de labiomasa de los reactores, y ajustar los parmetros de control en la planta para obtenerun funcionamiento eficaz y un ptimo mantenimiento del sistema, con los mejoresrendimientos y el menor costo posible.

Mediante el empleo de diversas tcnicas se puede caracterizar fsica, qumica ybiolgicamente el lodo, aplicando tcnicas de identificacin de microorganismos,medicin y morfologa de los organismos que contiene el lodo. Los resultados de laaplicacin de las diversas tcnicas, permiten detectar las anomalas que afectan alagua de entrada (toxicidad y problemas de biodegradabilidad como grasas y aceites), yal funcionamiento del tratamiento (disminucin de rendimientos de remocin) as comoal diseo (zonas muertas en los sedimentadores y tanques de aireacin) ydimensionamiento del proceso e instalaciones.

El anlisis biolgico es de gran utilidad en la deteccin, control y desarrollo deestrategias de eliminacin de microorganismos filamentosos, causantes delesponjamiento (bulking) y el espumamiento (foaming). As como de la formacin delodos gelatinosos y los procesos de nitrificacin y desnitrificacin descontrolada.

2.5 MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS (M. O. F.)

Si bien la mayor parte de los organismos que forman la biomasa que depura el aguaresidual en el tratamiento biolgico son unicelulares, hay algunos microorganismos quepresentan sucesiones de clulas de manera que parecen filamentos.

Las formas filamentosas son microorganismos que se desarrollan como consecuenciade condiciones anormales del medio o bien como respuesta a variaciones bruscas enlos parmetros de funcionamiento.


CAPTULO 2

Algunos hongos pueden participar en la formacin de los flculos, en ciertascondiciones: contaminacin rica en glcidos, pH bajo y deficiencias de nitrgeno yfsforo. Estos hongos son indeseables, puesto que pueden dar lugar a un flculo muyfilamentoso y no sedimentable.

Si la cantidad de filamentos es alta y el proceso de depuracin es por lodos activadospodemos encontrarnos con dos tipos de problemas biolgicos:

Esponjamiento filamentoso (Bulking). Los filamentos interfieren en lacompactacin del flculo en el sedimentador secundario.

El esponjamiento filamentoso esta asociado a la presencia de microorganismos delgrupo de los Actinomicetos como Sphaerotilus natans, Thiothrix sp., Lactobacillus sp.,Pelonemas o Peloploca sp. y hongos como Leptomitus sp., Geotrichum candidum, etc.

Espumamiento biolgico (Foaming). Los microorganismos filamentososproducen una espesa espuma coloreada (en colores de blanco al marrn) yen muchos casos abundante materia flotante en el clarificador.

Las espumas producidas por microorganismos filamentosos suelen ser producidas porsecreciones del material polimrico exocelular o material hidrofbico.

La frecuencia en la aparicin de estos dos problemas biolgicos; juntos o porseparado, en las plantas de tratamiento de aguas residuales de Mxico, hacenecesario el utilizar herramientas microscpicas (observacin directa) como mtodo dedeteccin e identificacin de estos microorganismos.

La figura 2 presenta una vista superior de la nata formada en un clarificador secundariocon problemas de esponjamiento filamentoso.


CAPTULO 2

Las causas que provocan la aparicin de estos microorganismos filamentosos sepueden resumir en dos grandes bloques:

Caractersticas del agua influente al tratamiento biolgico : composicin,deficiencia de nutrientes, productos de digestin recirculados a la entrada dela planta.

Condiciones de operacin : carga msica aplicada, tiempo de retencincelular, concentracin de oxgeno disuelto.

Aun cuando pueda existir una cierta unanimidad en cuanto al conjunto de causas queprovocan el desarrollo masivo de microorganismos filamentosos, no ocurre lo mismo ala forma de eliminarlos. Esto es debido a que no siempre es fcil discernir en cadacaso la causa concreta de su aparicin y en los casos de que se consiga puederesultar muy complicado mantenerlas. As, puede ser factible mejorar las condicionesde oxigenacin, pero poco se podr hacer si la causa es por ejemplo la composicindel agua influente.

Las figuras 3 y 4 presentan observaciones de los microorganismos filamentosos, lafigura 3 muestra la morfologa caracterstica de un filamentoso, en la fotografa seaprecia la formacin y forma de cada filamento.


Figura 2. Formacin de flculos esponjados en elsedimentador secundario (http://www.deu.edu.tr/atiksu/new/726.html)

CAPTULO 2

La figura 4 es una imagen de filamentosos dentro del flculo de biomasa, se observantambin manojos de microorganismos filamentosos en una ampliacin 400 X.


Figura 4 Microorganismos filamentososdentro de los flculos de biomasa celular.

(http://www.deu.edu.tr/atiksu/new/726.html)

Figura. 3. Microorganismos filamentososFUENTE: (http://scitrav.com/wwater7asp1/contents.htm)

CAPTULO 2

Es fundamental, el conocimiento de las caractersticas fisicoqumicas del flujo de aguay el medio ambiente microbiano para la correcta operacin de una planta detratamiento de aguas residuales. Asimismo, es necesario poder predecir en dichascondiciones cual sera la evolucin de la planta de tratamiento y poder evitarproblemas futuros durante la operacin.

El grado de agitacin o de mezcla en el reactor de lodos activados puede influirconsiderablemente durante la operacin, dado su efecto (a mayor grado de agitacinmayor proliferacin de organismos filamentosos) sobre las concentraciones desustrato y microorganismos presentes realmente en los diferentes volmenes delreactor, aunque descripciones cuantitativas de este fenmeno no se han observadodescritas en la bibliografa.

Muchos de los microorganismos filamentosos son obligatoriamente aerbicos, yproliferan en la presencia de una fuente disponible de carbono, tal como la glucosa.Cuando la concentracin de oxgeno disuelto en la mezcla lquida es menor de 0.5mg/l hay muy poca penetracin de oxgeno al flculo biolgico y nicamente una partepequea de la masa bacteriana manifiesta crecimiento aerbico. Los filamentos (M. O.F.) tienen una proporcin muy alta de rea superficial a volumen y consumen la mayorparte de oxgeno aprovechable. A causa de lo cual los filamentos crecen ms rpidoque las bacterias desplazando la masa biolgica. Altas concentraciones de oxgenodisuelto favorecen el desarrollo de bacterias que producen flculos. Cuando se agotala fuente de carbono, los filamentos tienden a desaparecer del sistema.

La tabla 2 presenta las causas y efectos de los problemas que se presentan en elsistema de lodos activados. Como se puede observar se presentan seis problemasprincipales y se hace una breve descripcin de lo que provoca el problema y larespuesta a la situacin que se desarrolla.


CAPTULO 2

Tabla 2. Causa y efectos de problemas de separacin de lodos activadosProblema Causa Efecto

CRECIMIENTO DISPERSOMicroorganismos que no formanflculos, pero son dispersos,formando solamente pequeosgrupos o clulas solas

Efluente turbio. No hay zona deasentamiento de lodo activado.

LIMO VISCOSO ABULTAMIENTO(BULKING) (GELATINOSOS).Tambin referido como bulking de nofilamentosos

Gran cantidad de microorganismosestn presentes limo exocelular.En casos severos el limo imparteuna consistencia gelatinosa al lodoactivado.

Reduce la sedimentacin y los rangosde compactacin.Virtualmente la no-separacin, resultaen un derrame de lodo en losclarificadores secundarios. Algunasocasiones se presenta tambin unaespuma viscosa.

CABEZA DE ALFILER (PIN FLOCO PINPOINT FLOC)

Forma flculos pequeos,compactos y dbiles, o bien,esfricos speros formados. Lamayora de los cuales sedimentanrpidamente, y los pequeossedimentan despacio.

Bajo ndice volumtrico, efluente turbioy suspendido.

ABULTAMIENTO FILAMENTOSO

Microorganismos filamentosos conextensiones del flculo de unasolucin bulking, interferencia conla compactacin, sedimentacin,adelgazamiento y concentracin delodos activados

Alto ndice volumtrico, sobrenadantemuy claro. Recirculacin de lodos yconcentracin de slidos baja. Encasos severos resulta underramamiento de lodo en losclarificadores secundarios. El manejode slidos en el proceso se convierteen sobre carga hidrulica

CAPA ASCENDENTE Desnitrificacin en losclarificadores secundarios,relacionada con eldesprendimiento del gas N2, el cualse acumula en los lodos activadosy flota a la superficie.

Formacin de nata de lodos activadosen la superficie de losclarificadores secundarios.

FORMACIN DE ESPUMA/NATA Causado por sufractantes nodegradables y por la presencia deNocardia sp. Microthrix parvicellao tipo 1863

Gran cantidad de espuma flota en lasuperficie de las unidades detratamiento. La espuma provocada porNocardia sp. Microthrix parvicella, espersistente, presentan dificultad pararomperla mecnicamente, laacumulacin puede producirse. Losslidos pueden derramarla ensedimentadores secundarios o enborde libre de tanques

FUENTE: Summary Report The Causes and Control of Activated Sludge Bulking and Foaming, EnvironmentalProtection Agency, 1987.


CAPTULO 2

2.5.1 ESPONJAMIENTO DEL LODO

La formacin de flculos ligeros, esponjados y con malas caractersticas deasentamiento se conocen como esponjamiento y se atribuye a la presencia demicroorganismos filamentosos en los flculos. Estos flculos son arrastrados fuera dela etapa de separacin junto con el efluente tratado, lo que le da a la descarga un altocontenido no deseable de materia orgnica (Winkler., 1994).

Uno de los organismos filamentosos que se cita a menudo es la bacteria filamentosaSphaerotilus natans. Entre los ejemplos de otros organismos asociados con elesponjamiento se encuentra la bacteria filamentosa Streptothrix, hongos filamentososcomo el Geotrichum, el alga azul verdosa Schizothrix, y un nmero excesivo deprotozoarios ciliados con tallos. Eikelboom (1975) identific 26 tipos de organismosfilamentosos en 1,100 muestras de lodos activados, la mayora de los del tipo de lodosesponjosos. El crecimiento predominante de los organismos filamentosos comunicamalas caractersticas de sedimentacin, porque los filamentos que se extienden fueradel flculo aumentan la resistencia al movimiento y reducen la velocidad desedimentacin del flculo y tambin inhiben la compactacin de los flculos despusdel asentamiento. No obstante, es posible que un flculo se asiente bien cuando losfilamentos estn enrollados alrededor de las partculas de los flculos. No se hanidentificado las condiciones que inducen a este fenmeno, pero aclara por qu el IVL(ndice volumtrico de lodos) de un flculo filamentoso puede cambiar rpidamente,mientras que los flculos no filamentosos tienen valores estables del IVL (Pipes, 1979op cit Winkler., 1994).

Se han asociado diferentes condiciones del sistema con la aparicin de los lodosesponjosos. La absorcin de material nutriente por los flculos a una tasa mayor que lade remocin puede llevar al esponjamiento, y las condiciones cidas favorecern elcrecimiento fungoide antes que el bacteriano (Hawkes, 1963 op cit Winkler, 1994). Elesponjamiento extremo ha estado asociado a la sobrecarga de la planta, aldesbalance de los nutrientes a temperaturas por encima de 30 C y al descenso en laconcentracin de oxgeno disuelto por debajo de 1 mg/m3. (Pipes, 1967 op cit Winkler,1994) y cargas orgnicas muy bajas, menores a 0.2 kg de DBO/kg de slidos delodos/da (Pipes., 1979 op cit Winkler., 1994).


CAPTULO 2

El esponjamiento debido al alga azul verdosa Schizothrix calsicola, ha sido atribuido auna combinacin de compuestos en el suministro de aguas residuales, y niveles bajosde concentracin de oxgeno disuelto a la entrada de los tanques de aireacin (Sykes,Rozich y Tieferty., 1979 op cit Winkler., 1994).

Los estudios de laboratorio en que se usan aguas residuales sintticas sugieren quelas fases alternas de alimentacin e inanicin en sistemas de alimentacin intermitenteestimulan la floculacin, mientras que en un sistema continuo de mezcla total, seestimulaba el crecimiento filamentoso (Verachtert y otros; Houtmeyer y otros 1980 opcit Winkler., 1994).

Si bien el crecimiento de filamentos afecta a las propiedades de sedimentacin dellodo, la consistencia floja existente causa flculos con caractersticas altamenteoxidativas (Hawkes., 1963 op cit Winkler., 1994).

2.5.2 OBSERVACIN MICROSCPICA DE MICROORGANISMOS FILAMENTOSOS

Es posible observar e identificar a los microorganismos filamentosos mediante elempleo del microscopio ptico y una serie de tcnicas de cultivo, medicin y tincin. Sise aplica alguna rutina de recuento se puede adems, cuantificar su presencia yrelacionarla con los efectos que producen en el tratamiento biolgico.

Para poder identificar microorganismos filamentosos es necesario contar con unmicroscopio binocular equipado con contraste de fases y unos oculares y objetivos deal menos, 10 X y 100 X de inmersin en aceite. La iluminacin pone de manifiesto losdetalles estructurales de las clulas bacterianas que contribuyen a la identificacin.Para poder medir es necesario un equipo microfotogrfico, para poder llevar unhistorial de lo que se observa y con las fotografas consultar y respaldar informacincon un atlas de identificacin. Para poder medir se requiere de un ocular de medida yen algunos casos de un portaobjetos patrn con un milmetro grabado.


CAPTULO 2

La figura 5 presenta una micrografa de la observacin de microorganismosfilamentosos donde se aprecia su morfologa con un microscopio ptico ampliacin de400 X, tambin se muestran las dos respuestas (positiva, morada y negativa, rosaplido) a la tincin de Gram.

2.5.2.1 CARACTERSTICAS MORFOLGICAS

Observando a un aumento de 1000 X deben buscarse las caractersticas morfolgicasque distinguen a los diferentes microorganismos filamentosos (M. O. F.) tales como:

Ramificaciones: verdadera o falsa Movilidad: s o no Forma de filamento: recto, en forma irregular, ligeramente curvado, torcido,

cadena irregular de clulas, miceliar. Color del filamento: transparente, medio, oscuro Situacin del filamento: en el interior del flculo, saliendo hacia el licor

exterior, libre en el licor Crecimiento epiftico: no, s (cuantificar s mucho o poco) Vaina: si, no Septos celulares: si, no Indentaciones: si, no Dimensiones del filamento


Figura. 5. Microorganismos filamentososvistos por microscopio ptico

FUENTE:http://scitrav.com/wwater7asp1/contents.htm

CAPTULO 2 Forma de las clulas: cuadradas, rectangulares, ovales, tonel, discoide,

extremos redondeados, esfricas, no observables Dimensiones de las clulas Grnulos de azufre: in situ y tras la prueba del azufre Presencia de rosetas, gonidios, etc.

2.5.2.2 TINCIONES EMPLEADAS

Para ayudar en la identificacin biolgica de los filamentos se realizan una serie detinciones tales como:

Tincin de Gram: positiva, negativa, variable Tincin de Neisser: para el filamento positiva o negativa, y en este caso

puede haber grnulos positivos Tincin de PHB (polihidroxibutirato) Tincin de vainas

2.5.2.3 IDENTIFICACIN

Actualmente los microorganismos filamentosos pueden identificarse de acuerdo concaractersticas morfolgicas de rpida observacin y fcil de llevar a cabo en ellaboratorio de una planta de tratamiento de aguas residuales. Los tipos habitualmenteidentificados son cerca de treinta en todo el mundo, de los que unos 20 son muycomunes y otros raros de encontrar en nmero apreciable.

Unos se denominan por medio del gnero, otros se incluye especie y en muchos seusa una denominacin alfanumrica.

Lista de microorganismos filamentosos identificados

Bacillus Beggiatoa Cianobacterias


CAPTULO 2 Flexibacter Haliscomenobacter hydrossis Hongos filamentosos Microthrix parvicella G.A.L.O (Organismos parecidos a Gordona amarae) o N.A.L.O. (Organismos

parecidos a Nocardia amarae) Nostocoida limicola I, II, y III Sphaerotilus natans Streptococcus Thiotrix I y II Tipo 0041 Tipo 0092 Tipo 0211 Tipo 021N Tipo 0411 Tipo 0581 Tipo 0675 Tipo 0803 Tipo 0914 Tipo 0961 Tipo 1701 Tipo 1702 Tipo 1851 Tipo 1852 Tipo 1863FUENTE: http://www.geocities.com/jerr922/filament.html

2.5.3 DESCRIPCIN DE LOS TIPOS DE MICROORGANISMOS FILAMENTOSOSMS FRECUENTES EN LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES.

BACTERIAS FILAMENTOSAS

Las bacterias pueden presentarse en formas aisladas o en agrupamientos, de muydiversas formas, entre las que se encuentran los filamentos tpicos en los reactoresbiolgicos de lodos activados.


CAPTULO 2Beggiatoa sp.: bacteria filamentosa constituida por filamentos rectos,activamente mviles por deslizamiento. Habitualmente presentanacumulaciones de azufre, en forma de grnulos esfricos. Nodisponen de vaina, ni crecimiento epfito asociado. Esta bacteria esGram y Neisser negativo.

Microthrix parvicella: bacteria constituida por filamentos largos yfinos, que crecen atravesando la estructura de los flculos. Nopresentan ramificaciones ni vaina. Desarrollan respuesta positiva a latincin de Gram y grnulos Neisser positivos.

Nocardia sp.: especie de bacteria filamentosa perteneciente al grupode las mycobacterias, constituida por filamentos cortos,irregularmente formados y muy ramificados. No presentan vainaexterior. Filamentos Gram positivo y Neisser negativos.

Nostocoida limcola II: bacteria filamentosa constituida porfilamentos curvados e irregularmente enrollados. Se observan septoscelulares claros y clulas ovales. Presentan reaccin ante lastinciones de Gram y Neisser.

Nostocoida limcola III: filamentosa muy similar a Nostocoidalmicola II, con dimetro mayor y respuesta siempre positiva a lastinciones de Gram y Neisser. La coloracin de la tincin de Neisser escaracterstica de este filamento.

Sphaerotilus natans: bacteria filamentosa relativamente larga,delgada, recta o dbilmente curvada, compuesta de clulasredondeadas, y con una delgada vaina que recubre el filamento. Nopresenta ramificaciones y cuando existen son falsas, sin citoplasmacontguo. Son Gram y Neisser negativos.

Thiothrix I. Filamento recto o ligeramente curvado que se proyectadesde el flculo. Presenta grnulos de azufre con forma esfrica insitu. Las clulas son rectangulares, con un dimetro del tricoma entre1,4 y 2,5 micras.

Thiothrix II. De caractersticas similares a Thiothrix I, se diferencianen el dimetro del tricoma que en este caso vara entre las 0,8 y 1,4micras.


CAPTULO 2

Una caracterstica particular de Thiothrix II es su capacidad paradesarrollar gonidios apicales.

Tipo 0041: Filamento recto o ligeramente curvado de grandesdimensiones. Puede presentar abundante crecimiento epiftico quedificulta la observacin de sus clulas con forma rectangular ocuadradas.

Tipo 0092: Presenta tricomas cortos, insertos en los flculos, quenormalmente no se observan en vivo. Desarrollan tincin de Neissercon coloracin caracterstica.

Tipo 021N: Tricomas rectos, suavemente curvados o en madejas. Laforma de las clulas va de ovoide a rectangular o en forma de barril.La morfologa celular puede ser variable en el mismo filamento.

Tipo 0914: Bacteria filamentosa constituida por filamentos rectos ocurvados e inmviles. Los filamentos no presentan vaina niramificaciones. Las clulas son cuadradas o rectangulares y nopresentan constricciones.

Tipo 1701: Bacteria filamentosa constituida por individuos de longitudvariable, inmviles, y a veces ligeramente curvados. Presentan unabundante crecimiento epfito que dificulta la observacin de lasclulas. Las clulas son bacilares y los filamentos Gram y Neissernegativos.

FUENTE: (http://www.interbook.net/personal/aymas1/atlas_b.htm.)

Estas breves descripciones de cada microorganismo filamentoso comnmenteobservados en los lodos activados estn basadas en la informacin proporcionada porEikelboom y van Buijsen en 1981 (Jenkins.,1993), fueron modificadas por laexperiencia de observacin de las caractersticas de microorganismos filamentosos delodos activados provenientes de Estados Unidos y Sudfrica. Los siguientes tipos defilamentos (M. O. F.) se observan usualmente en plantas de tratamiento de aguasresiduales domsticas, en ndices de carga orgnica convencionales:

S. natans Beggiatoa sp. H. Hydrossis


CAPTULO 2Tipo 1701 Nocardia sp. Tipo 1863Tipo 021N N. Limicola IIThiothrix I y II

Los tipos de (M. O. F.) observados en las plantas de tratamiento de aguas residualesindustriales o domsticas operadas a ndices de carga orgnica bajos son:

Tipo 0041 Beggiatoa sp. M. Parvicella Tipo 0675 Tipo 1851 Nocardia sp.Tipo 021N Tipo 0803 N. Limicola I, II, IIIThiothrix I y II Tipo 0092 H. HydrossisTipo 0914 Tipo 0961 Tipo 0581

Los tipos de filamentos que se observan con poca frecuencia incluyen:Hongos Flexibacter sp. Tipo 0211Cianofcea Tipo 1702 Tipo 0411Bacillus sp. Tipo 1852

La tabla 3 presenta las diversas condiciones para que se propicie el crecimiento de losmicroorganismos filamentosos., ya que tambin influyen los parmetros de operacin,que para algunos tipos de microorganismos son favorables y para otros filamentososresultan no ser adecuadas.

Tabla 3. Condiciones favorables para el crecimiento de microorganismos filamentosos

TIPO DEMICROORGANISMOS

CONDICIONES

Tipo 1701, S. Natans, H.Hydrossis

Baja cantidad de OD,M parvicella, H hydrossis,Nocardia sp, Tipos 021N,0041, 0675, 0092, 0581,0961, 0803

Baja relacin F/M, baja carga orgnica, aireacin intermitente, largoperiodo de retencin.

Thiothrix sp, Beggiatoa sp, y tipo021N

Presencia se sulfuros

Thiothrix sp, S natans, yposiblemente H. Hydrossis ytipos 021N, 0041, 0675,

Deficiencia de nutrientes (nitrgeno y fsforo) en agua residualindustrial mezclada con domstica.

Hongos Bajo pHFUENTE: Summary Report The Causes and Control of Activated Sludge Bulking and Foaming, Environmental Protection Agency,1987.


CAPTULO 2

2.6 PARMETROS DE OPERACIN PARA EL CONTROL DEL PROCESO DELODOS ACTIVADOS

2.6.1 TIEMPO DE RETENCIN HIDRULICO (TRH)

El TRH, es el tiempo que permanece el agua residual dentro del reactor y se utilizapara comparar reactores ms que para diseo. Sin embargo es variable de diseocuando existe una concentracin baja de carga orgnica.

TRH = V o l u m e n d e l r e a c t o r ( L ) Gasto (L/h) + Q recirculacin (L/h)

2.6.2 TIEMPO DE RETENCIN CELULAR (TRC)

El tiempo de retencin celular se define como el tiempo (das) que permanece labiomasa (microorganismos) dentro del sistema (reactor biolgico), el TRC tiene muchaaplicacin como variable de diseo y operacin.

TRC = Concentracin de biomasa SSTLM (ppm) * Volumen del reactor (m 3 ) . [Q purga (ppm) * SST inculo (ppm) ] + [Q inf reactor (m3/d) * SST eflu (ppm)]


CAPTULO 2

2.6.3 RELACIN ALIMENTO/MICROORGANISMO (A/M)

Para una operacin conveniente del sistema de lodos activados, es necesario que losmicroorganismos tengan la cantidad adecuada de alimento, el parmetro denominadorelacin alimento/microorganismo, A/M se define como:

A/M = Q infl reactor (m 3 /d) * DBO 5 infl planta (ppm) * 24 (h)Volumen reactor (m3) * SSVLM (ppm)

2.6.4 FLUJO DE AIRE

El aire proporciona el oxgeno al licor mezclado dentro del reactor, necesario para labioxidacin de la materia orgnica, el requerimiento de oxgeno es expresado como lamasa de oxgeno transferida por unidad de volumen por unidad de tiempo (kg O2/m3por unidad de tiempo).

La disolucin de oxgeno no es la sola funcin del sistema de aeracin, ya quetambin suministra la agitacin necesaria para mantener en suspensin los flculosdel lodo y el licor mezclado tan homogneo como sea posible. Si la agitacin esinsuficiente, el contacto reducido entre microorganismos y nutrientes retardar la tasade remocin de nutrientes.

2.6.5 INDICE VOLUMTRICO DE LODOS (IVL)

El IVL se define como el volumen en mililitros ocupado por 1 g de slidos ensuspensin del licor mezclado, expresado en peso seco, despus de sedimentardurante 30 minutos en una probeta graduada de 1000 ml.


CAPTULO 2

IVL = Volumen de slidos sedimentados en 30 min. (ml/l) * 1000Slidos suspendidos del licor mezclado (mg/l)

Los parmetros antes mencionados influyen considerablemente en el crecimiento delos microorganismos filamentosos; tambin pueden servir como indicadores delcomportamiento de la operacin de la planta, ya que se presentarn efectos durante elproceso de tratamiento (lodo inflado en el clarificador); que se pueden prevenircontrolando adecuadamente el TRC, TRH, A/M y el IVL.

La tabla 4 presenta las condiciones e intervalos de operacin del sistema de lodosactivados. Para una operacin conveniente del sistema, es necesario que lascondiciones de operacin estn dentro del intervalo recomendado para el tipo desistema que lo rige.

Tabla 4. Caractersticas de los parmetros de operacin del sistema de lodos activados.

Procesos Carga

A/M (lb DBO5/lbMlSS . d

TRC (d)

Tiempo deretencindentro del

aireador (h)

Requerimientode O2 (lb/lb

DBO5removido)

SSVLM(mg/l)

Carga deslidos de

recirculacin(% de Q)

Aereacinextendida

Convencional

Alta carga

Aereacinmodificado

< 0.05

0.15 0.4

0.4 1.0

1.5 3.0

> 30

4 8

2 4

< 1

16 24

4 8

2 4

0.5 2

1.4 1.6

0.8 1.1

0.7 0.9

0.4 0.6

2000 6000

1500 4000

3000 5000

500 1500

100 300

30 100

30 100

10 30

FUENTE: Metcalf & Eddy., 1996.

Para que un lodo tenga condiciones de sedimentacin ptimas deber presentar unavelocidad de sedimentacin elevada (VSZ) y un ndice volumtrico de lodos (IVL) bajo(40 a 100) y la mejor relacin A/M, este valor ptimo de la relacin A/M se encuentracomprendido dentro de los siguientes lmites:


CAPTULO 2

0.6 > A/M > 0.3

La figura 6 presenta las curvas que indican el valor ptimo de la relacin A/M y seaprecia que entra en el valor ms apropiado para lograr la perfecta sedimentacin, siel punto mximo de la lnea se inclinara hacia la derecha se encontrara un lodo infladoy si es lo contrario se esperara flculo disperso.

0 0.3 0.6 0.9 1.2

Figura 6. Correlacin tpica entre el IVL con la relacin A/MFUENTE: Ramalho.,1993.

A continuacin se desarrolla una explicacin de la correlacin A/M y las caractersticasde sedimentacin del lodo.


Flculo disperso(cpsulas celulares)

Lodo floculanteLodo inflado (organismosfilamentosos)

Decantacinpobre

Intervaloptimo dedecantacin

Decantacinpobre

IVL

Relacin A/M ptima:(A/M)ptima

VSZ

CAPTULO 2

1. Para relaciones A/M bajas (inferior a 0.3 d 1), la cantidad de alimento (sustrato)presente en el sistema es insuficiente para mantener el crecimiento demicroorganismos, por lo que se ven obligados a vivir bajo el sistema derespiracin endgena. El residuo que queda del metabolismo endgeno estconstituido principalmente por cpsulas celulares muy ligeras que se resisten ala sedimentacin, razn por la que las bajas relaciones A/M tienencaractersticas de sedimentacin pobre, estas condiciones corresponden aflculos dispersos.

2. A relaciones A/M elevadas (superiores a 0.6 d 1) hay un predominio de un tipode microorganismo de naturaleza filamentosa (Sphaerotilus) este tipo de coloniano sedimenta bien, permaneciendo en suspensin casi continuamente. El lodoinflado bajo estas condiciones es el que se denomina abultamiento (bulking)

3. A valores de relacin A/M comprendidos entre estos dos extremos, el lodo tienebuenas caractersticas de sedimentacin. El lodo bajo estas condiciones sedenomina floculante.

Se atribuye la influencia de los parmetros de operacin ya que proporcionancaractersticas que pueden ser diversas:

El TRC es otro parmetro a considerar; si la cantidad de lodo desechadose incrementa, la relacin A/M es mayor y TRC disminuye. Estos dosparmetros de operacin estn interrelacionados, ya que cambiando unose controla el otro.

Si el comportamiento del IVL cambia rpidamente de un da a otro, losflculos que se presentan son filamentosos.

Para un tiempo de residencia celular muy alto (mayor de 18 d, para unproceso convencional que tiene un rango de 4 8 d) se genera uncrecimiento desmesurado de microorganismos filamentosos (bulking).


CAPTULO 2

Cuando la concentracin de oxgeno de una mezcla lquida es menor a0.5 mg/l, hay poca penetracin de oxgeno al flculo bacteriano y slouna parte manifiesta el crecimiento aerbico; en cambio los filamentosostiene una mayor porcin de rea superficial, por lo tanto consumen unamayor cantidad de oxgeno aprovechable y crecen ms rpido que lasbacterias no filamentosas.

La tabla 5 presenta las condiciones y caractersticas de la relacin entre losparmetros que se pueden manipular dentro de una planta de tratamiento, estodepende de la facilidad y acceso a las lneas de conduccin de recirculacin y purgaprincipalmente.

Tabla 5. Condiciones del proceso y consecuencias de las relaciones de TRC y A/M

TRC corto y relacin A/M alta

CONDICIONES

El oxgeno disuelto en el licor mezclado es bajo y por lo tanto la velocidaddel consumo de oxgeno est arriba de lo normal.

CARACTERSTICAS

El lodo es ligeramente caf y de sedimentacin lenta, existe espumablanca espesa en el tanque aireado

Existe un considerable aumento de microorganismos especficamenteciliados libres (colpodes, lionotus, aspidiscas etc.)

TRC amplio y relacin A/M baja

CONDICIONES El oxgeno disuelto mnimo en el tanque de aireacin se mantiene y,

por lo tanto es ms bajo de lo normal el consumo de oxgeno.


CAPTULO 2

CARACTERSTICAS

Los slidos suspendidos totales en el efluente incrementan.

Se presenta sedimentacin rpida, alta compactacin con sobrenadanteturbio y partculas de materia finas.

Densa y algunas veces grasosa capa de espuma de color caf canelaque cubre el tanque de aireacin.

La presencia de rotferos (Philodina, etc.) en el proceso convencional delodos activados no es comn, pero se encuentran algunos.

La disminucin en el nmero de ciliados libres y un correspondienteaumento de ciliados fijos (Vorticella, Epistylis, Suctoria, etc. ) indicaniveles bajos de alimento

Adaptado del: Jenkins, Manual on the causes and control of activated sludge bulking and foaming(1993) y de Michael Richard, The bench sheet monograph on activated sludge microbiology (1991).


CAPTULO 3

3. MATERIALES Y MTODOS3.1 DESCRIPCIN DEL AREA DE ESTUDIO

3.1.1 ASPECTOS GENERALES

La planta ECCACIV, S. A. de C. V. est ubicada en el Km. 3.5 de la carretera Jiutepec- Zapata, ocupa una extensin de 3.5 hectreas y colecta su influente a travs de unared de 12 Km de colectores; tiene una capacidad de tratamiento de 210 litros/segundode agua domstica proveniente del municipio de Jiutepec, adems de las aguas deorigen industrial de la ciudad industrial del valle de Cuernavaca (CIVAC). Enporcentaje, el 60% es agua domstica y el 40% es agua industrial de las 80 industriasque envan el agua a tratamiento; en la cual, predomina el agua residual del tipoqumico.

La planta de tratamiento de aguas residuales industriales y municipales ECCACIV, S.A de C. V. fue diseada con el propsito de satisfacer las necesidades en eltratamiento de aguas residuales, con la tecnologa ms avanzada que ofrece losmejores resultados a favor del medio ambiente. Los sistemas que utiliza dicha plantapara el tratamiento del agua residual, es de tipo Torres Biolgicas.

Dentro del organigrama de la planta de tratamiento ECCACIV, se encuentra eldepartamento de desarrollo, el cual se encarga directamente de la Planta piloto, lugardonde se realizan los proyectos que se pretenden implementar en la planta ECCACIV.

3.1.2 PLANTA PILOTO

En la Planta Piloto se desarroll la parte experimental de este proyecto; est provistade 4 reactores (modelos), constituidos por tanques cilndricos de PVC (con 700 L decapacidad) conectados a un dispositivo que permite el flujo de aire. El cual, sedistribuye por medio de dos difusores a cada tanque, este flujo est controlado porrotmetros que dan la lectura de la cantidad de aire suministrado. Para la alimentacin

del influente se cuenta con mangueras que hacen la distribucin del agua que entra alreactor con ayuda de bombas peristlticas que dosifican la cantidad necesaria de


CAPTULO 3alimentacin a cada reactor aireado, de la misma forma se adiciona el recirculado a lostanques. El proceso de tratamiento en esta planta piloto es continuo y convencional.

La figura 7 presenta un diagrama que muestra el recorrido del agua influente alefluente de la planta piloto, se puede apreciar que el efluente sale despus delsedimentador secundario o clarificador, sin pasar a otro proceso.

Figura 7. Diagrama de flujo de la planta piloto.


CRIBA DESLIDOSGRUESOS

INFLUENTE

DESARENADORSEDIMENTADOR

PRIMARIOCRIBADO

FINO

TANQUE DEREGULACIN

TANQUE DE BOMBEODE

PLANTA PILOTO

EFLUENTE

EFLUENTE

EFLUENTE EFLUENTE

PURGAPURGA PURGA PURGA

RECIRCULACIN

ALIMENTACIN R 1

RECIRCULACIN

ALIMENTACINR 2

RECIRCULACINRECIRCULACIN

ALIMENTACINR 3

ALIMENTACINR 4

D= 109 cm

H = 75 cm700 L

157 cmV= 47 L

V= 83 L V= 47 L V= 76 L

142 cm

CAPTULO 3

Por medio del retiro de natas en la superficie del reactor y las purgas en losclarificadores se pueden presentar variaciones en los niveles de altura del agua dentrodel reactor. La altura es importante dado que este valor es utilizado para obtener elvolumen del reactor y posteriormente los resultados en los parmetros de control(TRC, A/M y TRH).

En la figura 8 se presenta el licor mezclado dentro del reactor, la agitacin que recibeel licor es proporcionada por la inyeccin de aire y a su vez proporciona laconcentracin de oxgeno necesaria para la oxidacin de la materia orgnica.

Figura 8. Licor mezclado en el reactor de la planta piloto.

En la figura 9 y 10 se puede observar que cada reactor tiene su respectivo clarificadorde donde se efecta la recirculacin de la biomasa que forma los lodos activados yque son aireados dentro del tanque y a su vez proporciona una cantidad de slidosnecesaria para control de la relacin alimento/microorganismo.


CAPTULO 3

Figura 9. Reactores 1 y 2.


Figura 10. Planta Piloto de ECCACIV, S. A. de C. V.

CAPTULO 3

La figura 11 presenta la imagen de uno de los clarificadores, estos vierten su efluenteen la parte superior por medio de vertedores triangulares que lo enva a un contenedorcentral, para que fluya por una tubera que puede manipularse para la toma demuestras.

Es importante mencionar que el agua influente a la planta piloto ha pasado ya por unaremocin de slidos gruesos (arena), en la sedimentacin primaria es donde se eliminpor gravedad la fraccin sedimentable de los slidos. Posteriormente pasa a uncribado fino y por ltimo al tanque regulador de flujo, pH, temperatura y cargaorgnica.

3.2 DESARROLLO EXPERIMENTAL

3.2.1 CONDICIONES INICIALES DE REFERENCIA DE LA PLANTA DETRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Previo a la definicin de las condiciones a aplicar en el experimento, se efectuaron lassiguientes actividades: Comportamiento de algunos parmetros fisicoqumicos en laplanta de tratamiento para fijar condiciones de operacin de la planta piloto en la quese desarroll esta investigacin. (tabla 6).


Figura 11. Vista superior del clarificador de la planta pilotode ECCACIV.

CAPTULO 3

Tabla 6. Parmetros prevalentes de operacinInfluente Efluente Condiciones de operacin

Valoresanuales

DQOTon/d

a

NTKppm

SSTppm

DQOTon/d

a

NTKppm

SSTppm

TRCDas

TRHhrs

F/Mdas-1

MIN 20 109 2000 1.1 23 22 9.1 22 0.18

MAX 33 163 5000 2.8 91 69 24.1 28 0.29

PROM 27 130 3500 2.0 53 34 18 25 0.23En esta tabla se presentan los valores mnimos y mximos de los parmetrosfisicoqumicos, bajo condiciones rutinarias de operacin de la planta ECCACIV S. A. deC. V. en un periodo anual, es primordial analizar el comportamiento de los datos, yaque con base en ellos se propusieron las condiciones experimentales con las cuales serealiz este trabajo en la planta piloto

BUENA SEDIMENTACIN

Figura 12 . Predominancia relativa de rotferos y ciliados


CILIADOS NADADORES

ROTIFEROS

ROTIFEROS

CILIADOS DE

AMOEBAS AMOEBAS AMOEBAS AMOEBASFLAJ ELADOS

CILIADOS NADADORES

CILIADOS NADADORES

ROTIFEROS

NEMATODOS

FLAJ ELADOS

CILIADOS NADADORES

LIBRES

CILIADOS FIJ OS

ROTIFEROS

NEMATODOS

CILIADOS FIJ OS

CILIADOS NADADORES

LIBRES

FLAGELADOS

CILIADOS NADADORES

LIBRES

FLAGELADOS

FLAGELADOS

AMOEBAS

FLOCULO LIGERO FLOCULO DENSO

DOMINANCIA

RELATIV

CAPTULO 3La figura 12 presenta la prevalencia de rotferos y ciliados en MLSS (Slidossuspendidos del licor mezclado) para lograr una buena sedimentacin en un procesode lodos activados. Dentro de los parmetros biolgicos de rutina que se analizan en laplanta ECCACIV S. A. de C. V., se considera la observacin de protozoarios (rotferosy ciliados). En la tabla 7 se muestra la presencia de estos microorganismos,predominante en un periodo anual. ste antecedente indica la calidad de agua duranteel proceso de remocin de materia orgnica en el tratamiento.

Tabla 7. Predominancia de protozoarios como parmetro biolgicoParmetros biolgicos

ProtozoariosCiliados libres

Colpodes, Lionotus y Aspidiscas

Ciliados fijos

Vorticella, Epistylis y SuctoriaRotferos

Philodina

3.2.2 CONDICIONES DE OPERACIN DE LA PLANTA PILOTO

El desarrollo experimental se dividi en dos etapas, la primera de arranque y lasegunda de operacin estable.

Cabe mencionar que se estableci mantener bajo las mismas condiciones deoperacin a los reactores 1 y 3 (replica). De igual forma a los reactores 2 y 4 (replica)durante dos semanas. En la tabla 8 se observa las condiciones de operacinpropuestas.


CAPTULO 3

Tabla 8. Condiciones de operacin de la planta piloto en la primera etapa.REACTORES TRC (das) A/M (das -1) TRH (hrs.)1 y su replica 3 30 44 (alta) 0.28 0.24 (baja) 24 27 (prom.)2 y la replica 4 17 23 (baja) 0.33 0.34 (alta) 24 26 (prom.)

Los parmetros de operacin monitoreados fueron TRC, O2, A/M, TRH, observacinmicroscpica e identificacin.

a) Tiempo de retencin celular (TRC)

Para lograr mantener el control del TRC en cada uno de los reactores, se realiz laextraccin de las purgas para proporcionar un equilibrio de slidos en el licor mezcladodentro de los reactores, ya que si se evita la purga, los slidos que se recirculan delclarificador sern ms concentrados elevando los SSVLM.

b) Concentracin de oxgeno en el licor mezclado [O2]

Los rotmetros se mantuvieron constantes a 472.0 cm3/seg (1 pies3/min) en los cuatroreactores, se revisaron a diario para confirmar que no variaran y proporcionaran unaconcentracin de oxgeno disuelto similar en los cuatro reactores.

c) Relacin alimento microorganismo (A/M)

Se mantuvo la A/M de 0.18 a 0.29 d-1, ya que fue el intervalo de valores que predominen la planta de tratamiento ECCACIV durante el periodo anual y sirvi como referenciadel comportamiento. El intervalo de valores para una planta convencional es de 0.15 a0.5 d-1 (EPA, 1987). Se ha demostrado que en condiciones de alta relacin A/M seproducen flculos grises y dispersos con alto contenido de agua enlazada y pocasedimentabilidad; con baja A/M los flculos eran de color caf y densos con unpequeo contenido de agua enlazada (Heukelekian, Weisberg op cit WesleyEckenfelder, 1972). Varios investigadores han relacionado el esponjamiento del lodocon la carga orgnica, a medida que el A/M excede a 0.5 Kg DBO/da/Kg SSML, elesponjamiento es progresivamente ms severo. Sin embargo se han obtenido buenascaractersticas de sedimentacin con cargas en exceso 2.0 Kg DBO/da/Kg SSML(Eckenfelder, 1972)


CAPTULO 3

No obstante a que es difcil mantener una relacin A/M constante, debido a que no setiene control en la concentracin de la carga orgnica y gasto influente a la planta detratamiento ECCACIV S. A. de C. V., en la planta piloto se dosific la cantidad dealimentacin y gasto influente por medio de mangueras y bombas peristlticas. Esconveniente aclarar que fue necesaria la revisin y limpieza constante de lasmangueras para evitar su taponamiento.

d) Tiempo de retencin hidrulica (TRH)

El TRH tambin fue controlado mantenindolo a un volumen y gasto fijos. El TRH esde 18 a 36 horas para un proceso de lodos activados modificado (aireacin extendida)(Metcalf y Eddy, 1996), sin embargo el valor recomendado en la bibliografa y utilizadoen este experimento fue de 24 horas.

e) Clasificacin y cuantificacin de protozoarios

Este parmetro tambin fue utilizado para el control de la operacin de la planta piloto.Consisti en la observacin microscpica diaria del licor mezclado, donde se analiz lapresencia y predominancia de protozoarios (rotferos y ciliados). La muestra del licor decada uno de los reactores se obtuvo, se etiqueto y se transport al laboratorio dondecon un microscopio compuesto (ocular 10 X) se procedi a la observacin. Se colocuna gota de esta suspensin en un portaobjetos ordinario y se cubri, durante laobservacin se realiz un conteo en MLSS (slidos suspendidos del licor mezclado),de forma prctica se clasificaron en tres etapas que corresponden a las especiestpicas predominantes.

Etapa III Ciliados libres (Colpodes, Lionotus y aspidiscas)Etapa IV Ciliados fijos (Vorticella, Epistylis y Suctoria)Etapa V Rotferos y Philodina

Cabe mencionar que se cont con un manual con las imgenes de las bacterias,protozoarios, rotferos y nemtodos en el inicio de su reconocimiento y despus de lafamiliarizacin ya no fue indispensable.

Por las caractersticas que present cada muestra se determin la calidad del licor ynos permite relacionarlo con la remocin que se obtuvo y las condiciones de operacinde ese momento; ya que el hecho de que predomine una determinada variedad de


CAPTULO 3especies, ayuda a conocer la clase de compuestos que constituye la contaminacin,principalmente con base a los valores de carga orgnica.

Los protozoarios, son muy sensibles a las variaciones de las condiciones del medio, supresencia es til para la eficiencia de la planta de tratamiento

d) La identificacin de los microorganismos.

Esta actividad ayud a conocer el estado del licor mezclado. Las observaciones serealizaron dos veces por semana con respecto a los microorganismos filamentosos (M.O. F.). La Facultad de Ciencias Qumicas de la Universidad Autnoma del Estadode Mxico; que tiene implementada la tcnica de identificacin de microorganismosfilamentosos (M. O. F.) y dio la capacitacin en este mbito, para adaptarlaposteriormente en el laboratorio de ECACCIV y cumplir con uno de los objetivos deeste trabajo.

El procedimiento que se efecto para la observacin, consisti en una serie demuestras obtenidas del licor mezclado de cada uno de los reactores, realizndose 2observaciones por semana. Se adapto la tcnica de tincin de Gram y Neisser paraidentificacin de (M. O. F.) dentro del laboratorio de ECACCIV. El proceso que sesigui en la tincin de Gram (tabla 9) consisti en lo siguiente:

Tabla 9. Tincin Gram (Mtodo de Hucker modificado)

Reactivos y procedimiento para la coloracin de Gram

Se requiri de los siguientes reactivos:

Solucin 1

ACristal violeta 2 gEtanol al 95% .. 20 ml

BOxalato de amonio .. 0.8 gAgua destilada 80 ml


CAPTULO 3

Solucin 2

Yodo 1 gYoduro de potasio . 2 gAgua destilada 3000 ml

Solucin 3

Safranina (2.5 % en etanol al 95%) 10 mlAgua destilada .. 100 ml

Procedimiento:

1. Se dej caer una gota (muestra delgada) en el portaobjetos, se sec a medio ambientey se cubri el frotis con la solucin colorante (violeta de cristal) por unos segundos(hasta fijar).

2. Se lav la tincin suavemente con agua y se sacudi para eliminar su exceso.3. Con la solucin yodada se cubre el frotis y se dej por un minuto.4. Nuevamente se lavo con agua, se elimin exceso y se decolor con etanol al 95%

hasta que no hubo presencia de color (la decoloracin dura solo unos segundos).5. Observando la eliminacin de color se enjuag con agua6. Se tie el frotis con la solucin de contraste por un minuto, segundos despus se

enjuag con agua y se dej secar a temperatura ambiente.

Se observ por inmersin a 1000 X de ampliacin con iluminacin directa (no contraste defases).

Azul violeta es Gram positivoRosado plido es Gram negativo

Otra de las tcnicas que fue recomendada para demostrar las propiedades de tincinacidorresistente de un organismo es la tcnica de Neisser (tabla 10).

Tabla 10. Tincin Neisser

Reactivos, preparacin de soluciones y procedimientoSolucin 1Prepare por separado lo siguiente:

AAzul de metileno . 0.1 g


CAPTULO 3Etanol al 95% ... 5 mlcido actico glacial 5 mlAgua destilada . 100 ml

BCristal violeta (10 % p/v en alcohol etlico al 95%) .. 3.3 ml Etanol al 95 % . 6.7 mlAgua destilada .. 100 ml

Mezclar 2 partes de la solucin A con una parte en volumen de la solucin B; preparacinmensual.

Solucin 2

Caf de Bismark (1 % p/v acuosa) 33.3 mlAgua destilada . 66.7 ml

Procedimiento:

1. Preparar una muestra delgada sobre un portaobjetos para observacin microscpica ysecar al aire.

2. Teir 30 segundos con la solucin 1, lavar suavemente con agua

3. Teir 1 minuto con la solucin 2, lavar bien con agua hasta eliminar el color y secar alaire.

Observar por inmersin a 1000 X de ampliacin con iluminacin directa (no usar contraste defases)

Azul violeta es positivo (an si la coloracin es en los grnulos intracelulares) Amarillo caf es negativo.

Los mtodos de muestreo, los procedimientos de tincin, las tcnicas de observacin,cuantificacin y clasificacin de organismos filamentosos se describen en el Anexo A

3.2.3 MUESTREO Y PARMETROS

Los muestreos se efectuaron en tres turnos en la maana, tarde y noche, de stos sehizo una muestra compuesta que fue analizada dos veces por semana (lunes ymircoles) en los parmetros de DBO, DQO, Nitrgeno total, Fsforo total y Slidos.


CAPTULO 3En ste caso para elaborar las muestras compuestas se sigui la metodologaestablecida en los Mtodos Estndar. Todas las muestras fueron transportadas allaboratorio en condiciones adecuadas (previamente etiquetadas, en recipientes deplstico y mantenindolos a 4 C y con preservacin de cido sulfrico en lasmuestras que as lo requeran como Fsforo, Nitrgeno y DQO) para la realizacin delos anlisis en esos parmetros. El periodo durante el cual se realiz el muestreo fuede 7 semanas (marzo mayo 01) haciendo un total de 16 muestras de las cuales lascuatro primeras se utilizaron para la estabilizacin.

Es importante aclarar que en los parmetros biolgicos (protozoarios ymicroorganismos filamentosos) no se utiliz la solucin compuesta y su observacinfue diariamente con la muestra obtenida en ese momento o por lo menos en ese da,en el caso de los (M. O. F.) la observacin fue dos veces por semana.

En la tabla 11 se presentan los anlisis de la calidad del agua residual y los puntos demuestreo y frecuencia.

Tabla 11. Anlisis y puntos de muestreo

PARMETROS MUESTREO

ENTRADA APLANTA

LICORMEZCLADO

SOBRENADANTECLARIFICADOR

SALIDAPLANTA

FRECUENCIA

DBO X X 2 veces/semDQO X X 2 veces/semOD X DiarioNitrgeno total X X 2 veces/semFsforo total X X 2 veces/mesSlidos X X 2 veces/semSlidos Sedimentables X DiarioCuantificacin y clasificacinde protozoarios

X X Diario

Algunos parmetros fisicoqumicos fueron determinados en campo (planta piloto) comoson oxgeno disuelto, slidos sedimentables del licor mezclado y temperatura. Otrosdatos tambin importantes son obtenidos del influente de entrada a la planta detratamiento y durante el proceso del mismo; como son conductividad, pH, grasas yaceites, metales y coniformes, los parmetros anteriores son de rutina en eltratamiento y son analizados por el laboratorio de ECCACIV. Ya que se trata de un


CAPTULO 3influente combinado (agua domstica industrial), proporcionan informacin de lacalidad que ingresa al proceso de remocin.

La tabla 12 presenta los mtodos y normas utilizados para la determinacin de losanlisis fsico qumicos y biolgicos.

Tabla 12. Mtodos y normas de anlisis

PARMETROS NORMASMTODOSCLAVE ECCACIV

DBODQONitrgeno totalFsforo totalSlidosSlidos SedimentablesCuantificacin y clasificacin deprotozoarios

NMX-AA-028-1981NMX-AA-030-1981NMX-AA-026-1980NMX-AA-029-1980NMX-AA-034-1981NMX-AA-004-1977Standard Methods 1994.

ECC-PANA-FQ-19ECC-PANA-FQ-06ECC-PANA-FQ-18ECC-PANA-FQ-05ECC-PANA-FQ-14-1ECC-PANA-FQ-20ECC-PANA-MB-04

Los mtodos estn adaptados, registrados y certificados bajo las normas yreglamentos de calidad del laboratorio de ECCACIV, el cual est acreditado por EMA(Entidad Mexicana de Acreditacin A. C.) como: Laboratorio de pruebas deECCACIV, S.A de C.V. (Acreditacin No. AG 049 010/01).


CAPTULO 4

4. RESULTADOS

4.1 ETAPAS DEL DESARROLLO EXPERIMENTAL

4.1.1 ETAPA 1: (Arranque)

La tabla 13 presenta las condiciones de operacin promedio de las dos semanas deestabilizacin, se ajust a las condiciones de la operacin promedio de la plantaECCACIV que son:

TRC = 18 das A/M = 0.23 d-1 TRH = 25 hrs

Tabla 13. Condiciones de operacin promedio de la planta piloto (etapa de arranque)T R C (d) A / M (d-1) T R H (hrs)

Reactor 1 30 0.18 24Reactor 2 17 0.33 26Reactor 3 * 44 0.24 27Reactor 4 ** 23 0.34 24* Replica del reactor 1** Replica del reactor 2

Una vez que los parmetros monitoreados en la primera etapa (arranque) seestabilizaron, es decir no presentan variacin considerable se inici la segunda etapa.

4.1.2 ETAPA 2: (Estado estable)

La segunda etapa del estudio se mantuvo durante un periodo de seis semanas en lascuales la operacin del sistema de tratamiento se comport con las caractersticas quese presentan en la tabla 14 donde se muestran las condiciones de operacinpromedio.


CAPTULO 4Tabla 14. Condiciones de operacin promedio obtenidas en los reactores

Condicin

1

TRC (d) TRH (hrs) A/M (d-1)Promedio Reactor 1Promedio Reactor 3

Condiciones reales

n = 1220 24 0.212 24 0.4

10 20 24 0.20 0.30

Condicin

2

Promedio Reactor 2Promedio Reactor 4

Condiciones reales

n =1235 24 0.2546 24 0.18

30 40 24 0.20 0.30

Con las condiciones obtenidas en los reactores y sus rplicas se analiz la varianza enel comportamiento del reactor y su rplica para ambas condiciones de operacin con elobjeto de controlar la diferencia en operacin de los reactores con su rplica.

El diseo experimental seleccionado fue una anlisis de varianza de un factor en unadireccin, el cual proporciona el porcentaje de variacin del reactor analizado y surplica y nos indica mediante los valores de F obtenidos si hay o no diferencia en sucomportamiento de operacin. El anlisis estadstico detallado se presenta en elanexo C.

El anlisis de frecuencia aplicado a los datos de TRC, es de gran utilidad ya que losintervalos de clase proporcionan informacin a cerca del comportamiento del TRCcomo se presenta en la figura 13, donde se ilustran los datos ms recurrentes en losreactores.

0 1 2 3 4 5 6 7

Reactor 1 (5 a 11)

Reactor 3 (4 a 11)

Reactor 2 (3 a 12)

Reactor 4 (6 a 21)

Nmerode datosde TRC

Figura 13. Intervalos de clase con mayor nmero de datos para cada reactor


CAPTULO 4En la figura 13 se observa que los reactores presentan de 5 a 6 datos con valoresmenores a 21 das en TRC. Esto indica que el comportamiento de TRC dentro de loscuatro reactores fue la mayor parte con TRC bajo (10 a menor a 21 das).

Analizando estadsticamente los mismo datos de TRC del reactor 1 con su rplica elreactor 3 (TRC bajo de 10 a 20 das) y del reactor 2 y su rplica el reactor 4 (TRC altode 30 a 40 das ) por medio del anlisis de varianza, no se obtienen diferenciassignificativas en el reactor 1, 3 la F calculada es de 0.24 menor F0.05 de tabla queproporciona un valor de 7.71. En el caso de los reactores 1, 4 la diferencia fue todavamenor, obtenindose una F calculada de 0.0275 menor a la de la tabla cuyo valor esde 7.71 para una F0.05.

Tratando de determinar si existen diferencias significativas entre los modelos seprocedi a analizar el comportamiento de los cuatro reactores y de sus combinaciones,se analiz el promedio de los modelos 1 y 3 (condicin 1, TRC bajo) con el promediode los modelos 2 y 4 (condicin 2, TRC alto).

La figura 14 presenta los resultados del anlisis de varianza de los datos de TRC delas combinaciones de los reactores.

Figura 14. Anlisis de varianza de TRC en los reactores


1 .3 1 .2

2 .2

0 .2

2 .7

4 .1

6 .7

00 .5

11 .5

22 .5

33 .5

44 .5

55 .5

66 .5

77 .5

( 1 ,3 )

( 1 ,2 )

( 1 ,4 )

( 2 ,4 )

( 3 ,2 )

( 3 ,4 )

Prom

e dio s

C o m b in a c io n e s

F C

alc

ula

da

s

T ie m p o d e r e te n c i nc e lu la r

F de tabla =

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