El muro de las EDAR: una división egoísta que hacina sin control a millones de microorganismos - Andrés Zornoza Zornoza

El muro de las EDAR: una división egoísta que hacina sin control a millones de microorganismos

25/09/2017

El muro de las EDAR: una división egoísta que hacina sin control a millones de microorganismos


Andrés Zornoza Zornoza

Andrés Zornoza Zornoza

  • Director Aula Bioindicación Gonzalo Cuesta (ABGC)
  • Responsable del Laboratorio de Bioindicación y Control de Proceso en EDAR
  • Doctor en Ingeniería del Agua y Medioambiental (UPV)


 
"La simbiosis Universidad-Empresa será la clave del éxito que nos llevará a conseguir que la gestión de nuestras aguas residuales sea cada vez más sostenible"
 
Pocos serán los que alguna vez no hayan disfrutado paseando por un sendero en plena naturaleza. Un sendero que nos transmite calma, momentos de paz, que nos permite disfrutar del canto de las aves y del aroma de las plantas, que nos permite contemplar la vida de multitud de seres vivos. Contrariamente, muchos serán los que se sorprenderán si afirmamos que caminar por la pasarela que separa los biorreactores de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) es muy similar; un ecosistema, aunque es evidente que en este caso nuestros sentidos perciben diferentes sensaciones.
 
Cuando caminamos por la pasarela observamos el fango activo en agitación, oímos el burbujeo de los sistemas de aireación, e incluso a veces podemos oler el propio fango. En este caminar, muy lejos de la calma y paz del sendero, sentimos incertidumbre, duda, miedo, y a veces hasta pánico durante los episodios de espumación (foaming) y abultamiento (bulking) filamentoso. La explicación la podemos encontrar en el desconocimiento de la dinámica del fango activo; un ecosistema artificial creado por el hombre, muy lejano del sólido estacionario concebido entre ecuaciones matemáticas.
 
 
Desde el descubrimiento del proceso de fangos activos en 1914 por Ardern & Lockett, el hombre ha levantado miles de muros en todo el mundo para albergar este “poderoso” cultivo biológico en suspensión, capaz de asimilar la materia orgánica y otros contaminantes en las aguas residuales a depurar. Con ello, y lejos de buscar soluciones en origen para reducir el impacto de dichas aguas, prefirió trazar una división egoísta, hacinando a millones de microorganismos en enormes biorreactores para condenarlos a luchar diariamente por sobrevivir en un ambiente hostil, generado por las extremas condiciones ambientales a las que se encuentran sometidos en las EDAR.
 
Hemos conseguido reproducir en las EDAR la respuesta de la sabia naturaleza ante los vertidos del hombre, reduciendo el impacto ambiental de nuestras aguas residuales. Aunque hemos conseguido construir más y mejores instalaciones, diseñando nuevos procesos y avanzando en la tecnología, nunca llegaremos a comprender y convivir día a día con los procesos biológicos de depuración si no intentamos descubrir e identificar los microorganismos del fango activo, para dar paso a estudiar su relación con los factores ambientales. Siempre que desarrollemos un nuevo proceso, habrá “algo” que estudiar, porque los sistemas biológicos se alejan del estado estacionario, aproximándose al espacio multivariante.
 
En base a lo anteriormente expuesto, doy a paso a presentar muy brevemente cuales son las tres estrategias básicas para el control biológico rutinario del fango activo, así como algunas líneas de investigación que permitirán avanzar en el conocimiento de su dinámica poblacional.
 
Para la valoración de la calidad del fango activo y la monitorización del proceso biológico es necesario como mínimo, según mi experiencia, aplicar tres tipos de análisis o ensayos, de forma integrada, por los responsables del control del proceso:
 
  1. La macroscopía de la V30
  2. La microscopía del flóculo
  3. La identificación de organismos bioindicadores y bacterias filamentosas
 
Llama enormemente la atención que el ensayo más sencillo y que más se utiliza para valorar la calidad del fango activo sea el que peor se interprete: me estoy refiriendo al ensayo de la V30. Este ensayo no solo es útil para el cálculo del índice volumétrico de fango (conocido como IVF), si no que permite valorar numerosas características macroscópicas (capa cérea, abultamiento, macroflóculo, velocidad de bioagregación, viscosidad, color, olor, espumas blancas, desnitrificación, turbidez, flóculos en suspensión, etc.).
 
Por esta razón, denominamos a este ensayo como macroscopía de la V30, y aporta a los responsables de las EDAR, en tan solo 5 minutos, una primera información sobre el estado del proceso biológico, siendo una excelente herramienta para detectar cambios en el sistema. A modo de ejemplo, uno de los errores más cometidos en este ensayo es no practicar diluciones cuando el valor de la V30 es mayor de 400 mL aproximadamente, lo cual origina sesgos en el cálculo del IVF y una mala interpretación de algunas características macroscópicas.
 
 
Después del ensayo macroscópico damos paso al ensayo por el que peor empezamos: el análisis microscópico, y digo peor porque más del 50% de los laboratorios de las EDAR no disponen de equipos de microscopía adecuados para el control microbiológico del fango activo. Para llevar a cabo un control son necesarios equipos de microscopía de contraste de fases con buena calidad óptica, como los que nos ofrecen las siguientes marcas conocidas: Zeiss, Olympus, Nikon y Leica. Es muy frecuente encontrar en los laboratorios equipos de campo claro y de muy baja calidad, que al final acaban siendo “arrinconados” y no usados.
 
Si disponemos de un buen equipo de microscopía podremos realizar un análisis adecuado, comenzando en primer lugar por la microscopía del flóculo. Se trata de un análisis igual de sencillo que el anterior, puesto que se basa en caracterizar la estructura del flóculo, así como el espacio interflocular. Este ensayo es sin duda de los menos utilizados, siendo de especial interés, puesto que permite detectar los primeros cambios en el proceso biológico. La macroscopía de la V30 y la microscopía del flóculo se complementan, valorándose por tanto de forma integrada.
 

Una vez realizados los ensayos anteriores, damos paso a la identificación de protistas y metazoos bioindicadores en fangos activos, siendo primordial para el control rutinario de la marcha del proceso de las EDAR. Este ensayo es sin duda el más “temido” de los tres, puesto que a priori se piensa que es necesario tener conocimientos avanzados de taxonomía. Con una formación en apenas unos días, y practicando posteriormente lo aprendido con un adecuado microscopio, el técnico será capaz de identificar los principales grupos bioindicadores, alcanzando una interpretación ecológica del sistema.
 
Por otro lado, es necesario también identificar las bacterias filamentosas presentes, al menos a nivel convencional con el sistema de identificación de morfotipos filamentosos. Este ensayo, aunque puede parecer a priori el más complicado, puesto que las bacterias filamentosas se caracterizan por su estrecho diámetro (normalmente entre 0,4 y 3 µm), es mucho más rápido que el anterior, puesto que son solo 24 el número de morfotipos que el técnico debe conocer. Además, la estrategia de control rutinario se basa en identificar principalmente el morfotipo dominante y secundario.
 
Es muy importante resaltar que un morfotipo filamentoso no se corresponde con una especie, por lo tanto, en algunos episodios de bulking y foaming filamentoso podría ser necesario una identificación mediante técnicas moleculares, como por ejemplo: la técnica de hibridación in situ con sondas 16S/23S rDNA marcadas con fluoróforos (FISH).
 
 
La técnica FISH nos ha permitido dar un paso importante en la identificación, a distintos niveles taxonómicos, de bacterias presentes en los sistemas de depuración. Esta técnica fue desarrollada en la década de los noventa, siendo utilizada a partir de entonces en numerosos estudios de investigación. A pesar de ser una técnica bastante extendida en las EDAR de algunos países, en España todavía es escasa su presencia, probablemente por la elevada inversión inicial y la falta de cursos de formación.
 
Lo interesante de la técnica FISH es que puede combinarse con otros métodos para conocer más sobre la “vida” de los microorganismos presentes en fangos activos, y que llamamos rasgos ecofisiológicos, como por ejemplo: la microautoradiografía (MAR), MAR cuantitativa, la actividad respiratoria (CTC), negro Sudán o azul de Nilo, tinción de polifosfatos, análisis de adherencia de microesferas (MAC) y actividad exoenzimática.
 
 
A pesar del potencial de todas estas herramientas, un nuevo horizonte se abre para la identificación y cuantificación de microorganismos: el análisis de datos de secuenciación masiva (análisis metagenómico). Los resultados del análisis metagenómico de muestras de fangos activos ponen de manifiesto que los reactores biológicos contienen en su interior todos los microorganismos capaces de estar presentes según el diseño de la EDAR, las variables de operación, las características fisicoquímicas del agua afluente y de la ubicación geográfica de la instalación.
 
Muchos de los lectores se sorprenderán si afirmamos que una muestra de fango activo procesada por secuenciación masiva puede llegar a revelar, después del tratamiento bioinformático, la presencia de más de 2000 OTUs (unidades taxonómicas operacionales), estableciendo el porcentaje relativo de cada una de estas unidades. A continuación, en la siguiente tabla y a modo de ejemplo, se muestran las 15 OTUs más abundantes (porcentaje de abundancia relativa), de un total de 2217 OTUs identificadas en una muestra de fango activo de una EDAR con eliminación de nutrientes.
 
La elevada cantidad de datos que proporciona este tipo de análisis ha originado a su vez el desarrollo de nuevas herramientas numéricas multivariantes, potenciando el campo de la ecología numérica.
 
 
 
Aunque la ciencia avance, siempre será necesario la participación de todos los profesionales relacionados con la gestión y explotación de las EDAR, trabajando de forma interdisciplinar, intercambiando conocimientos y transfiriendo la tecnología de cada una de las áreas. En base a ello, la simbiosis Universidad-Empresa será la clave del éxito que nos llevará a conseguir que la gestión de nuestras aguas residuales sea cada vez más sostenible.
 
 
Andrés Zornoza Zornoza
 
 

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Comentarios Publicar comentario
10/10/2017
Carla Elías Moncada escribió:
Me encantó el artículo.
27/09/2017
Nuria escribió:
Hola! Soy técnico de laboratorio y hacia tiempo que no leía un artículo tan bien enfocado, práctico y novedoso.
La identificación bacteriana es fundamental para la aplicación de nuevas técnicas u oportunidades de desarrollo, la correcta observación macroscópica, la descripción de los procesos, en fin, ha detallado lo que una técnico como yo considera importante para la eficacia de un trabajo.
Me encanta el mundo bichito y es un placer leer artículos como el suyo
Saludos

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