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Centro de Investigacin y Tecnologa del Agua

Bioindicacin: Gestin y Control de Proceso en EDAR. UNIDAD 2 Prohibida toda reproduccin parcial o total de este documento sin autorizacin

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A nivel ecolgico, el estudio en profundidad de un ecosistema que opera bajo condiciones de estrs, como son los fangos activos, aporta una gran informacin ante una situacin de desequilibrio ya que en estas condiciones se ponen de manifiesto una gran cantidad de datos fundamentales para el conocimiento del sistema que en situaciones de equilibrio no se producen.

Las situaciones de desequilibrio estn ocasionadas por un estrs del sistema propiciado por diferentes variaciones de tipo: Ambiental: principalmente por la

temperatura. Operacional: carga msica, edad del fango,

carga volumtrica, recirculacin de fangos, etc.

Composicin del influente: alteraciones en la concentracin de la carga orgnica, txicos, etc.



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El estudio microscpico de un fango activo aporta conocimientos adicionales que mejoran la gestin del sistema depurador ya que permiten analizar los problemas presentes, evaluar la situacin y tomar las decisiones ms coherentes para minimizar y erradicar los problemas.

Para que esto sea posible y el sistema est perfectamente caracterizado es necesario un control de los organismos asociados a fenmenos de causa-efecto.

Se puede definir la Bioindicacin como el estudio relacionado con la vida y su posible aplicacin para la determinacin o indicacin de alguna circunstancia. Se trata de una tcnica de evaluacin ambiental que a lo largo de los aos se ha consolidado como mtodo para la deteccin y control de la toxicidad en un determinado ecosistema.

Segn Madoni y Ghetti (1979) el conocimiento de la estructura en especies de la microfauna puede resultar un instrumento de diagnstico muy valioso para la eficiencia de la depuracin biolgica.

No todas las especies que colonizan un fango activo son aptas para obtener informacin vlida y coherente. Para que un organismo sea bioindicador se tienen que dar una serie de condiciones:



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1) El organismo escogido debe ser fcil de identificar.

2) El organismo escogido debe concurrir en un margen estrecho de condiciones, es decir debe estar asociado a una condicin medioambiental determinada.

3) No debe existir superposicin. Esto supone que dos organismos que concurren en un nicho superpuesto no pueden ser bioindicadores, salvo si esta superposicin es baja.

La abundancia relativa en un hbitat puede ser empleada como gua para indicar su importancia en la estructura ecolgica. Esto indica que si una especie se encuentra en un fango con una densidad mucho ms elevada que el resto se habrn dado unas determinadas condiciones particulares para la proliferacin de dicha especie.

Los protozoos son los principales indicadores del estado biolgico de los tratamientos convencionales y no convencionales de depuracin y en ellos se apoya la Bioindicacin de los fangos activos.

Antes de abordar el anlisis de un fango activo deberemos conocer el grado o la extensin del estudio a realizar. En ocasiones solo es necesario conocer una mnima informacin bsica para obtener una idea general del estado de nuestro fango.



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Sin embargo, en otras ocasiones, ser necesario realizar un estudio exhaustivo para profundizar y conocer las causas que originan los desequilibrios y problemas que se dan a menudo en los reactores biolgicos y en los clarificadores y as poder tomar las decisiones ms acordes a la situacin planteada.

En el informe de Bioindicacin de un fango activo se deber recoger la informacin correspondiente al estado flocular, a la actividad bitica y una valoracin general del proceso. Para ello ser necesario: Evaluar la calidad del fango activo. Evaluar las bacterias filamentosas. Evaluar la fauna protozoaria. Realizar una evaluacin final del fango. Proponer recomendaciones y actuaciones.

La evaluacin de la calidad del fango activo se realiza por medio de sus caractersticas a nivel microscpico y macroscpico. Se evala la estructura del flculo, la decantabilidad del fango, la calidad del clarificado y la diversidad de la microfauna. Con todos estos datos se obtiene el ndice del Fango (IF) que nos indicar la categora del fango.

La evaluacin de las bacterias filamentosas se realiza mediante el estudio de la especie filamentosa dominante, de su densidad (longitud de filamentos) y de los efectos que puede causar su crecimiento sobre el flculo y el fango.

La evaluacin de la fauna protozoaria se realiza mediante el estudio de las especies colonizadoras del fango, su diversidad y densidad para la obtencin del grupo funcional dominante. Estos datos servirn para realizar el clculo del ndice Bitico del Fango (SBI) o ndice de Madoni que nos indicar la Clase de Fango y el diagnstico de nuestro sistema. Junto a este ndice es conveniente calcular el ndice de Shannon-Weaver (H) para conocer la robustez del ecosistema.



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La evaluacin final del fango se realiza teniendo en cuenta todos los datos e ndices calculados anteriormente empleando la lgica y el sentido comn en los razonamientos. Habr situaciones en las que los datos obtenidos no encajen en su totalidad con los modelos establecidos y ser tarea nuestra analizar y comprender el porqu de esa situacin tan particular.

En el caso de que se detectase un problema de mayor o menor ndole ser necesario proponer las medidas correctoras adecuadas dirigidas a la correccin de los parmetros operacionales establecidos para llevar al sistema hacia el equilibrio y aplicar las recomendaciones generales para la correcta gestin del proceso.

Como base de la Bioindicacin, la preparacin del material y la toma de muestras son acciones de especial importancia ya que de ellas depende que las muestras sean lo ms representativas de la situacin real.

El personal encargado de recoger las muestras de fango activo deber tener la percepcin de que su misin de preparar el material y obtener las muestras es de enorme importancia y responsabilidad y seguir unas pautas bsicas para que las conclusiones que se saquen tras el estudio del material sean las que corresponden a la situacin del sistema y se puedan aplicar las correcciones correctas y adecuadas. Estas pautas son:

1) Las muestras de fango activo se deben tomar en botes limpios y de plstico, sin necesidad de que estn esterilizados.



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2) Deberemos tomar al menos 2000 ml de fango activo para poder realizar el ensayo de decantacin, determinar la cantidad de slidos y realizar todos los exmenes microscpicos necesarios.

3) La toma de la muestra se realizar en una zona representativa del reactor biolgico y en particular en una zona donde el fango se encuentre perfectamente homogeneizado, evitando las zonas de estancamiento y aquellas muy prximas a las turbinas o difusores. Un lugar ideal puede ser al final de la zona de aireacin del reactor, en la zona de los canales de reparto. En ocasiones puede darse el caso de que se requiera algn anlisis especial de alguna zona en concreto.

4) Es conveniente no tomar la muestra de la superficie del reactor, salvo que el anlisis lo requiera, para evitar la recogida de espumas. La muestra debe tomarse a una profundidad ms o menos fija.

5) Los botes de muestreo no debern nunca llenarse en su totalidad, sino dejando aproximadamente una tercera parte vaca para evitar que se produzcan condiciones de anoxia.

6) Si es posible, fijar inmediatamente una submuestra con lquido de Bouin (5 ml por cada 100ml de muestra) para evitar el deterioro de la microfauna.

7) Si el comienzo del anlisis del fango se demorase bastante tiempo debido a su transporte lo aconsejable es oxigenarlo empleando para ello, por ejemplo, un difusor de aire.



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8) Conservar la muestra en una nevera a 4C. El anlisis de protozoos no debe retrasarse ms de 24 horas y el de bacterias filamentosas ms de 6 das.

9) Si el tratamiento biolgico consta de dos o ms lneas independientes ser conveniente muestrear cada una de ellas por separado.

10) Para el estudio morfolgico y estructural del flculo, de la fauna protozoaria y de las bacterias filamentosas presentes es necesario poseer un equipo bsico compuesto por: Microscopio ptico y, a ser posible, con

contraste de fases. Reactivos para las diferentes tinciones. Cmaras de recuento de Fusch-Rosenthal

y de Neubauer.



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El fango se caracteriza principalmente por su concentracin de slidos, densidad, viscosidad y sedimentabilidad.

Podremos comprender mejor la situacin real del fango si conocemos determinados parmetros operacionales y parmetros de control que nos aportan una informacin muy valiosa.

Los parmetros operacionales son caractersticos del proceso y estn fijados por el diseo de la planta. Es necesario respetar estos valores para obtener un rendimiento ptimo.



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Podemos destacar entre los parmetros operacionales: Carga msica (Cm) Carga volumtrica (Cv) Edad del fango (E) Tiempo de retencin hidrulico en el

reactor biolgico (TRHr)

Carga msica: Es la relacin entre la materia orgnica que entra al reactor al da y la masa de microorganismos existentes en el mismo. Tambin se conoce a este parmetro como la relacin alimento-microorganismos (F/M). Se puede emplear para su clculo MLVSS en vez de MLSS.

Carga volumtrica: Es la relacin entre la masa de materia orgnica que entra al reactor, por unidad de tiempo, y el volumen de la balsa.

Edad del fango: Es la relacin entre la masa de fangos existentes en la balsa de aireacin y la masa de fangos purgados por unidad de tiempo. A este parmetro tambin se le denomina tiempo de retencin celular (TRC).

Tiempo de retencin hidrulico en el reactor: Es el tiempo que permanece el agua en el reactor.

Los parmetros de control son aquellos en los que podremos actuar previa valoracin de la situacin.



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Podemos destacar entre los parmetros fsicos de control:

MLSS y MLVSS Pruebas de decantacin V5 y V30 IVF

Slidos en suspensin del licor mezcla (MLSS): Es la concentracin de fangos en la zona aerobia del reactor biolgico. Slidos en suspensin voltiles del licor mezcla (MLVSS): Es la concentracin de la fraccin voltil de los fangos en la zona aerobia del reactor biolgico.

Pruebas de decantacin V5 y V30: Consisten en dejar decantar 1 litro de fango aerobio en una probeta o cono Imhoff durante un determinado tiempo. En la V5 son 5 minutos y en la V30 son 30 minutos. Transcurrido el tiempo se comprueba el volumen de fango decantado.

ndice volumtrico del fango (IVF): Se define como el volumen que ocupa 1 gramo de fango. Fangos con un ndice superior a 200 indicarn problemas de compactacin. El IVF ptimo se encuentra entre 75 y 100 ml/g.

Entre los parmetros de control con carcter qumico que nos aportan informacin destacan: Oxgeno disuelto pH Amonio/Nitrito/Nitrato Alcalinidad



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Oxgeno disuelto: El aporte de oxgeno a la zona aerobia debe ser suficiente para que los microorganismos puedan respirar y oxidar la materia orgnica. El valor ptimo para favorecer el desarrollo microbiolgico sin un gasto excesivo es de 2 mg O2/l a la salida de la zona aireada.

pH: El rango ideal de pH en la zona aerobia deben estar comprendido entre 6,0-7,5. Valores bajos podran favorecer la proliferacin de hongos y valores elevados la proliferacin de determinadas bacterias filamentosas.

Amonio/Nitrito/Nitrato: La nitrificacin es el proceso de oxidacin biolgica del amonio hasta nitrito y posteriormente hasta nitrato. Las concentraciones de estas especies qumicas en el reactor biolgico estn reguladas bacteriolgicamente por los procesos de nitrificacin-desnitrificacin que tienen lugar y afectan a la fauna protozoaria.

Alcalinidad: Para que el proceso de nitrificacin-desnitrificacin sea efectivo el agua de entrada al reactor biolgico debe poseer suficiente alcalinidad.

Hay otros parmetros que siendo muy importantes no se tienen en cuenta y ofrecen una informacin de enorme valor sobre las caractersticas del influente.



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Relacin DQO/DBO5: Indica el grado de biodegradabilidad del agua. Una relacin elevada puede indicar una concentracin alta de aceites y grasas.

Un agua con materia orgnica biodegradable presenta unos valores comprendidos entre 2,5 y 5. Valores por debajo de 2,5 indican una alta biodegradabilidad y por encima de 5 una baja biodegradabilidad.

Relacin C/N/P: La relacin entre los macronutrientes nitrgeno y fsforo con el carbono (DQO soluble biodegradable) es fundamental para el desarrollo correcto de la biomasa. Un desequilibrio en esta relacin influye en la proliferacin de bacterias filamentosas y posiblemente en la aparicin de bulking.

Para aguas urbanas es recomendable una relacin 100:5:1 y para aguas mixtas e industriales 100:2,5:0,5.

Veamos algunos ejemplos de clculo de parmetros de proceso.



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Las caractersticas macroscpicas del fango activo que se emplean para la valoracin del ndice del Fango (IF) son aquellas que son observables a simple vista sobre el aspecto del fango activo y sobre el clarificado del ensayo de decantacin V30.

La valoracin se realiza por medio del ensayo de decantacin V30 que consiste en la medicin del volumen de fango decantado en una probeta o en un cono de Imhoff durante los 30 primeros minutos de decantacin. Para ello se deja que una muestra de fango perfectamente homogeneizado de 1000 ml decante sin la adicin de floculantes o coagulantes.

Es conveniente observar cmo evoluciona el proceso de decantacin y ver cmo son las distintas fases y su interfase, ver el color del fango, la claridad del sobrenadante, la presencia de pequeos flculos en suspensin, la presencia de natas en superficie, la presencia de otras partculas no habituales (arenas, flotantes, pequeos animales, etc.).



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Aunque existen varias caractersticas observables tanto a nivel macroscpico como microscpico solo influyen para el clculo del ndice del Fango aquellas valorables numricamente y que han sido contrastadas tras numerosos ensayos realizados como indicativas de la calidad del fango.

Las caractersticas que se valoran para el clculo del ndice del Fango (IF) son cuatro: turbidez, flculos en suspensin, sedimentabilidad y olor.

Turbidez: Es una medida indirecta de la cantidad de slidos que existen en el clarificado dejado. La turbidez puede ser medida mediante un turbidmetro o si se carece de l se puede realizar una valoracin visual. Se establecen tres niveles: Alta: aproximadamente ms de 40 NTU Media: aproximadamente entre 15 y 40 NTU Baja: aproximadamente menos de 15 NTU

Flculos en suspensin: Se valora visualmente la abundancia relativa de pequeos flculos en suspensin en el clarificado. Se establecen tres criterios: Alta: abundancia de microflculos. Media: presencia de microflculos. Baja: prcticamente hay ausencia de

microflculos.

Sedimentabilidad: Alta: la mayor parte del fango decanta en los

primeros 10 minutos del ensayo y el fango est muy compactado.

Media: la mayor parte del fango decanta entre los 10-20 primeros minutos y se observa un ligero esponjamiento.

Baja: la mayor parte del fango decanta despus de 20 minutos y se observa un claro esponjamiento.



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Olor: Es muy aconsejable el oler de vez en cuando el fango. Esta caracterstica nos puede aportar si un fango tiene problemas de septicidad porque huele a podrido, si hay presencia de vertidos (por ejemplo olor a gasoil), etc. Un fango en perfectas condiciones huele a moho o a tierra mojada. Para realizar la valoracin se clasifican en: Agradable: fango en perfectas condiciones. Desagradable: fango con otro olor distinto.

Existen otras caractersticas del fango que si bien no influyen para el clculo del IF para establecer la calidad del fango si nos dan informacin muy importante sobre su estado o evolucin. Entre otras caractersticas podemos destacar:

Burbujas en el fango decantado: La presencia de burbujas puede indicar que la compactacin del fango es deficiente por diversos problemas de oxigenacin o desnitrificacin.

Reflote del fango: Deberemos comprobar si el fango se reflota y cunto tiempo ha transcurrido tras la realizacin de la V30. Hay ocasiones en las que el fango presenta una elevada nitrificacin y un estado de anoxia tal que el reflote de parte del fango se produce incluso antes de haber finalizado la V30.

Espumas en el reactor biolgico: En funcin de la abundancia de las espumas y del grosor de las burbujas podemos conocer si el fango presenta problemas, como por ejemplo la presencia de determinadas bacterias filamentosas.



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Color del fango: Podemos detectar la presencia de vertidos o condiciones distintas a las normales por el cambio de la tonalidad, o detectar si un fango es viejo por su color ms oscuro, presencia de arcillas, etc.

La observacin y evaluacin de las caractersticas microscpicas en el fango activo tiene especial importancia en la valoracin del ndice del Fango debido a que van a mostrar aspectos que no son perceptibles a simple vista. Para poder identificarlas ser necesario la observacin a travs del microscopio bajo un objetivo de 10x como mnimo.

Las observaciones deben realizarse al menos por duplicado y con la muestra viva sin teir. Debe ser lo ms fresca posible y es conveniente, para homogeneizar, agitarla previamente con suavidad para evitar la rotura de los flculos.

Las caractersticas microscpicas que se valoran para el clculo del ndice del Fango son: forma, tamao, estructura, textura, cobertura, filamentos en el flculo, filamentos en disolucin y diversidad de protozoos.

Forma: define la morfologa externa del flculo. Se distinguen dos tipos: Regular: los flculos tienen forma

redondeada Irregular: cualquier otra forma diferente a la

redondeada.



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Tamao: Nos indica la evolucin del estado flocular. El tamao del flculo podemos medirlo mediante un micrmetro acoplado al microscopio (si se dispone de ello) y si no mediante la comparacin en una cmara de recuento en la que conocemos perfectamente el tamao de las cuadrculas. Se puede realizar un clculo aun ms rpido mediante la comparacin con algn protozoo de tamao regular, como por ejemplo Aspidisca sp., ya que su tamao normal es de unas 45 m). Otra tcnica de aproximacin es la comparacin con el dimetro de la zona de visin. Se distinguen tres tipos: Pequeo: tamao menor de 150 m Medio: tamao entre 150 y 500 m Grande: tamao superior a 500 m

Estructura: Nos indica el nivel de reticulacin del flculo. Se distinguen tres niveles: Compacta: no existen prcticamente huecos

en la estructura interna del flculo. Media: se detectan algunos huecos. Abierta: existen bastantes huecos dentro del

flculo que rompen la unidad interna.

Textura: Mide el grado de cohesin entre las partculas que forman el flculo. Se realiza una puncin sobre el cubreobjetos y se observa si el flculo se rompe o no. Se han establecido dos categoras: Fuerte: no existe disgregacin de flculos. Dbil: existe disgregacin de los flculos.

Cobertura: se valora si la unin de todos los flculos presentes en el ocular cubren un determinado porcentaje de su superficie. Se distinguen tres valoraciones: Menor del 10 % Entre 10-50 % Mayor del 50 %



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Filamentos en el flculo: evala la cantidad de filamentos que forman parte de la estructura del flculo. Se diferencian tres posibilidades: Menos de 5 filamentos por cada flculo. Entre 5 y 20 filamentos por cada flculo. Ms de 20 filamentos por cada flculo.

Filamentos en disolucin: cuantifica la existencia de filamentos libres entre los espacios intracelulares. Se distinguen dos categoras: Baja: no se observan filamentos. Alta: s se observan filamentos.

Diversidad de protozoos: se cuantifican la cantidad de protozoos presentes en el fango activo. Se valoran tres opciones: Menos de 4 especies. Entre 4 y 7 especies. Ms de 7 especies.

Al igual que ocurra con las caractersticas macroscpicas, existen otras microscpicas que, aunque no estn incluidas en la determinacin del ndice de Fango, son muy tiles y ofrecen una excelente informacin sobre el estado del fango y del proceso en general de fangos activos. Entre las caractersticas destacan: fibras orgnicas, partculas inorgnicas, amebas desnudas, bacterias helicoidales y Zooglea.

Fibras orgnicas: La presencia principalmente de races y restos vegetales puede provocar problemas en la compactacin y sedimentacin del fango.



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Partculas inorgnicas: Su presencia indica que existen arenas y arcillas en el fango que pueden provocar problemas de sedimentacin.

Amebas desnudas: Suelen aparecer en fangos en la primera fase de colonizacin, es decir en fangos muy jvenes, o en fangos desestabilizados debido a la presencia de txicos o condiciones de baja disponibilidad de oxgeno disuelto.

Bacterias helicoidales: Su presencia puede indicar que existen problemas de anaerobiosis en el fango. Tambin suelen aparecer en perodos con temperaturas elevadas.

Zooglea: La presencia de gnero de bacterias que excreta polisacridos al medio provoca problemas de sedimentacin debido a la gelificacin del clarificado. Se detecta fcilmente su abundancia cuando al inclinar la probeta donde se ha realizado la prueba de decantacin V30 el fango decantado no mantiene la horizontalidad.



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El ndice de Fango se puede definir como un parmetro indicador del estado de floculacin en el reactor biolgico que nos aporta informacin para controlar las condiciones del cultivo y de esta forma mejorar la eficacia de la reduccin de la materia orgnica y los slidos en suspensin.

Se trata de un sistema de control rpido mediante el cual se obtiene un ndice de formacin flocular que informa del estado del fango y del rendimiento depurador.

A travs de la informacin obtenida se puede mejorar el rendimiento depurador actuando sobre los parmetros de control. Los cambios introducidos provocarn un cambio relativamente rpido en el fango activo por lo que es conveniente hacer un seguimiento continuado y frecuente a este ndice para comprobar su evolucin.



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El ndice del Fango es obtenido por medio de las valoraciones de las caractersticas macroscpicas y microscpicas. Se otorgan determinados valores a cada una de las caractersticas cuantificables en funcin de unas tablas tabuladas.

Las caractersticas macroscpicas influyen un 30% en el valor final del IF y las microscpicas un 70%. El valor del IF obtenido est entre 0 y 100. En las tablas siguientes quedan reflejados los valores otorgados para cada una de las caractersticas macroscpicas y microscpicas estudiadas:

Tabla 1. Puntuaciones para las caractersticas macroscpicas

Tabla 2. Puntuaciones para las caractersticas microscpicas

Tabla 3. Plantilla para la determinacin del IF.

Una vez obtenido el ndice del Fango a travs de las puntuaciones obtenidas de las caractersticas macroscpicas y microscpicas hay que establecer la categora en la que se encuentra el fango en estudio.

Desde un punto de vista bsico y sencillo, se han establecido cinco categoras para el fango: malo, psimo, regular, bueno y ptimo.



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Se han establecido una serie de rangos de puntuacin en los que se sitan cada una de las diferentes categoras del fango.

La categora en la que se encuentra el fango en estudio nos da una idea general de la capacidad de depuracin y de la calidad del efluente que se obtiene.

Esta valoracin se complementa con los estudios de la fauna protozoaria y de bacterias filamentosas pudiendo darse el caso de que se obtenga una categora regular y sin embargo la calidad del efluente es aceptable. Una de las causas de este hecho es que este ndice no tiene en cuenta en profundidad el efecto causado por determinadas bacterias filamentosas.

Veamos un ejemplo para establecer la categora de un fango: Ejemplo 1. Determinacin de la categora de un fango.

El control de la formacin flocular en el reactor biolgico es uno de los procesos fundamentales para la obtencin de un fango con unas propiedades de decantacin ptimas.



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La observacin y cuantificacin de la concentracin flocular nos da una idea de la calidad del fango y del estado del proceso de depuracin.

Para realizar la cuantificacin pondremos en un portaobjetos un volumen conocido de fango, generalmente unos 25 l, perfectamente homogeneizado. Para un recuento ms rpido podremos emplear una cmara de recuento de volumen conocido como es la de Fusch-Rosenthal, de 0,9 ml.

El recuento se realizar por triplicado, realizando una media de los valores obtenidos. El resultado se expresar en nmero de flculos/ml.

Es conveniente realizar adems una medicin del tamao flocular y de su aspecto para obtener una idea del estado estructural.

Generalmente, valores elevados de flculos indican que su tamao es pequeo por lo que su decantacin ser psima. Al contrario, si el nmero de flculos es bajo, su tamao es grande (>500 m) y su estructura es compacta, la decantacin ser muy buena.

FIN DE LA UNIDAD

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