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MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Sesión II 1 MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Sesión II Segunda sesión: •Generalidades de los procesos biológicos y fisiológicos de las EDAR: •Principios biológicos de los sistemas de depuración •Introducción a los microorganismos de los fangos activos •Observaciones generales del fango Temario

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  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 1

    MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II

    Segunda sesión:•Generalidades de los procesos biológicos y fisiológicos de las EDAR:

    •Principios biológicos de los sistemas de depuración•Introducción a los microorganismos de los fangos activos•Observaciones generales del fango

    Temario

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 2

    Introducción: ¿Qué es un fango activo?

    •Cultivo microbiano heterogéneo

    •Cultivo aerobio

    •Cultivo mesófilo (Tª óptima entre 20 y 45 ºC)

    •Cultivo en suspensión

    •Flóculo como unidad básica

    Fangos activos

    El flóculo: Componentes

    •Bacterias floculantes

    •Bacterias filamentosas

    •Exopolímeros

    •Partículas orgánicas e inorgánicas

    •Material disuelto

    Fangos activos

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 3

    El flóculo: Interacciones

    •Protozoos:

    •Flagelados

    •Ciliados reptantes

    •Ciliados sésiles

    •Metazoos:

    •Rotíferos

    •Nemátodos

    •Oligoquetos

    •Gastrotricos

    •Tardígrados

    Fangos activos

    Formación de los flóculos:

    Bacterias dispersas Partículas orgánicas e inorgánicas Material disuelto

    Pequeños flóculos

    Fangos activos

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 4

    Formación de los flóculos:

    Microstructura o matriz polimérica

    (flóculos 30-150 μm)

    +

    Microorganismos filamentosos

    =

    Macrostructura o esqueleto filamentoso

    (flóculos 150-1500 μm)

    Fangos activos

    Microstructura:

    •Bacterias floculantes

    •Biopolímeros extracelulares (glicocalix) que actúan comoadherente entre células

    •Partículas inorgánicas y orgánicas

    •Material disuelto

    •Flóculos pequeños y redondeados (30 y 150 μm)

    Fangos activos

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 5

    Macrostructura:

    •Incorporación de microorganismos filamentosos:

    •Actúan de soporte para la agregación de pequeñosagregados floculares

    •Incrementan el peso y, por tanto, la sedimentabilidad

    •Incrementan la compactación y resistencia

    •Se generan diferentes ambientes y, por tanto, incrementala diversidad de procesos metabólicos

    Fangos activos

    Flóculo ideal:

    Fangos activos

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 6

    Tamaño flocular:

    •Fase de formación: el flóculo no está definido

    •Fase de crecimiento: tamaño entre 60 y 90 μm

    •Desarrollo óptimo: tamaño medio de 1500 μm

    •Fase de envejecimiento: tamaño > a 1500 μm

    Fangos activos

    Tamaño flocular:

    Fangos activos

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 7

    Velocidad crecimiento bacteriano:

    μ: velocidad de crecimientoS: concentración de sustrato

    Fangos activos

    Tamaño flocular:

    Fangos activos

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 8

    Tamaño flocular:

    Fangos activos

    Estructura de la microfauna:

    •Microorganismos depuradores:

    •Bacterias: ~ 90% biomasa flocular

    •Protozoos: 2º grupo mayoritario

    •Metazoos: menos frecuentes

    Microorganismos depuradores

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 9

    Bacterias: Según su morfología y su distribución podemos diferenciartres tipos:

    •Dispersas: libres o desprendidas

    •Floculantes: forman parte de los fóculos

    •Filamentosas: libres, dentro de los flóculosy/o extendiéndose

    Microorganismos depuradores

    Bacterias: La clasificación de las bacterias en función de sus procesosmetabólicos permite comprender mejor las presiones selectivas queexisten en los fangos activos:

    •Organotróficas

    •Nitrificantes

    •Desnitrificantes

    •Fermentativas

    •PAO

    •GAO

    •Sulfato reductoras

    •Sulfuroxidantes

    Microorganismos depuradores

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 10

    Bacterias organotróficas:

    •Metabolizan la m.o. degradable

    m.o. + N/P + Micronutrientes + Microorganismos + O2

    CO2 + H2O + NH3/NH4+ + Nuevos microorganismos + Energía

    •Son aeróbicas y un 80% también anóxicas (aprovechan nitratos y nitritos: en concreto, bacterias desnitrificantes)

    •Incluyen a la mayoría de las bacterias de los fangos activos

    Microorganismos depuradores

    Bacterias nitrificantes:

    •Oxidan el amonio a nitritos o nitratos

    •2 NH4+ + 3 O2 2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O (Nitrosomonas)

    •2 NO2- + O2 2 NO3- (Nitrobacter)

    •Son quimioautótrofas y aerobias estrictas

    •Son muy sensibles a los cambios y entradas de toxicidad

    Microorganismos depuradores

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 11

    Bacterias desnitrificantes:

    •Utilizan los nitratos o nitritos como aceptores de electrones:

    •6 NO3- + 2 M.O. 6 NO2- + 2 CO2 + 4 H2O

    •6 NO2- + 3 M.O. 3 N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OH-

    •Estequiometría globlal:

    6 NO3- + 5 M.O. 3 N2 + 5 CO2 + H2O + 6 OH-

    •Son heterótrofas y anóxicas facultativas

    •Necesitan m.o. y ausencia de oxígeno disuelto

    Microorganismos depuradores

    Bacterias fermentativas:

    •Son heterótrofas anaeróbicas

    •Oxidan m.o. usando compuestos de m.o. de índice de oxidación superiorcomo aceptor de electrones, produciendo ácidos grasos volátiles

    •Están implicadas en los procesos de eliminación de P debido a queproducen ácidos grasos volátiles, necesarios para las bacterias PAO

    Microorganismos depuradores

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 12

    Bacterias PAO (Organismos Acumuladores de P):

    •Están implicadas en los procesos de eliminación de P

    •Asimilan fósforo en la fase aerobia, acumulándolo en forma depolifosfatos

    •Asimilan ácidos grasos volátiles en la fase anaerobia, que son usados enla fase aerobia como fuente de carbono

    •Necesitan aerobiosis y anaerobiosis

    Microorganismos depuradores

    Bacterias GAO (Organismos Acumuladores de Glucógeno):

    •Compiten con las PAO

    •En la fase anaerobia asimilan ácidos grasos volátiles, compitiendo conlas PAO

    •En la fase aerobia utilizan glucógeno como fuente de energía

    •No almacenan polifosfatos

    •Pueden llegar a deteriorar el proceso de eliminación biológica de P

    •Necesitan aerobiosis y anaerobiosis

    Microorganismos depuradores

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 13

    Bacterias sulfatoreductoras:

    •Reducen compuestos oxidados de S a sulfuros:

    8 (H+ + e-) + SO42- 2 H2S + 2 H2O + 2 OH-

    •Son anaerobias

    Microorganismos depuradores

    Bacterias sulfuroxidantes:

    •Oxidan compuestos de S a S0 que en algunos casos puede acumularse enforma de gránulos intracelulares:

    2 H2S + 2 O2 2 S0 + 2 H2O

    •Estas reservas pueden oxidarlas a sulfatos:

    2 S0 + 3 O2 + 2 H2O 2 H2SO4

    •Son aeróbicas y algunas también anóxicas

    Microorganismos depuradores

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 14

    Análisis de bioindicación

    Tratamiento y conservación de las muestras:

    •Toma de muestras:

    •Utilizar botes de plástico

    •Recoger la muestra a una profundidad determinada y fija

    •El punto de muestreo debe ser fijo y en la zona de mejorhomogenización

    •Llenar el bote como máximo hasta la mitad

    •Si la temperatura ambiente supera los 25ºC, transportar la muestrarefrigerada

    •Analizar la muestra lo antes posible, como máximo hasta 24 h desde surecogida

    Análisis de bioindicación

    Procedimiento analítico:

    •Material:

    •Microscopio:

    •Campo claro

    •Contraste de fases

    •Objetivos de 10x, 40x y 100x

    •Portaobjetos

    •Cubreobjetos (20x20)

    •Pipetas Pasteur o Micropipeta 25 μl

    •Aceite de inmersión

    •Reactivos tinciones

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 15

    Análisis de bioindicación

    Procedimiento analítico:

    •Agitar la muestra con suavidad para homogenizarla

    •Tomar una gota con la pipeta Pasteur o con la micropipeta

    •Colocar la gota sobre un portaobjetos

    •Colocar sobre la gota un cubreobjetos

    •Proceder a la observación microscópica de la preparación empezando con elobjetivo de 10x

    •El último objetivo a utilizar es el de 100x con aceite de inmersión paraobservar en detalle diferentes estructuras

    •Observar de 2 a 4 preparaciones de la muestra

    Análisis de bioindicación

    Procedimiento analítico:•Análisis macroscópico: Características observables a simple vista

    •V30•Turbidez•Flóculos en suspensión en el clarificado•Sedimentabilidad del fango•Olor•Levantamiento del fango

    •Análisis microscópico: Se requiere microscopio•Estado morfológico y estructural de los flóculos•Microorganismos filamentosos•Protozoos y Metazoos

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 16

    Análisis de bioindicación

    Procedimiento analítico:

    •Análisis macroscópico: Características observables a simple vista

    •V30: Determina la cantidad de fango que decanta en una probeta o conoImhoff tras un periodo de 30 min.

    •Turbidez: Visibilidad a través de la probeta. Se mide colocando unobjeto tras la probeta de la V30:

    •Baja: El objeto se observa con claridad

    •Moderada: Se observa el contorno pero la superficie se ve borrosa

    •Alta: La superficie se ve borrosa y el contorno se ve difuminado eincluso no se ve

    Análisis de bioindicación

    Procedimiento analítico:

    •Análisis macroscópico

    •Flóculos en suspensión : Concentración de microflóculos en elsobrenadante:

    •Baja: Prácticamente ausencia de microflóculos

    •Moderada: Presencia de microflóculos

    •Alta: Abundancia de microflóculos

    •Sedimentabilidad: Mayor parte del fango decantado a 10 min: Alta;entre 10 y 20 min.: Moderada; y entre 20 y 30 min.: Baja

    •Olor: Correcto (a tierra mojada) o Incorrecto (a sulfuro u otroscompuestos)

    •Ascensión o levantamiento del fango: Correcto (no se levanta) oIncorrecto (el fango se levanta cuando se queda sin oxígeno)

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 17

    Análisis de bioindicación

    Procedimiento analítico:

    •Análisis microscópico: Se requiere microscopio

    •Estado morfológico y estructural de los flóculos:

    •Concentración de flóculos

    •Tamaño medio de los flóculos

    •Forma de los flóculos

    •Estructura y textura flocular

    •Filamentos en flóculo y en disolución

    •Bacterias

    •Otras observaciones

    •Microorganismos filamentosos

    •Protozoos y Metazoos

    •Concentración de flóculos

    Moderada (10-50%)Baja (< 10%)

    Muy alta (> 90%)Alta (50-90%)

    Morfología flocular

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 18

    •Tamaño de los flóculos

    Pequeños( 500 µm)

    Morfología flocular

    •Forma de los flóculos

    IrregularesRegulares

    Crecimientodisperso

    Morfología flocular

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 19

    Fangodisgregado

    Estructura abierta

    “Pin-floc”

    •Estructura flocular

    Estructura compacta

    Morfología flocular

    Puentesinterfloculares

    Abundancia muy elevada de filamentos

    •Estructura flocular

    Morfología flocular

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 20

    •Textura flocular

    Morfología flocular

    Fuerte Débil

    •Filamentos en flóculo y libres

    Libres

    En flóculo

    Morfología flocular

  • MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS

    Sesión II 21

    Bacterias dispersas

    Bacterias Poli-P Zooglea

    •Bacterias

    Morfología flocular

    Espiroquetas/Espirilos