Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo

Facultad de Ciencias BiológicasEscuela Profesional de Biología

AGUAS RESIDUALES

MICROBIOLOGÍA ACUÁTICA

ALUMNA: Andrea Miluska Flores Cabrera

Profesora: Dra. Olga Francia Arana

INTRODUCCIÓN

La generación de aguas residuales es un producto inevitable de la actividad humana. El tratamiento y disposición apropiada de las aguas residuales supone el conocimiento de las características físicas, químicas y biológicas de dichas aguas; de su significado y de sus efectos principales sobre la fuente receptora. El propósito del siguiente trabajo es proveer los conocimientos básicos para la caracterización de un agua residual.

AGUAS RESIDUALESEl hombre ha utilizados el agua no sólo para su consumo, sino con el paso del tiempo, para su comodidad y confort, convirtiendo las aguas usadas en vehículo de desechos. De aquí surge la denominación de aguas residuales.

1. Definición:

Se puede definir como agua residual aquella que procede del empleo de un agua natural o de la red en un uso determinado. La eliminación del agua residual se conoce como vertido.

2. Fuentes de generación:

En general, se consideran aguas residuales domésticas (ARD) los líquidos provenientes de las viviendas o residencias, edificios comerciales e institucionales. Se denominan aguas residuales municipales los residuos líquidos transportados por el alcantarillado de una ciudad o población y tratados en una plata de tratamiento municipal, y se llaman aguas residuales industriales las aguas residuales provenientes de las descargas de industrias de manufactura. También se acostumbra denominar aguas negras a las aguas residuales provenientes de inodoros, es decir, aquellas que transportan excrementos humanos y orina, ricas en solidos suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales. Y aguas grises a las aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos y lavadoras, aportantes del DBO, sólidos suspendidos, fósforo, grasas y coliformes fecales, esto es, aguas residuales doméstica, excluyendo las de los inodoros.

Las zonas residenciales y los centros comerciales constituyen las principales fuentes de generación de aguas residuales urbanas, por lo tanto, la cantidad de agua residual depende directamente de la cantidad de población, por ello es muy típico hacer una determinación del caudal del agua residual en función de la población equivalente (PE).

El caudal de agua residual es variable a lo largo del día, y también a lo largo del año.

Aunque el precio del agua es un factor de gran incidencia en el consumo, la cantidad de agua de consumo doméstico no debería superar los 200L/c.d con un promedio de 60-70% para baño, lavandería, cocina y aseo, y un 30 a 40% para arrastre sanitario de excrementos y orina. Sin embargo, este último porcentaje puede disminuirse con el fomento de los inodoros de volumen pequeño más eficientes.

Las aguas lluvias transportan la carga pulidora de techos, calles y demás superficies por donde circula; sin embargo, en ciudades modernas se recoge en alcantarillas separadas, sin conexiones conocidas de aguas residuales domesticas o industriales y, en general, se descargan directamente en el curso de agua natural más próximo

sin ningún tratamiento. En ciudades que poseen un sistema de alcantarillado combinado se acostumbra captar el caudal de tiempo seco mediante un alcantarillado interceptor y conducirlo a la planta de tratamiento. No obstante, durante los aguaceros el caudal en exceso de la capacidad de la planta y del alcantarillado interceptor se desvía directamente al curso natural de agua. En este caso se pueden presentar riesgos serios de polución y de violación de las normas de descarga, los cuales solo se pueden evitar reemplazando el sistema de alcantarillado combinado por uno separado.

3. Clasificación:

Los contaminantes en las aguas residuales son habitualmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni práctico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas residuales.

3.1. Aguas blancas

Las aguas blancas están constituidas fundamentalmente por aguas pluviales, que son las generadoras de las grandes aportaciones intermitentes de caudales. No obstante, con el progresivo avance y desarrollo del urbanismo subterráneo (estacionamientos, centros comerciales y de ocio, vías de comunicación deprimidas y subterráneas, galerías de servicios, etcétera) las aguas de drenaje han ido cobrando una importancia creciente, especialmente por estar muy a menudo afectadas por la contaminación producida por fugas en las redes de alcantarillado.

Se integran, por tanto, como componentes de la suciedad de las aguas blancas:

Elementos de la contaminación atmosférica: depuración húmeda de las lluvias ácidas.

Restos de la actividad humana y asociada: papeles, colillas, excrementos de animales (aves, gatos, perros, etcétera) restos de la recogida y evacuación de basuras, etcétera.

Residuos de tráfico: aceites, grasas, hidrocarburos, componentes fenólicos y de plomo, etcétera.

Arenas, residuos vegetales y biocidas (insecticidas, herbicidas, abonos, etcétera) de zonas ajardinadas.

Contaminación aportada por las aguas de drenaje: aguas salobres, fugas de alcantarillado, etcétera

Además de estos componentes, la primera oleada pluvial arrastra los depósitos acumulados en las conducciones por lo que a su vertido o llegada a la depuradora está frecuentemente, tanto o más cargada que las aguas negras. (Hernández, 2000.). Las características medias de estas aguas blancas pueden quedar reflejadas en cuanto a su contaminación orgánica. (Tabla 1).

Tabla 1. Contaminación de las aguas blancas. Fuente: Hernández, A. (2000), “Manual de depuración Uralita”, Thomson Learning, España. p. 14

3.2. Aguas negras

En las aguas negras o urbanas, los compuestos químicos que se hallan presentes son muchos. A título ilustrativo, se pueden citar: microorganismos, úrea, albumina, proteínas, ácidos acéticos y láctico; bases jabonosas y almidones; aceites: animales, vegetales y minerales; hidrocarburos; gases: sulfhídrico, metano, etcétera; sales: bicarbonatos, sulfatos, fosfatos, nitritos, nitratos, etcétera. Las características mínimas y suficientes para definir un vertido urbano, quedaría suficientemente conocidas con el conocimiento de los parámetros que se indican en la (Tabla 2).

En dicha tabla aparecen los valores representativos de un agua residual urbana con una concentración fuerte, media o ligera.

Tabla 2. Características de las aguas residuales urbanas,en concentración mg/l. Fuente: Hernández, A. (2000), “Manual de depuración Uralita”, Thomson Learning, España. p. 14

3.3. Aguas residuales industriales

Las aguas residuales industriales son aquellas que proceden de cualquier actividad o negocio en cuyo proceso de producción, transformación o manipulación se utilice el agua. Son enormemente variables en cuanto a caudal y composición, difiriendo las características de los vertidos, no sólo de una industria a otra, sino también dentro de un mismo tipo de industria. Éstas son más contaminadas que las aguas residuales urbanas, además, con una contaminación mucho más difícil de eliminar.

A veces, las industrias no emiten vertidos de forma continua, sino únicamente en determinadas horas del día o incluso únicamente en determinadas épocas de año, dependiendo del tipo de producción y del proceso industrial. También son habituales las variaciones de caudal y carga a lo largo del día.

Su alta carga unida a la enorme variabilidad que presentan, hace que el tratamiento de las aguas residuales industriales sea complicado, siendo preciso un estudio específico para cada caso.

En Tabla 3 se muestran las cantidades de agua que consumen los distintos tipos de industrias

Tabla 3. Consumos de agua en industrias. Fuente: Hernández, A. (2000), “Manual de depuración Uralita”, Thomson Learning, España. p. 14

Con independencia de la existencia de índices similares a los encontrados en vertidos urbanos, aparecen otros como tóxicos inhibidores, que en ciertas proporciones impiden los procesos enzimáticos de los microorganismos, o incluso producen su muerte.

La gran variedad y cantidad de productos que se vierten obliga a una investigación propia para cada tipo de industria. No existe similitud alguna entre los vertidos de actividades industriales, como son: alimentación, química, petroquímica, agrícola, forestal, minerales y metalúrgicas, etcétera. De todas formas, si el contenido es muy alto en materia orgánica o sólidos en suspensión, pueden estimarse la elección de índices con el mismo criterio que el analizado para la definición de las aguas residuales de origen doméstico. Pero será necesario analizar las sustancias específicas vertidas, que pudieran dificultar el tratamiento biológico o afectar a los materiales constitutivos de la red de alcantarillado u obras de fábrica en contacto con las aguas. La industria considerada, antes de verter debería efectuar la corrección de los parámetros perturbadores.

Son numerosísimos los índices orgánicos e inorgánicos procedentes de la actividad industrial, decenas de miles, pero de forma resumida, deberán contemplarse índices que definan el contenido en:

Ácidos que pueden atacar el material o inhibir los procesos.

Básicos que pueden inhibir los procesos biológicos.

Productos petrolíferos y grasas poco degradables.

Detergentes que retardan la sedimentación, forman espumas e impiden la aireación.

Metales pesados: Cu, Cr, As, Cd, Pb, Hg, B, etcétera, tóxicos para los microorganismos que intervienen en los procesos biológicos.

Fenoles, cianuros, inhibidores y tóxicos.

Productos radioactivos.

Es conveniente resaltar aquí la importancia de la toma de muestras. El análisis reflejará el resultado de la muestra enviada al laboratorio, debiendo ser ésta representativa del agua que se pretende definir. La toma de muestra deberá tener en cuenta la variación en el tiempo del caudal y carga contaminante en el valor absoluto.

3.3.1. Clasificación según su vertido

Las industrias se pueden clasificar en cinco grupos de acuerdo con los contaminantes específicos que arrastran las aguas residuales.

3.3.1.1. Industrias con efluentes principalmente orgánicos.

Papeleras. Azucareras. Mataderos. Curtidos. Conservas (vegetales, carnes, pescado, etcétera). Lecherías y subproductos (leche en polvo, mantequilla, queso,

etcétera). Fermentación (fabricación de alcoholes, levaduras, etcétera). Preparación de productos alimenticios (aceites y otros). Bebidas. Lavanderías

3.3.1.2. Industrias con efluentes orgánicos e inorgánicos.

Refinerías y Petroquímicas. Coquerías. Textiles. Fabricación de productos químicos, varios.

3.3.1.3. Industrias con efluentes principalmente inorgánicos.

Limpieza y recubrimiento de metales. Explotaciones mineras y salinas. Fabricación de productos químicos, inorgánicos.

3.3.1.4. Industrias con efluentes con materias en suspensión.

Lavaderos de mineral y carbón. Corte y pulido de mármol y otros minerales. Laminación en caliente y colada continua.

3.3.1.5. Industrias con efluentes de refrigeración.

Centrales térmicas Centrales nucleares.

En los siguientes apartados se consideraran distintos tipos de industrias, indicando los contaminantes más importantes de sus vertidos, así como una breve consideración de cuál o cuáles son los tipos de tratamiento más típicos, útiles y económicos para tratar sus vertidos.

1. Industrias lácteas

Las industrias lácteas se pueden dividir en los tipos de factorías:

Obtención de leche fresca, pasteurizada y descremada. Fabricación de quesos. Fabricación de mantequillas. Fabricación de leche condensada. Fabricación de leche en polvo.

Las aguas residuales de este tipo de industrias proceden, en su mayoría del lavado de los tanques de recepción de leche, lavado de conducciones, sistemas de evaporación y lavados en los procesos de la mantequilla, queso y otros productos.Las aguas residuales de la fabricación de queso son las que más difieren de los otros procesos; son aguas ácidas, a causa de la presencia de suero y son las que contienen más sólidos en suspensión (cuajo), debido al lavado del queso. Las otras industrias presentan unos vertidos neutros y ligeramente alcalinos, con tendencias a convertirse en ácido a causa de la fermentación del azúcar, en su transformación en ácido lácteo. Todas las aguas residuales tienen un alto contenido en materia orgánica disuelta, en consecuencia, tienden a fermentar si se retienen.Como los vertidos tienen una amplia variación de caudal y concentración de compuestos contaminantes, es aconsejable una igualación y homogenización de caudales de estas aguas, antes de cualquier tratamiento, por otra parte, una aireación en la igualación puede producir una reducción importante de la contaminación, así como la eliminación de olores procedentes de la transformación de la lactosa en ácidos lácteos. Estas aguas responden bien a los tratamientos biológicos, tales como procesos aerobios de fangos activados, filtros bacterianos, digestión anaerobia y lagunaje. Puede tratarse también por aplicación al terreno.

2. Industrias textiles:

Los vertidos de las fábricas textiles dependen del tipo de proceso a los que se sometan los distintos materiales empleados. Podemos dividir las materias primas en tres grandes grupos: lana, algodón y fibras químicas. Como ejemplo trataremos el primero de ellos.

a. Industria de lana:

La contaminación de los vertidos de la lana, provienen de los procesos siguientes:

Desengrasado:El desengrasado se realiza con soluciones que contienen detergentes y el carbonato sódico, como compuesto para alcalinizar la solución. Un elevado porcentaje de impurezas naturales de la lana se eliminan en este proceso; en consecuencia se debe esperar vertidos que contendrán fuertes concentraciones de carbonato sódico, detergentes, grasas en emulsión y sales minerales, por tanto, serán alcalinas (pH entre 10 y 11.5), elevada DBO, elevada concentración de sólidos en suspensión y totales. Según algunos estudios realizados, el 40 % en peso de la lana bruta corresponde a impurezas, que contaminarán el agua de lavado.

Tintura. Los vertidos procedentes de la tintura contendrán la solución colorante, generalmente contienen ácido acético – acetato sódico, y pueden contener según el sistema de tintura, dicromato sódico, sulfato amónico, sulfato sódico y monoclorobenceno.

Engrasado o enzimado. En el engrasado se utiliza generalmente aceite de oliva con mezcla de grasa animal o enzimajes sintéticos.

Batanado. Generalmente se utiliza jabón o detergente en presencia de hidrógeno sódico y un agente antiespumante. Los vertidos proceden de la eliminación del exceso de solución de batanado. Esta eliminación se puede realizar mediante presión y lavado posterior y, en consecuencia, tendremos unos efluentes con una elevada alcalinidad y detergentes.

Carbonizado. Generalmente se realiza con ácido sulfúrico concentrado y caliente, para convertir la materia vegetal que pueda convertir la lana en cenizas, por deshidratación y separarla del tejido. El vertido de los líquidos de carbonizado es muy ácido, con elevada concentración de sulfatos y con sólidos en suspensión. Generalmente lo que se hace es una neutralización de estas disoluciones antes de realizar el vertido.

Lavado. Apresto

3. Industrias químicas:

En este apartado de industrias químicas se consideran como tales las que fabrican una materia prima que ha de ser utilizada con posterioridad en otro tipo de empresa y, dentro de éstas, las industrias que debido al producto fabricado, pueden producir vertidos, que al ser evacuados en ríos, lagos o alcantarillado, implican cambios importantes en las aguas, problemas especiales en las depuradoras urbanas o en efluentes de aguas residuales.

Nos encontramos con los siguientes tipos de aguas residuales:

Fuertemente ácidas. Fuertemente básicas. Fuertemente coloreadas. Presencia de sustancias tóxicas. Inflamabilidad.

Aguas residuales fuertemente ácidas o fuertemente básicas, las podemos encontrar en muchos procesos industriales y especialmente en fábricas de productos químicos, como ácidos, bases, tintes, explosivos, insecticidas, fungicidas, productos farmacéuticos resinas de silicona, materiales de construcción, etcétera.

Los más importantes son los vertidos que contiene ácido clorhídrico, sulfúrico y nítrico diluidos. Todas estas aguas residuales necesitan una neutralización antes de su vertido al sistema de alcantarillados o a los cursos de aguas, puesto que estos se alteran de forma perjudicial por valores extremos de pH.

Si una empresa produce aguas residuales ácidas en un proceso y básicas en otro, indudablemente, deberá realizar una igualación de éstas, pudiendo obviar (dependiendo de la acidez o basicidad final) la neutralización.

También puede resultar económicamente rentable igualar las aguas residuales ácidas de una empresa con las aguas residuales básicas de otra empresa que esté relativamente cerca. Empresas con aguas residuales alcalinas, pero con poco volumen de éstas, pueden retener los vertidos durante un cierto tiempo para que el contacto con el anhídrido carbónico del aire sea suficiente para bajar el pH hasta los límites permitidos por la legislación.

4. Características físicas, químicas y biológicas:

Las aguas residuales urbanas se caracterizan por su composición física, química y biológica, apareciendo una interrelación entre muchos de los parámetros que integran dicha composición. A la hora de realizar una adecuada gestión de dichas aguas, se hace imprescindible el disponer de una información lo más detallada posible sobre su naturaleza y características. A continuación se muestran las principales características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales urbanas.

4.1. Características físicas:

Color: La coloración de las aguas residuales urbanas determina cualitativamente el tiempo de las mismas. Generalmente varía del beige claro al negro. Si el agua es reciente, suele presentar coloración beige clara; oscureciéndose a medida que pasa el tiempo, pasando a ser de color gris o negro, debido a la implantación de condiciones de anaerobiosis, por descomposición bacteriana de la materia orgánica.

Olor: Se debe principalmente a la presencia de determinadas sustancias producidas por la descomposición anaerobia de la materia orgánica: ácido sulfhídrico, indol, escatoles, mercaptanos y otras sustancias volátiles. Si las aguas residuales son recientes, no presentan olores desagradables ni intensos. A medida que pasa el tiempo, aumenta el olor por desprendimiento de gases como el sulfhídrico o compuestos amoniacales por descomposición anaerobia.

Temperatura:En los efluentes urbanos oscila entre 15ºy 20ºC, lo que facilita el desarrollo delos microorganismos existentes.

Sólidos: De forma genérica, los sólidos son todos aquellos elementos o compuestos presentes en el agua residual urbana que no son agua. Entre los efectos negativos sobre los medios hídricos, caben destacar entre otros, disminución en la fotosíntesis por el aumento de la turbidez del agua, deposiciones sobre los vegetales y branquias de los peces, pudiendo provocar asfixia por colmatación de las mismas; formación de depósitos por sedimentación en el fondo de los medios receptores, favoreciendo la aparición de condiciones anaerobias o aumentos de la salinidad e incrementos de la presión osmótica

4.2. Características químicas:

Las características químicas de las aguas residuales urbanas vienen definidas por sus componentes orgánicos, inorgánicos y gaseosos.

4.2.1. Componentes orgánicos

Pueden ser de origen vegetal o animal, aunque cada vez, y con mayor frecuencia, las aguas residuales urbanas también contienen compuestos orgánicos sintéticos. Las proteínas, hidratos de carbono y lípidos, así como sus derivados, son los compuestos orgánicos que principalmente aparecen en este tipo de aguas. Son biodegradables y su eliminación por oxidación es relativamente sencilla.

Las proteínas suponen entre el 40 y el 60% de la materia orgánica de un agua residual, y junto con la úrea, son los principales responsables de la presencia de nitrógeno en las aguas residuales. La existencia de grandes cantidades de proteínas en el agua residual puede ser origen de olores desagradables debido a los procesos de descomposición.

Los hidratos de carbono representan entre un 25 y 50% de la materia orgánica. Desde el punto de vista del volumen y la resistencia a la descomposición, la celulosa es el hidrato de carbono cuya presencia en el agua residual es la más importante.

En las aguas residuales urbanas, sin componente industrial, la presencia de grasas y aceites suele ser baja, no más de un 10%, lo que no evita que puedan provocar problemas tanto en la red de alcantarillado como en las plantas de tratamiento. Si no se elimina el contenido en grasa antes del vertido del agua residual, puede interferir con los organismos existentes en las aguas superficiales y crear películas y acumulaciones de materia flotante desagradables, impidiendo en determinadas ocasiones la realización de actividades como la fotosíntesis, respiración y transpiración.

Junto con las proteínas, los hidratos de carbono, las grasas y los aceites, en el agua residual urbana aparecen pequeñas cantidades de moléculas orgánicas sintéticas, cuya estructura puede ser desde muy simple a extremadamente compleja. Entre estas moléculas orgánicas sintéticas, destacan los agentes tensoactivos. Los agentes están formados por moléculas de gran tamaño, ligeramente solubles en agua. Son responsables de la aparición de espumas en las plantas de tratamiento y en la superficie de los cuerpos de agua receptores de los vertidos. Estas sustancias son los principales componentes de los detergentes, por lo que su presencia en las aguas residuales urbanas, se detecta por la aparición de espumas en la superficie. La formación de estas espumas produce un incremento de contaminación por materia orgánica disuelta al emulsionar y/o solubilizar las grasas y los aceites presentes en el agua. Por otro lado, en las plantas de depuración causa graves problemas al interferir en los procesos biológicos y en los sistemas de coagulación-floculación y decantación.

4.2.2. Componentes inorgánicos

Dentro de los compuestos inorgánicos se incluyen a todos los sólidos de origen generalmente mineral, como las sales minerales, arcillas, lodos, arenas y gravas, y ciertos compuestos como sulfatos, carbonatos, etc., que pueden sufrir algunas transformaciones (fenómenos de óxido-reducción y otros).

4.2.3. Componentes gaseosos

La componente gaseosa de las aguas residuales urbanas contiene diversos gases en diferente concentración, entre los que destacan:

Oxígeno disuelto: es fundamental para la respiración de los organismos aerobios presentes en el agua residual. El control de este gas a lo largo del tiempo, suministra una serie de datos fundamentales para el conocimiento del estado del agua residual. La cantidad presente en el agua depende de muchos factores, principalmente relacionados con la temperatura y actividades químicas y biológicas, entre otros.

TEMPERATURA DEL AGUA ºC CONCENTRACION DE OD (mg.l-1)

0 14.65 12.7

10 11.315 10.120 9.125 8.230 7.540 6.4

Ácido sulfhídrico: es un gas que se forma en un medio anaerobio por la descomposición de ciertas sustancias orgánicas e inorgánicas que contienen azufre. Su presencia se manifiesta fundamentalmente por el olor repulsivo característico que produce.

Anhídrido carbónico: se produce en las fermentaciones de los compuestos orgánicos de las aguas residuales.

Metano: se forma en la descomposición anaerobia de la materia orgánica, apareciendo sobretodo en cierto tipo de estaciones depuradoras, donde se llevan a cabo procesos de estabilización de fangos vía anaerobia, ofreciendo algunas posibilidades de aprovechamiento como combustible.

Otros gases: Se trata principalmente de gases malolientes, como ácidos grasos volátiles, indol, escatol y otros derivados del nitrógeno.

4.3. Características biológicas

Las características biológicas de las aguas residuales urbanas vienen dadas por una gran variedad de organismos vivos de alta capacidad metabólica, y gran potencial de descomposición y degradación de la materia orgánica e inorgánica.

Tabla 4. Concentración de OD de saturación para diferentes temperaturas del agua. Valores correspondientes a aguas dulces (salinidad cero presión atmosférica al nivel del mar)

El componente orgánico de las aguas residuales es un medio de cultivo que permite el desarrollo de los microorganismos que cierran los ciclos biogeoquímicos de elementos como el carbono, el nitrógeno, el fósforo o el azufre.Los organismos que principalmente se encuentran en las aguas residuales urbanas son: algas, mohos, bacterias, virus, flagelados, ciliados, rotíferos, nemátodos, anélidos, larvas, etc.

5. Parámetros de caracterización

Para caracterizar las aguas residuales se emplean un conjunto de parámetros que permiten cuantificar los contaminantes anteriormente definidos. Los parámetros de uso más habitual son los siguientes:

5.1.Sólidos en Suspensión: sólidos que no pasan a través de una membrana filtrante de un tamaño determinado (0,45 micras). Dentro de los sólidos en suspensión se encuentran los sólidos sedimentables, que decantan por su propio peso y los no sedimentables.

5.2.Aceites y Grasas: el contenido en aceites y grasas presentes en un agua residual se determina mediante su extracción previa con un disolvente apropiado, la posterior evaporación del disolvente y el pesaje del residuo obtenido.

5.3.Demanda Bioquímica de Oxígeno a los 5 días (DBO5): cantidad de oxígeno disuelto (mg O2/l) necesario para oxidar biológicamente la materia orgánica de las aguas residuales. En el transcurso de los cinco días de duración del ensayo se consume aproximadamente el 70 % de las sustancias biodegradables.

5.4.Demanda Química de Oxígeno (DQO): cantidad de oxígeno (mg O2/l) necesaria para oxidar los componentes del agua recurriendo a reacciones químicas.

La relación DBO5/DQO es un factor importante, que indica la biodegradabilidad de las aguas residuales urbanas, entendiéndose por biodegradabilidad, la característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, que las emplean para producir energía (por respiración celular), y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos organismos.(Tabla 5)

Tabla 5. Biodegradabilidad del agua residual urbana según la relación DBO5/DQO. Fuente: Metcalf & Eddy, 2000

5.5.Nitrógeno: se presenta en las aguas residuales en forma de amoniaco fundamentalmente y, en menor medida, como nitratos y nitritos. Para su determinación se recurre a métodos espectrofotométricos.

5.6.Fósforo: en las aguas residuales aparece principalmente como fosfatos orgánicos y polifosfatos. Para su determinación se emplean métodos espectrofotométricos. Organismos patógenos: como organismos indicadores de contaminación fecal se utilizan normalmente los Coliformes (Totales y Fecales).

Los valores habituales de estos parámetros en las aguas residuales urbanas de origen principalmente doméstico se recogen en la tabla siguiente.(Tabla 6)

á ó ó ó

Tabla 6 .Valores típicos de los principales contaminantes del agua residual urbana (doméstica bruta). Fuente: Metcalf & Eddy, 2000

Tabla 7. Análisis típico del agua residual municipal. Fuente: Metcalf & Eddy, Inc

6. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)

La DBO es uno de los parámetros de mayor importancia en el estudio y caracterización de las aguas no potables. La determinación de DBO además de indicarnos la presencia y biodegradabilidad del material orgánico presente, es una forma de estimar la cantidad de oxígeno que se requiere para estabilizar el carbono orgánico y de saber con qué rapidez este material va a ser metabolizado por las bacterias que normalmente se encuentran presentes en las aguas residuales.

La importancia de este parámetro requiere de ciertos cuidados y atención en la técnica analítica, ya que por ser un proceso biológico el manejo y tratamiento de la muestra es delicado.

La curva de consumo de oxígeno suele ser al principio débil y después se eleva rápidamente hasta un máximo sostenido, bajo la acción de la fase logarítmica de crecimiento de los microorganismos.Es un método aplicable en aguas continentales (ríos, lagos o acuíferos), aguas negras, aguas pluviales o agua de cualquier otra procedencia que pueda contener una cantidad apreciable de materia orgánica. Este ensayo es muy útil para la apreciación del funcionamiento de las estaciones depuradoras. No es aplicable, sin embargo, a las aguas potables, ya que al tener un contenido tan bajo de materia oxidable la precisión del método no sería adecuada. En este caso se utiliza el método de oxidabilidad con permanganato potásico.El método pretende medir, en principio, exclusivamente la concentración de contaminantes orgánicos. Sin embargo, la oxidación de la materia orgánica no es la única causa del fenómeno, sino que también intervienen la oxidación de nitritos y de las sales amoniacales, susceptibles de ser también oxidadas por las bacterias en disolución. Para evitar este hecho se añade N-aliltiourea como inhibidor. Además, influyen las necesidades de oxígeno originadas por los fenómenos de asimilación y de formación de nuevas células.Cuanto mayor cantidad de materia orgánica contiene la muestra, más oxígeno necesitan sus microorganismos para oxidarla (degradarla).También se producen variaciones significativas según las especies de gérmenes, concentración de estos y su edad, presencia de bacterias nitrificantes y de protozoos consumidores propios de oxígeno que se nutren de las bacterias, entre otras causas. Es por todo esto que este test ha sido constantemente objeto de discusión: sus dificultades de aplicación, interpretación de los resultados y reproductibilidad se deben al carácter biológico del método.Según las reglamentaciones, se fijan valores de D.B.O. máximo que pueden tener las aguas residuales, para poder verterlas a los ríos y otros cursos de agua. De acuerdo a estos valores se establece, si es posible arrojarlas directamente o si deben sufrir un tratamiento previo.

DBO carbonáceaPara el análisis de DBO carbonácea se inhiben las bacterias nitrificantes con agentes específicos como azul de metileno o por medio de pre tratamientos como pasteurización, cloración o acidificación. Es utilizada por las bacterias para degradar compuestos organicos de carbono

DBO nitrogenada o DBONEs la cantidad de oxigeno necesaria para que los microorganismos oxiden el amoniacao presente en la materia orgánica a nitrato y luego a nitrito

6.1. Interferencias en la DBO

La DBO es afectada por la temperatura del medio, por las clases de microorganismos presentes, por la cantidad y tipo de elementos nutritivos presentes. Si estos factores son constantes, la velocidad de oxidación de la materia orgánica se puede expresar en términos del tiempo de vida media (tiempo en que descompone la mitad de la cantidad inicial de materia orgánica) del elemento nutritivo.

El pH ácido o alcalino Cloro residual Nitritos: Es la interferencia más común en las muestras de DBO5

incubadas. Sustancias inorgánicas y orgánicas reductoras.

6.2. Método de análisis de la DBO

El método consiste en la incubación a 20°C, de las muestras en botellas herméticamente cerradas para evitar la entrada de aire, durante 5 días. Se mide el oxígeno disuelto al iniciar y al finalizar la incubación. La DBO es la diferencia entre el OD inicial y el OD final; donde OD significa oxígeno disuelto.Se recomienda analizar inmediatamente o enfriar la muestra a 4°C hasta por seis horas. Antes de analizarla se lleva a 20 °C. Las muestras compuestas se mantienen a 4°C y una vez se tenga la mezcla (períodos máximos de 24 horas) se analiza inmediatamente.El método estándar consiste en tomar un pequeño volumen de la muestra a analizar. Este pequeño volumen debe ser representativo del total de la muestra, por lo que ésta deberá estar completamente homogenizada. Un volumen que es típicamente de unos cuantos mililitros (1-50 ml), se mezcla con un agua de dilución previamente preparada y que contiene los nutrientes requeridos para el desarrollo del medio microbiano que digiere el material orgánico presente en la muestra. Estos nutrientes son esencialmente: nitrógeno, fósforo, fierro, calcio, magnesio, etc., y se estabiliza el pH del agua de dilución con un buffer adecuado.

Normalmente las aguas residuales ya tienen éstos nutrientes, pero se agregan para el caso de aguas de desecho que no los contengan. No es posible poner grandes cantidades de muestra ya que además del material orgánico digerible, se requiere oxígeno para el metabolismo de las bacterias y la solubilidad del oxígeno en el agua es bastante limitada (aproximadamente 8 mg/lto a 25ºC y 1 atm. de presión). Si el material orgánico está en exceso estequiométrico de la cantidad de oxigeno requerido, como lo indica la ecuación (1) al término de la prueba no hay oxígeno disuelto que se pueda medir y no es posible evaluar la Demanda de Oxigeno.

La ecuación (2) es la deseable, ya que de esta manera si se puede determinar la cantidad de oxigeno consumido, restando el oxígeno disuelto al final de la prueba con el oxígeno inicialmente presente

Bacterias + O2 + Sustrato => Bacterias + Sustrato (1)Bacterias + O2 + Sustrato => Bacterias + O2 (2)

La Tabla I indica la cantidad de muestra que se requiere tomar como alícuota en un recipiente de 300 ml., para tener un valor adecuado de oxígeno disuelto al final de la prueba. Como se puede observar, a valores sumamente altos de DBO el volumen de muestra que se debe tomar para diluir, es sumamente pequeño y podría conducir a una gran incertidumbre en la medición del volumen de muestra y en la representatividad de la misma. En este caso puede ser más

conveniente hacer las diluciones necesarias para llevarla a un valor adecuado de DBO.

Cuando previamente no se tiene estimado un valor de DBO de la muestra a analizar, es aconsejable poner diferentes botellas en varias diluciones de la muestra que se analiza, ya que como el tiempo de la prueba es de cinco días, el repetir la prueba prácticamente toma una semana.

La secuencia del análisis es la siguiente: se recibe la muestra y de inmediato se procesa o se guarda en refrigeración por no más de 24 horas. Se prepara con los nutrientes necesarios el agua de dilución y continuamente, mientras se emplea esta agua, se le hace burbujear aire para saturarla en oxígeno. En un frasco de tapón esmerilado de 300 ml se coloca el volumen de muestra que se considere adecuado y se le agrega el agua de dilución necesaria para completar los 300 ml. Se tapa la botella y se coloca en la incubadora a 20ºC por un periodo de 5 días.

Se procede de la misma manera con cada una de las muestras y se coloca un blanco o testigo junto con las muestras analizadas. El blanco es únicamente agua de dilución y sirve para corregir por el oxígeno consumido por el agua de dilución, que teóricamente debe ser cero y sirve para establecer el punto de oxígeno disuelto inicial.

6.2.1. Reactivos y patrones:

Fosfato monobásico de potasio (KH2PO4) Fosfato dibásico de potasio (K2HPO4) Fosfato dibásico de sodio heptahidratado (Na2HPO4•7H2O) Cloruro de amonio (NH4Cl) Sulfato de magnesio heptahidratado (MgSO4•7H2O) Cloruro de calcio anhidro (CaCl2) Cloruro férrico hexahidratado (FeCl3•6H2O) Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) Hidróxido de sodio (NaOH) Sulfito de sodio (Na2SO3) 2-cloro-6 (triclorometil) piridina Glucosa grado patrón primario (C6H12O6) Ácido glutámico grado patrón primario(C5H9NO4) Ácido clorhídrico (HCl) Ácido nítrico (HNO3) Disolución amortiguadora de fosfato. Pesar aproximadamente

8,5 g de fosfato monobásico de potasio, 21,75 g de fosfato dibásico de potasio , 33,4 g de sosfato dibásico de sodio heptahidratado y 1,7 g de cloruro de amonio, disolver en 500 mL de agua y aforar a 1 L. El pH de la disolución debe ser de 7,2. Desechar el reactivo (o cualquiera de los siguientes reactivos) si hay algún signo de crecimiento biológico en el frasco de almacenamiento.

Disolución de sulfato de magnesio. Pesar aproximadamente 22,5 g de sulfato de magnesio heptahidratado, disolver en agua y diluir a 1 L.

Disolución de cloruro de calcio. Pesar aproximadamente 27,5 g de cloruro de calcio anhídro, disolver en agua y diluir a 1 L.

Disolución de cloruro férrico. Pesar aproximadamente 0,25 g de cloruro férrico hexahidratado, disolver en agua y diluir a 1 L.

Disolución de ácido sulfúrico (0,1N). Agregar aproximadamente 2,8 mL de ácido sulfúrico concentrado a 500 mL de agua, mezclar bien y diluir hasta 1 L.

Disolución de hidróxido de sodio (0,1N). Pesar aproximadamente 4,0 g de hidróxido de sodio, disolver en agua y diluir a 1 L.

Disolución de sulfito de sodio. Pesar aproximadamente 1,575 g de sulfito de sodio, disolver en agua y diluir a 1 L. Esta disolución no es estable; por lo que debe prepararse diariamente.

Disolución patrón de glucosa-ácido glutámico. Secar glucosa y ácido glutámico a 103ºC durante una hora. Pesar aproximadamente y con precisión 150,0 mg de glucosa y 150,0 mg de ácido glutámico, diluir en agua y aforar a 1 L. Preparar

inmediatamente antes de usarla. Esta disolución tiene una DBO5 de 198 mg/L.

Disolución de cloruro de amonio. Pesar aproximadamente 1,15 g de cloruro de amonio y disolver en 500 mL de agua, ajustar el pH a 7,2 con disolución de hidróxido de sodio y aforar a 1 L. La disolución contiene 0,3 mg N/mL.

6.2.2. Equipos y materiales:

6.2.2.1. Equipo

Equipo de aireación con difusor Incubador: Controlado por termostato a 20ºC ± 1ºC. Eliminar

toda la luz para evitar la posibilidad de producción fotosintética de oxígeno disuelto.

Balanza analítica con precisión de 0,1 mg Medidor de oxígeno disuelto

6.2.2.2. Material

Todo el material usado en la determinación debe ser exclusivo para este procedimiento. Para el lavado del material remojar durante 1 h en una disolución de ácido sulfúrico al 10 % y enjuagar con agua. Los detergentes con base de amoniaco no deben usarse para la limpieza del material.

Los contenedores de las muestras deben lavarse con disolución de detergente no iónico, libre de metales, enjuagarse con agua, remojarse en ácido toda la noche y volver a enjuagarse con agua libre de metales.

Para el material de cuarzo, politetrafloroetileno o material de vidrio debe dejarse remojando de 12 h a 24 h con HNO3 (1:1), HCl (1:1) o con agua regia (3 partes de HCl concentrado + 1 parte de HNO3 concentrado) a 70oC solo en los casos que presente material adherido, después debe ser enjuagado con agua libre de metales.

En los casos de que el material presente grasas, enjuagar con acetona y/o hexano.

Botellas Winkler de vidrio para incubación con capacidad de 300 mL de aforo total y con boca estrecha, reborde y tapón de vidrio esmerilado, de forma cónica.

Contratapa de politetrafloroetileno u otro material plástico para botella Winkler

Bureta

6.2.3. Recolección, preservación y almacenamiento de muestras

En el caso de aguas naturales debe tomarse un mínimo de 1 L de muestra en un envase de polietileno o vidrio. En el caso de aguas

residuales (DBO5 mayores a 50 mg/L) deben tomarse mínimo 100 mL. Pueden utilizarse muestras simples o compuestas.

No se debe agregar ningún preservador a las muestras. Solo deben conservarse a 4ºC hasta su análisis.

El tiempo máximo de almacenamiento previo al análisis es de 24 h.

6.2.4. Control de calidad

Cada laboratorio que utilice este método debe operar un programa de control de calidad (CC) formal.El laboratorio debe mantener los siguientes registros:

Los nombres y títulos de los analistas que ejecutaron los análisis y el encargado de control de calidad que verifica los análisis, y

Las bitácoras manuscritas del analista y del equipo en los que se contengan los siguientes datos:

a) Identificación de la muestra;b) Fecha del análisis;c) Procedimiento cronológico utilizado;d) Cantidad de muestra utilizada;e) Número de muestras de control de calidad analizadas;f) Trazabilidad de las calibraciones de los instrumentos de

medición;g) Evidencia de la aceptación o rechazo de los resultados, yh) Además el laboratorio debe mantener la

información original reportada por los equipos en disquetes o en otros respaldos de información.

De tal forma que permita a un evaluador externo reconstruir cada determinación mediante el seguimiento de la información desde la recepción de la muestra hasta el resultado final.

6.2.5. Procedimiento

6.2.5.1. Preparación de agua para dilución

Colocar el volumen requerido de agua en un frasco y añadir por cada litro de agua 1 mL de cada una de las siguientes disoluciones: disolución de sulfato de magnesio, disolución de cloruro de calcio, disolución de cloruro férrico y disolución amortiguadora de fosfatos. Preparar el agua de dilución diariamente.Analizar y almacenar el agua de dilución, de tal forma que siempre tenga a mano agua de calidad garantizada. Antes de usar el agua de dilución debe ponerse a una temperatura aproximada de 20ºC. Saturar con oxígeno aireando con aire filtrado, libre de materia orgánica durante 1 h por lo menos.Si la muestra presenta alto contenido de biocidas como cloro o se sabe de su bajo contenido de materia orgánica, es necesario inocular la muestra.

6.2.5.2. Control del agua de dilución

Utilizar este procedimiento como una comprobación aproximada de la calidad del agua de dilución. Si la disminución de oxígeno disuelto del agua excede de 0,2 mg l-1, obtener agua de mejor calidad mejorando la purificación o usar agua de otra fuente.Si se requiere inhibir la nitrificación, almacenar el agua de dilución sembrada en una habitación oscura a temperatura ambiente hasta que la captación de oxígeno disuelto se haya reducido lo suficiente para cumplir los criterios de comprobación del agua de dilución. No se recomienda su almacenamiento cuando la DBO5 se va a determinar sin inhibir la nitrificación ya que pueden desarrollarse microorganismos nitrificantes durante ese tiempo. Si el agua de dilución no ha sido almacenada para mejorar su calidad, añadir suficiente inóculo como para un consumo de OD de 0,05 mg l-1 a 0,1 mg l-1 en cinco días a 20°C. Al Incubar en un frasco Winkler lleno de agua de dilución durante cinco días a 20°C, el consumo no debe ser mayor a 0,2 mg l-1 y preferiblemente no menor a 0,1 mg l-1.

6.2.5.3. Control de la glucosa-ácido glutámico

Utilizar la disolución de glucosa ácido glutámico como disolución madre de control. La glucosa tiene una tasa excepcionalmente alta y variable de oxidación, pero cuando se utiliza con ácido glutámico, dicha tasa se estabiliza y es similar a la obtenida en muchas aguas residuales municipales.Alternativamente, si un agua residual particular contiene un componente principal identificable que contribuya a la DBO5, utilizar este compuesto en lugar de la glucosa-ácido glutámico.

6.2.5.4. Inóculo

Es necesario contar con una población de microorganismos capaces de oxidar la materia orgánica biodegradable de la muestra. El agua residual doméstica, los efluentes no clorados o sin desinfección, los efluentes de las plantas de tratamiento de desechos biológicos y las aguas superficiales que reciben las descargas de aguas residuales que contienen poblaciones microbianas satisfactorias.Algunas muestras no contienen una población microbiana suficiente (por ejemplo, algunos residuos industriales no tratados, residuos desinfectados, residuos de alta temperatura o con valores de pH extremos).Para tales residuos, sembrar el agua de dilución añadiendo una población de microorganismos. La mejor siembra es la que proviene del efluente de un sistema de tratamiento biológico de aguas residuales. Cuando se usa como siembra el efluente de tratamiento biológico de sistema de aguas residuales se recomienda la inhibición de la nitrificación. Cuando no se disponga de ésta, utilizar el sobrenadante del agua residual doméstica después de dejarlo reposar a temperatura

ambiente durante al menos 1 h, pero no más de 36 h. Determinar si la población existente es satisfactoria haciendo la prueba de la siembra en una muestra para DBO5. El incremento del valor de la DBO5 indica una siembra exitosa.

6.2.5.5. Pre-tratamiento de la muestra

Neutralizar las muestras a un pH entre 6,5 y 7,5 con ácido sulfúrico o hidróxido de sodio de concentración tal que la cantidad de reactivo no diluya la muestra en más del 0,5 %. El pH del agua de dilución sembrada no debe verse afectado por la dilución de la muestra.Si es posible, evitar las muestras que contengan cloro residual, tomándolas antes del proceso de cloración. Si la muestra ha sido clorada pero no hay residuo detectable de cloro, sembrar el agua de dilución. Si hay cloro residual, eliminar el cloro de la muestra y sembrar con inóculo. No se deben analizar las muestras cloradas sin sembrar el agua de dilución. En algunas muestras, el cloro desaparece en el lapso de 1 h a 2 h después de su exposición a la luz. Esto suele ocurrir durante el transporte o la manipulación de la muestra. Para las muestras en las que el residuo de cloro no se disipe en un tiempo razonablemente corto, eliminar el cloro residual añadiendo disolución de sulfito de sodio.Determinar el volumen requerido de disolución de sulfito de sodio cuantificando el cloro residual total. Añadir a la muestra neutralizada el volumen relativo de la disolución de sulfito de sodio determinada por la prueba anterior, mezclar y después de 10 min a 20 min, comprobar el cloro residual de la muestra.

Muestras sobresaturadas con OD:En aguas frías o en aguas donde se produce la fotosíntesis (aguas de embalses), es posible encontrar muestras que contienen más de 9,0 mg OD l-1 a 20ºC. Para evitar la pérdida de oxígeno durante la incubación de tales muestras, reducir el OD por saturación, calentando la muestra aproximadamente a 20°C en frascos parcialmente llenos mientras se agitan con fuerza o se airean con aire limpio, filtrado y comprimido. Ajustar la temperatura de la muestra a 20°C ± 1°C antes de hacer diluciones.

Inhibición de la nitrificación:Si se requiere inhibir la nitrificación adicionar 3,0 mg de 2-cloro-6(triclorometil) piridina a cada uno de los frascos antes de recolectar o bien adicionar la cantidad suficiente de agua para tener una concentración de 10 mg l-1 aproximadamente.

Entre las muestras que requieren inhibición de la nitrificación se incluyen, los efluentes tratados biológicamente, las muestras sembradas con efluentes tratados biológicamente y las aguas superficiales entre otras. Debe hacerse la observación del uso de

inhibición del nitrógeno cuando se presente el informe de los resultados.

6.2.5.6. Técnica de dilución

Hacer varias diluciones (al menos 3) por duplicado de la muestra preparada para obtener una captación de OD en dicho intervalo. La experimentación con una muestra concreta permite el uso de un número menor de diluciones. En ausencia de datos previos, utilizar las siguientes diluciones: Si no se tienen datos, se realizan diluciones así:

0 –1 %: para residuos industriales fuertes1 – 5 %: para aguas residuales depuradas

5 – 25 %: para efluentes de plantas de tratamiento biológico 25 – 100 % : para aguas de corrientes y ríos contaminados.

El inoculo se agrega el agua de dilución en cantidades conocidas.Diluciones preparadas directamente en frascos tipo Winkler. Utilizando una pipeta volumétrica, añadir el volumen de muestra deseado a frascos Winkler individuales de 300 ml. Añadir cantidades adecuadas del material de siembra a los frascos tipo Winkler o al agua de dilución. Llenar los frascos con suficiente agua de dilución, sembrada si es necesario, de forma que la inserción del tapón desplace todo el aire, sin dejar burbujas. No realizar diluciones mayores de 1:300 (1 ml de la muestra en un frasco). Determinar el OD inicial en uno de los frascos de cada una de las diferentes diluciones. En los frascos de los duplicados de cada una de las diluciones, Ajustar herméticamente el tapón, poner un sello hidráulico y la contratapa e incubar durante 5 días a 20ºC.

6.2.5.7. Determinación del OD inicial

Método yodométrico:La determinación del OD inicial se realiza por medio del método yodométrico de azida modificado.

Método electrométrico:La determinación del OD inicial se realiza por medio del método electrométrico con electrodo de membrana. Los aceites, grasas o cualquier sustancia que se adhiera a la membrana puede ser causa de baja respuesta en el electrodo.

Emplear un blanco del agua de dilución como un control aproximado de la calidad del agua de dilución no sembrada y de la limpieza de los frascos de incubación. Junto con cada lote de muestras, incubar un frasco de agua de dilución no sembrada. El consumo de OD no debe ser mayor de 0,2 mg l-1 y preferentemente no menor a 0,1 mg l-1.Incubar a 20ºC ± 1ºC las botellas de DBO5 que contengan las muestras con las diluciones deseadas, los controles de siembra, los blancos de agua de dilución y el control de glucosa-ácido glutámico. En caso de no contar con contratapas, diariamente se debe verificar que el sello hidráulico esté intacto en cada botella incubada, agregar agua si es necesario.

6.2.5.8. Determinación del OD final

Después de 5 días de incubación determinar el OD en las diluciones de la muestra, en los controles y en los blancos. La medición del OD debe ser realizada inmediatamente después de destapar la botella de Winkler, para evitar la absorción de oxígeno del aire por la muestra.

Diagrama de flujo del Procedimiento para determinar OD

1. Recoger la muestra en una botella de winkler (300mL)

2. Adicionar 1 ml de sulfato de manganeso

3. Adicionar 1 ml de álcali-yoduro-nitruro.

4. Tapar con cuidado, evitando formación de burbujas.

5. Mezclar invirtiendo la botella varias veces.

6. Dejar reposar el precipitado y añadir 1 ml de H2SO4

7. Tapar y mezclar hasta desaparición del precipitado

8. Tomar 200 ml de solución original9. Titular con tiosulfato 0,025 N,

cuando aparezca el color amarillo claro.

10.Adicionar gotas de almidón, aparece color azul, Continuar titulando hasta desaparición del color

6.2.6. Cálculos

Calcular la DBO5

6.2.6.1. Cuando no se utilice inóculo ni diluciones:

DB05 (mg/L) = ODi mg/L - OD5 mg/L

donde:

ODi mg/L es el oxígeno disuelto inicial OD5 mg/L es el oxígeno disuelto al quinto día.

6.2.6.2. Cuando se emplea una dilución:

DB05 (mg/L) = ODi mg/L - OD5 mg/L% de dilución expresado en decimales

6.2.6.3. Sin dilución:

DBO5 (m/L)= (ODi mg/L - OD5 mg/ L) - C1 (B1 – B2 ) (Vt )C2(Vm)

6.2.6.4. Con dilución:

DB05 (m/L)=[ (ODi mg/L - OD5 mg/ L) – C1 (Bi - B2 ) (Vt )C2(Vm)

donde:

B1 es el OD del inóculo antes de la incubación, en mg/L; B2 es el OD del inóculo después de la incubación, en mg/L; C1 es el volumen de inóculo en la muestra; C2 es el volumen de inóculo en el inóculo control; Vt es el volumen total del frasco Winkler, y Vm es el volumen de muestra sembrada.

Expresar los resultados como CDBO5 sí se inhibe la nitrificación.Reportar los resultados en mg/L de DBO5 con dos cifras significativas con la presición (media, desviación estándar) correspondiente.

7. Microflora de aguas residuales

7.1. Microorganismos patógenos vinculados al agua7.1.1. Tipología de los microorganismos presentes en aguas

residuales

La eventual presencia de microorganismos patogénicos constituye una preocupación dominante, por el riesgo del agua reutilizada pueda ser un vehículo de transmisión de enfermedades y de esta forma ser un problema de salud pública.Las aguas como cualquier otra sustancia pueden tener grandes cantidades de microorganismos, bacterias, algas, protozoarios, fungos, virus la gran mayoría de los cuales son ubicuos e inofensivos para el hombre; sin embargo algunos microorganismos son patogénicos y su presencia en el agua hace de esta un medio privilegiado de distintas enfermedades, algunas muy peligrosas, y es la causa de elevadas tasas de mortalidad en los países en vías de desarrollo, principalmente en la población infantil. Los microorganismos patogénicos presentes en las aguas naturales provienen de las excreciones (heces y orina) de personas infectadas. Los patógenos presentes en las aguas residuales se clasifican en los siguientes grupos: bacterias, protozoarios, helmintos y virus. De los cuales son microorganismos los que se indican a continuación:

Las bacteriasSon microorganismos unicelulares, de 1-2 mm de dimensión, que pueden presentar diversos formatos: cocos bacilos, vibriones, con forma helicoidal (espirilos) e filamentosas.

Los protozoarios Son microorganismos unicelulares, que ingieren alimentos de nutrición semejante al de los animales – captan, ingieren y digieren internamente masas sólidas o partículas alimentares. Son microbios relativamente grandes, con diámetros comprendidos entre 2 y 100 μm. Algunos protozoarios son móviles, por tener pseudópodos o por disponer de cilios. Algunas especies de protozoarios son parasitas.

Los virusSon partículas de ADN o de ARN envueltas por una cápsula proteica, y son parásitos obligatorios. Los virus son los más pequeños y los más simples de todos los microorganismos con un diámetro comprendido entre 0,01 e 0,3 μm.

Cuando una célula parasitada por un virus muere, esta se lisa liberando gran número de nuevos virus.

En la tabla 8 se muestra los géneros de patogénicos más comunes en las aguas residuales dentro de los grupos mencionados y con las enfermedades a las que dan origen.

Grupo Microorganismo patogénico

Enfermedad

BACTERIAS Campylobacter jejuni gastroenteritisE. coli patogénica Enteritis diarrea

S. typhi

S. paratyphi

Fiebre tifoidea

Fiebre paratifoidea

Shigella spp.

Vibrio. cholerae

Disentería bacilar. Cólera.

Yersinia enterocolitica Gastroenteritis y septicemia.

PROTOZOARIOS Balantidium coli Disentería y úlcera del colon. Diarrea

Entamoeba histolytica Úlcera del colon,

disentería amebiana

Giardia lamblia Diarrea, mala absorción

VIRUS EnterovírusPoliovírus Parálisis meningitisReovírus enfermedades

respiratorias,

Adenovírus Conjuntivitis aguda,

diarrea,

enfermedades

Rotavírus Gastroenteritis infantil.

Virus de la hepatitis A hepatitisHELMINTOS Ancylostoma Duodenal Distintos tipos de

parasitosisAscaris lumbricoides

Enterobius vermicularisHymenolepsis nanaNecator americanusStrongyloides stercoralis

Taenia saginata Taenia solium

Trichuris trichura

Citaremos aquí las bacterias más importantes dentro de las aguas residuales urbanas según los procesos que en ellas se efectúan:

Bacterias nitrificantesSon las Nitrobacter y Nitrosomonas, que necesitan como fuente de energía reacciones químicas determinadas. Son aerobias. Las primeras oxidan el ácido nitroso y las segundas el amoniaco.

Bacterias ferruginosas y manganosasSon las que extraen su energía de procesos de oxidación de sales ferrosas o manganosas, y pertenecen a ella los géneros Clonothrix, Leptothrix, etc.

TiobacteriasLas Thiotrix, Beggiatoas y otras oxidan el SH2, y al agotar el gas oxidan el azufre producido a ácido sulfúrico.

Bacterias oxidantes del hidrógenoLas Hydrogenomonas oxidan el hidrógeno producido por las bacterias heterótrofas en las fermentaciones de los glúcidos, produciendo agua.

7.1.2. Concentración de microorganismos presentes en aguas residuales

La cantidad y tipología de los microorganismos presentes en las aguas residuales urbanas son muy variables de una población a otra variando también en la misma población los datos al transcurrir los meses e incluso los días. La cantidad y el tipo de los microorganismos dependen de factores relacionados con el estado de salud de la población (que está relacionado con las características socioeconómicas) y de factores condicionantes de sobrevivencia de estos microorganismos en las aguas. La cantidad de microorganismos (patógenos o no patógenos) excretados por cada individuo es muy elevada, expresándose en millones por gramos de heces. Ver tabla 9.

Tabla 8. Grupo de patógenos más comunes vinculados al agua y sus enfermedades asociadas.

MicroorganismoCarga excretada en

aguas residuales (nº/g heces)

Concentración

típica en aguas

residuales no

tratadas (NMP/100 mL)

Bacterias Coliformes totales

107-109

Coliformes fecales

105-108

Clostridium perfringens

103-105

enterococcus 104-105

Streptococcus faecales

104-106

Pseudomonas aeruginosa

103-106

Shigella 107 100-103

Salmonella 108 102-104

Protozoarios Cryptosporidium parvum

101-105

Entamoeba histolystica

105 100-105

Giardia lamblia 105 101-104

Helmintos Huevos de

Ascaris

lumbricoides

104 100-103

Virus Virus entéricos 107 103-104

Colífagos 102-104

Tabla 9. Concentración de microorganismos patógenos en aguas residuales no tratadas.

El vertimiento de agua residual a la zona costera genera un aumento de nutrientes y un crecimiento masivo de bacterias, hongos y virus, protozoarios y metazoarios que entre otros efectos ocasionan que la microflora natural sea inhibida, destruida o substituida por una microflora diferente.En ambientes eutróficos, los hongos como Sphaerotilus natans son muy abundantes, llegan a formar micelas en aguas muy contaminadas y tienen un fuerte consumo de oxígeno, lo que puede disminuir dramáticamente los niveles de oxígeno disuelto en el agua. La presencia de virus es frecuente cuando el agua está contaminada. Existen virus que atacan bacterias como Pseudomonas y Cianobacterias. La presencia de virus en grandes cantidades se asocian a la posibilidad de tener un papel significativo a nivel ecológico en el control de las bacterias y otras formas planctónicas, asi como por el intercambio genético entre bacterias acuáticas por transducción. Las levaduras pueden encontrarse flotando en aguas de ríos y son comunes en el agua residual. Ver Tabla 10.

Microflora acuática Microflora de aguas residuales

Virus escasos Virus entéricosHongos presentes pero escasos; esporas

Hongos de los géneros Candida;

Cryptococus; Rhodoturula y

Bacterias de las familias:

Micrococcaceae

Corynebacteriaceae

pseudomonas

vibrio y escasas levaduras

Bacterias típicas:

Pseudomonas; P. fluorescens;

Bacillus subtilis; B. cereus;

Proteus vulgaris; Aerobacter

cloacae; Zooglea ramigera;

Clostridium perfringens; E.coli;Fitoplancton y zooplancton

diverso con pocos protozoarios y

Fitoplancton y zooplancton no

diverso, rico en ciliados y

Macro y microbentos abundante Macro y microbentos escaso o ausente

8. Bibliografía:

Muñoz Cruz Amílcar. “Caracterizacion y tratamiento de aguas residuales”. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Disponible en: http://dgsa.uaeh.edu.mx:8080/bibliotecadigital/bitstream/231104/514/1/Caracterizacion%20y%20tratamiento%20de%20aguas%20residuales.pdf. 2008.

Martín García, Isabel. “Guía sobre tratamiento de aguas residuales urbanas para pequeños núcleos de población”. Instituto Tecnológico de Canarias, S.A. Disponible en: http://www.centa.es/uploads/publicaciones/doc4f965da41fa7d.pdf. 2006.

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Desconocido. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES POR DBO Y DQO. Ingeniería de Tratamiento de Aguas Residuales. Disponible en: http://www.oocities.org/edrochac/residuales/dboydqo2.pdf . 2012.

DETERMINACION DE LA DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO EN AGUAS NATURALES, RESIDUALES (DBO5) Y RESIDUALESTRATADAS. Disponible en:http://www.slideshare.net/miarenatha/10-demanda-bioquimica-de-oxigeno .2012.

Análisis de agua - Determinación de la demanda bioquímica de oxígeno en aguas naturales, residuales (Dbo5) Y residuales tratadas - Método De Prueba (Cancela a la Nmx-Aa-028-1981). Secretaria de Economía de los Estados Unidos Mexicanos. Disponible en: http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/NMX-AA-028-SCFI-2001.pdf