MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS. Sesión II

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1 MICROORGANISMOS DE PLANTAS DEPURADORAS Sesión II Temario 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 Sesión II 1

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 El flóculo: Componentes Bacterias floculantes Bacterias filamentosas Exopolímeros Partículas orgánicas e inorgánicas Material disuelto Sesión II 2

3 El flóculo: Interacciones Protozoos: Flagelados Ciliados reptantes Ciliados sésiles Metazoos: Rotíferos Nemátodos Oligoquetos Gastrotricos Tardígrados Formación de los flóculos: Bacterias dispersas Partículas orgánicas e inorgánicas Material disuelto Pequeños flóculos Sesión II 3

4 Formación de los flóculos: + = Microstructura o matriz polimérica (flóculos μm) Microorganismos filamentosos Macrostructura o esqueleto filamentoso (flóculos μm) Microstructura: Bacterias floculantes Biopolímeros extracelulares (glicocalix) que actúan como adherente entre células Partículas inorgánicas y orgánicas Material disuelto Flóculos pequeños y redondeados (30 y 150 μm) Sesión II 4

5 Macrostructura: Incorporación de microorganismos filamentosos: Actúan de soporte para la agregación de pequeños agregados floculares Incrementan el peso y, por tanto, la sedimentabilidad Incrementan la compactación y resistencia Se generan diferentes ambientes y, por tanto, incrementa la diversidad de procesos metabólicos Flóculo ideal: Sesión II 5

6 Tamaño flocular: Fase de formación: el flóculo no está definido Fasedecrecimiento:tamañoentre60y90μm Desarrollo óptimo: tamaño medio de 1500 μm Fase de envejecimiento: tamaño > a 1500 μm Tamaño flocular: Sesión II 6

7 Velocidad crecimiento bacteriano: μ: velocidad de crecimiento S: concentración de sustrato Tamaño flocular: Sesión II 7

8 Tamaño flocular: Estructura de la microfauna: : Bacterias: ~ 90% biomasa flocular Protozoos: 2º grupo mayoritario Metazoos: menos frecuentes Sesión II 8

9 Bacterias: Según su morfología y su distribución podemos diferenciar tres tipos: Dispersas: libres o desprendidas Floculantes: forman parte de los fóculos Filamentosas: libres, dentro de los flóculos y/o extendiéndose Bacterias: La clasificación de las bacterias en función de sus procesos metabólicos permite comprender mejor las presiones selectivas que existen en los fangos activos: Organotróficas Nitrificantes Desnitrificantes Fermentativas PAO GAO Sulfato reductoras Sulfuroxidantes Sesión II 9

10 Bacterias organotróficas: Metabolizan la m.o. degradable m.o. + N/P + Micronutrientes + Microorganismos + O 2 CO 2 + H 2 O + NH 3 /NH 4+ + 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 Bacterias nitrificantes: Oxidan el amonio a nitritos o nitratos 2 NH 4+ +3O 2 2NO 2- +4H + +2H 2 O (Nitrosomonas) 2 NO 2- +O 2 2NO 3 - (Nitrobacter) Son quimioautótrofas y aerobias estrictas Son muy sensibles a los cambios y entradas de toxicidad Sesión II 10

11 Bacterias desnitrificantes: Utilizan los nitratos o nitritos como aceptores de electrones: 6 NO 3- +2M.O. 6NO 2- +2CO 2 +4H 2 O 6 NO 2- +3M.O. 3N 2 +3CO 2 +3H 2 O+6OH - Estequiometría globlal: 6NO 3- +5M.O. 3N 2 +5CO 2 +H 2 O+6OH - Son heterótrofas y anóxicas facultativas Necesitan m.o. y ausencia de oxígeno disuelto Bacterias fermentativas: Son heterótrofas anaeróbicas Oxidan m.o. usando compuestos de m.o. de índice de oxidación superior como aceptor de electrones, produciendo ácidos grasos volátiles Están implicadas en los procesos de eliminación de P debido a que producen ácidos grasos volátiles, necesarios para las bacterias PAO Sesión II 11

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 de polifosfatos Asimilan ácidos grasos volátiles en la fase anaerobia, que son usados en lafaseaerobiacomofuentedecarbono Necesitan aerobiosis y anaerobiosis Bacterias GAO (Organismos Acumuladores de Glucógeno): Compiten con las PAO En la fase anaerobia asimilan ácidos grasos volátiles, compitiendo con las 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 Sesión II 12

13 Bacterias sulfatoreductoras: Reducen compuestos oxidados de S a sulfuros: 8(H + +e - )+SO 4 2-2H 2 S+2H 2 O+2OH - Son anaerobias Bacterias sulfuroxidantes: Oxidan compuestos de S a S 0 que en algunos casos puede acumularse en forma de gránulos intracelulares: 2H 2 S+2O 2 2S 0 +2H 2 O Estas reservas pueden oxidarlas a sulfatos: 2S 0 +3O 2 +2H 2 O 2H 2 SO 4 Son aeróbicas y algunas también anóxicas Sesión II 13

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 mejor homogenización Llenar el bote como máximo hasta la mitad Si la temperatura ambiente supera los 25ºC, transportar la muestra refrigerada Analizar la muestra lo antes posible, como máximo hasta 24 h desde su recogida 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 Sesión II 14

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 el objetivo de 10x El último objetivo a utilizar es el de 100x con aceite de inmersión para observar 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 V 30 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 Sesión II 15

16 Análisis de bioindicación Procedimiento analítico: Análisis macroscópico: Características observables a simple vista V 30 : Determina la cantidad de fango que decanta en una probeta o cono Imhoff tras un periodo de 30 min. Turbidez: Visibilidad a través de la probeta. Se mide colocando un objeto tras la probeta de la V 30 : 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 e incluso no se ve Análisis de bioindicación Procedimiento analítico: Análisis macroscópico Flóculos en suspensión : Concentración de microflóculos en el sobrenadante: 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 otros compuestos) Ascensión o levantamiento del fango: Correcto (no se levanta) o Incorrecto (el fango se levanta cuando se queda sin oxígeno) Sesión II 16

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 Morfología flocular Concentración de flóculos Baja (< 10%) Moderada (10-50%) Alta (50-90%) Muy alta (> 90%) Sesión II 17

18 Morfología flocular Tamaño de los flóculos Pequeños (<150 µm) Medianos ( µm) Grandes (> 500 µm) Morfología flocular Forma de los flóculos Regulares Irregulares Crecimiento disperso Sesión II 18

19 Morfología flocular Estructura flocular Pin-floc Fango disgregado Estructura abierta Estructura compacta Morfología flocular Estructura flocular Puentes interfloculares Abundancia muy elevada de filamentos Sesión II 19

20 Morfología flocular Textura flocular Fuerte Débil Morfología flocular Filamentos en flóculo y libres Libres En flóculo Sesión II 20

21 Morfología flocular Bacterias Bacterias dispersas Espiroquetas/Espirilos Bacterias Poli-P Zooglea Sesión II 21