ANEXO III: CONTROL OPERACIONAL DE MICROTHRIX PARVICELLA

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1 ANEXO III: CONTROL OPERACIONAL DE MICROTHRIX PARVICELLA

2 ANEXO III: CONTROL OPERACIONAL DE MICROTHRIX PARVICELLA A continuación recogemos algunas notas sobre la fisiología y control operacional de este filamento, de ocurrencia tan frecuente en estaciones depuradoras. Todas ellas han sido extraídas de una revisión bibliográfica del 2005 sobre este morfotipo: Rossetti, S., Tomei, M. C., Nielsen, P. H. y Tandoi, V. (2005). "Microthrix parvicella", a filamentous bacterium causing bulking and foaming in activated sludge systems: a review of current knowledge. FEMS Microbiology Reviews 29, (...) Fisiología: Los estudios con cultivos puros indican que M. parvicella es un aerobio quimiorganotrofo, no fermentativo, que puede reducir nitrato hasta nitrito y se desarrolla bajo un amplio rango de presiones parciales de oxígeno, siendo favorecido bajo condiciones microaerófilas. A bajas concentraciones de oxígeno disuelto (OD), de aproximadamente 0,4 mg/l, produce filamentos largos y regulares, sin las células deformadas o vacías observadas a altas concentraciones de oxígeno disuelto. (a) Condiciones aerobias (OD > 2 mg/l) (b) Condiciones microaerófilas (OD < 0,4 mg/l) 1

3 Ya que las concentraciones limitantes de OD parecen ser beneficiosas para el crecimiento de este microorganismo, se entiende que las bajas concentraciones de OD pueden representar una ventaja metabólica para la proliferación de "Microthrix parvicella" en fangos activos. En la literatura ha quedado recogido que altas concentraciones de OD (> 6 mg/l) pueden ser tóxicas para este filamento, por lo que debería ser considerado como microaerófilo. De hecho, autores como Andreasen y Nielsen observaron que Microthrix parvicella asimilaba el ácido oleico en presencia de varios aceptores de electrones tras periodos de falta de oxígeno de entre 4 y 7 h. Es decir, M. parvicella permanecía viable por más tiempo bajo condiciones anóxicas y anaerobias que bajo condiciones óxicas, observación ésta que está en acuerdo con la idea de microorganismo microaerófilo. La capacidad de acumulación de sustratos de M. parvicella ha sido recogida en diversos estudios realizados con cultivos puros bajo condiciones aerobias y anóxicas/anaerobias. En estos estudios se ha demostrado la capacidad de M. parvicella para acumular poli-beta-hidroxialcanoatos (PHA) y gránulos de lípidos. En experiencias in situ, diferentes ácidos oleicos fueron tomados por las bacterias o adsorbidos a la superficie del flóculo, bajo condiciones aerobias y anaerobias. La hidrofobicidad de la superficie celular es importante en la toma de ácidos grasos de cadena larga. De hecho, estudios in situ con microesferas hidrofóbicas demostraron que los filamentos de M. parvicella en plantas de tratamiento (con o sin foaming) eran más hidrofóbicas que la mayoría de bacterias del fango activo. Una superficie hidrofóbica puede atraer lípidos, ácidos grasos de cadena y otros sustratos no polares, lo que supone una ventaja en la competición por este tipo de sustratos. De hecho, M. parvicella es el primer organismo del fango activo con la capacidad fisiológica de acumular lípidos, por lo que puede ser descrita como un organismo acumulador de lípidos (LAO). En el caso de M. parvicella, la evidencia experimental obtenida de cultivos puros y estudios in situ, sugiere que su proliferación en el fango activo podría estar causada por varios factores, entre los que tanto la selección cinética como metabólica podrían operar. Los mecanismos de selección cinética derivados de las características de crecimiento de este organismo le permiten crecer a tasas considerables bajo condiciones críticas como bajas temperaturas o ciertos niveles de oxígeno disuelto. Al mismo 2

4 tiempo, su pronunciada capacidad de acumulación de sustratos bajo todo tipo de condiciones medioambientales representa una fuerte peculiaridad metabólica capaz de inducir los mecanismos de selección metabólica. Como consecuencia, M. parvicella no puede ser empleada para indicar las condiciones ambientales que causan el bulking; tampoco su detección en el licor mixto permite una simple diagnosis en términos de selección cinética y metabólica. Características de desarrollo: Los valores máximos de tasa de crecimiento de M. parvicella en el rango de 0,3-1,4 d -1 indica que se requieren altas edades de fango para su supervivencia en EDARs. Esta observación es consistente con la ocurrencia de M. parvicella en plantas de eliminación de nutrientes y plantas con nitrificación convencionales. En un episodio de M. parvicella en una planta de Colorado (EU) que trataba aguas residuales domésticas, se necesitó una edad de 10 días para tener problemas operacionales con esta bacteria. Además, las capas de espuma o barreras físicas, que en plantas convencionales son causa del establecimiento de regiones con tiempos de retención superiores a la edad de fango nominal, podrían representar la siembra potencial de este microorganismo. Otro factor que puede promover la proliferación de M. parvicella en plantas con eliminación de nutrientes es la disponibilidad de compuestos nitrogenados. Estrategias de control para M. parvicella en episodios de bulking y foaming: No existe ningún método fiable para la eliminación de M. parvicella en plantas de tratamiento, aunque la manipulación de algunos parámetros operacionales puede reducir su abundancia. Si la edad del fango activo puede ser reducida suficientemente, el crecimiento de M. parvicella puede minimizarse. Este método de control no es apropiado para plantas que pueden nitrificar porque el tiempo de retención celular requerido para el control de M. parvicella puede también eliminar las bacterias nitrificantes del fango activo. Esta medida de control ha de incluir aquellas partes de la planta en las que la retención de 3

5 fango pueda ser mayor que el valor nominal (por ejemplo, algunas zonas del reactor delimitadas por barreras físicas). Otra importante estrategia de control de M. parvicella es mantener la concentración de OD por encima de 2 mg/l en todas las zonas del reactor aerobio. Esta acción ha demostrado ya ser eficaz en algunas plantas piloto. Ya que los lípidos pueden suponer una ventaja para M. parvicella, una medida de control en aguas residuales ricas en estos compuestos podría ser un tratamiento adicional de flotación. El material flotado podría entonces ser introducido en la zona aerobia del sistema de fango activo donde otras bacterias podrían competir con M. parvicella por la captura de los ácidos grasos de cadena larga. La gran capacidad de acumulación de sustratos de M. parvicella bajo todo tipo de condiciones medioambientales (aerobias, anóxicas y anaerobias), sugiere que el uso de selectores no sería efectivo. Recientemente, se ha informado de que la adición de cloruro de polialuminio (PAX-14, por ejemplo) es un eficaz método de control de M. parvicella en estaciones depuradoras. Este efecto podría ser específico para M. parvicella porque la adición de PAX parece ser poco efectiva contra otros tipos filamentosos. La dosis recomendada de PAX-14 es de 2-3 g Al kg SSLM 1- en la corriente de recirculación durante al menos tres semanas. La nitrificación y la eficacia en la reducción de DQO parecen no ser afectadas. La dosificación de PAX-14 parece cambiar las características morfológicas de M. parvicella en ciertas partes del filamento, aunque su mecanismo de actuación es aún desconocido. Algunas hipótesis relacionan este resultado con posibles cambios en las características de la superficie celular y con efectos tóxicos. El polialuminio podría afectar la naturaleza hidrofóbica de la pared celular de M. parvicella y reducir, por tanto, su ventaja competitiva en la biomasa del licor mixto o impedir que metabolice los sustratos lipídicos. PAX-14 podría también eliminar lípidos de la fase acuosa mediante floculación, seguida de un atrapamiento por parte de los flóculos. 4

6 OTRA INFORMACIÓN DE INTERÉS: EL MORFOTIPO 0581 En esta página reproducimos la última descripción realizada por Eikelboom sobre el morfotipo En: Eikelboom, Anexo III: Control operacional de Microthrix parvicella. Otra información de interés. 5

7 Seguidamente, reproducimos las conclusiones finales del trabajo de Zornoza et al. (2006) 1 : CONCLUSIONES Es evidente la necesidad de utilizar técnicas moleculares para avanzar en la identificación de los distintos morfotipos descritos por Eikelboom. El FISH se plantea como una opción muy interesante al no necesitar cultivos puros, aunque sí dominancia del organismo en el fango activo. Tiene, además, la ventaja de utilizar la propia muestra y ser repetitivo. Sin embargo, para poder aplicar esta técnica es necesario que la célula esté activa, porque en situaciones de estrés el contenido en ribosomas de la célula podría situarse por debajo del límite de detección de la señal de hibridación. Los futuros estudios deben ir encaminados, por una parte, a desentrañar la filogenia de las distintas bacterias implicadas en las alteraciones de fangos activos, ya que este dato es fundamental para conocer el porqué del fenómeno. Por otra parte, se necesita obtener sistemas de aplicación FISH en planta, de forma que los operadores puedan realizar identificaciones certeras y por lo tanto obtener información de la ecología de una determinada bacteria, así como tomar las decisiones oportunas. A pesar de las características morfológicas de este organismo, similares a `Microthrix parvicella, la técnica de FISH ha podido poner de manifiesto que el morfotipo 0581 estaría incluido dentro del phyllum Chloroflexi, no guardando relación con los Actinomicetos, clásicos formadores de natas, que se incluyen en el phyllum Actinobacteria. Corroboramos que tanto la tinción de Neisser como PHB no son diferenciadoras de ambas bacterias, aunque sí que se ha podido comprobar que el Tipo 0581 puede presentar respuesta negativa y respuesta débilmente positiva a gránulos Neisser, distinta a la de `Microthrix parvicella que es mucho más intensa. Algunas formas filamentosas de este morfotipo pueden presentar reacciones anómalas a ambas tinciones debido a deficiencias nutricionales o vertidos, que no permitirían tomar una decisión clara en su identificación. Por el contrario, la tinción Gram sí permite diferenciar al Tipo Sería conveniente realizar un estudio a nivel nacional y un seguimiento de esta bacteria para comprobar si su grado de influencia es realmente tan bajo o si por el contrario ha pasado desapercibida al ser confundida con `Microthrix parvicella. A pesar de las escasas citas bibliográficas, este filamento es capaz de generar situaciones con doble efecto bulking-foaming, por lo que debe presentar capacidades competitivas respecto al resto de bacterias que comparten el mismo ecosistema. En este episodio, coincidiendo con la bibliografía, el trinomio Tipo 0581, Microthrix parvicella y Tipo 0092 ha estado asociado a bajas cargas másicas y a alternancia de oxígeno, lo que parece indicar que comparten estas mismas necesidades y pueden competir en el mismo nicho. Fluctuaciones en las condiciones ambientales, no detectables por el operador, permitiría el desarrollo aventajado de una de estas bacterias, sin que las otras llegaran a desaparecer. 1 A. Zornoza, E. Rodríguez, L. Isac, J. L. Alonso, N. Fernández, F. Zorrilla y V. Fajardo. Episodios periódicos de espumación con implicación de filamentos gram negativos. El morfotipo 0581: un desconocido. Tecnología del Agua 275, Anexo III: Control operacional de Microthrix parvicella. Otra información de interés. 6