control de bulking filamentoso en plantas de tratamiento de lodos activados para aguas residuales

1. EVALUACION DEL EFECTO DEL OZONO EN EL CONTROL DEL BULKING
FILAMENTOSO
Alejandro Caravelli1, Leda Giannuzzi1 y Noemí Zaritzky1,2
1
Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos (CIDCA). CONICET Fac. Ciencias Exactas. 2Fac. de Ingeniería. Universidad Nacional de La Plata. 47 y 116
(1900) La Plata. Argentina. E-mail: zaritzky@volta.ing.unlp.edu.ar Tel/Fax: (54-221) 425-4853
Palabras clave: bulking filamentoso, ozono, actividad INT-deshidrogenasa, respirometría,
análisis de imágenes.
INTRODUCCION
El método de barros activados es el proceso más utilizado en el tratamiento
secundario de efluentes, no obstante surgen problemas como el bulking filamentoso que
afecta el funcionamiento y la eficiencia de estos sistemas. Dentro de los métodos no
específicos de control del bulking filamentoso, la cloración constituye la práctica más
utilizada. Sin embargo, el cloro favorece la formación de compuestos indeseables como los
trihalometanos, riesgosos para la salud humana (Reynolds y col., 1989).
La aplicación de ozono constituye una alternativa interesante para el control del
bulking filamentoso, si bien hay poca información bibliográfica acerca de su uso y efectividad.
La respirometría permite estudiar el efecto de compuestos químicos oxidantes
(cloro, ozono y peróxido de hidrógeno) sobre la actividad respiratoria total de barros
activados dada por bacterias filamentosas y floculantes, sin embargo no puede distinguir la
acción específica sobre uno y otro tipo microbiano.
El ensayo de actividad INT-deshidrogenasa (ADH) (Kim y col., 1994) permite
determinar actividad respiratoria a partir de la reducción de la sal de tetrazolium INT a INTformazán (INTF) por el sistema de transporte de electrones de bacterias activas. El INTF
forma cristales intracelulares que pueden ser extraídos mediante un solvente y cuantificados
por espectrofotometría (ADHa) o medidos por microscopía acoplada a análisis de imágenes
(ADHi). ADHa, determina únicamente actividad respiratoria total de barros activados; ADHi
determina actividad respiratoria específica de bacterias filamentosas y permite evaluar la
acción de agentes oxidantes sobre este tipo microbiano.
El ensayo ADHi ha sido aplicado con éxito en la evaluación del efecto del cloro sobre
microorganismos filamentosos presentes en barros activados (Caravelli y col., 2004).
Los objetivos del presente trabajo han sido: i) evaluar el efecto del ozono sobre la
actividad respiratoria de cultivos puros de un microorganismo filamentoso (Sphaerotilus
natans) y uno floculante (Acinetobacter anitratus); ii) determinar el efecto del ozono sobre la
actividad respiratoria total de barros activados y compararlo con el efecto específico que
presenta sobre la actividad respiratoria de microorganismos filamentosos presentes en los
flóculos. Para ello se utilizaron una técnica respirométrica y los ensayos ADHa y ADHi.
1

2. MATERIALES Y METODOS
Cepas bacterianas y sistema de barros activados
Se empleó un microorganismo filamentoso Sphaerotilus natans ATCC #29329 y uno
floculante Acinetobacter anitratus. El medio de cultivo contenía ácido cítrico como fuente de
carbono y energía y sulfato de amonio como fuente de nitrógeno.
Se empleó un biorreactor para la obtención de los cultivos puros de los
microorganismos. Las condiciones operativas fueron las siguientes: 30°C, pH= 7.
Los barros activados se obtuvieron de una planta de tratamiento de efluentes a
escala laboratorio (20oC) alimentada con agua de desecho de papa con una carga orgánica
medida en unidades de demanda química de oxígeno (DQO= 1000 mg l-1).
La concentración de biomasa se determinó mediante medidas de DQO que fueron
transformadas a unidades de sólidos suspendidos volátiles (SSV).
Ensayos de inactivación microbiana por ozono
Se empleó un generador de ozono, con un caudal gaseoso de 2,05 l min-1 (13 ppm
de ozono), que se hacía burbujear durante diferentes tiempos (1-30 minutos) en recipientes
que contenían 45 ml de cultivo puro o barros activados (30ºC).
La concentración de ozono en fase acuosa fue cuantificada mediante el método
colorimétrico de índigo (trisulfonato potásico de índigo).
Determinación de actividad INT-deshidrogenasa
ADHa en cultivos puros y barros activados fue cuantificada siguiendo la técnica
propuesta por Logue y col. (1983).
El efecto del ozono sobre la actividad respiratoria total de barros activados y cultivos
puros se determinó a través de la fracción de la actividad respiratoria microbiana (FR) para la
técnica espectrofotométrica (FRADH a) según la siguiente ecuación:
FR ADH
a
= ADH a
ADH a
ozono
control
(1)
ADHi en barros activados fue cuantificada mediante una modificación de la técnica de
Logue y col. (1983), siendo las imágenes microscópicas analizadas con el software Global
Lab Image. ADHi fue definida como el cociente entre el área ocupada por los cristales INTF en
los microorganismos filamentosos y el área total de estos últimos.
El efecto del ozono sobre la actividad respiratoria de microorganismos filamentosos
presentes en barros activados se determinó a través de FR para la técnica de análisis de
imágenes (FRADH i) según la siguiente ecuación:
FR ADH
i
= ADH i
ozono
ADH i
control
(2)
Respirometría
La velocidad de consumo de oxígeno (OUR, oxygen uptake rate) se determinó
utilizando un respirómetro. El efecto del ozono sobre la actividad respiratoria total de barros
2

3. activados y cultivos puros se determinó a través de FR medida por respirometría (FROUR)
según:
FR
OUR
= OUR
ozono
OUR
(3)
control
RESULTADOS Y DISCUSION
Cuantificación de concentración de ozono
La concentración de ozono aumentaba en función del tiempo de burbujeo hasta
alcanzar un valor de 52 Kg l-1 a los 5 minutos, tiempo a partir del cual la concentración se
mantenía constante. La dosis de ozono se definió como el cociente entre la concentración de
ozono aplicada y la concentración de biomasa presente en cada ensayo.
Efecto del ozono sobre cultivos puros
Los valores de FR para ambos microorganismos han sido calculados mediante la
técnica respirométrica y el ensayo ADHa.
En la Figura 1 y 2 se presenta FR en función del tiempo de contacto con ozono para
los cultivos puros de S. natans y A. anitratus respectivamente, sometidos a diferentes
concentraciones y dosis de ozono.
0.8
0.6
0.6
FR
1.0
0.8
FR
1.0
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0
0.0
0
5
10
15
20
25
30
35
t (min)
Figura 1. FR en función del tiempo para S. natans
-1
-1
expuesto a 40 µg O3 l (55 6g O3 (g SSV) ) (t= 2,5
-1
-1
min.) y 52 µg O3 l (72 6g O3 (g SSV) ) (t= 5-30
min.). ( ) FROUR; ( ) FRADH a. Desvío estándar
indicado con barras.
0
5
10
15
20
25
t (min)
Figura 2. FR en función del tiempo para
-1
A. anitratus expuesto a 35 µg O3 l (48 6g O3
-1
-1
(g SSV) ) (t= 1 min.), 40 µg O3 l (55 6g O3
-1
-1
(g SSV) ) (t= 2,5 min.) y 52 µg O3 l (72 6g O3
-1
(g SSV) ) (t= 5-20 min.). ( ) FROUR; ( ) FRADH a.
Desvío estándar indicado con barras.
Una dosis de 72 Kg O3 (g SSV)-1 (10 minutos de contacto) produjo una inhibición de
la actividad respiratoria de S. natans de 90% (Fig.1); la misma dosis requirió de un tiempo de
contacto de 5 minutos para inhibir la actividad respiratoria de A. anitratus en 96% (Fig. 2).
3

4. Considerando que las concentraciones y dosis aplicadas fueron las mismas para
ambas cepas, se concluye que A. anitratus resultó más sensible al ozono que S. natans.
Análisis del efecto del ozono en flóculos de barros activados
La Figura 3 muestra el efecto de diferentes dosis de ozono y tiempos de contacto
sobre FR en barros activados.
1.0
0.8
FR
0.6
0.4
0.2
0.0
0
5
10
15
20
25
30
35
min
Figura 3. Efecto de diferentes dosis de ozono y tiempos de contacto sobre FR en barros activados.
-1
Dosis de ozono (6g O3 (g SSV) ): 52 (2,5 min.) y 68 (5-30 min.). ( ) FROUR, (M) FRADH a, (B) FRADH i.
A partir de 5 minutos de contacto con ozono (68 Kg O3 (g SSV)-1 la actividad
respiratoria de las bacterias filamentosas fue inhibida en mayor grado respecto a la actividad
respiratoria total de los barros. Se concluye que el ozono es efectivo como método de control
del bulking filamentoso.
A diferencia de lo observado en cultivos puros, en barros activados el ozono afecta
mayormente a los microorganismos filamentosos respecto a los floculantes. Esto podría
deberse a que las bacterias filamentosas ubicadas en la zona externa de los flóculos estarían
más expuestas al ozono, mientras que las floculantes (zona interna) estarían más protegidas.
Los resultados obtenidos permiten concluir que la posición relativa de ambos tipos
microbianos en el flóculo es un factor determinante para la eficacia del ozono en el control
del bulking filamentoso.
REFERENCIAS
Caravelli A., Giannuzzi L. and Zaritzky N. (2004) Effect of chlorine on filamentous microorganisms present in
activated sludge as evaluated by respirometry and INT-dehydrogenase activity. Wat. Res. 38, 2395-2405.
Kim C-W., Koopman B. and Bitton G. (1994) INT-dehydrogenase activity test for assessing chlorine and
hydrogen peroxide inhibition of filamentous pure cultures and activated sludge. Wat. Res. 28 (5), 11171121.
Logue C., Koopman B., Asce M. y Bitton G. (1983) INT-reduction assays and control of sludge bulking. J. of
Environ. Engineering. 109 (4) 915-923.
Reynolds G., Mekras C., Perry R. y Graham N. (1989) Alternative desinfectant chemicals for trihalomethane
control – A review. Environ. Technol. Letters 10, 591-600.
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