Pánico en la EDAR: La rebelión de los seres filamentosos

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  • Pánico EDAR: rebelión seres filamentosos

Sobre el blog

Andrés Zornoza
Andrés Zornoza es Dr. en Ingeniería del Agua y Medioambiental, Ldo. en Ciencias Químicas, Director y profesor del Aula Bioindicación Gonzalo Cuesta (ABGC) e investigador en el Instituto Universitario de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente de la UPV.
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Pocos serán los que alguna vez no hayan escuchado el conocido refrán: “Nadie se acuerda de Santa Bárbara hasta que truena…”, célebre cuando alguien no pone ningún cuidado para mantener las cosas en buen estado y solo se acuerda de los remedios cuando se ve en dificultades; es pues, un buen refrán para los poco previsores. La mayoría de profesionales relacionados con el campo de la explotación de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) no deberían sorprenderse si transformamos dicho refrán de la siguiente forma: “Nadie se acuerda de los SERES FILAMENTOSOS hasta que el fango activo SE ESCAPA por nuestros decantadores secundarios”. Durante los episodios severos de espumación, conocido como foaming, las espumas biológicas rebasan los muros de los reactores y “pasean” por los exteriores, cubriendo totalmente los decantadores secundarios y contaminando el agua tratada. Además, la acumulación prolongada en el tiempo de espumas en los clarificadores puede originar malos olores durante los meses más calurosos, e incluso desencadenar otros crecimientos filamentosos indeseables.

Episodio de foaming. Acumulación de espumas en la superficie del decantador secundario

Los episodios de abultamiento del fango activo, conocidos como bulking filamentoso, no ofrecen un escenario menos desalentador. El fango abultado sedimenta lentamente, elevándose por los clarificadores secundarios durante las puntas de caudal afluente, o incluso en casos severos durante la entrada del caudal habitual en planta. Además, más tarde o más temprano ambos problemas acaban afectando a la línea de tratamiento de fangos, ocasionando problemas de operación en espesadores y digestores, y reduciendo la sequedad del fango deshidratado. Por otro lado, es común también la disminución de los rendimientos de eliminación de nutrientes y materia carbonosa, como consecuencia de la aparición de estos episodios, o incluso a veces como consecuencia de las medias correctoras a adoptar.

Episodio de bulking. Manto de fango activos ascendiendo en el decantador secundario

En definitiva, una vez más, el pánico ha llegado a nuestra EDAR, dejando de ser sostenible, elevándose así los costes de explotación: horas de personal, productos químicos, servicios externos, materiales, energía, etc. Todos en la EDAR se alteran, nos piden informes las entidades de control, necesitan solucionar el problema inmediatamente: «¡malditos seres filamentosos, ¿por qué?!».

¿Por qué ha llegado el pánico a nuestra EDAR?

Tan pronto como me embarqué en el campo de la bioindicación y control de proceso en EDAR, compartí numerosas escenas de pánico donde en multitud de ocasiones escuché algunas “frases célebres” de responsables de planta justificando el “mal de los seres filamentosos”:

  •  «…esto habrá sido un vertido…».
  • «…esta depuradora es así…la culpa la tiene el mal diseño de los ingenieros…».
  • «…esto es cosa de las estaciones…cuando cambia la temperatura siempre me pasa…».
  • «…esto es porque me entra mucho caudal…».
  • «…esto es cosa de los operarios…».

¿No sería más lógico preguntarse…?:

  • «¿opero de forma adecuada en el pretratamiento y tratamiento primario?».
  • «¿tengo reboses internos de la línea de fangos?».
  • «¿opero con la concentración de SSLM adecuada en mi planta?».
  • «¿tengo bien ajustada la consigna de oxígeno?».
  • «¿tengo una buena mezcla en los reactores?».
  • Etc.

Nostocoida limicola. Contraste de fases, 1000x

Las bacterias filamentosas son microorganismos habituales, junto con protistas y metazoos, de la microbiota de las EDAR, relacionados con la degradación de la materia orgánica y desempeñando un papel esencial en la estructura flocular (Madoni et al., 2000). Además, no olvidemos que una presencia moderada de filamentos contribuye a la buena consistencia del flóculo, así como a la captura y al atrapamiento de partículas pequeñas durante la sedimentación del fango activo, generando así un efluente de mayor calidad. En definitiva, son “compañeros de viaje” con los que debemos aprender a convivir y compartir “buenos momentos”, entenderlos, vigilarlos y conocer sus ciclos anuales. Pero, ¿por qué llegan a crecer tanto, ocasionándonos tantos problemas?. La triste noticia es que aunque algunos estudios científicos hayan podido revelar la ecofisiología in situ de determinadas bacterias filamentosas (resumido en Nielsen et al. 2009), todavía los estudios de ecología en plantas depuradoras a escala real son escasos (resumido en Zornoza, 2017), aportando insuficiente información para determinar aquellas variables que desencadenan el crecimiento excesivo de dichos organismos. Es muy importante recordar que la dinámica poblacional de los microorganismos del fango activo se encuentra explicada, en el espacio y en el tiempo, por una compleja interacción multivariante de variables ambientales, como son las variables fisicoquímicas y operacionales, para la eliminación de contaminantes. Ello no justifica que “tiremos la toalla” y nos resignemos a asumir los pánicos periódicos de nuestra EDAR. Existen algunas buenas prácticas, consejos, pero sobre todo y lo más importante siempre es: INTENTARLO.

¡Vamos a intentarlo!

El primer consejo siempre es apostar por la prevención: conoce tu EDAR y se previsor.

Cuando hago referencia a conocer la instalación, no es conocer al detalle el proyecto, equipos, etc., si no dedicarle un periodo de tiempo a la caracterización fisicoquímica fraccionada del afluente, efluente y licor mezcla. De esta forma, dispondremos de herramientas para decidir cuáles son aquellas variables del control del proceso biológico que podrían ser más adecuadas para la explotación rutinaria de nuestra instalación. En este sentido, por ejemplo, algunos estudios han concluido que determinadas bacterias filamentosas del filo Actinobacteria, como por ejemplo nocardioformes y Microthix parvicella, se relacionan con la presencia de aceites y grasas en el afluente. Siendo conocedores de dicha asociación, llama enormemente la atención que la mayoría de instalaciones no lleven a cabo un seguimiento de la concentración de aceites y grasas del afluente al reactor biológico, es decir, del agua de salida de los decantadores primarios o del sistema de desengrasado-desarenado. Por último, hay que recordar que cada EDAR es única y distinta de las demás, y no podemos esperar que plantas que operan de forma similar y con el mismo diseño obtengan los mismos rendimientos. En este sentido, “remedios” eficaces para el control de algunas bacterias filamentosas no tienen por qué serlo en todas las instalaciones.

Análisis rutinario de bioindicación

Una de las críticas que sin duda merecen algunas administraciones con competencias en gestión de aguas residuales es la elevada cantidad y frecuencias de control de parámetros fisicoquímicos, que en ocasiones obligan a las empresas adjudicatarias según los pliegos de condiciones. Esta obligación causa que los laboratorios de las EDAR se conviertan en centros de procesamiento de muestras, acumulando gran cantidad de archivos de resultados analíticos que muchas veces no llegan a ser ni interpretados ni procesados estadísticamente. Además, la práctica habitual del “copia y pega” de pliegos, llama la atención cuando durante años los errores y la falta de reciclaje son heredados generación tras generación. En este sentido, la bioindicación e identificación de microorganismos en fangos activos se encuentra en constante avance, y por lo tanto, índices biológicos como el SBI (Madoni, 1994) y la valoración de algunos morfotipos filamentosos deberían quedar ya en el buen recuerdo. La excesiva carga de trabajo poco práctica en los laboratorios de las EDAR origina en muchos casos que los técnicos no dispongan de tiempo suficiente en su jornada laboral para utilizar la herramienta más importante y fundamental del laboratorio, puesto que nos permite ser previsores: me estoy refiriendo al microscopio óptico de contraste de fases. La bioindicación y la microscopía del flóculo, junto con la macroscopía de la V30, son imprescindibles para el control de la dinámica del fango activo. Muchos de los problemas de separación del fango activo originados por el crecimiento excesivo de bacterias filamentosas siguen unos ciclos anuales, es decir, es posible encontrarnos con el mismo problema en determinados momentos del año, puesto que los valores de las variables ambientales pueden coincidir en el tiempo. Muchos de los problemas de foaming y bulking filamentoso no aparecen de forma espontánea, salvo los ocasionados por vertidos, si no que existe un periodo de tiempo en el cual el organismo se encuentra presente sin originar todavía problemas de separación. La detección durante dicho periodo es clave para alcanzar un mayor éxito en las medidas correctoras, aunque no siempre es una garantía. Por todo ello, dedicarle tiempo a la bioindicación y control rutinario de las bacterias filamentosas presentes es primordial.

¡Pasamos a la acción!

El pánico se adueña de nuestra instalación, las natas ya invaden los exteriores del reactor  y el fango abultado comienza a ascender de forma incontrolada en el decantador secundario. Ya no hay tiempo que perder, ¡hay que pasar a la acción!.

Pánico en la EDAR. Foaming. Natas en los exteriores

Cuando nos encontramos ante un episodio descontrolado de bulking y/o foaming filamentoso el tiempo apremia, los nervios y la presión de la entidad de control hace que en muchas ocasiones se cometan actuaciones poco acertadas. Además, los peores aliados son sin duda las viejas tradiciones heredadas en las EDAR generación tras generación, de dudosa efectividad y no demostradas científicamente. Algunos autores han descrito detalladamente los problemas de separación del fango activo, proponiendo métodos para su control (Jenkins et al. 2004; Tandoi et al., 2006; Seviour & Nielsen, 2010). A continuación, paso a describir muy brevemente, desde mi experiencia, los principales errores que suelen cometerse cuando el pánico se apodera de nuestra EDAR.

  1. No identificar en primer lugar el protagonista causante del episodio de foaming y/o bulking es el primer grave error que se comete. Si no se identifica la bacteria filamentosa se “caminará” a ciegas, siendo las posibilidades de éxito muy bajas.
  2. Identificar la bacteria filamentosa responsable del episodio de foaming solo en el licor mezcla. Este es otro error que se comete cuando tenemos el reactor y los decantadores secundarios colapsados de espumas. En primer lugar, todas las espumas no son “Nocardia”, término además incorrectamente utilizado, sino que existe una gran variedad de posibles candidatas formadoras de espumas. No se debe plantear ninguna medida correctora sin antes examinar microscópicamente las natas, puesto que es posible que se invierta la abundancia de bacterias filamentosas respecto a la observada en el licor mezcla.
  3. Identificar las bacterias filamentosas empleando solo la técnica convencional. En algunos casos será suficiente el sistema de clasificación convencional de morfotipos filamentosos propuesto por Eikelboom en 1975, pero en otros casos será necesario utilizar la técnica de hibridación in situ con sondas 16S/23S rDNA marcadas con fluoróforos (FISH) o incluso el análisis metagenómico.
  4. Utilizar las medidas correctoras no específicas sin antes plantear estrategias de control basadas en la ecofisiología in situ y ecología de las bacterias filamentosas. Algunos responsables de EDAR optan por elegir como primera opción medidas de control no específicas, como es la cloración, aplicación de ozono en superficie u otros tratamientos fisicoquímicos, las cuales implican mayores riesgos y gastos de explotación. El primer planteamiento es siempre seleccionar las estrategias de control a partir de los últimos datos disponibles sobre la ecofisiología in situ y ecología de las bacterias filamentosas identificadas como dominantes.
  5. Aplicar cambios operacionales simultáneamente y no tener en cuenta la inercia biológica del sistema. Aplicar simultáneamente medidas operacionales: modificación de la edad del fango, carga orgánica, oxígeno, etc.. no es la mejor estrategia. Los datos de ecofisiología y ecología determinaran cual es el orden lógico de las medidas a aplicar, utilizando la mejor herramienta para el control de la efectividad de dichas medidas. Otro error muy extendido es esperar que los cambios biológicos se produzcan inmediatamente después de aplicar las medidas correctoras. El sistema de fangos activos, como cultivo biológico, necesita un tiempo para que los cambios puedan ser percibidos a nivel macroscópico. En este sentido el responsable de planta debe ser paciente.
  6. No utilizar el índice volumétrico de fango diluido (IVFd) como herramienta para el seguimiento del bulking filamentoso. El fango activo abultado ocasiona valores de la V30 elevados, originando sesgos en el cálculo e interpretación del IVF. No llevar a cabo una adecuada dilución del fango (V30 diluida) es otro grave error que se comete durante estos episodios, siendo una herramienta fundamental para comprobar si nuestras medidas implantadas están siendo efectivas.
  7. Purgar y purgar licor mezcla sin “romper” o separar la emulsión de natas de la superficie del reactor y decantador secundario. Es común, ante cualquier episodio de foaming, las purgas intensivas de fangos en exceso, aunque dependiendo de la estructura flocular y/o de la bacteria filamentosa dominante puede no ser la mejor opción. Lo cierto es que las purgas de fangos en exceso van a tener su mayor efecto cuando sean posteriores a la aplicación de las medidas para “romper” la emulsión de la superficie, pues es en esta donde se encuentra la mayor densidad de la bacteria causante del episodio. Además, está demostrado científicamente que determinadas bacterias filamentosas son capaces de sobrevivir en la nata emulsionada durante varios meses, gracias a sus actividades exoenzimáticas. Por este motivo, si no se retiran eficazmente las natas del sistema, los problemas en la EDAR pueden prolongarse en el tiempo.
  8. Aplicar pequeñas y/o pocas modificaciones. Otro de los errores que se cometen es no hacer cambios importantes en el sistema. El cultivo en suspensión necesita una modificación “brusca” de las condiciones ambientales para que otras bacterias filamentosas puedan colonizar el fango, desplazando así a la bacteria causante del episodio. En este sentido, por ejemplo, en ocasiones se tiene cierto “temor” a disminuir mucho los sólidos suspendidos del licor mezcla en el reactor (SSLM) y/o a poner o dejar fuera de servicio reactores biológicos. Evidentemente, en estos casos el responsable de planta debe proponer los cambios en función de los datos de ecología y/o ecofisiología in situ disponibles. Además, debe “probar y probar” y no conformarse con realizar pocas modificaciones en planta. Es cierto que algunas instalaciones de pequeño tamaño ofrecen pocas o nulas posibilidades de maniobra, siendo en estos casos la mejor opción aplicar directamente medidas correctoras no específicas.
  9. Realizar cambios en el sistema cuando el agua tratada cumple los límites de vertido. Cuando tenemos un problema de foaming o bulking en planta, durante el cual el agua tratada cumple los límites de vertido, y sabemos que el problema no va en aumento, mi consejo siempre es: no hacer nada. La pérdida de la calidad del efluente depende del equilibrio entre la macroestructura (filamentosas) y la microestructura del flóculo y de las características hidráulicas de la planta. En este sentido, por ejemplo, puede ocurrir que nuestro fango se encuentre muy abultado (elevados valores del IVFd), pero que por sobredimensionado de la planta el tiempo de retención hidráulico en el decantador secundario sea muy elevado, disminuyendo así los efectos de la mala sedimentabilidad del fango. En estos casos, y salvo que los motivos se justifiquen por ahorro de costes de explotación y se tenga claro que la medida correctora tenga elevadas posibilidades de éxito, lo más sensato es no aplicar medidas que al final puedan afectar al proceso biológico. En estos casos es necesario extremar la vigilancia. El mismo ejemplo podría plantearse para los episodios de espumación.
  10. Utilizar medidas correctoras no específicas a partir del “boca a boca” y no contrastadas en estudios de investigación. Este sin duda es el punto más crítico que seguramente generaría más discusión, por la cantidad de partes implicadas, y por los elevados costes que implica el uso de tratamientos fisicoquímicos para el control de bacterias filamentosas. Cuando se han agotado todos los intentos de medidas correctoras basadas en la ecología y ecofisiología in situ, es entonces cuando debemos utilizar los tratamientos no específicos, aunque en ocasiones es tal el pánico y descontrol, que pueden utilizarse simultáneamente. El grave error que suele cometerse es cuando se aplican estos tratamientos sin que haya sido estudiada previamente su efectividad en plantas a escala real. Cuando un responsable de planta se encuentra en una situación crítica y con poco tiempo para maniobrar, es fácil caer en la tentación de aceptar el servicio o la compra de determinados productos que nos venden indicando que en otras EDAR ha funcionado. Mi consejo siempre es: solicitar al vendedor el artículo científico que demuestra que su producto es efectivo, además de buscar el asesoramiento de especialistas con experiencia en control de bacterias filamentosas. Por último, otro error que también suele cometerse es la aplicación de determinados tratamientos sin llevar acabo un control adecuado de la dosificación, siendo la cloración uno de los ejemplos más comunes. La falta de control de la dosis origina en la mayoría de los casos la reducción del rendimiento del proceso.

Espero que este post sirva para ilustrar, dar ideas e incluso cambiar el concepto del control y convivencia de estos seres filamentosos, que nos recuerdan que al otro lado de los muros se encuentra todo un complejo ecosistema que lucha por la supervivencia. Sería interesante que esta breve presentación de contenidos diera lugar a discusión, a la aportación de experiencias en planta, nuevas ideas y al debate en general, en la sección de comentarios. Por todo ello, invito al lector a divulgar libremente su contenido.

Referencias

  • Eikelboom, D.H. (1975) Filamentous organisms observed in activated sludge. Water Research 9: 365-388.
  • Madoni, P. (1994) A sludge biotic index (SBI) for the evaluation of the biological performance of activated sludge plants based on the microfauna analysis. Water Research 28: 67-75.
  • Madoni, P., Davoli, D., y Gibin, G. (2000) Survey of filamentous microroganims from bulking and foaming activated-sludge plants in Italy. Water Research 34: 1767-1772.
  • Nielsen, P.H., Kragelund, C., Seviour, R.J., y Nielsen, J.L. (2009a) Identity and ecophysiology of filamentous bacteria in activated sludge. FEMS Microbiology Reviews 33(6): 969-998.
  • Seviour R.J., y Nielsen, P.H. (eds) (2010a) Microbial ecology of activated sludge. London: IWA Publishing.
  • Zornoza, A. (2017) Estudio de la dinámica poblacional de protistas, metazoos y bacterias filamentosas y su interpretación ecológica en fangos activos. Tesis. València: Universitat Politècnica de València.

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