Download es una proteína. La mayoría viven en el agua

Introducción a los Procesos de Tratamiento Biológico
El tratamiento biológico de las aguas residuales (TBAR) es entendido como la eliminación de
contaminantes mediante la actividad biológica de los microorganismos presentes en los reactores. De
esta manera se removerán sustancias orgánicas biodegradables, partículas coloidales y contaminantes
disueltos, entre otros, convirtiéndolos en gases y en biomasa (nuevas células), separable por
sedimentación. Este esquema se aprecia en la Ilustración 17.
Ilustración 17. Descomposición biológica de la materia orgánica (Lozano-Rivas, Material de clase para
las asignaturas de Tratamiento de Aguas Residuales, 2012).
En este capítulo se presentarán los fundamentos de la aireación, los equipos aireadores más usados en
la depuración biológica del agua, los principios que rigen la depuración biológica, las herramientas de
control de dichos principios y los modelos de reactores existentes en el esquema de tratamiento
biológico de las aguas residuales (TBAR).
Referencias bibliográficas
Capítulo 4. Fundamentos del Tratamiento Biologico. Disponible en:
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358039/ContenidoLinea/capitulo_4_fundamentos_del_tratamiento_biolo
gico.html
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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS BACTERIAS
Son un grupo diverso de microorganismos unicelulares, procariotas, que se pueden encontrar prácticamente en
cualquier ambiente (suelos, aguas, aire, y como simbiontes, parásitos, o patógenos del hombre, otros animales
y plantas.
Son los organismos más pequeños que contienen toda la maquinaria requerida para su crecimiento y
autorreplicación a expensas del material alimenticio.
Tamaño
La mayoría de las bacterias tienen un rango de tamaño que va de 0,2 a 2,0 μm de diámetro y de 0,4 a 14 μm de
longitud. En 1985, se descubrió una bacteria gram positiva atípica, Epulopiscium fishelsoni, con un tamaño de
80 x 600 μm. En 1997, Heidi Schulz descubrió en los sedimentos oceánicos de las costas de Namibia, un
procarionte aún más grande: Thiomargarita namibiensis, es una bacteria esférica entre 100 y 750 μm de
diámetro
Morfología
La mayoría de las bacterias se presentan en una de estas tres formas básicas: cocos, bacilos y espirilos.
1. Cocos: Bacterias de forma más o menos esférica. Los cocos según los planos en que se dividan pueden
presentarse en diversas formas.
1.1. Diplococos: que son los cocos que permanecen en pares luego de la división.
1.2. Estreptococos: luego de la división permanecen en cadenas de cuatro o más células.
Tanto los diplococos como los estreptococos, se dividen en un solo plano quedando las células hijas adheridas
entre si.
1.3. Tétradas: Son agrupaciones de cuatro cocos en una disposición cuadrada. Se dividen en dos direcciones
perpendiculares.
1.4. Sarcinas: Paquetes cúbicos de ocho células. Resultan de la división en tres direcciones perpendiculares.
1.5. Estafilococos: Se agrupan en forma de racimos, no siguen un patrón regular de orientación en divisiones
sucesivas.
2. Bacilos: Bacterias de forma cilíndrica, que también pueden encontrarse aislados o agrupados, cuando
permanecen juntos luego del proceso de división.
2.1 Cocobacilos: Ciertas especies se presentan como bacilos pequeños, redondos difíciles de distinguir de los
cocos.
2.2. Diplobacilos: Pares de bacilos.
2.3. Estreptobacilos: Bacilos agrupados en cadenas.
2.4. Formas filamentosas: Bacilos que crecen en forma de fibras.
Formas filamentosas
2.5. Bacilos fusiformes: Bacilos que tienen los extremos más delgados.
Muchas bacterias poseen formas semejantes a bacilos largos retorcidos para formar espirales o hélices, así
tenemos:
3. Bacterias en forma de espiral: son aquellas bacterias que presentan más de una o más curvaturas y nunca
son rectas.
3.1 Vibriones: Bacterias curvas (en forma de coma).
3.2. Espirilos: Bacterias que poseen una configuración helicoidal, semejante a la de un tirabuzón, cuyos cuerpos
son relativamente rígidos. Se desplazan con la ayuda de apéndices externos llamados flagelos.
3.3. Espiroquetas: son microorganismos helicoidales y flexibles. Se desplazan mediante filamentos axiales que
se asemejan a los flagelos, pero están rodeados por una vaina externa flexible.
4. Otras morfologías:
4.1. Bacterias en forma de estrella, genero Stella.
4.2. Células planas y rectangulares (Archaea Halofilas), genero Haloarcula
4.3. Células triangulares.
4.4. Microorganismos en forma alargada o de pera, producen una yema al final de la hifa, genero
Hyphomicrobium.
4.5. Bacterias que forman pedúnculos no celulares como Galllionela
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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS HONGOS
Los hongos son un grupo diverso y ampliamente diseminado de eucariotas. Los hongos no contienen clorofila y
la mayoría de las especies forman una pared celular rígida constituida por polisacáridos. Son organismos
quimiorganotrofos que viven en ambientes bastantes diversos. Algunos son acuáticos, principalmente de aguas
dulces, aunque se conocen unas pocas especies de hongos marinos. La mayoría de los hongos tienen hábitats
terrestres, viven en el suelo o sobre materia vegetal muerta y juegan un papel primordial en la mineralización
del carbono orgánico. Muchos hongos son parásitos de plantas y unos pocos son parásitos del hombre y de los
animales. Existen hongos filamentosos (multicelulares), denominados setas y mohos, y hongos unicelulares.
Estructura vegetativa de los hongos
La estructura vegetativa de un hongo filamentoso es llamado TALO, este talo está constituido por filamentos,
los que usualmente son ramificados. Cada filamento individual es llamado HIFA y el conjunto de hifas se
conoce como MICELIO Las hifas pueden tener o no tener paredes transversales (septos) y así podemos hablar
de Hifas septadas las que poseen paredes transversales y de Hifas cenocíticas las que no las tienen.
Las hifas crecen por elongación de sus puntas lo que se conoce como crecimiento apical y por producción de
ramificaciones laterales. Las hifas que penetran en el medio donde absorben los nutrientes se conocen
colectivamente como Micelio Nutritivo o Vegetativo, mientras que aquellas que se proyectan sobre la superficie
del medio constituyen el Micelio Aéreo, y como este último a menudo produce las esporas o células
reproductoras se le llama también Micelio Reproductivo.
Ya dijimos que no todos lo hongos son filamentosos; algunas formas acuáticas son unicelulares y las levaduras
también lo son. Algunos hongos patógenos del reino animal pueden crecer en forma unicelular o filamentosa
dependiendo de las condiciones ambientales y este fenómeno se conoce como DIMORFISMO.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS LEVADURAS
Las levaduras son hongos unicelulares de forma oval o esférica con un diámetro de aproximadamente 3 a 5 μm.
El crecimiento de las levaduras ocurre por un proceso de gemación en la que la célula madre emite un brote y
duplica su núcleo, uno de los núcleos pasa al brote y posteriormente la célula hija, madura y se separa de la
madre. Algunas veces la célula madre y su progenie permanecen adheridas formando los pseudomicelios.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE PROTOZOARIOS
Los protozoarios son organismos unicelulares Reino Protista, subreino Protozoa Eucariotas
Pueden reproducirse asexuada o sexuadamente
Movilidad variable dependiendo de sus órganos de locomoción
La mayoría tienen nutrición de tipo heterótrofa (incapaces de transformar C inorgánico en C orgánico).
Pueden vivir libremente o actuar como parásitos
Pueden parasitar a distintos animales y a la especie humana.
Con membrana nuclear, nucléolo, membrana celular, citoesqueleto, organelos: mitocondrias, RE, Golgi,
vacuolas, ribosomas y lisosomas
Capaces de realizar endocitosis y exocitosis
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS ALGAS




Son primariamente fotoautotrofas.
La mayoría poseen pared celular, que contiene carbonato silico o sílice; es una proteína.
La mayoría viven en el agua, otras en rocas, plantas y en animales.
Su color varia, las hay verdes (carofitas, clorofilas), rojas, amarillas, cafés. Las tres últimas, su color se debe
a los pigmentos accesorios, que le dan esa característica a las algas para poder atrapar la luz solar a
distintas profundidades.
Se clasifican en:
Unicelulares:
o unicelulares móviles por flagelos.
o Unicelulares inmóviles.
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o Ameboides (no tienen pared celular).
Algunas unicelulares se agrupan unidas por mucílagos formando el cenobio.
Multicelulares:
o Algunas algas se agrupan formando tejidos filamentosos, acintados, cenociticos y septados, en forma de
"hojas", talo.

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Poseen pigmentos accesorios: ficobilina, xantofila, carotenos.
Tienen clorofila: A, B, C, D, E y la combinación de estas dando como por ejemplo, A1, B2, E2, ETC. Los
tipos de algas están dadas por su pigmentación.
 todas poseen sustancias de reserva (almacenan la energía producida por el desdoblamiento de algunos
organelos (ATP). Estas sustancias de reserva son:
* Almidón. * Paramilo. * Almidón de florideas. *sicolaminina.
* Glucosa. * Leucoplastos. * Aceites.
 Su movimiento se debe gracias a los flagelos, estos están formados por microtubulos, 2 centrales y
9 periféricos.
 Su tamaño va desde unas micras hasta unos 100 mt de largo.
• Las algas pertenecen al Reino Protista.
• Son organismos autótrofos (que realizan fotosíntesis) que dependen del agua o de un medio húmedo.
• Realizan el mismo papel que las plantas en el medio aéreo: son los productores primarios.
• Pueden formar praderas subacuáticas y constituyen el fitoplancton marino y de agua dulce; también viven
sobre tierra húmeda, rocas desnudas, troncos de árboles.
• El fitoplancton es muy importante porque constituye el alimento de numerosas especies animales y
proporciona del 30 al 50 % del oxígeno atmosférico.
• Presentan distintos tipos de pigmentos cuya proporción les da su color característico.
• La mayoría son microscópicas unicelulares, pero también hay macroscópicas.
CARACTERÍSTICAS Y DEFINICIÓN DE VIRUS
Los virus son entidades estrictamente intracelulares, con una fase infecciosa que se caracterizan por:
• Poseer un sólo tipo de ácido nucleico.
• Multiplicarse a partir de su material genético.
• Ser incapaces de crecer en medios inanimados y de sufrir fisión binaria.
• Carecer de sistemas enzimáticos productores de energía y de materia prima para la fabricación de los
componentes del virus.
Con base en estas características se puede concluir que los virus necesitan una célula viva, la que le va a
suministrar la materia prima, la maquinaria biosintética y la energía para que el virus pueda replicarse.
Referencias bibliográficas
MORFOLOGÍA Y ESTRUCTURA DE LOS MICROORGANISMOS
http://www.ucv.ve/fileadmin/user_upload/facultad_farmacia/catedraMicro/08_Tema_2_morfologia.pdf
Características generales de las algas
http://www.monografias.com/trabajos14/algas/algas.shtml
LOS PROTICTAS: ALGAS Y PROTOZOOS.
https://biochemiapuntesdermedelparatodos.wikispaces.com/file/view/LOS+PROTICTAS.ALGAS+Y+PROTOZO
OS.pdf
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Tratamiento biológico.
Estos utilizan microorganismos, como son las bacterias, protozoarios y hongos, los cuales transforman los
residuos tóxicos (compuestos orgánicos tóxicos) en compuestos inertes, producto de su metabolismo, ya que
para la población microbiana, las sustancias peligrosas son su fuente de energía y alimento. Los
microorganismos involucrados utilizan la materia orgánica, junto con elementos nutritivos y oxígeno (en caso de
ser requerido), para metabolizarla mediante procesos bioquímicos y fisicoquímicos, obteniendo así energía vital
y materia viva, además de formas moleculares estables e inorgánicas presentes en la naturaleza. Por lo tanto,
la capacidad bioquímica, genética y ecológica de los microorganismos juega un papel importante en la
biodegradación de compuestos orgánicos tóxicos. (Horan, 1990).
Los procesos biológicos forman parte de una serie de tecnologías y bases científicas que se emplean para la
remoción o estabilización de residuos tóxicos principalmente en aguas residuales y subterráneas, lixiviados de
rellenos sanitarios y suelos contaminados. En los últimos años éstos procesos han adquirido gran importancia
debido a que ofrecen métodos para una remoción eficaz de contaminantes orgánicos a costos menores con
respecto a otros procesos, debido a ésto se ha favorecido el empleo de una mayor diversidad de procesos
biológicos y tecnologías avanzadas para conseguir una biodegradación eficaz de los compuestos orgánicos
tóxicos producidos en las industrias. (Bradshaw, 1992).
Los procesos biológicos se consideran como ecosistemas extremadamente complejos, con muchas
interacciones microbianas que llegan a determinar la eliminación de las concentraciones de ciertos residuos
tóxicos biodegradables en los efluentes (Leslie, C.P., 1990) es decir, que funcionan como sustrato específico
para una población microbiana viable, en la cual intervienen diferentes asociaciones simbióticas entre
organismos, principalmente bacterias, algas y hongos microscópicos, además de protozoarios y
micrometazoarios. El período de aclimatación, aunque es un intervalo de tiempo durante el cual la
biodegradación no se detecta, se debe considerar, ya que en cierta forma se correlaciona con el tipo de
biomasa presente en el proceso que se va a preveer (Wiggins, 1988).
Es importante señalar que existen algunos factores que afectan ó modifican las condiciones fisicoquímicas
presentes en los ecosistemas, con lo cual se interrumpe la actividad microbiana, junto con la tasa y alcance de
biodegradación. Por esto, generalmente es necesario implementar ciertos métodos de bio-enriquecimiento,
tales como: adición de nutrientes, sustratos secundarios, modificadores de oxígeno y pH, para favorecer la
actividad microbiana (Bradshaw, 1992). Debido a esto, se requieren estudios factibles con los que se evalúa la
extensión y tipo de contaminación, la composición o naturaleza del flujo residual, la hidrogeología del sitio, y las
interacciones dentro de la comunidad microbiana para degradar los contaminantes de interés. (Aelion, 1991).
Un objetivo principal de los procesos biológicos consiste en controlar los factores requeridos para un desarrollo
óptimo de los microorganismos y lograr a su vez la estabilización de materia orgánica, es decir reducción en su
contenido orgánico por la incorporación de sólidos coloidales no sedimentables dentro de la biomasa. Entre los
factores que se toman en cuenta incluyen: temperatura, pH, salinidad, niveles de concentración de oxígeno,
estructura molecular y concentración del compuesto orgánico, presencia de nutrientes ó sustratos secundarios y
sustancias tóxicas o inhibidoras, principalmente (Wentz, 1989).
En los procesos biológicos, la carga de contaminantes en los flujos residuales generalmente se describe en
términos de parámetros agrupados, tales como la demanda bioquímica de oxígeno (DBO 5), demanda química
de oxígeno (DQO), o carbón orgánico disuelto (COD), con los cuales también se evalúa la eficiencia del proceso
(Bitzi, 1990).
Los procesos biológicos pueden dividirse en función del tipo de metabolismo empleadopor los
microorganismos que en él intervienen:
1. Aerobios. Los microorganismos requieren para su desarrollo y reproducción, suficiente oxígeno disuelto en
el líquido bajo tratamiento para romper la estructura molecular de compuestos orgánicos con alto peso
molecular, obteniendo productos finales tan simples como dióxido de carbono, agua, nitritos, sulfatos y fosfatos.
En los procesos aerobios, los productos finales de degradación llegan a una oxidación completa y por lo tanto
su nivel energético es menor que los productos finales en los procesos de degradación anaerobia. Esto explica
el hecho de que se libere mucha más energía en la degradación aerobia que en la anaerobia. Consecuencia de
ello es que la degradación anaerobia es un proceso mucho más lento. (Manahan, 1990)
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2. Anaerobios. Se producen en ausencia de oxígeno, los microorganismos requieren oxígeno combinado en
lugar de oxígeno molecular para realizar la biodegradación de los residuos orgánicos. Los productos finales son
formas reducidas, como metano, amonio y ácido sulfhídrico.
Los procesos biológicos mencionados anteriormente se pueden dividir en dos categorías:
1. De crecimiento adherido o película fija. En estos procesos el potencial de degradación de los compuestos
traza, generalmente, se incrementa cuando los microorganismos se encuentran adheridos como película
biológica sobre algún medio de soporte inerte, como rocas, materiales plásticos o cerámicos según el tipo de
tratamiento biológico empleado. La película biológica fija realiza la conversión de materia orgánica disuelta, y
otros constituyentes presentes en las aguas residuales. Los filtros rociadores y biodiscos son ejemplos de éste
proceso. (Bouwer, 1985).
Los sistemas biológicos de película fija son menos sensibles a los cambios bruscos en la concentración de
residuos líquidos tóxicos del influente, y han demostrado mayor eficiencia para degradar dichos compuestos, ya
que se caracterizan por una alta concentración de biomasa que es capaz de inmovilizar los compuestos por
adsorción, la cual juega un papel importante para disminuir la concentración de los compuestos orgánicos
solubles.
2. De crecimiento suspendido. En este caso, los microorganismos crecen suspendidos en el líquido a tratar,
formando aglomerados o flóculos de diversos tamaños y consistencias, con esto se logra una mayor superficie
de contacto con los nutrientes en los que se encuentran inmersos. Dentro de esta categoría están las lagunas
de estabilización, lagunas aireadas, lodos activados, aireación extendida y zanjas de oxidación. (Wentz. 1989).
La principal desventaja de los procesos biológicos es el incremento de la cantidad de biomasa como
consecuencia de la biodegradación, la cual es inestable y por lo tanto requiere manejo y disposición.
Por otra parte es necesario considerar la formación de moléculas relativamente complejas ó compuestos
químicos tóxicos. (Wentz, 1989).
Los microorganismos son sensibles a los cambios en el medio ambiente, esto se refiere a que la eficiencia de
los procesos biológicos depende de ciertos factores, principalmente los que influyen en la proliferación de las
especies biológicas particularmente deseadas, con lo cual se obtiene un incremento en la degradación de los
compuestos orgánicos.
Existen ciertos criterios para elegir la tecnología apropiada en los procesos biológicos, ya que pueden estar
acoplados en serie para tratar adecuadamente los flujos residuales. Sin embargo, cuando determinadas
sustancias tóxicas están presentes en el influente, se requieren pretratamientos con el propósito de disminuir
sus niveles y proteger así, al sistema biológico. (Bradshaw, 1992).
Tomando en cuenta las bases científicas del tratamiento biológico, se han desarrollado tecnologías de
inovación para la estabilización de residuos peligrosos orgánicos.
La Biotecnología en un amplio sentido contribuye a incrementar a través de ciclos biogeoquímicos
naturales, la capacidad de agentes microbianos particulares para reciclar compuestos tanto
xenobióticos como naturales. (Bradshaw, 1992).
La Biotecnología Ambiental es una aplicación específica de la Biotecnología en el manejo de problemas
ambientales, incluyendo tratamiento de residuos, control de contaminación e integración con tecnologías no
biológicas. Algunas contribuciones biotecnológicas para el manejo de residuos tóxicos se relacionan con el
desarrollo de catalizadores para la degradación y desintoxificación o acumulación de metales y compuestos
químicos tóxicos. Por otra parte, ciertas investigaciones sobre determinados procesos naturales son necesarias
para que las tecnologías de biorremediación se puedan corroborar; por ejemplo, en el diseño de reactores
biológicos es necesario el estudio de las interacciones microbianas y su biología molecular para favorecer el
desarrollo de los microorganismos que se pretenden y a su vez minimizar el impacto de las bacterias no
requeridas. (Horan, 1990).
La biorremediación es un término que abarca procesos de tratamiento biológico para la purificación de aguas
y suelos contaminados, donde se involucra el desarrollo de diversa microbiota, estimulando las capacidades
metabólicas de las poblaciones microbianas para la remoción de compuestos orgánicos sintéticos, en forma
diluida, muchos de los cuales son tóxicos. (Manahan, 1990). Los microorganismos utilizan tales compuestos
como fuente de nutrientes y/o energía, y los degradan por medio de transformaciones co-metabólicas.
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Referencias bibliográficas
PROCESOS BIOLOGICOS DE TRATAMIENTO PARA LA ESTABILIZACION DE RESIDUOS LIQUIDOS
TOXICOS
http://www.cenapred.gob.mx/es/Publicaciones/archivos/153PROCESOSBIOLGICOSDETRATAMIENTOPARALAESTABILIZACINDERESIDUOSLQUIDOSTXICOS.PDF
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Cuestionario
Realizar y contestar cuestionarios relacionados con las sesiones de clase tales como:
1. ¿Qué es un análisis organoléptico?
2. ¿Cuáles son las principales características organolépticas de los materiales?
3. ¿Qué es la degradación biológica?
4. ¿Cuándo se aplican los métodos de degradación biológica?
5. ¿Cuál es la diferencia entre aerobio y anaerobio?
6. ¿Qué es la DBOy DQO?
7. ¿Por qué son importantes los hongos, bacterias y levaduras en el área química?
8. ¿En qué procesos industriales se ocupan las levaduras?
9. ¿Cómo se define la toxicidad?
10. ¿Por qué es importante conocer la toxicidad de sólidos, líquidos y gases en el área química.
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