¿Cómo las bacterias beneficiosas limpian el agua?

Las bacterias están en todas partes. Incluso el agua realmente limpia contiene en realidad una tonelada de bacterias. Por ejemplo, incluso el agua del grifo generalmente contiene> 10000 células por mililitro, el agua limpia del lago a menudo tiene> 1 millón de células por ml. La mayoría de ellos son completamente inofensivos, por ejemplo, no causan enfermedades, pero juegan un papel importante en el funcionamiento de los ecosistemas. Pero necesitas un buen microscopio para verlos. Aquí hay una imagen de las bacterias filtradas de un lago local, teñidas con un tinte que hace que la fluorescencia se ponga verde:

Todas las cosas verdes son bacterias …

Las bacterias pueden ser pequeñas y no parecer demasiado excitantes incluso a través de un microscopio, pero son las maestras de la bioquímica. Eso significa que pueden descomponerse, absorber y eventualmente mineralizar (convertir a CO [math] _ {\ text {2}} [/ math] y water) la mayoría de los compuestos orgánicos que encuentran, con el tiempo y las condiciones adecuadas. De hecho, así es como funciona nuestra propia digestión: no podríamos procesar nuestros alimentos sin la ayuda de las bacterias en nuestro intestino. Las bacterias son increíblemente diversas y han desarrollado sistemas enzimáticos para descomponer una enorme variedad de sustancias, incluidas muchas que serían altamente tóxicas para nosotros. Para ellos es comida!

Entonces las bacterias limpian el agua “comiendo” lo que llamamos contaminantes en ella. ¿Cuáles son estos contaminantes? Principalmente materia orgánica: fibra, grasa, proteína, toneladas de otros compuestos naturales o químicos. Las bacterias analizan esta cuestión ya sea con oxígeno (respiración) o incluso sin (respiración y fermentaciones anaeróbicas). Con este material orgánico crean su propia biomasa, pero se usa mucho para crear la energía necesaria para vivir, eso significa que está siendo mineralizada.

En las plantas de tratamiento de aguas residuales solo optimizamos este proceso al proporcionar gran cantidad de aire, y las aguas residuales tienen mucha materia orgánica. Así que tenemos> 10 [math] ^ {\ text {10}} [/ math] cells / mL en flóculos biofilm que hacen la comida realmente rápido. Finalmente, eliminamos y quemamos la biomasa bacteriana que se produce después de asentarla y secarla. Pero los mismos procesos también pueden ocurrir y ocurren en el entorno, solo un poco más lento. Las bacterias eventualmente son consumidas por los protozoos, los protozoos por el zooplancton, el zooplancton por los peces … algunos se hunden en el sedimento … por lo que continuamente se eliminan y el agua se aclara.

Las bacterias también pueden eliminar otros contaminantes, por ejemplo, un exceso de nitrógeno o fósforo, nutrientes que podrían conducir a la proliferación de algas si hay demasiados en el agua. Las bacterias pueden realizar la desnitrificación en lugar de la respiración, lo que crea un nitrógeno neutro a partir de nitrógeno de fertilizantes como el nitrato y el amonio. Este proceso solo funciona si no hay oxígeno, es por eso que se encuentran tanques adicionales sin aireación en muchas plantas de tratamiento. Otras bacterias pueden acumular compuestos ricos en fósforo en su biomasa, lo que permite eliminar el exceso con el lodo en la planta de tratamiento de aguas residuales.

En el ambiente, otros procesos no biológicos también contribuyen a la capacidad de autolimpieza: los compuestos se adsorben, por ejemplo, en el sedimento o la biomasa de la planta, la luz solar rompe muchos compuestos con el tiempo, etc. ¡Pero sí, las bacterias juegan un papel importante!

Hasta donde yo sé, las bacterias no se usan para la biorremediación del agua. Los filtros de arena, los juncos y otros sistemas utilizados para limpiar el agua son colonizados por una variedad de microorganismos, generalmente en las biopelículas, que eliminan las partículas, incluidas las bacterias del agua. Una famosa ilustración histórica del proceso proviene de la epidemia de cólera de Hamburgo a fines del siglo XIX. El distrito que purificó el agua por filtración lenta de arena, antes de su distribución, no sufrió en la epidemia aunque la fuente de agua estaba contaminada.
El proceso en el agua de mar es más complejo y se basa en la eliminación de bacterias en gran parte mediante radiación ultravioleta en las capas superficiales. Hay algún efecto de la química del agua y la precipitación.

Las bacterias se han utilizado durante más de medio siglo para aclarar el agua en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Se alienta a las bacterias a formar una “biopelícula”, una capa delgada de una o más especies de bacterias en un sustrato circundante similar a un gel (zooglea) en una columna o cama. El agua residual se escurre por el agregado y, a medida que pasa la capa de zooglea gelatinosa, la próspera colonia de bacterias utiliza las proteínas en el agua para su propio metabolismo, dejando el agua mucho más clara con cada paso a través de un lecho filtrante.

Este principio usa masas de bacterias vivas para eliminar y consumir tanto sólidos como líquidos del flujo de agua. El influente extremadamente tóxico puede matar o inhabilitar la biopelícula y hacer que el lecho del filtro sea inútil. También por esta razón, el agua muy limpia no “alimenta” a las bacterias en la biopelícula, y se necesita una concentración razonable de materiales orgánicos suspendidos.

Las biopelículas siguen siendo formas importantes de tratamiento de agua hoy en día, y mucha investigación continúa en las aplicaciones.

Las bacterias, como nosotros, requieren “alimento” para sobrevivir y reproducirse.

Los contaminantes en aguas residuales consisten en material orgánico (medido con parámetros como DQO, COT), nitrógeno en material a base de amoniaco y fósforo, entre otros. La mayoría de estos desechos se disuelven en las aguas residuales (al igual que la forma en que el azúcar puede disolverse en el agua).

La forma en que entran las bacterias para limpiar el agua es que las bacterias absorben y usan estos materiales de desecho para crecer y reproducirse. En el proceso, estos desechos se reducen ya que entran en la bacteria (como nuevas bacterias, por ejemplo) o se convierten en gases como el CO2 (como lo que hacemos con el azúcar en nuestros alimentos después de comer, esto se conoce como metabolismo).

Espero que esto ayude.

A través de la purificación intracelular