Bacterias filamentosas en el tratamiento biológico de aguas residuales

El tratamiento biológico de aguas residuales mediante sistemas de fangos activados depende del equilibrio entre los distintos grupos de microorganismos que conforman la biomasa. Entre ellos, las bacterias filamentosas desempeñan un papel relevante en la formación y estabilidad de los flóculos, pero cuando su crecimiento es excesivo pueden provocar importantes disfunciones operativas, especialmente problemas de sedimentación y espumado en los reactores y decantadores secundarios.

Comprender las causas que favorecen su proliferación, los efectos que generan y las estrategias de control adecuadas resulta esencial para mantener la eficiencia del proceso biológico y la calidad del efluente tratado.

1. Naturaleza y función de las bacterias filamentosas

Las bacterias filamentosas son microorganismos con morfología alargada, que se desarrollan formando cadenas celulares o filamentos. En los sistemas de fangos activados, estos organismos pueden crecer:

Dentro del flóculo (filamentos internos), contribuyendo a su estructura y estabilidad.
Fuera del flóculo (filamentos externos), extendiéndose en el licor mezcla y favoreciendo la interconexión entre flóculos.

En concentraciones moderadas, las bacterias filamentosas son beneficiosas: refuerzan la cohesión del flóculo y facilitan su sedimentación. El problema aparece cuando su desarrollo excede el equilibrio natural de la biomasa, generando flóculos difusos y poco densos, con pobre decantabilidad.

2. Factores que favorecen su crecimiento

El crecimiento excesivo de bacterias filamentosas suele estar asociado a condiciones ambientales o de operación fuera del rango óptimo del proceso biológico. Las causas más comunes incluyen:

Baja concentración de oxígeno disuelto (OD):
Las condiciones microaerófilas o anóxicas favorecen especies como Sphaerotilus natans, Type 1701 o Thiothrix. Mantener un nivel de OD superior a 2 mg/L en las zonas aerobias es esencial para limitar su proliferación.
Baja relación F/M (carga de alimento respecto a biomasa):
En sistemas con exceso de biomasa o bajas cargas orgánicas, las bacterias filamentosas tienen ventaja competitiva frente a las bacterias floculantes. Este fenómeno es habitual en plantas sobredimensionadas o con bajas cargas hidráulicas.
Carencias de nutrientes (nitrógeno o fósforo):
Cuando la relación estequiométrica BOD:N:P se desvía significativamente del valor recomendado (100:5:1), algunas filamentosas son capaces de sobrevivir y crecer en condiciones de limitación nutricional.
Presencia de compuestos reducidos o grasas:
La existencia de sulfuro, aceites o ácidos grasos volátiles puede estimular el desarrollo de géneros como Thiothrix, Beggiatoa o Microthrix parvicella.
Fluctuaciones hidráulicas y cargas variables:
Cambios bruscos de caudal o de carga orgánica reducen la estabilidad del proceso y favorecen el crecimiento de especies oportunistas.
Condiciones anaerobias en líneas de recirculación:
La falta de oxígeno en los fangos recirculados o en zonas muertas del reactor puede propiciar el crecimiento de filamentos anaerobios facultativos.

3. Problemas operativos asociados

El predominio de bacterias filamentosas genera varios problemas de operación en la línea biológica y de clarificación:

3.1. Bulking filamentoso

Se produce cuando los flóculos presentan una estructura abierta y esponjosa, con baja densidad y velocidad de sedimentación reducida. Como consecuencia, los sólidos permanecen en suspensión y se incrementan los arrastres en el decantador secundario.
El indicador más utilizado para evaluar este fenómeno es el Índice Volumétrico de Fangos (IVF o SVI). Valores superiores a 150 mL/g suelen asociarse a problemas de bulking filamentoso.

3.2. Espumado (foaming)

Algunas bacterias filamentosas, como Nocardia o Microthrix parvicella, poseen una superficie hidrofóbica que les permite adherirse a burbujas de aire y grasas, formando espumas persistentes. Estas espumas pueden acumularse sobre la superficie de reactores y decantadores, dificultando la aireación y la extracción de fangos.

3.3. Arrastre de sólidos y pérdida de biomasa

El exceso de filamentos compromete la clarificación del efluente y puede provocar pérdidas significativas de sólidos en suspensión, afectando la concentración de biomasa en el sistema y la calidad final del agua tratada.

4. Estrategias de control y prevención

El control del crecimiento filamentoso requiere un enfoque integral, basado en la corrección de las condiciones operativas que favorecen su aparición y en la aplicación de medidas selectivas cuando el problema ya está establecido.

4.1. Ajuste de parámetros operativos

Oxígeno disuelto: mantener niveles adecuados (>2 mg/L en zonas aerobias).
Relación F/M y edad del fango (θc): evitar edades de fango excesivas o valores F/M demasiado bajos.
Nutrientes: garantizar el equilibrio estequiométrico del proceso biológico.
Evitar zonas anaerobias no controladas en los retornos y recirculaciones.

4.2. Control selectivo

En situaciones de bulking avanzado, puede recurrirse a tratamientos puntuales y controlados, como:

Cloración selectiva del retorno de fangos, aplicando dosis bajas y controladas para afectar selectivamente a las bacterias filamentosas más expuestas.
Oxidación con peróxidos u otros agentes químicos, en casos específicos y con supervisión técnica.
Estas actuaciones deben considerarse medidas de emergencia, no soluciones permanentes.

4.3. Control del espumado

Retirada mecánica o por rociado de agua.
Uso moderado de agentes antiespumantes compatibles con el proceso biológico.
Revisión de la estrategia de aireación y la acumulación de grasas en la línea biológica.

4.4. Seguimiento microbiológico

La observación microscópica periódica del licor mezcla es una herramienta fundamental para identificar las especies predominantes y anticipar la aparición de problemas.
Técnicas de tinción específicas (Gram, Neisser) y métodos moleculares (FISH) permiten identificar géneros filamentosos dominantes y ajustar la estrategia de control de manera más precisa.