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EVALUACION DEL EFECTO DEL OZONO EN EL CONTROL DEL BULKINGFILAMENTOSO

Alejandro Caravelli1, Leda Giannuzzi1 y Noemí Zaritzky1,2

1Centro 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.

INTRODUCCIONEl método de barros activados es el proceso más utilizado en el tratamiento

secundario de efluentes, no obstante surgen problemas como el bulking filamentoso queafecta el funcionamiento y la eficiencia de estos sistemas. Dentro de los métodos noespecíficos de control del bulking filamentoso, la cloración constituye la práctica másutilizada. Sin embargo, el cloro favorece la formación de compuestos indeseables como lostrihalometanos, riesgosos para la salud humana (Reynolds y col., 1989).

La aplicación de ozono constituye una alternativa interesante para el control delbulking 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 barrosactivados dada por bacterias filamentosas y floculantes, sin embargo no puede distinguir laacción específica sobre uno y otro tipo microbiano.

El ensayo de actividad INT-deshidrogenasa (ADH) (Kim y col., 1994) permitedeterminar actividad respiratoria a partir de la reducción de la sal de tetrazolium INT a INT-formazán (INTF) por el sistema de transporte de electrones de bacterias activas. El INTFforma cristales intracelulares que pueden ser extraídos mediante un solvente y cuantificadospor 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 laacción de agentes oxidantes sobre este tipo microbiano.

El ensayo ADHi ha sido aplicado con éxito en la evaluación del efecto del cloro sobremicroorganismos filamentosos presentes en barros activados (Caravelli y col., 2004).

Los objetivos del presente trabajo han sido: i) evaluar el efecto del ozono sobre laactividad respiratoria de cultivos puros de un microorganismo filamentoso (Sphaerotilusnatans) y uno floculante (Acinetobacter anitratus); ii) determinar el efecto del ozono sobre laactividad respiratoria total de barros activados y compararlo con el efecto específico quepresenta sobre la actividad respiratoria de microorganismos filamentosos presentes en losflóculos. Para ello se utilizaron una técnica respirométrica y los ensayos ADHa y ADHi.

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MATERIALES Y METODOSCepas bacterianas y sistema de barros activados

Se empleó un microorganismo filamentoso Sphaerotilus natans ATCC #29329 y unofloculante Acinetobacter anitratus. El medio de cultivo contenía ácido cítrico como fuente decarbono y energía y sulfato de amonio como fuente de nitrógeno.

Se empleó un biorreactor para la obtención de los cultivos puros de losmicroorganismos. Las condiciones operativas fueron las siguientes: 30°C, pH= 7.

Los barros activados se obtuvieron de una planta de tratamiento de efluentes aescala laboratorio (20oC) alimentada con agua de desecho de papa con una carga orgánicamedida en unidades de demanda química de oxígeno (DQO= 1000 mg l-1).

La concentración de biomasa se determinó mediante medidas de DQO que fuerontransformadas a unidades de sólidos suspendidos volátiles (SSV).

Ensayos de inactivación microbiana por ozonoSe 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 recipientesque contenían 45 ml de cultivo puro o barros activados (30ºC).

La concentración de ozono en fase acuosa fue cuantificada mediante el métodocolorimétrico de índigo (trisulfonato potásico de índigo).

Determinación de actividad INT-deshidrogenasaADHa 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 latécnica espectrofotométrica (FRADH a) según la siguiente ecuación:

controlaADHozonoaADHaADHFR = (1)

ADHi en barros activados fue cuantificada mediante una modificación de la técnica deLogue y col. (1983), siendo las imágenes microscópicas analizadas con el software GlobalLab Image. ADHi fue definida como el cociente entre el área ocupada por los cristales INTF enlos microorganismos filamentosos y el área total de estos últimos.

El efecto del ozono sobre la actividad respiratoria de microorganismos filamentosospresentes en barros activados se determinó a través de FR para la técnica de análisis deimágenes (FRADH i) según la siguiente ecuación:

controliADHozonoiADHiADHFR = (2)

RespirometríaLa 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

activados y cultivos puros se determinó a través de FR medida por respirometría (FROUR)según:

controlOURozonoOUR

OURFR = (3)

RESULTADOS Y DISCUSION

Cuantificación de concentración de ozonoLa concentración de ozono aumentaba en función del tiempo de burbujeo hasta

alcanzar un valor de 52 µg l-1 a los 5 minutos, tiempo a partir del cual la concentración semantenía constante. La dosis de ozono se definió como el cociente entre la concentración deozono aplicada y la concentración de biomasa presente en cada ensayo.

Efecto del ozono sobre cultivos purosLos 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 diferentesconcentraciones y dosis de ozono.

t (min)

0 5 10 15 20 25 30 35

FR

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

t (min)

0 5 10 15 20 25

FR

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Una dosis de 72 µg O3 (g SSV)-1 (10 minla actividad respiratoria de S. natans de 90% (Figcontacto de 5 minutos para inhibir la actividad res

Figura 1. FR en función del tiempo para S. natansexpuesto a 40 µµµµg O3 l-1 (55 µg O3 (g SSV)-1) (t= 2,5min.) y 52 µµµµg O3 l-1 (72 µg O3 (g SSV)-1) (t= 5-30min.). (●) FROUR; (����) FRADH a. Desvío estándarindicado con barras.

Figura 2. FR en función del tiempo paraA. anitratus expuesto a 35 µµµµg O3 l-1 (48 µg O3

(g SSV)-1) (t= 1 min.), 40 µµµµg O3 l-1 (55 µg O3

(g SSV)-1) (t= 2,5 min.) y 52 µµµµg O3 l-1 (72 µg O3

(g SSV)-1) (t= 5-20 min.). (●) FROUR; (����) FRADH a.Desvío estándar indicado con barras.

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utos de contacto) produjo una inhibición de.1); la misma dosis requirió de un tiempo depiratoria de A. anitratus en 96% (Fig. 2).

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Considerando que las concentraciones y dosis aplicadas fueron las mismas paraambas cepas, se concluye que A. anitratus resultó más sensible al ozono que S. natans.

Análisis del efecto del ozono en flóculos de barros activadosLa Figura 3 muestra el efecto de diferentes dosis de ozono y tiempos de contacto

sobre FR en barros activados.

min

0 5 10 15 20 25 30 35

FR

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Figura 3. Efecto de diferentes dosis de ozono y tiempos de contacto sobre FR en barros activados.Dosis de ozono (µg O3 (g SSV)-1): 52 (2,5 min.) y 68 (5-30 min.). (●) FROUR, (■) FRADH a, (▲) FRADH i.

A partir de 5 minutos de contacto con ozono (68 µg O3 (g SSV)-1 la actividadrespiratoria de las bacterias filamentosas fue inhibida en mayor grado respecto a la actividadrespiratoria total de los barros. Se concluye que el ozono es efectivo como método de controldel bulking filamentoso.

A diferencia de lo observado en cultivos puros, en barros activados el ozono afectamayormente a los microorganismos filamentosos respecto a los floculantes. Esto podríadeberse a que las bacterias filamentosas ubicadas en la zona externa de los flóculos estaríanmás expuestas al ozono, mientras que las floculantes (zona interna) estarían más protegidas.Los resultados obtenidos permiten concluir que la posición relativa de ambos tiposmicrobianos en el flóculo es un factor determinante para la eficacia del ozono en el controldel bulking filamentoso.

REFERENCIASCaravelli 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), 1117-1121.

Logue C., Koopman B., Asce M. y Bitton G. (1983) INT-reduction assays and control of sludge bulking. J. ofEnviron. Engineering. 109 (4) 915-923.

Reynolds G., Mekras C., Perry R. y Graham N. (1989) Alternative desinfectant chemicals for trihalomethanecontrol – A review. Environ. Technol. Letters 10, 591-600.