Ambiente/Environment/Meio ambiente
Calidad físico-química, bacteriológica y densidad de bacterias sulfato-reductoras en aguas residuales de plantas de tratamiento del estado Nueva Esparta
Physico-chemical and bacteriological quality, and sulfate-reducing bacteria in wastewater of treatment plants at Nueva Esparta state
Qualidade físico-química, bacteriológica e densidade de bactérias redutoras de sulfato em águas residuais de estações de tratamento no estado de Nueva Esparta
Pedro J. López G.
Bio°, MSc. Centro Regional de Investigaciones Ambientales. Universidad de Oriente (UDO). Correo-e: pedro.lopez@ne.udo.edu.ve
Julio Rodríguez
Licdo°Bio°, MSc. UDO. Correo-e: juliorod58@gmail.com
Wilmer Fermín
PhD. Departamento de Estadística e Informática. UDO.
Juan Y. López
Bio°, MSc. UDO. Correo-e: juanlopez358@hotmail.com
Lourdes Ávila
Ing°Quím°. UDO. Correo-e: lulavila.la@gmail.com
Efraín Martínez
Licdo°Acuac°. UDO. Correo-e: efrainjose_martinezveliz@hotmail.com
José Barreto
Licdo°Bio°Marin° UDO. Correo-e: joserafaelbarreto48@gmail.com
Recibido: 20-4-18; Aprobado: 25-7-18
Abstract
Physico-chemical, bacteriological quality and sulfate-reducing bacteria populations were evaluated in wastewaters from six wastewater treatment plants located in estate Nueva Esparta. The physic-chemical analysis included temperature, pH, salinity, dissolved oxygen and total dissolved solids; determined using a multiparametric sonde YSI 600. Total suspended solids were determined by gravimetry. BOD5 was quantified by standard methods (APHA, 1998). The density of coliform bacteria was done by membrane filtration. The density of sulfate-reducing bacteria was performed by multiple tubes, and Postgate medium as culture medium, the results were expressed as MPN/100 ml. The monthly media of the effluents showed that the pH, total suspended solids, dissolved oxygen and BOD do not meet the standard in 4, 2, 9, and 3 of the months, respectively. The effluents were out the standard in total and fecal coliforms. The density of sulfate-reducing bacteria showed a minimum in affluent of 2,9x104 (plant 3, august 2012) and 3,1x101 in effluents (plant 6, august 2012). An analysis of multiple correlation showed that the variations in density of coliforms (total and fecal) and sulfate-reducing bacteria were positively associated (P<0,05) with changes in the concentration of total suspended and dissolved solids.
Resumen
Se evaluó la calidad físico-química, bacteriológica y la densidad de bacterias sulfato-reductoras en seis plantas de tratamiento de aguas residuales ubicadas en el estado Nueva Esparta. Los análisis físico-químicos incluyeron temperatura, pH, salinidad, oxígeno disuelto las cuales fueron determinados mediante el uso de una sonda multiparamétrica YSI 600R. Los sólidos en suspensión se determinaron mediante gravimetría. La DBO5 se cuantificó siguiendo el método estándar descrito en APHA, 1998. La densidad de bacterias coliformes se realizó mediante filtración por membrana. La densidad de bacterias sulfato-reductoras fue realizada usando la técnica de tubos múltiples, y el medio Postgate como medio de cultivo, expresándose los resultados como NMP/100 ml. El pH, sólidos suspendidos totales, oxígeno disuelto, y DBO estuvieron fuera del rango en 4, 2, 9, y 3 de los meses de muestreos, respectivamente. Los efluentes no cumplieron con las normas en lo relativo a los coliformes totales y fecales. Las densidad de bacterias sulfato-reductoras tuvo un mínimo en afluentes de 2,9x103 y de 3x101 en efluentes. Hubo correlación positiva entre la variación del crecimiento de las bacterias sulfato-reductoras, coliformes totales y coliformes fecales con los cambios en la concentración de los sólidos suspendidos y disueltos totales.
Resumo
Avaliar a qualidade físico-química, bacteriológica e a densidade de bactérias sulfato de redução em seis unidades localizadas no estado de Nueva Esparta tratamento de águas residuais. Análises físicas e químicas incluíam temperatura, pH, salinidade, oxigênio dissolvido, que foram determinadas usando uma sonda multiparamétrica YSI 600R. Sólidos suspensos foram determinados por gravimetria. A DBO5 foi quantificada de acordo com o método padrão descrita no APHA, 1998. Densidade de coliforme foi realizada utilizando membrana de filtração. A densidade de bactérias redutoras de sulfato foi realizada utilizando a técnica de tubos múltiplos e a média Postgate como meio de cultura, expressando os resultados como NMP/100 ml. PH, sólidos suspensos totais, oxigênio dissolvido e dbo estavam fora do intervalo em 4, 2, 9 e 3 meses a amostragem, respectivamente. Os efluentes não cumprir as normas em relação as coliformes totais e fecais. A densidade de bactérias redutoras de sulfato tinha um mínimo em afluentes de 2,9x103 com 3x101 nos efluentes. Houve uma correlação positiva entre a variação do crescimento de bactérias sulfato reduzindo, coliformes totais e coliformes fecais com alterações na concentração de sólidos suspensos e dissolvidos total.
Palabras clave/Keywords/Palavras-chave:
Aguas residuais, Aguas residuales, bacterias sulfato-reductoras, bactérias sulfato-redutoras, coliformes, coliforms, effluents, efluentes, sulfate-reducing bacteria, wastewater.
Citar así/Cite like this/Citação assim: López et al. (2018) o (López et al., 2018).
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
López G., P. J., Rodríguez, J., Fermín, W., López, J. Y., Ávila, L., Martínez, E., Barreto, J. (2018, diciembre). Calidad físico-química, bacteriológica y densidad de bacterias sulfato-reductoras en aguas residuales de plantas de tratamiento del estado Nueva Esparta. Geominas 46(77). 179-182.
Introducción
El tratamiento convencional de aguas residuales urbanas tiene como objetivo la biodegradación de la materia orgánica presente en el afluente, siguiendo por lo común un tratamiento preliminar de tipo físico (pretratamiento y tratamiento primario) y un proceso de tipo biológico en el tratamiento secundario.
En el tratamiento biológico o secundario, se produce la asimilación de la materia orgánica a partir de un proceso de biofloculación y metabolización selectiva de nutrientes (carbono, nitrógeno y fósforo), en el que interviene un cultivo microbiológico constituido principalmente por bacterias, que han sido seleccionadas en el agua residual gracias a la selección y modificación de los parámetros operacionales tales como el grado de oxigenación, la agitación y el tiempo de residencia (Rodríguez et al., 2005).
Los procesos de tratamiento de aguas residuales están diseñados para reducir la concentración de contaminantes, incluyendo patógenos, en el efluente antes de su descarga a cuerpos de agua receptores u otra forma de disposición final; sin embargo, muchas plantas descargan sus efluentes sin desinfección. En consecuencia, estos efluentes podrían contener altas proporciones de bacterias patógenas, representando así una amenaza a la salud pública (Mokracka et al., 2011).
Las bacterias sulfato-reductoras (BSR) comprenden un grupo ecofisiológicamente diverso de microorganismos anaeróbicos que tienen en común la reducción disimilatoria de sulfato (usan al sulfato como aceptor final de electrones) en conjunto con la oxidación de materia orgánica, más comúnmente un ácido orgánico, liberando como producto final sulfuro. No solo muestran versatilidad en sus varios aceptores de electrones, sino que también prosperan en un amplio rango de condiciones ambientales (Muyzer y Stams, 2008).
El objetivo del presente fue evaluar la densidad de bacterias sulfato-reductoras en aguas residuales y la posible correlación con variables físico-químicas, demanda bioquímica de oxígeno y densidad de bacterias indicadoras, en plantas de tratamiento ubicadas en el estado Nueva Esparta.
Materiales y métodos
Sitios de muestreo
Mensualmente, se colectaron muestras de aguas afluente y efluente de 6 plantas de tratamiento de aguas residuales, ubicadas en los municipios Antolín del Campo, García, Mariño, Marcano, Tubores y Díaz del estado Nueva Esparta. Todas operan bajo la modalidad de lodos activados. El período de muestreo fue de mayo 2011 a agosto 2012.
Toma de muestras
Se realizó siguiendo las recomendaciones de la APHA (1998). Se usaron envases estériles de vidrio de 250 ml para la toma de muestras destinadas a los análisis bacteriológicos y envases plásticos de 500 ml para análisis físico-químicos, sólidos disueltos totales, sólidos suspendidos totales y DBO.
Variables físico-químicas
In situ, se determinaron la temperatura, pH, conductividad, salinidad, sólidos disueltos totales y oxígeno disuelto con el uso de una sonda multiparamétrica YSI 600R.
Análisis de laboratorio
En el laboratorio se determinaron los sólidos disueltos totales mediante gravimetría y la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20) mediante el ensayo de 5 días a 20 oC. (APHA, 1998).
Análisis bacteriológico
La densidad de bacterias coliformes totales y fecales se determinó mediante el procedimiento de filtración por membrana (APHA, 1998). Para estimar la densidad de bacterias sulfato-reductoras se usó el procedimiento de tubos múltiples usando buffer fosfato salino como diluyente y medio Postgate modificado (Pfenning y Trüpper, 1981) como el medio de cultivo. La modificación consistió en la eliminación del tioglicolato de la fórmula original y la adición de 0,75 g/l de agar-agar para mejorar la anaerobiosis del medio. La incubación se realizó a 37 oC. Los resultados se expresaron como NMP/100 ml y se usó la fórmula de Thomas para resultados que no aparecieron en las tablas (APHA, 1998).
Análisis estadístico
Se aplicó un análisis de componentes principales y un análisis de correlación múltiple usando el programa Statgraphic Centurion XV.
Resultados y discusión
En la tabla I se muestran los promedios de variables físicas en afluentes y efluentes de las 6 plantas.
Tabla I. Promedios de variables físicas y físico-químicas en afluentes (Afl) y efluentes (Eflu) de las 6 plantas de tratamiento.
Tabla II. Promedios de sólidos suspendidos totales (SST) y Demanda Bioquímica de Oxígeno en afluente y efluente de las 6 plantas.
Tabla III. Promedios de densidad de coliformes totales, fecales y bacterias sulfato-reductoras en afluentes y efluentes de las 6 plantas.
Tabla IV. Variables consideradas como criterios para clasificar descargas de efluentes y vertidos líquidos a cuerpos de aguas receptores, según lo establecido en la Gaceta Oficial 5.021, Decreto 883.
En la tabla II, se muestran los valores promedio de sólidos suspendidos totales (SST) y Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO) para afluentes y efluentes de las 6 plantas y los porcentajes de remoción.
La tabla III muestra los valores promedio de las densidades de bacterias coliformes totales, coliformes fecales y sulfato-reductoras en afluentes y efluentes de las 6 plantas y las tasas de reducción logarítmica.
Para efectos de la descarga a cuerpos de aguas receptores, los efluentes deben cumplir con una serie de requisitos establecidos en el decreto 883. En la tabla IV, se muestran los valores críticos de las variables arriba señaladas.
El 100 % de las muestras no cumplió con la norma para la densidad de coliformes totales, excediendo ampliamente el valor límite. El valor máximo permitido de DBO (60 mg/l) fue excedido en un 21,42 % del total de muestras (18/84). Por encima del límite estuvieron las PT1, 2, 3, 4 y 5 en un 50, 7,14, 21,42, 35,71 y 14,28 %, respectivamente.
Aun cuando la remoción logarítmica de coliformes totales osciló entre un mínimo de 2,03 a 5,36, los efluentes en su totalidad no cumplieron con los límites establecidos en el Decreto 883, encontrándose que en la mayoría de ellos se alcanzaron valores con un mínimo de 1,8x103 UFC/100 ml. Olancczuk-Neyman et al. (2001), señalaron valores de coliformes en un afluente de 5,7x107 (totales) y 1,4x107 (fecales); mientras que en el efluente estos valores fueron de 1,85x105 y 7,4x104, respectivamente. George et al. (2002), determinaron en afluentes densidades de coliformes fecales que oscilaron entre 2,79x107 a 1,54x108 y en efluentes 1,90x106 a 6,0x107 (NMP/100 ml); las tasas de remoción variaron entre 57,14 a 93,18 %. Tasas de reducción logarítmica de coliformes totales y fecales en una planta convencional oscilaron entre 4,4 a 5,4 y 4,3 a 5,7, respectivamente (Zhang y Farahbakhsh 2007). El-Deeb Ghazy y El-Senousy (2008), determinaron que la tasa de remoción de coliformes totales en una laguna de estabilización fue de 98,8 % con densidades en el efluente del orden de 6,7x105 NMP/100 ml. Esto es similar a nuestros resultados, pues, aun cuando las tasas de reducción tuvieron un mínimo de 99,7 a un máximo de 99,99 %, los efluentes no cumplieron con la norma. Una reducción logarítmica de 2,2 y 2,4 de coliformes totales y fecales, junto con correlación entre la DBO y los sólidos suspendidos, fueron determinados por Kazmi et al. (2008) en una planta de lodos activados en la India. Marín et al. (2015), determinaron una tasa de reducción logarítmica de 2,34 en la concentración de E. coli en una planta de tratamiento del tipo filtro de percolación. Un agua residual doméstica mostró, después de un proceso de coagulación-floculación y flotación por aire disuelto, una reducción logarítmica de 0,66 y 0,81 en coliformes totales y fecales, respectivamente (Šramkova et al., 2018).
Las bacterias sulfato-reductoras muestran una amplia versatilidad fisiológica, nutricional y de hábitats; por lo que no es de sorprender que sea frecuente su detección y aislamiento en aguas residuales de diversos tipos. Kanazawa (2012), indico que la densidad de bacterias sulfato-reductoras en una planta de lodos activados fue de 9,2x107 (NMP/100 ml) y que había una relación entre el número de Bacillus sp y el de las BSR. Sakamoto et al. (2012), señalaron que la densidad de bacterias sulfato-reductoras en un reactor usado para el tratamiento de aguas residuales de una industria avícola fue de 9,0x107 y 8,0x105 (NMP/100 ml) al inicio y final de las pruebas, con una reducción logarítmica de 2,05 unidades.
El análisis de correlación múltiple determinó que las variaciones del crecimiento de las bacterias sulfato-reductoras, coliformes totales y coliformes fecales estuvo asociada positivamente (P<0,05) con los cambios en la concentración de los sólidos suspendidos y disueltos totales. Moura el al. (2009), determinaron que la temperatura, el oxígeno disuelto y el pH fueron las variables ambientales que más influyeron sobre las comunidades bacterianas y atribuyeron la supervivencia de bacterias anaeróbicas incluyendo a las BSR, a la formación de micronichos asociados con aumentos en la temperatura y bajos niveles de oxígeno disuelto. Ducey y Hunt (2013), aplicaron el análisis de escalamiento multidimensional nométrico e indicaron que la estructura de la comunidad microbiana en unas aguas residuales fueron afectadas por el contenido de nitrógeno (N Kjeldahl), la demanda química de oxígeno, el potencial de óxido-reducción, los sólidos suspendidos totales y el oxígeno disuelto. Por su parte, Wang et al. (2014), al evaluar la estructura de la comunidad microbiana en aguas residuales determinaron mediante un análisis de correspondencia canónica que esta estuvo altamente correlacionada con la temperatura del agua, la concentración de oxígeno disuelto, la concentración de amonio y la tasa de carga de la Demanda Química de Oxígeno.
Conclusiones
1) El nivel de remoción de bacterias indicadoras (coliformes totales y fecales) en todas las plantas no fue lo suficiente como para que los efluentes cumplieran con la norma.
2) Los efluentes de las 6 plantas no cumplieron con la norma en lo relativo al contenido mínimo de oxígeno disuelto.
3) La calidad de los efluentes (persistencia de materia orgánica biodegradable, altos niveles de bacterias coliformes, bajos niveles de oxígeno disuelto y altas densidades de bacterias sulfato-reductoras) constituye un notable riesgo de impacto sobre los cuerpos de agua receptores.
Referencias
American Public Health Association (APHA). (1998). Standard Methods for the Analysis of Water and Wastewater. 20th edition. Washington DC. USA.
Ducey, T. F., and Hunt P. G. (2013). Microbial community analysis of swine wastewater anaerobic lagoons by next-generation DNA sequencing. Anaerobe.21:50-57.
El-Deeb Ghazy, M. M., and El-Senousy W. M. (2008). Performance evaluation of a waste stabilization pond in a rural area in Egypt. Amer. J. Environ. Sci. 4:316-326.
George, I., Crop P., and Servais P. (2002). Fecal coliform removal in wastewater treatment plants studied by plate counts and enzymathic methods. Water Res. 36:2607-2617.
Kanazawa, S. (2012). The relationship of genus Bacillus, sulfate reducing bacteria and sulfur oxidation bacteria in the activated sludge. Proc. Japan-Taiwan Symposium on Intelligent Green and Orange (iGO) Technology. MiaoLi, Taiwan. 10-11 December.
Kazmi, A. A., Tyagi V. K., Trivedi R. C., and Kumar A. (2008). Coliforms removal in fullscale activated sludge plants in India. J. Environ. Manag.. 87:415-419.
Marín I., Goñi P., Lasheras A. M., and Ormad M. P. (2015). Efficiency of a spanish wastewater treatment plant for removal potentially pathogens: Characterization of bacteria and protozoa along water and sludge treatment lines. Ecol. Eng. 74:28-32.
Mokracka, J., Koczura R., Jabloska L., and Kaznowski L. A. (2011). Phylogenetic groups, virulence genes and quinolone resistance of integrin-bearing Escherichia coli strains isolated from a wastewater treatment plant. A Van Leeuwenhoek. 99:817-824.
Moura, A., Tacao M., Henriques I., Dias J., Ferreira P., and Correia A. (2009). Characterization of bacterial diversity in two aerated lagoons of a wastewater treatment plant using PCR-DGGE analysis. Microbiol. Res. 164:560-569.
Muyzer, G., and A. J. M. Stams. (2008). The ecology and biotechnology of sulphate-reducing bacteria. Nature Rev. Microbiol. 6:440-454.
Pfenning, W. and Trüpper H. G. (1981). The dissimilatory sulfate-reducing bacteria. In: The Prokariotes. Starr, M. P. (ed.). Vol. I. Springer-Verlag, New York, USA.
Olanczuk-Neyman K., Stosik-Fleszar H., and Mikolajski S. (2001). Evaluation of indicator bacteria removal in wastewater treatment processes. Polish J. Environ. Studies. 10:457-461.
Rodríguez, E., Isac L., Fernández N., y Salas M D. (2005). El ecosistema “fangos activos”. Biología.org. 19:1-9.
Sakamoto I. K., Maintinguer S. I., Hirasawa J. S., Tallarico M. A., and Varesche M. A. (2012). Evaluation of microorganisms with sulfidogenic metabolic potential under anaerobic conditions. Braz. Arch. Biol. Technol. 55:779-784.
Šramkova, M. V., Diaz-Sosa V., and Wanner J. (2018). Experimental verification of tertiary treatment process in achieving effluent quality required by wastewater reuse standards. J. Water Process Eng. 22:41-45.
Wang X., Xia Y., Wen X., Yang Y., and Zhou J. (2014). Microbial community functional structures in wastewater treatment plants as characterized by GeoChip. PlosOne.9:1-9.
Zhang K., and Farahbakhsh K. (2007). Removal of native coliphages and coliform bacteria from municipal wastewater by various wastewater treatment processes: Implications to water reuse. Water Res. 41:2816-2824.
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