BIOLOGÍA DE LOS SISTEMAS DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

     Los altos valores de pH y de oxígeno molecular presentes en las lagunas de estabilización en las horas más iluminadas del día son el producto de la actividad fotosintética de las algas. Se ha propuesto que las radiaciones luminosas de longitud de ondas superiores a 320 µm, en presencia de altas concentraciones de oxígeno, y bajas de CO₂, tienen efecto letal sobre los microorganismos, (Mendoça, 2000). Incluso, la UNICEF, en su programa de rehidratación oral para comunidades de países en vías de desarrollo, recomienda la desinfección del agua por medio de la simple exposición al sol de botellas de vidrio transparente llenas de agua, durante uno o dos días.

     Una u otra causa del debilitamiento y de la muerte de bacterias indicadoras  y patógenas en las lagunas de estabilización estarían relacionadas con las bajas concentraciones de nutrientes , que ocurren  a medida que avanza el tratamiento de las aguas residuales, y debido a las transformaciones físico-químicas o biológicas , como la disminución de ortofosfato soluble, por precipitación en pH básico > 9, (Mendoça, 2000), o por ser consumidas por las algas y las macrofitas.

     Cuando las lagunas están bien dimensionadas, los huevos de los helmintos se precipitan en las anaerobias o en las facultativas. En caso de que algunos consigan llegar hasta las lagunas de maduración, termina sedimentando en estos reactores.

     En las lagunas anaerobias, la quiebra o biodegradación de la materia orgánica la realizan las bacterias acetogénicas y metanogénicas. Las primeras convierten los compuestos orgánicos complejos de las aguas residuales en moléculas orgánicas más simples. Los carbohidratos, como celulosa y almidón, son convertidos en ácidos orgánicos, aldehídos y alcoholes; los lípidos (grasas y aceites), en glicerol y ácidos grasos que más adelante serán convertidos en alcoholes, aldehídos y ácidos; las proteínas son degradadas hasta aminoácidos y éstos son transformados en ácidos orgánicos más simples, mercaptanos y dióxido de carbono. Los productos de la degradación ácido son el ácido acético (en mayor proporción), los ácidos propiónico y butírico, además de metanol, entre otros. El ácido acético es el sustrato para la acción de las bacterias metanogénicas que lo convierten en metano y dióxido de carbono (Mendoça, 2000).

     Las bacterias metanogénicas son muy sensibles a los cambios de temperatura y pH, así como al oxígeno molecular, pues son microorganismos estrictamente anaerobios. El éxito de las lagunas anaerobias depende del equilibrio entre las poblaciones bacterianas (las formadoras de ácidos orgánicos y las formadoras de metano) (Mendoça, 2000).

     En las lagunas anaerobias,  el principal mecanismo de eliminación de microorganismos es la sedimentación. Los huevos de helmintos se decantan por su propio peso, y los virus, bacterias y protozoarios se sedimentan, adheridos o absorbidos por sólidos decantables, o son arrastrados por éstos durante su sedimentación. Sin embargo, su eliminación es poco eficiente y depende del tiempo de permanencia. En general, el decaimiento bacteriano es de una unidad logarítmica, log₁₀ (10 veces), nulo o igual a 10 veces, para virus y protozoarios, y muy bajo para parásitos  (Mendoça, 2000).

     Las lagunas facultativas son llamadas así porque tienen una capa aerobia superficial, una zona facultativa intermedia y una capa anaerobia en el fondo. En este tipo de laguna los procesos de oxidación bacteriana convierten el material orgánico en dióxido de carbono, amonio y fosfatos. Las bacterias predominantes responsables de los procesos oxidativos son Pseudomona spp., Flavobacterium spp.,  y Alcaligenes spp. La existencia de nutrientes (NH₄⁺ y PO₄^-3) proporciona un ambiente favorable para que se desarrollen las poblaciones de algas, y a través de la fotosíntesis generan gran cantidad de oxígeno disuelto. Este oxígeno está disponible para que las bacterias aeróbicas continúen con la oxidación de la materia orgánica. En las lagunas facultativas existe una relación mutualista entre las algas y las bacterias. El oxígeno disuelto producido en las capas superiores de la laguna facultativa depende de la fotosíntesis y de la reaireación superficial a través de la interfaz aire/agua, debido a la agitación mecánica de los vientos.

        La concentración de oxígeno disuelto varía con la actividad de las algas y está asociada con las condiciones climáticas locales. En los momentos de bloom de algas, el proceso fotosintético es capaz de producir la remoción del dióxido de carbono, con velocidad mayor que la de su reposición, a través de la actividad respiratoria de las bacterias, y esto causa el aumento del pH hasta valores de 10,5 (Mendoça, 2000(Cadwell (1946)). Esto se debe a la disociación de iones de bicarbonato del agua que, al liberar el dióxido de carbono necesario para las algas, también libera iones hidroxilo, responsables del aumento del pH.

     Reacciones fotoquímicas, mediatizadas por moléculas sensibilizadoras (quenchers) presentes en el agua y en el interior de los microorganismos producirían formas tóxicas de oxígeno (radicales libres, superóxido, entre otros) que, combinadas con el pH alto, alterarían las membranas citoplasmática, causando la muerte celular (Mendoça, 2000).

     Entre las sustancias fotosensibilizadoras exógenas a la célula se citan los ácidos húmicos y la clorofila “a” liberada por las algas muertas. Entre las endógenas, se citan algunos componentes de los ácidos nucleicos, como la 4-tiouridina, el triptófano y las porfirinas.

     (Mendoça, 2000 (Parhard & Rao, 1974)), realizaron importantes observaciones sobre los efectos del pH elevado, y citaron valores superiores a 9,2 como inhibidores  del crecimiento de E. coli.  La acción inhibitoria estaría asociada a la ionización de la membrana celular y a alteraciones del pH intracelular, lo que dificultaría o anularía el metabolismo bacteriano.

     En las lagunas facultativas, la remoción y la muerte de los microorganismos indicadores y patógenos son más complejas. Numerosos factores influyen en el proceso: sedimentación, radiación solar, pH elevado, bajos niveles de CO₂, altas concentraciones de O₂ disuelto, acción bactericida de toxinas producidas por las algas, presencia de predadores y tiempo de permanencia.

     Las lagunas aerobias, de maduración o de pulimento son empleadas como el último paso de una serie de lagunas anaerobia-facultativa-aerobia o como lagunas de pulimento del efluente de una planta convencional de tratamiento de aguas residuales (tratamiento terciario). La principal función es la destrucción de microorganismos patógenos (virus, bacterias, quistes de protozoos y huevos de helmintos intestinales) (Mendoça, 2000).

     Los mayores efectos bactericidas  se observan en las lagunas de maduración, donde la transparencia del agua llega hasta el fondo, permitiendo la  completa penetración de la luz solar. En ellas se verifican los efectos sinérgicos de la luz y de los factores generados por altas tasas fotosintéticas (elevada producción de O₂, alto valores de pH, presencia de toxinas, escasez de nutrientes) (Mendoça, 2000).

    El tiempo de residencia o de permanencia de las aguas residuales dentro de la laguna es, sin duda, un factor de decisivo, que puede determinar la eficiencia del sistema (Mendoça, 2000 (Smallman, 1986)). Tiempos cortos no permiten la acción sinérgica del sistema algas/bacterias, pues no posibilitan la generación de una biomasa significativa de algas. Tiempos muy prolongados pueden inducir el crecimiento exagerado del fitoplancton, que forma una densa capa verde superficial. Esta capa causa el ensombrecimiento de las capas inferiores del agua, causando la inhibición de la fotosíntesis, la producción de oxígeno, la elevación del pH, entre otros, se produce la ruptura de las interrelaciones algas/bacterias y pueden aparecer condiciones anaerobias durante el día, disminuyendo la eficiencia de la eliminación de patógenos (Mendoça, 2000).