En 2014, el proceso de tratamiento de aguas por lodos activados cumplió 100 años de su invención por Arden y Lockett. Actualmente, de lejos, es el proceso biológico más ampliamente utilizado en el mundo y en México. No es hasta después de la Segunda Guerra Mundial que el proceso se masifica industrialmente. Desde hace 50 años, el principio de esta tecnología no ha sufrido mayores cambios, hasta la llegada de las membranas y los reactores granulares más recientemente.

El proceso por lodos activados se basa en dos principios para su operación. El primero es que los microorganismos en ambiente aerobio consumen la materia orgánica y la transforman en bióxido de carbono, agua y más microorganismos. El proceso se denomina “lodos activados” porque en un principio se creyó que los lodos (microorganismos) adsorbían la contaminación como el carbón activado, así pues no son lodos ni están activados. Se trata de bacterias que para sobrevivir se alimentan de la materia orgánica y por lo tanto reducen la contaminación. Este proceso se lleva a cabo en un tanque que se llama reactor biológico.

El segundo, y fundamental, es que estos microorganismos se agrupan formando flóculos, que son como hojuelas microscópicas. Los flóculos son más densos que las bacterias libres y por ende se separan más fácilmente por sedimentación. La separación de los microorganismos se lleva a cabo en otro tanque que se llama sedimentador. Es evidente que si por alguna razón los flóculos no se forman o se dispersan, el proceso no funciona. También en situaciones particulares, como la falta de oxígeno, las bacterias crecen en cadena formando filamentos, como cabellos, que ocupan un gran volumen en el tanque sedimentador. Este es un problema que se llama crecimiento filamentoso y ocasiona que las plantas de tratamiento no funcionen adecuadamente, pues al no sedimentar la biomasa, ésta se pierde aumentando el contenido de sólidos en el agua tratada. De este problema, la industria está llena de ejemplos.

Un hito importante en la industria del tratamiento de aguas fue la aplicación de procesos con membranas para solventar el problema anteriormente descrito. Esto comenzó a finales del siglo pasado. Las membranas son sistemas para separar y retener a los microorganismos dentro del reactor. Revolucionaron la industria, pues independientemente del tipo de agua y características de los microorganismos, fue posible contar con un agua libre de sólidos suspendidos de manera confiable. En nuestros días, cualquier planta de tratamiento de aguas de tamaño medio y mayor se diseña utilizando esta tecnología, al menos en los países desarrollados. Sin embargo, la tecnología de membranas supuso otro problema técnico: la colmatación, es decir, el ensuciamiento o taponamiento de las membranas. Lo cual incrementa los costos de operación del proceso.

Debido a lo anterior se han desarrollado procesos alternativos, más económicos que las membranas, pero eficientes en la separación de sólidos, en los cuales las bacterias en lugar de producir flóculos se agrupan creando gránulos. Estos gránulos son más densos que los flóculos y por lo tanto se separan mejor del agua tratada.

Para formar dichos gránulos se debe someter a las bacterias a un “estrés” que induzca una presión de selección. Este fenómeno lo observamos, por ejemplo, en las bacterias que colonizan las piedras de los ríos. Ahí, las bacterias se “pegan” a las piedras creando biopelículas para evitar ser arrastradas por la corriente.

Cuando las bacterias están frente a condiciones adversas generan un pegamento llamado exopolímeros. Estos exopolímeros son los responsables de la formación de gránulos densos. El desarrollo de la tecnología con gránulos se basa en la inducción de las bacterias para formar exopolímeros a través del cambio de las condiciones hidrodinámicas en el reactor biológico. Los gránulos pueden llegar a medir hasta cinco milímetros, en contraste con sólo unas cuantas micras que miden los flóculos. El incremento de tamaño incrementa su velocidad de sedimentación y, por lo tanto, se obtiene una mejor separación de la biomasa del agua, haciendo el proceso ventajoso sobre los lodos activados convencionales y sobre las membranas que pueden llegar ser costosas.