Tratamiento de aguas residuales utilizando microalgas y bacterias

Dr. Germán Buitrón Méndez

El uso de microalgas se ha asociado a la producción de biodiesel. Sin embargo, es posible generar otros productos de valor agregado a partir de esta biomasa, lo que ha facilitado el desarrollo de una plataforma de biorrefinería basada en microalgas.

La utilización de las microalgas para el tratamiento de aguas residuales fue planteada hace ya más de cinco décadas en la Universidad de California, sobre todo, como un pulimiento del agua tratada para remover nutrientes como el nitrógeno y fósforo. En aquéllos primeros sistemas, conocidos como lagunas de oxidación, las microalgas crecían en la superficie del agua mientras que las bacterias anaerobias (que no necesitan oxígeno) se reproducían en el fondo de la laguna. Este tipo de lagunas se ha continuado usando en Latinoamérica ampliamente. En México de acuerdo con datos de la CONAGUA (2013) las lagunas de oxidación ocupan el segundo lugar como tecnología de tratamiento de aguas.

Recientemente, se ha estudiado una variante de esta tecnología que presenta ventajas sobre las lagunas tradicionales. Estos nuevos sistemas se denominan lagunas microalgales de alta tasa y en los cuales existe una simbiosis microalga-bacteria, y en dónde se presenta remoción de la materia orgánica a velocidades significativamente mayores que en los sistemas lagunares convencionales, lo que reduce el área necesaria para llevar a cabo el tratamiento de aguas. Además, en las lagunas de alta tasa es posible tratar el agua residual para remover tanto la materia orgánica como los nutrientes (nitrógeno y fósforo). Todo está basado en la interacción simbiótica microalga-bacteria que explicaremos enseguida.

El término simbiosis se aplica cuando existe un vínculo asociativo desarrollado por ejemplares de distintas especies (en nuestro caso las microalgas y las bacterias) y cuando los organismos involucrados obtienen un beneficio de esa existencia en común. De esta manera, las microalgas facilitan el crecimiento bacteriano, proporcionándoles sustratos orgánicos mediante la excreción de material soluble durante el crecimiento o a través de la descomposición de células tras la muerte celular. Por otro lado, las microalgas generan, a partir de la luz, oxígeno que es utilizado por las bacterias aerobias.

Entonces, en el sistema microalgas-bacteria, las microalgas generan oxígeno que necesitan las bacterias para consumir la contaminación orgánica mucho más rápido que las bacterias anaerobias. El nitrógeno y el fósforo son removidos del agua residual por las microalgas que utilizan estos nutrientes para su crecimiento. Al degradar la materia orgánica las bacterias producen bióxido de carbono, nutrimento necesario para la eficiente reproducción de las microalgas. En los procesos de tratamiento de aguas por métodos biológicos es de suma importancia separar los microorganismos del agua tratada. Cuando en el sistema se utilizan únicamente microalgas su separación es extremadamente complicada porque se encuentran dispersas en el agua. Otra ventaja por el uso de una combinación de microalgas y bacterias es que éstas últimas generan sustancias llamadas exopolímeros que actúan como pegamento para formar partículas de hasta 5 milímetros que se separan fácilmente por sedimentación del agua residual.

La factibilidad del uso de microalgas y bacterias para tratar aguas residuales es evaluada en nuestro grupo de investigación gracias al patrocinio de un proyecto de fondo mixto Gobierno de Querétaro y CONACYT. Para el caso de las aguas municipales se ha logrado remover hasta 96 % de la contaminación, tanto de materia orgánica como de nutrientes. Estamos evaluando otro tipo de aguas residuales como las generadas en las granjas porcícolas y los residuos de los reactores metanogénicos. Por otro lado, con la biomasa microalga-bacteria generada, es posible obtener metano a partir de su digestión o productos de valor agregado como fertilizantes, ya que contienen el nitrógeno y fósforo previamente removido del agua residual. 

Comentarios