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MES, 200 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MEXICO POSGRADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS FES IZTACALA PRESENCIA Y DISTRIBUCIÓN DE AMIBAS Y CILIADOS EN EL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS DE CIUDAD UNIVERSITARIA TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRA EN CIENCIAS BIOLOGICAS (BIOLOGÍA AMBIENTAL) P R E S E N T A BIOL. ERIKA TOLEDO TREJO DIRECTOR DE TESIS: M. en C. ELIZABETH RAMIREZ FLORES MÉXICO, D.F. MES, 2007 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. AGRADECIMIENTOS Agradezco al Posgrado en Ciencias Biológicas por la admisión al programa y por permitir la permanencia dentro de este. Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por la beca otorgada para la realización de este posgrado. Al Comité Tutoral formado por el Dr. Víctor Manuel Luna Pabello, a la Dra. María del Rosario Sánchez Rodríguez y a mi tutora principal la M. en C. Elizabeth Ramírez Flores por sus observaciones, enseñanzas y consejos y sobre todo por el tiempo dedicado a este trabajo. A la Dra. María Antonieta Aladro Lubel y a la M. en C. Isaura Yáñez Noguéz por las observaciones realizadas a esta tesis. Al Dr. Miroslav Macek por sus consejos y las facilidades brindadas en el uso de su equipo para la identificación de organismos. Y a la Dra. Patricia Bonilla por permitirme trabajar en el proyecto que dirige. DEDICATORIA Con todo mi amor para mi esposo y mi hijo, por el tiempo que les quite por dárselo a este trabajo, por tu comprensión, cariño, confianza y por estar en las buenas y en las malas, mil gracias corazón. A mis padres por el apoyo que me brindaron en todos los sentidos y por siempre estar a mi lado, mil gracias. Y a la memoria del Dr. Eduardo Aranda Escobar que en paz descanse. 1 INDICE TEMA NUM. DE PAGINA RESUMEN 3 ABSTRACT 5 INTRODUCCIÓN 7 OBJETIVO GENERAL 9 OBJETIVOS PARTICULARES 9 HIPOTESIS 9 ANTECEDENTES 10 MARCO TEÓRICO 14 Importancia de los protozoos como indicadores. 14 Ciliados 14 Amibas 15 Sistema de saprobios como método de Evaluación biológica. 15 Tratamiento de agua residual. 17 JUSTIFICACIÓN 19 METODOLOGIA 20 Determinación amebiana 20 Determinación de ciliados 23 Determinación de parámetros físicos y químicos 23 RESULTADOS Y DISCUSION 24 Amibas 24 Ciliados 32 Parámetros físicos y químicos 44 Temperatura (T°) 44 Oxigeno disuelto (OD) 46 Potencial de Hidrogeno (pH) 48 Demanda Bioquímica de Oxígeno 49 Demanda Química de Oxigeno 50 Sólidos Suspendidos Totales 50 2 Índice de saprobiedad y remoción de amibas 54 CONCLUSIONES 60 LITERATURA CITADA 62 APENDICE I 69 APENDICE II 72 APENDICE III 75 3 RESUMEN El sistema de lodos activados es uno de los sistemas de tratamiento biológico más utilizados y es uno de los tres procesos que se encuentran en la planta de tratamiento de la Ciudad Universitaria de la Universidad Nacional Autónoma de México. Por otro lado, la presencia y distribución de determinados organismos en el agua, permite conocer las condiciones en las que ésta se encuentra. Entre estos organismos están los protozoos, especialmente los ciliados; que además tienen un papel importante en el funcionamiento del sistema de lodos activados. Las amibas de vida libre son importantes consumidoras de bacterias y algunas especies pueden ser patógenas para el hombre. Los objetivos de la investigación fueron: i) determinar la presencia y distribución de las amibas de vida libre y los ciliados del sistema de lodos activados de la planta de tratamiento de Ciudad Universitaria, determinar los siguientes parámetros fisicoquímicos: potencial de hidrógeno (pH), oxígeno disuelto (OD), temperatura (T), demanda química de oxígeno (DQO), demanda bioquímica de oxigeno (DBO) y sólidos suspendidos totales (SSust) determinar la calidad biológica del agua, mediante el uso del índice de saprobiedad. Se realizaron 12 muestreos mensuales y se tomaron muestras de agua residual de la entrada, del centro y de la salida del sistema. Se encontraron 59 especies de protozoos, de las cuales 31 fueron de amibas y 28 de ciliados. De las amibas, la especie más frecuente fue Vanella platypodia. Se aislaron en porcentajes bajos (8.3%), A. castellani y A. polyphaga, que han sido reportadas como patógenas, persistiendo esta última en el efluente; sin embargo esto no represento peligro para la salud de los usuarios, porque al agua tratada por el sistema se le aplica el proceso de desinfección. La mayor riqueza específica de amibas se presento en la entrada del sistema, mientras que la de los ciliados se observó en la estación central. Los ciliados pedunculados y de hábitos bacterívoros fueron los que predominaron en el sistema, especialmente en la estación del centro y la especie más frecuente fue Vorticella microstoma. Los porcentajes promedio de remoción de los parámetros fisicoquímicos (DBO 80%, DQO 87% y SSusT 90%), indicaron que la eficiencia de remoción del sistema fue buena. De acuerdo a los ciliados presentes en el sistema, la calidad del agua 4 estuvo dentro de las categorías α-mesosaprobia a polisaprobia y se establecieron las posibles categorías saprobias para las amibas. En general, se observo una relación entre la calidad del agua y la remoción de amibas, una calidad polisaprobia correspondió a un porcentaje de remoción bajo y una calidad α- mesosaprobia correspondió a un porcentaje de remoción de medio a alto. 5 ABSTRACT Activated sludge is one of the systems of biological treatment more used and it is one of the three systems located at treatment plant of University City of the National Autonomous University of Mexico. By other hand, the occurrence and distribution of some organisms in water allow to determine its conditions. Among these organisms are protozoa, especially the ciliates; besides they have a significance role in the performance of the system of activated sludge. Free-living amoebae are important eaters of bacteria and some species can be pathogen to man. The objectives of the research were: i) to determine the occurrence and distribution of free-living amoebae and ciliates at the system of activated sludge of University City, ii) to determine the follow physicochemical parameters: hydrogen potential (pH), dissolved oxygen (DO), temperature (T), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), and total suspended solid (TSS) and iii) to determine the biological quality of the water, using the index of saprobity. There were carried out monthly twelve samplings and the samples were taken from the influent, the middle and the effluent of the system. Fifty nine species of protozoa were found in the system, of them 31 species were amoebae and 28 species were ciliates. Vannella platypodia was the most frequent amoeba. A. castellani and A. polyphaga were isolated in low percentages(8.3%), they have been reported as pathogenic, the last one was detected also in the effluent; however this finding was not a health risk to users, because the wastewater treated by the system is disinfected. The highest species richness of free-living amoebae was in the influent, while the highest of ciliates was in the middle of the system. The attached forms ciliates and eaters of bacteria dominated in the system, especially in the middle, and the specie most frequent was Vorticella microstoma. The average removal percentages of physicochemical parameters BOD (80%), COD (87%) and TSS (90%) indicated the good performance of system. In according to the ciliates found in the system, the water quality were in the categories of α-mesosaprobity to polisaprobity and were determined the saprobic class to amoebae. In general, it was observed a relationship between the water 6 quality and the amoeba removal; when the water quality was polisaprobity, the removal percentage of amoebae was low, and when the water quality was α- mesosaprobity, the removal percentage of amoebae was of medium to high. 7 INTRODUCCION La contaminación del agua es un problema que se agudiza con el crecimiento de la población. Las descargas de residuos líquidos alcanzan ríos, lagos, océanos y en proporciones menores pueden infiltrarse al nivel freático, principalmente en las capas más superficiales (agua que posteriormente es utilizada por el hombre con diversos fines) y ocasionar una alteración en el equilibrio físico, químico y biológico (Atlas, 2002; Ramírez y Hurtado, 1998). Se estima que de un caudal de 206 m3/s de aguas residuales colectado en las redes de alcantarillado municipales del país en el 2006 solo el 36% (74.4 m3/s) recibió tratamiento (datos del 2006, Conagua, 2007). Entonces, tomando en cuenta el porcentaje de agua que es tratada resulta de mayor importancia que este tratamiento resulte efectivo. Así, el agua residual se ha dividido de acuerdo al tipo y grado de contaminación así como el uso que se dará al agua resultante. El sistema de lodos activados es un tratamiento de tipo secundario, el cual se basa en la descomposición de la materia orgánica por la acción de microorganismos, como sucede de forma natural en los cuerpos de agua. La presencia y distribución de determinadas especies en el agua tratada permite establecer las condiciones en las que ésta se encuentra y de manera reciproca conocer las características de los medios en que estas especies son capaces de sobrevivir y de participar en el proceso de depuración (Atlas 2002, Ramírez, 1998; Lugo y Sánchez, 1998; De Lora y Miro, 1978; Patrick, 1965; Liebman, 1912). El valor de los protozoos como indicadores del funcionamiento y la eficiencia de los sistemas de tratamiento biológico es bien conocido y se han observado principalmente en los sistemas aerobios (Puigagut, et al,.2007; Nicolau, et al., 2001; Curds y Hawkes, 1975). Estos organismos constituyen eslabones importantes para el paso de la materia y energía desde los principales descomponedores hacia niveles tróficos superiores, además su presencia 8 incrementa la mineralización de nitrógeno, fósforo y carbono, con lo que estimula la actividad metabólica de las bacterias y en caso de sobrecargas de materia orgánica los protozoos pueden llegar a convertirse en los únicos consumidores presentes (Fernández, 2001; De A. Cybis y Horan, 1997; Bonilla y Ramírez, 1993; Curds, 1992; Rivera et al., 1986; Pratt y Cairns, 1985). Dentro de los protozoos, los ciliados son considerados como el grupo mas importante para el funcionamiento de los sistemas biológicos como lodos activados, debido a que son mas eficientes en el consumo de bacterias (Curds, 1992) incluso que otros protozoos parásitos (Stott et al., 2001), aunque las amebas de vida libre consumen en menor proporción materia orgánica, hongos, bacterias y a otros protozoos incluyendo otras amibas, también contribuyen a la eliminación de bacterias en los sistemas de tratamiento, sobre todo en aquellos, en donde la población de ciliados esta pobremente representada. Aunado a esto es importante resaltar la capacidad anfizoica de algunas amibas tales como Acanthamoeba y Naegleria, las cuales pueden causar infecciones fatales del sistema nervioso central en el humano. 9 OBJETIVO GENERAL Determinar la presencia y distribución de amibas y ciliados en el proceso de lodos activados de la planta de tratamiento de Ciudad Universitaria (C.U). OBJETIVOS PARTICULARES Identificar las amibas y ciliados presentes en diferentes etapas del proceso de lodos activados: entrada, centro y salida. Determinar la distribución temporal y espacial de las amibas y ciliados presentes en el proceso. Determinar los parámetros físicos y químicos: Temperatura (Tº), Oxígeno disuelto (OD), Potencial de hidrógeno (pH), Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) Demanda química de oxígeno (DQO) y Sólidos suspendidos totales (SSusT). Conocer la relación entre los organismos presentes en el proceso de lodos activados con las condiciones fisicoquímicas. Determinar biológicamente la calidad del agua mediante el uso del sistema de saprobios (Índice de Pantle y Buck). HIPÓTESIS Las amibas y ciliados son organismos susceptibles a cambios ambientales como cualquier otro organismo, por lo que el tipo de amibas y de ciliados presentes en el agua tratada está determinado por las condiciones ambientales locales; a su vez estas especies permitirán determinar el grado de contaminación del agua y por tanto la eficiencia del sistema de lodos activados. De esta manera podremos establecer las condiciones físicas y químicas que condicionan la presencia de ciliados y amibas. 10 ANTECEDENTES A continuación se presentan algunos de los trabajos donde se ha determinado la presencia de especies de ciliados y el papel de estos en el proceso de depuración del agua y los realizados para amibas, aunque los realizados para estos últimos organismos son pocos. Madoni y Antonietti en 1984 establecen la dinámica de colonización de poblaciones de ciliados en una planta de tratamiento de lodos activados en Parma, Italia. Observando que las primeras fases de colonización son comunes los ciliados libres nadadores y posteriormente se presentan los organismos reptantes y pedunculados. Kinner y Curds en 1987 monitorearon la sucesión de protozoos y metazoos en un sistema de biodiscos expuesto a varias cargas orgánicas, estableciendo que las bacterias son los primeros organismos que se encuentran, posteriormente flagelados, después ciliados (libres nadadores, seguidos por pedunculados y finalmente carnívoros) y posteriormente rotíferos y amibas grandes. Sugirieron además que el análisis de las películas de este tipo de sistemas considerando a protozoos y metazoos permiten determinar la calidad de los efluentes. Aescht y Foissner en 1992 menciona a los ciliados bacterivoros libres nadadores como grupo pionero en las fases iniciales de tratamiento en el sistema de lodos activados, menciona también que la abundancia de amibas es menor con respecto a la de ciliados y que esta frecuencia amebiana está determinada por la composición del influente. Ramírez y otros colaboradores en 1993 determinaron la presencia de amibas patógenas y de vida libre en una planta de tratamiento de lodos activados de la Ciudad de Londres, en la cual encontraron especies de diferentes grados de patogenicidad lo que representa un riesgo para los lugares de descarga de esta planta. 11 Por su parte Fernández y colaboradores en el 2001 estudiaron un sistema de lodos activados que trataba efluentes de la industria automotriz y sugirieron a los ciliadoscomo buenos indicadores de la calidad de los procesos de depuración y su utilidad como herramientas para futuros procesos de control, sugiriendo incluso especies indicadoras de cargas orgánicas. Nicolau y colaboradores en 2001 consideraron a los ciliados como herramientas para evaluar la presencia de contaminantes durante el tratamiento biológico, así como en la dispersión de bacterias, además de mantener las redes tróficas en estos ecosistemas artificiales, postulándolos como un instrumento útil e innovador en el monitoreo de plantas de tratamiento del agua residual. Pérez y colaboradores en 2001 observaron que la presencia de ciliados peritricos estuvo asociado con el mejor funcionamiento de los sistemas de biodiscos en una planta de tratamiento de Madrid, España. Lee y colaboradores en 2004 realizaron una evaluación de los protozoos presentes en un sistema de lodos activado, considerando a los protozoos como los organismos que más participan y reflejan el estado del proceso, recalcando que la distribución de las especies bioindicadoras puede ser diferente de acuerdo a las condiciones en las que opera el sistema. Jian y Shen en el 2005 trabajaron en un sistema de drenaje colector de la ciudad de Changde en China con la finalidad de usar los valores físicos y químicos del agua en conjunto con los protozoos y generar un índice que englobara la contaminación representada por la comunidad existente en el sistema, así como por especie y estas en relación con las condiciones fisicoquímicas. En lo que respecta a algunos trabajos realizados en nuestro país se presentan los siguientes: Rivera y colaboradores en 1986 realizarón el análisis de protozoos sacordinos en un estanque de estabilización en Santo Tomás Atzingo, Edo. de México, donde observaron el favorecimiento del número de amibas de 12 vida libre presentes por pH básicos y temperaturas entre 13.5° y 21. 8°, aunque los valores de temperatura limitaron la presencia de amibas patógenas y con respecto a la saprobiedad del sistema se determinaron condiciones polisaprobicas en base a parámetros físicos, químicos y biológicos. Rivera y colaboradores en 1987 en el mismo estanque de estabilización antes mencionada, evaluaron la presencia de los ciliados la cual estaba claramente relacionada con la eficiencia de remoción (en términos de DBO) del sistema, ya que el tipo y número de especies de ciliados encontrados coincidía con la eficiencia de remoción de materia orgánica. Lugo y colaboradores en 1991 en un sistema de estanque de estabilización observaron que existía relación de las comunidades de protozoos con las condiciones ambientales, encontrando que especies bacterivoras y saprozoicas eran favorecidas por altos niveles de DBO, COD y valores de pH naturales y cuando la DBO y COD valores fueron bajos los bacterívoros y autótrofos fueron los taxas mas importantes y al final del sistema con valores de oxígeno disuelto y pH altos, los ciliados fueron los dominantes y correspondieron a especies alguivoras y grupos rapaces. Luna en 1993 comparo las poblaciones de ciliados en un reactor biológico rotatorio con distintos tipos de aguas residuales como sustrato, encontrando diferentes especies de ciliados y considerando que entre mas compleja y homogénea sea la comunidad de estos, la calidad del agua es mejor. Con respecto a la saprobiedad observo que para el agua residual estudiada, algunas especies estaban distribuidas en intervalos de saprobiedad relativamente estrechos, considerando finalmente que es necesario considerar el contenido de materia biodegradable y la diversidad de los ciliados predominantes. Ramírez y colaboradores en 1993 determinaron la presencia de especies de amibas de vida libre y patógenas en los efluentes de aguas tratadas mediante el uso del método de la zona de la raíz (MZR), donde la presencia de estas amibas pudo estar favorecida por el sustrato empleado en el 13 sistema de tratamiento, por ser organismos comunes en suelos, lo que implica que se le debe de dar un tratamiento extra a los efluentes. Sánchez y Lugo en 1993 señalaron que los protozoos presentes en sistemas de tratamiento de tipo aerobio desempeñan un papel importante en el proceso de depuración, principalmente por el consumo de bacterias tanto entéricas como patógenas, considerando por tanto a los protozoos como buenos indicadores del funcionamiento de los tratamientos y como una práctica muy promisoria y eficiente. García en el 2000, evalúa la calidad del agua y la presencia de ciliados en un filtro biológico aerobio de la planta de tratamiento en la Ciudad de México, encontrando que la variación de ciliados es este sistema es muy similar a la de los procesos de lodos activados. Robles y colaboradores en el 2002 encontraron amibas a todo lo largo de un sistema de tipo del Método de la Zona de la Raíz que trataba el agua de desecho de una casa-habitación en Matilde, Hidalgo. Ramírez y colaboradores en el 2003 determinaron la presencia de amibas en agua después de ser tratada mediante el uso del método de la zona de la raíz, encontrando varios géneros, cuya presencia y abundancia estaba determinada por condiciones ambientales como temperatura, pH y conductividad. Todos estos trabajos comprueban el papel relevante de los protozoos, específicamente para el caso de ciliados como organismos que contribuyen a la depuración del agua residual y como indicadores de la eficiencia de los sistemas de tratamiento biológico, y para el caso de las amibas su constante presencia en los sistemas de tratamiento, sugiere que son organismos que pueden participar activamente en el proceso de depuración, consumiendo bacterias que se encuentran en el agua residual y que pueden tolerar concentraciones relativamente altas de materia orgánica, lo que lleva a discutir su importancia en estos procesos y sus posibilidades como herramientas indicadoras de calidad del agua, así como las implicaciones sanitarias de su presencia en las aguas tratadas 14 MARCO TEÓRICO Importancia de los protozoos como bioindicadores: ciliados y amibas. Los métodos biológicos usados para evaluar la calidad del agua son muy útiles cuando es necesario conocer los posibles usos de un cuerpo de agua determinado. La presencia de los protozoos en los sistemas de tratamiento se conoce desde hace tiempo y se han observado principalmente en los aerobios (Pérez, et al. 2001; Cereceda, et al.; 2001 y Curds, 1975 entre otros). Las cadenas de alimentos en los sistemas de tratamiento se simplifican notablemente debido a las condiciones rigurosas que existen, y en ellas los protozoos constituyen eslabones importantes para el paso de la materia y energía desde los principales descomponedores, que son las bacterias, hacia niveles tróficos superiores. Se ha demostrado además que la presencia de protozoos en el agua incrementa la mineralización de nitrógeno, fósforo y carbono, con lo que se estimula la actividad metabólica de las bacterias (Bonilla y Ramírez, 1993). Cuando se presentan sobrecargas de materia orgánica los protozoos pueden llegar a convertirse en los únicos consumidores presentes (Rivera et al. 1986). Ciliados: Son el grupo de protozoos más importante para el buen funcionamiento de los sistemas biológicos. Debido a que son más eficientes en el consumo de bacterias que las amibas y los flagelados, su aportación al control de las poblaciones bacterianas es mayor (Curds, 1975).Se ha demostrado que la ausencia de ciliados provoca efluentes con una DBO alta y aumento en la turbidez debido al elevado número de bacterias presentes (Puigagut et al., 2007; Curds, 1992). De los diversos trabajos realizado sobre el uso de ciliados como indicadores de calidad encontramos -por mencionar algunos- los realizados por Cereceda et al. (2001), Pérez et al.,(2001); Fernández et al., (2001); Al-Shahwani y Horan, (1991); Madoni (1991); los cuales coinciden en que la presencia de ciertas especies de ciliados son indicadoras del buen funcionamiento de los sistemas biológicos (discos biológicos rotatorios y lodos activados). 15 Amibas: Las amibas de vida libre, incluyendo a las especies patógenas, se encuentran en un amplio intervalo de hábitats. En el suelo y en el agua se alimentan selectivamente de bacterias y pueden controlar el número de éstas y la diversidad de especies. Las amibas del género Vahlkampfia son consumidores voraces de bacterias pequeñas; Rosculus es también una ameba muy común en condiciones de alto grado de contaminación orgánica y también es un consumidor voraz de bacteria de origen fecal. Además, se ha observado que en tanques de estabilización el incremento en la alcalinidad (357.9 mg L -1) y en la temperatura (21ºC) favorecen un mayor desarrollo de amibas de vida libre y patógenas (Bonilla et al., 2004; Rivera, 1986). Aunque se considera que las amebas no tienen un papel importante en la depuración en los sistemas, si es evidente la importancia médica de estos protozoos ya que pueden producir infecciones en el sistema nervioso central y en el ojo (Bonilla y Ramírez, 2004; Marciano-Cabral y Cabral, 2003; Schuster y Visvesvara, 2004). Estos organismos en forma de quiste o de trofozoíto pueden llegar al agua por arrastre o inclusive por corrientes de aire. También los cuerpos de agua que las contengan pueden arrojarlas a la atmósfera mediante la formación de aerosoles producidos por el impacto del agua con superficies duras y por la formación de burbujas, llegando a invadir incluso alimentos y al hombre (Bonilla y Ramírez, 1993; Martínez, 1993) y por lo tanto de gran trascendencia determinar su presencia en cualquier tipo de agua. Sistema de saprobios como método de evaluación biológica. El sistema de saprobios es un método para evaluar la calidad del agua donde el grado de saprobiedad está relacionado con el régimen de oxígeno, la cantidad de descomponedores y de otros factores en el ambiente. Se basa en la teoría que en un cuerpo de agua después de recibir una carga de contaminantes orgánicos ocurrirá un proceso normal de purificación (sistema de depuración), de la cual resulta una sucesión de zonas, en cada una se van presentando menores condiciones de contaminación y tendrá presumiblemente plantas y animales 16 característicos, por lo cual cada zona puede ser identificada por flora y fauna peculiar (Sladecek, 1973). Se debe considerar que la ausencia de una determinada especie de microorganismos, no siempre va a indicar lo desfavorable de un ambiente, ya que cabe la posibilidad de que el microorganismo no haya tenido oportunidad de llegar a colonizar esta zona (Sladecek, 1973). Foissner (1992) sugiere el índice de Pantle y Buck (1955) para evaluar la calidad de aguas donde se considera la abundancia relativa (número de individuos estimados para cada especie) y el índice saprobio de cada especie en particular. Es importante señalar algunas consideraciones mencionadas por él autor, para este índice tales como comparar el índice saprobio con otros parámetros químicos, no puede ser aplicado a aguas que reciban venenos o residuos no biodegradables y que las tomas de muestras directamente del agua son más eficaces y prácticas que las tomadas de un substrato artificial. De esta manera de acuerdo al grado de purificación o contaminación de las aguas dulces, Foissner (1992) menciona 4 zonas de contaminación usando características o cualidades químicas, estas zonas se ubican dentro del esquema saprobio de Sládececk (1973) en la parte de limnosaprobiedad que son aguas con características aerobias, que pueden ser aguas limpias, moderadas o altamente contaminadas y es el nivel de más usado en la caracterización biológica. Dentro de la limnosaprobiedad están las siguientes subdivisiones las cuales están consideradas en el índice de Pantle y Buck (1955). I. Polisaprobia: Zona de alta contaminación con materia orgánica, muy poco o sin oxígeno disuelto. Poca diversidad, especialmente bacterias y protozoos heterotróficos, con alta abundancia. II. Alfa-mesosaprobia: Zona con poco oxígeno presente, apenas se inicia la mineralización. La diversidad es mayor que en la zona polisaprobia; las bacterias y protozoos aún dominan. III. Beta-mesosaprobia: Zona donde la descomposición de los productos se aproxima a la mineralización y el déficit de oxígeno es menor. Una gran 17 diversidad de protozoos, algas y larvas de otros organismos están presentes, con baja abundancia en comparación con las dos zonas anteriores. IV. Oligosaprobia: La mineralización de la materia orgánica es completa y el agua está saturada de oxígeno. Una gran diversidad de algas y larvas de artrópodos ocurren con muy baja abundancia. Los protozoos son escasos en esta zona. Tratamiento del agua residual. Como resultado de los usos que se le dan al agua se obtienen aguas residuales de diversas características, lo que requiere de tratamientos eficaces. El tratamiento de agua residual puede incluirse en los siguientes procesos: Tratamiento preliminar, tratamiento primario, tratamiento secundario o biológico, tratamiento terciario, desinfección, tratamiento de lodos, y disposición de los lodos (Ramalho, 1993; Ramírez, 1998). Tratamiento biológico. Con este tratamiento se eliminan sustancias orgánicas que permanecen después del tratamiento primario, esto se realiza con una eficiencia de hasta el 85%, también se eliminan patógenos en un 85%. A continuación se describe brevemente el sistema de lodos activados: Lodos activados: Es el principal proceso de tratamiento de aguas residuales municipales en nuestro país, según Conagua en el 2006 trato un caudal de 30 m3/s constituyendo el 41.6% de agua de la que se recolecta (Conagua, 2007). Su nombre se debe a la presencia de flóculos compuestos por microorganismos y materia orgánica, que se forman inyectando continuamente aire al agua residual. Los microorganismos crecen en volumen gracias al alimento y al O2 del que disponen. Para mejorar el contacto entre los microorganismos y la materia orgánica se realiza un agitado constante. A medida que el número de microorganismos aumenta se agrupan y forman pequeñas masas que sedimentan. Los lodos 18 resultantes se retiran del sistema, pero un 20% se devuelven al tanque para realimentarlo de microorganismos. Los microorganismos que están formando parte de los lodos, degradan la materia orgánica presente en el agua residual y de esta manera la purifican. Este sistema no requiere de una gran extensión de terrenos (Ramírez, 1998; Ramalho, 1993). 19 JUSTIFICACIÓN Aunque se conoce la presencia de ciliados (principalmente) y de amibas en el proceso de lodos activados, la mayoría de los trabajos realizados se enfocan principalmente a establecer el papel de los ciliados en el proceso de depuración de los sistemas de tratamiento biológico y pocos son los que se han enfocado a realizar estudios de amibas en el mismo sentido que el de ciliados, ya que en general los estudios realizados para amibas han sido con respecto al potencial patógeno de estos organismos. Generalmente solo se analiza el influente y el efluente y no se conoce lo que existe a lo largo de todo el proceso, por lo que fue importante realizar el seguimiento del proceso de lodos activados desde la fase inicial, intermedia y final de este, buscando así determinar la presencia de especies tanto de ciliados como de amibas y si es que existe una relación de estos con las condiciones físicas y químicas del agua que esta siendo tratada Así mismo si es posible demostrar mayor importancia ecológicade las amibas en el sistema de lodos activados. Ahora bien los organismos constituyen una herramienta sencilla y barata y ayudan a determinar la calidad del agua; si bien las implicaciones de identificación taxonómica son difíciles, el conocer su composición refleja las variaciones en las condiciones del medio de una manera fiel y rápida. El sistema de lodos activados de la planta de tratamiento de Ciudad Universitaria es el que trata mayor cantidad de agua que se produce en esa área, la cual es vertida a los jardines del campus central. Por lo que fue de interés determinar su calidad ya que en el caso de las amibas, como se mencionó, existen especies patógenas que pueden estar en forma de aerosoles pudiendo representar un riesgo sanitario por el regar las áreas verdes del campus con esta agua. 20 METODOLOGÍA Se realizaron 12 muestreos mensuales en el sistema de lodos activados de la planta de tratamiento de aguas residuales de Ciudad Universitaria, México, D.F., de enero a diciembre de 2004. El agua residual que llegaba a este sistema fue durante este periodo de 13.5 l/s .El diagrama de la planta de tratamiento se presenta en la figura 1, en la cual se señalan las tres zonas o estaciones de muestreo establecidas en el sistema de lodos activados: entrada del sistema (sedimentador de arena), estación central (centro del sistema) y salida del sistema (tanque sedimentador secundario, solo para el sistema de lodos activados). De cada estación se tomaron muestras para el análisis de amibas, para ciliados y para los análisis físicos y químicos. La metodología en general se presenta en la figura 2. Determinación amebiana. Las muestras se tomaron en frascos ámbar esterilizados de 250 ml, se transportaron al laboratorio a temperatura ambiente. En el laboratorio cada muestra fue homogenizada para posteriormente tomar una alícuota de 50 ml, la cual se centrifugó a 3500 rpm durante 15 min, una parte del sedimento obtenido fue usada para realizar observaciones al microscopio de contraste de fases y realizar una determinación de la muestra fresca; otra parte se inoculo repartiéndolo en 5 gotas separadas en cajas petri previamente preparadas con medio de agar no nutritivo sembrado con Enterobacter aerogenes (NNE). 21 Las cajas inoculadas se incubaron a una temperatura de 25º C y observadas después de 7 días de incubación para detectar el crecimiento amibiano, usando un invertoscopio a 10 y 20 X (Zeiss) Las amibas se identificaron con ayuda de las claves de Page (1988), tomando en cuenta sus características morfológicas de quiste y trofozoíto, temperatura de crecimiento y prueba de flagelación. Para observar si hubo crecimiento de amibas en las cajas de Petri, se realizó un lavado con solución salina o agua destilada estéril, tomando unas gotas de esta suspensión y colocándola en portaobjetos; estas preparaciones fueron observadas por microscopia de contraste de fases Zeeis a 40 y 100x. I. Entrada general (entrada al sistema de lodos). II. Estación central del sistema de lodos. III. Salida del sistema I II III Figura 1. Diagrama de la planta de tratamiento de Ciudad Universitaria, donde el sistema de lodos activados esta marcado con el numero romano III. 22 Figura 2.Diagrama de la metodología llevada a cabo para la determinación de amibas, ciliados y parámetros fisicoquímicos. Determinación de ciliados Determinación de amibas. Determinación de parámetros físico-químicos. Determinación en campo: Tº ,OD, pH. Determinación en laboratorio: DBO, DQO, SSusT. Centrifugación a 3500 rpm por 15 min. Cultivo en agar NNE Incubación a 25+1ºC Identificación taxonómica por microscopia de contraste de fases. Prueba de flagelación (Para género Naegleria) Cultivos (Chalkley e Infusión de hojas de cereal deshidratado). Tinciones Preparaciones permanentes (Técnica de protargol). Identificación taxonómica por microscopia de contraste de fases campo oscuro y contraste diferencial de interferencia. Índice de saprobiedad. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Identificación por microscopia de Contraste de fases Muestra in vivo Identificación taxonómica por microscopia de contraste de fases Muestra fresca 3 Muestras (1, 2 y 3) Centro Entrada Salida Planta de tratamiento C.U 3 Muestras (1, 2 y 3) 3 Muestras (1, 2 y 3) 23 Determinación de ciliados. Las muestras se tomaron en envases de medio litro y se transportaron a temperatura ambiente y a la sombra. El mismo día de colecta, en el laboratorio se realizo un análisis microscópico inicial (Finlay y Guhl, 1992). Los protozoos in vivo, se identificaron con el uso de las siguientes claves taxonómicas: Foissner et al. (1992, 1994), Foissner et al. (1999), Lee et al. (2000), Patterson y Larsen (1991), Curds (1969). En caso de que los organismos encontrados no fueran determinados taxonómicamente el día de la recolecta, se realizaron cultivos para protozoos utilizando los medios de Chalkley con trigo y arroz (Kudo, 1982) e infusión de hojas de cereal deshidratado (Sigma Co.) (Lee y Soldo, 1992), y fijación de algunas muestras para la técnica de Protargol (Montagnes y Lynn, 1987) para llegar al nivel especie de los organismos en la identificación. Para la observación de los protozoos se emplearon las técnicas de microscopía de contraste de fases, campo oscuro y contraste diferencial de interferencia a 40 y 100 X Determinación de parámetros físicos y químicos. En el lugar de muestreo se determinaron la temperatura y oxígeno disuelto (con un oxímetro modelo YSI 51 B) y pH (con un potenciómetro modelo HANNA Instruments HI 8314). Mientras que en laboratorio se realizaron las determinaciones de la DBO (YSI5210B), DQO (5220) y SSusT (2540D), de acuerdo al Standard Methods 1998. 24 RESULTADOS Y DISCUSION PARÁMETROS BIOLÓGICOS: AMIBAS Y CILIADOS. A continuación se presentan los resultados obtenidos en los 12 muestreos realizados en el sistema de lodos activados en la planta de tratamiento ubicada en Ciudad Universitaria. Con el fin de mostrar a detalle lo observado en el sistema y en orden de planteamiento de objetivos se presentan en primer lugar los resultados obtenidos para amibas (Phylum Rhizopoda) y en segundo lugar los resultados de ciliados (Phylum Ciliophora). Amibas de Vida Libre (AVL). En la tabla 1 se presenta la riqueza especifica de amibas de vida libre (AVL), la cual estuvo compuesta de 11 géneros y 31 especies que ya han sido observadas en otros sistemas de tratamiento como el del Método de la Zona de la Raíz (tipo de humedal artificial) (Gudiño, 2003; Ramírez et al., 2003; Robles et al., 2002; Rivera et al., 1993), lodos activados (Lugo y Sánchez, 1993; Ramírez et al., 1993) y estanques de estabilización (Rivera et al., 1986). Todas las especies también han sido reportadas en cuerpos de agua ya sea dulce o marina (Ortiz et al., 2001; Page, 1988). Dentro de los géneros encontrados, Rosculus y Vahlkampfia, son consumidores voraces de bacterias de origen fecal y específicamente V. avara puede alimentarse de ciliados y flagelados pequeños (Bonilla y Ramírez, 1993). Se presentaron también amibas del género Acanthamoeba del cual A. castellani y A. polyphaga pueden ocasionar infecciones oculares (Bonilla y Ramírez, 1993) e incluso se les ha relacionado con encefalitis granulomatosa amebiana (Ortiz, et al. 2001). 25 Tabla 1. Riqueza específica de amibas de vida libre observadas en el sistema de lodos activados. GÉNERO ESPECIE Acanthamoeba castellani ludgudunensis polyphaga quina Dactylamoeba bulla stella Filamoeba nolandi Hartmannella cantabrigensis Mayorellabicornifrons bigemma cantabrigiensis microeructa oblonga spatula stenopidia Platyamoeba placida stenopodia Polychaos timidum Rosculus Ithacus Thecamoeba quadrilineata similis striata Vahlkampfia aberdonica avara enterica ustiana Vannella cirrifera lata miroides platypodia simplex 26 La frecuencia de AVL se presenta en el gráfico 1, donde podemos notar que la especie más frecuente fue Vannella platypodia con el 14.29% seguida de Platyamoeba placida con un 10.71% y Vahlkampfia avara con 9.29 %, Dactylamoeba stella y Mayorella spatula con 7.86%, M. microeructa con 5.71%, Rosculus ithacus con 5%, Hartannella cantabrigensis y Vanella simplex con 4.29%. Las 22 especies que fueron menores a 3% de frecuencia, se juntaron dando un valor de 30.71%. Es importante resaltar que Vanella platypodia la amiba más frecuente, no forma una estructura de resistencia (quiste), por lo que se puede deducir que en su estadio de trofozoito tuvo la capacidad de resistir condiciones ambientales adversas como fueron las bajas concentraciones de oxígeno disuelto y las altas concentraciones de materia orgánica que se presentaron en el proceso de purificación. A diferencia de lo observado en otros sistemas, como el de humedales donde su frecuencia fue baja (5%) (Ramírez et al., 2005), y un poco mas alta con 11.8% en un sistema de lodos activados de Inglaterra (Ramírez et al., 2003), lo que permite pensar que pueden participar activamente en el proceso de depuración. 27 La frecuencia y distribución por estación de muestreo de las 31 especies identificadas a lo largo de los 12 muestreos se presenta en la tabla 2. Cabe resaltar algunos casos como son: Acanthamoeba castellani que se presento en la entrada del sistema con una frecuencia de 8.3% en el mes de noviembre pero no en las otras dos estaciones, lo que nos habla de una remoción eficiente para una especie potencialmente patógena. Otras situaciones similares donde se observó una disminución en la frecuencia fue la de Rosculus ithacus, de 41.6% en la entrada a 8.3% en la salida y Mayorella spatula de 50% a 8.3%, esto probablemente se debió a una disminución en la disponibilidad de bacterias. También se presentaron situaciones en las cuales hubo especies que persistieron en las tres estaciones de muestreo, como fueron los casos de Acanthamoeba polyphaga, aunque en baja frecuencia (8.3%), Hartmanella cantabrigensis con un 16.6% de frecuencia en las tres estaciones de muestreo y Vahlkampfia avara cuya frecuencia aumento en la estación central; esto probablemente debido a la resistencia de sus quistes a condiciones ambientales adversas (Ramírez y Bonilla, 1993; Page, 1988). Otras frecuencias amebianas importantes fueron las de Mayorella microeructa y Dactyloamoeba stella con 33.3% y 41.6% respectivamente, en la estación central del sistema, esto ocasionado por aumentos en la materia orgánica y posteriormente su frecuencia disminuye al 25% en la salida. Tabla 2.Frecuencia de especies de amibas presentes en cada estación de muestreo Especies Periodos de muestreo Frecuencia % Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. E C S Acanthamoeba castellani E 8.3 - - A. ludgudunensis E E E 25 - - A. polyphaga E C S 8.3 8.3 8.3 A. quina E S 8.3 - 8.3 Dactyloamoeba bulba S - - 8.3 D. stella S C E E C E C S C S C 25 41.6 25 Fiolamoeba nolandi E C 8.3 8.3 - Hartmanella cantabrigensis S C E C S E 16.6 16.6 16.6 Mayorella bicornifrons S 8.3 - - M. bigemma C - 8.3 - M. cantabrigensis E C C 8.3 16.6 - M. microeructa E C C S C S C S 8.3 33.3 25 M. oblonga S - - 8.3 M. spatula E C E E E E C E C C S 50 33.3 8..3 M. stenopodia E 8.3 - - Platyamoeba placida E C E C S E C S E C S E C S C 41.6 50 33.3 P. stenopodia E S 8.3 - 8.3 Polyhaos timidum E 8.3 - - Rosculus ithacus S E E C E E E 41.6 8..3 8.3 Thecamoeba quadrilineata C C S - 16.6 8.3 T. similis C - 8.3 - T. striata E 8.3 - - Vahlkampfia aberdonica E C E S 16.6 8.3 8.3 V. avara C E C S C S E E C C C C S 25 58.3 16.6 V. enterica E C E 16.6 8.3 - V. ustiana C C - 16.6 - Vanella cirrifera E C 8.3 8.3 - V. lata E C S 8.3 8.3 8.3 V. miroides C E 8.3 8.3 - V. platypodia E C S E C S C E E C S E C E E E S C S S 66.6 50 50 V. simplex E S E C E S 25 8.3 16.6 E: Entrada C: Centro S: Salida 28 29 En cuanto a la distribución de las amibas totales por mes de muestreo considerando las tres estaciones muestreadas, lo cual está representado como distribución temporal en el gráfico 2. En el mes de junio se presento el mayor número de aislamientos con 22, posteriormente en orden descendente estuvo el mes de diciembre y abril con 18 y 16 aislamientos respectivamente. El menor número de aislamientos se presentó en septiembre con 6, seguido de febrero con 7 y enero y marzo con 8. Como se puede observar se presento un patrón de comportamiento de altas y bajas a lo largo del período de estudio, donde los máximos y mínimos se presentaron tanto en tiempo de calor como de frío. Esto no concuerda con el patrón de distribución temporal conocido de las amibas, donde los máximos se presentan solo en los meses más calientes del año y los mínimos en los más fríos (Bonilla et al., 2004; Schuster y Visvesvara, 2004; Bonilla y Ramírez, 1993). Esto tal vez se deba a que no se encontraron amibas del género Naegleria, que son las que siguen estrictamente este patrón de comportamiento por ser termófilas. La relación de AVL con los factores ambientales se detalla más adelante en el apartado de resultados de parámetros fisicoquímicos. 30 0 5 10 15 20 25 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 8 7 8 16 12 22 13 12 6 13 7 18 Num. de aislamientos. Gráfico 2. Distribución temporal de las AVL totales. Tomando en cuenta cada muestreo y las estaciones estudiadas se realizó el gráfico 3. La estación de muestreo que presento mayor número de aislamientos fue la entrada en el mes de junio con 13 aislamientos y la estación con menor número de aislamientos fue la salida en los meses de febrero, agosto, septiembre y noviembre con 4 aislamientos. 31 Gráfico 3. Distribución espacial de los aislamientos de AVL . 0 2 4 6 8 10 12 14 Enero Febrero M arzo Abril M ayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Num. de aislamientos. Salida Centro Entrada Cuando se tomó en cuenta el número de aislamientos totales por estación de muestreo, se observó claramente que el número de aislamientos en la salida del sistema fue menor que en la entrada del mismo, lo que en general refleja una eficiente remoción de amibas (gráfico 4). Aunque también se observó que en algunos muestreos donde hay remoción amebiana pero en la salida persistieronespecies con potencial patógeno, como fue el caso de Acanthamoeba polyphaga en el mes de Marzo, por lo que se debe de tener cuidado de que el agua tratada no se ponga en contacto directo con el humano (Ramírez et al., 2005; Preston, 2003; Bonilla y Ramírez, 1993). 32 0 10 20 30 40 50 60 Entrada Centro Salida N um . d e ai sl m ie nt os Estaciones de muestreo Gráfico 4. Distribución espacial total de amibas de vida libre En general podemos mencionar que el estudio de las amibas de vida libre en los sistemas de tratamiento puede además de informar sobre la calidad sanitaria del agua que entra y sale también puede darnos noción sobre la eficiencia depurativa del sistema. 33 Ciliados. El Phylum Ciliophora del sistema de lodos activados de la planta de C.U presentó una riqueza específica de 17 géneros con 28 especies, de las cuales todas han sido observadas en diferentes sistemas de tratamiento como lodos activados (Lee et al., 2004; Fernández, 2001; Aescht y Foissner, 1992; Al-Shahwani y Horan, 1991;Madoni y Antonietti, 1984; Curds y Hawkes, 1975), discos rotatorios (Pérez et al., 2001; Rivera et al., 1988; Kinner y Curds ,1987) y estanques de estabilización (Lugo et al., 1991) por mencionar algunos, ya que son uno de los grupos de protozoos mas estudiados en los sistemas de tratamiento. En la tabla 3 se presentan los géneros y especies de ciliados encontrados en el sistema, el hábito alimentario de acuerdo a Pratt y Cairns (1985) y su forma de vida. En esta tabla es notable la presencia de dos categorías funcionales: 1) Bacterivoras con 23 especies, las cuales obviamente se ven favorecidas por los altos números de bacterias dispersas en el sistema y 2) Carnívoras con 4 especies, constituyendo este último grupo el que comprende el 14.28% de la comunidad. Porcentaje similar de especies depredadoras lo reportó Kinner y Curds (1987) en un sistema de discos rotatorios. En cuanto a la forma de vida, el grupo de los pedunculados fue el más grande con 17 especies, constituyendo el 60.71% de la riqueza específica observada, seguido del grupo de los libres nadadores con 7 especies, es decir, el 28.6% de la riqueza y los reptantes constituido por 3 especies lo que represento un 10.7 %. 34 Tabla 3. Riqueza específica de ciliados observada en el sistema de lodos activados. FORMA DE VIDA GENERO ESPECIE HABITO ALIMENTARIO Libre nadador Actinobolina vorax Bacterivoro Cyclidum glaucoma Bacterivoro Glaucoma scintillans Bacterivoro Paramecium aurelia Bacterivoro putrinum Bacterivoro Tetrahymena pyriformis Bacterivoro Trachelophyllum pusillum Carnívoro Uronema nigricans Bacterivoro Reptante Aspidisca cicada Bacterivoro Stylonichia putrina Bacterivoro Tachysoma pellionellum Bacterivoro Pedunculado Acineta foetida Bacterivoro Carchesium polypinum Bacterivoro Epistylis lacustris Bacterivoro plicatilis Bacterivoro rotans Bacterivoro Opercularia curvicaula Bacterivoro microdiscum Bacterivoro Podophrya fixa Carnívoro Tokophrya fixa Carnívoro mollis Carnívoro Vorticella alba Bacterivoro convallaria complejo Bacterivoro fromenteli Bacterivoro Infusionum complejo Bacterivoro microstoma complejo Bacterivoro picta Bacterivoro striata Bacterivoro 35 La distribución de las especies observadas en el sistema de tratamiento nos provee de información del funcionamiento de este. En investigaciones previas se ha establecido la sucesión de organismos, donde la primera fase de colonización esta dada por organismos libre nadadores indicando que el lodo aún no está consolidado, esto se observa generalmente en los influentes. Posteriormente, las fases de estabilización se caracterizan por formas adheridas y reptantes (Aescht y Foissner, 1992; Madoni y Antonietti, 1984; Kinner y Curds, 1987; Curds y Hawkes, 1975). En el gráfico 5 se muestra la distribución de las especies en el sistema según su forma de vida, cabe señalar que los números que representa cada barra, engloban las especies observadas en cada estación tomando en cuenta los 12 muestreos realizados (es decir dentro de los valores se repiten especies, siendo semejante al uso del término de aislamientos como en el caso de las amibas). 0 5 10 15 20 25 30 35 Libre nadador Pedunculado Reptante A is la m ie nt os o s Forma de vida Gráfico 5. Distribución de ciliados según su forma de vida. Entrada Centro Salida 36 En la entrada, la población de ciliados fue pobre y rica en bacterias; predominando ligeramente los libres nadadores, lo que nos indica que la colonización se encontraba en sus primeras fases y que el lodo aún no estaba consolidado. En el centro aumentaron los ciliados de los tres tipos probablemente porque el lodo ya se ha consolidado y con él los flóculos de bacterias, por lo que los protozoos tuvieron mayores superficies de adherencia (Nicolau et al., 2001). En esta estación predominaron casi totalmente las formas pedunculadas, presentando 35 aislamientos, lo que indicó que se estaba realizando de forma importante la estabilización de la población de protozoos y por tanto del agua de desecho. En la salida disminuyo la población de protozoos, aunque no a los niveles de la entrada, presentando una ligera predominancia las formas pedunculadas. Resumiendo, en la entrada empieza la estabilización de la población y por ende la depuración del agua residual, la cual se intensifica en el centro; y en la salida cuando termina la estabilización, la población baja nuevamente. Por lo que podemos decir en general, que en la estación central y efluente del sistema se encontraba en fase de consolidación, ya que predominaron las formas adheridas (pedunculados) (Aescht y Foissner, 1992). Con el fin de presentar la distribución por especie y la frecuencia observada en cada estación de muestreo se presenta la tabla 4. Se observa que Actinobolina vorax (8.3% de frecuencia), Paramecium putrinum (8.3%) y Glaucoma scintillans (16.6%) se presentaron en la entrada del sistema, en el caso de G. scintillans se mantuvo hasta la estación central con la misma frecuencia. Otras especies libres nadadoras observadas en la estación central y salida fueron Uronema nigricans (8.3% Centro), Cyclidum glaucoma (8.3% centro y 16.6% Salida), Paramecium aurelia (8.3% Salida), Tetrahymena pyriformis (16.6% Salida) y Trachelophyllum pusillum (25% centro y 8.3% salida). 37 E: Entrada C: Centro S: Salida Tabla 4. Frecuencia de especies de ciliados presentes en cada estación de muestreo. Especies Periodos de muestreo Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. E C S Acineta foetida C S 8.3 - 8.3 Actinobolina vorax E 8.3 - - Aspidisca cicada C E C C C C C C C S 8.3 66.6 8.3 Carchesium polipinum C S C - 16.6 8.3 Cyclidum glaucoma C S S - 8.3 16.6 Epistylis lacustris C - 8.3 - E. rotans C C - 16.6 - E. plicatilias C C S C - 25 8.3 Glaucoma scintillans C C E E C 16.6 25 - Opercularia. curvicaula C - 8.3 - O. microdiscum C S S C - 16.6 16.6 P aramecium aurelia S - - 8.3 P. putrinum E 8.3 - - Podophrya fixa S C C - 16.6 8.3 Stylonichia putrina C - 8.3 - Tachysoma pellionellum C 8.3 - Tetrahymena pyriformisS S - - 16.6 Tokophrya fixa C - 8.3 - T. mollis C - 8.3 - Trachelophyllum pusillum C C C S - 25 8.3 Uronema nigricans C - 8.3 - Vorticella alba C C - 16.6 - V. convallaria C C C - 25 - V. fromenteli C - 8.3 - V. infusionum C S E 8.3 8.3 8.3 V. microstoma C E C C C C C C C S E C 16.6 75 8.3 V. picta C - 8.3 - V. striata C - 8.3 - 38 La presencia de estos organismos libres nadadores en la estación central o en la salida del sistema ya fue discutido anteriormente, considerando importante solo mencionar el caso de T. pusillum la cual es una especie depredadora de peritricos sésiles los cuales son comunes en la fase de consolidación o concentración del lodo, es decir en la estación central, por lo que justifica su presencia en esta estación (Madoni y Antonietti, 1984; Curds, 1975), esto se apreció en los muestreos de abril y julio en la estación central y octubre en la salida del sistema, donde se presentaron organismos pedunculados de los géneros Vorticella y Trachelophyllum Con respecto a los organismos pedunculados, se presentaron especies como Vorticella microstoma en la tres estaciones de muestreo con 16 % en la entrada, 75% en el centro y 8.3% en la salida, esta especie es considerada como polisaprobia y muy común en aguas contaminadas (Sladececk, 1973). Al disminuir su presencia en el efluente del sistema habla de un buen proceso de purificación. Otra especie pedunculada indicadora de contaminación o malas calidades del lodo y por lo tanto efluentes con altas DBO5 según Madoni y Antonietti (1984), fue Opercularia microdiscum, la cual fue observada en el centro y salida del sistema en el mes de junio y sólo en la salida en julio. Es importante mencionar que algunos autores difieren en la calidad que representan algunas especies, por ejemplo Madoni considera a O. microdiscum como indicador de malas calidades mientras que Foissner (1992) la sugiere como habitante de aguas α- mesosaprobia e incluso de aguas β-mesosaprobias. Con respecto a organismos indicadoras de buenos efluentes tenemos a Vorticella convallaria (Madoni, 1991), la cual tiene competencia directa con V. microstoma y juntas son especies dominantes en fases de crecimiento, la presencia de éstas dos especies se presentó en los muestreos de febrero y julio. Otro organismo pedunculado considerado como representativo de buen funcionamiento es Carchesium 39 polypinum (Sánchez y Lugo, 1993), especie presente en los muestreos de abril (centro y salida con 16.6%) y septiembre (8.3% en la estación central). Los organismos reptantes se presentaron en la estación central y salida del sistema a excepción de Aspidisca cicada la cual se presentó en las 3 estaciones de muestreo y con alta frecuencia en la estación central (66.6%), siendo la segunda frecuencia más alta después de V. microstoma, pero a diferencia de esta última, A. cicada es una especie considerada como indicador de buena calidad de los efluentes (Lee et. al., 2004; Sánchez y Lugo, 1993). Otra especie reptante indicadora de calidad es Stylonichia putrina, la cual es tolerante a la concentración de contaminantes (García, 2000), coincidiendo su presencia con otra indicadora de contaminación (V. microstoma) en el muestreo de febrero. Es importante tener claro que para conocer la calidad del agua es necesario tomar en cuenta otras especies que se presentaron en los muestreos y que no han sido mencionadas como indicadoras, pero que pueden ser también importantes por participar en el proceso de depuración como consumidoras de bacterias, tal es el caso de Tetrahymena, Tachysoma, Paramecium, Epystilis y Acineta; o consumiendo incluso otros ciliados como lo hacen Podophrya y Tokophrya, lo que ayuda en la generación de efluentes con buenas calidades (Sánchez y Lugo, 1993; Aescht y Foissner, 1992; Kinner y Curds, 1987; Madoni y Antonnieti, 1984; Curds, 1975). Una vez revisada la distribución general de las especies y sus frecuencias parciales podemos generalizar la frecuencia de cada especie (Gráfico 6). Así, las especie con mayor frecuencia en el sistema fueron V. microstoma con el 16.22 %, seguida de A. cicada con 13.51 %. La primera indicadora de en aguas contaminadas y la segunda indicadora de buenos efluentes. Es importante resaltar que de las 10 especies con mayor frecuencia, 7 fueron pedunculadas, 2 libres nadadoras y 1 reptante; esto puede estar favorecido por que al estar fijas, sus requerimientos son bajos en comparación a los organismos reptantes y libres 40 nadadores (Rivera et al., 1988). El porcentaje de frecuencia más alto que se observa en el gráfico 4 corresponde a las 18 especies que presentaron frecuencias bajas y que en conjunto formaron el 31.08% de la frecuencia total. Con el fin de conocer la distribución de ciliados por mes de muestreo se presenta el gráfico 7, en el cual se observa que los periodos con menor riqueza fueron noviembre con sólo 2 aislamientos, seguido de enero con 3 y septiembre y diciembre con 4, mientras que marzo, junio y julio presentaron mayor riqueza con 11, 10 y 8 aislamientos respectivamente. La distribución de ciliados podrá ser analizada a mayor detalle una vez revisadas las condiciones físicas y químicas en las que operaba el sistema pero de manera previa podemos mencionar algunos autores como García (2000), Luna (1993), Aescht y Foissner (1992) los cuales establecen que parámetros ambientales estables no tienen influencia en la variedad de organismos, mientras que Morgan-Sagastume y Allen (2003) demostraron que fluctuaciones en la temperatura de 35° a 45°C pueden afectar a los protozoos incluso matándolos. 41 0 2 4 6 8 10 12 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 3 7 11 6 7 10 8 5 4 7 2 4 Num. de aislamientos de ciliados. Gráfico 7. Distribucion temporal de aislamientos de ciliados. Ciliados La distribución espacial de los ciliados por periodo de muestreo se presenta en el gráfico 8, en el cual en 11 muestreos de los 12 realizados la estación central es la que presenta mayor numero de aislamientos, solo el mes de noviembre presento un aislamiento en la entrada y centro del sistema. Es importante recordar que además de las características ambientales que se hayan presentado en el sistema -las cuales al parecer no influyeron en la riqueza en la estación central- el mismo diseño del sistema de lodos activados favorece una mayor riqueza ya que se lleva acabo una recirculación de lodo en el centro para mantener la población que lleva acabo la degradación de materia. Es importante recordar que en la estación central se presento la mayor riqueza de especies pedunculadas las cuales pueden estar favorecidas al estar adheridas y regresar al sistema mediante el recirculamiento del lodo. 42 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Num. de aislamientos. Gráfico 8. Distribución espacial de ciliados . Salida Centro Entrada Una vez que hemos revisado las especies presentes en el sistema de lodos activados y la distribución de estas en las tres estaciones de muestreo, es claro que las especies encontradas siguieron una distribución similar a la ya mencionada por otros autores tanto en sistemas de lodos activados como en otros sistemas de tratamiento biológico donde especies libres nadadoras se presentan en fases de colonización(inicio o entrada del sistema) generalmente en los influentes y posteriormente en las fases de estabilización la cual se caracteriza por formas adheridas y reptantes (Lee et al., 2004; Aescht y Foissner, 1992; Madoni y Antonietti, 1984) y la mayor riqueza de ciliados se presento en el centro del sistema debido a que probablemente es ahí donde se lleva cabo mayor consumo de materia orgánica, mineralización de nutrimentos y consumo de bacterias, actividades realizadas por ciliados (Kinner y Curds, 1986, Madoni y Antonietti, 1984). 43 En términos generales en el gráfico 9 se observa una remoción amebiana a lo largo de las tres estaciones muestrales y la distribución de ciliados donde la mayor riqueza se presenta en el centro del sistema. Además de que es común que al final de los sistemas de tratamiento la diversidad de especies disminuya debido a la reducción de bacterias (por la disminución de sustrato orgánico) y al aumento de organismos depredadores (Sánchez y Lugo, 1993) que en esta investigación fueron los nemátodos. 0 10 20 30 40 50 60 Ais. Amibas Esp. ciliados Gráfico 9. Comportamiento general de amibas y ciliados en el sistema de lodos activados. Entrada Centro Salida 44 PARAMETROS FISICOS Y QUIMICOS. El agua presenta propiedades físicas y químicas que influyen fuertemente sobre los organismos que viven en ella (Pianka, 1982). En sistemas de tratamiento biológico es común la presencia de estados transitorios en el agua residual, los cuales pueden estar causados por cambios en el sustrato y en las características y concentración de los nutrientes, así como por cambios en las condiciones ambientales, condiciones a las cuales la biomasa existente en el agua esta expuesta. Temperatura. En el gráfico 10 se presentan los valores de la temperatura registrados en cada mes y por estación de muestreo. Es claro que la temperatura fue relativamente constante, el valor mínimo registrado fue de 16°C en la entrada del sistema en el mes de febrero y la máxima fue de 20°C y se registro en las tres estaciones de muestreo en el mes de junio y noviembre. El valor promedio fue de 18.6°C para la entrada del sistema, 18.8°C para el centro y 18.9°C para la salida, presentándose mínimas diferencias entre los valores promedio de las tres estaciones, por lo que se puede considerar al sistema como homogéneo, con respecto a la temperatura. Es importante señalar que en ambientes acuáticos las AVL pueden encontrarse en un intervalo de temperatura de 4° a 37°C y que las patógenas pueden tolerar temperaturas más altas, hasta 45°C (Bonilla y Ramírez, 1993), lo que sugiere que la temperatura del sistema pudo limitar la presencia de las especies patógenas, como por ejemplo Naegleria fowleri la cual es considerada como termófila. Con respecto a Acanthamoeba castellani (reportada como patógena) una de las dos especies encontradas en esta investigación, solamente se presento en noviembre, mes en el cual la temperatura registrada fue la más alta (20° C). 45 0 5 10 15 20 25 T em pe ra tu ra o C Muestreos Gráfico 10. Temperatura durante el ciclo anual en el sistema de lodos activados Entrada Centro Salida En lo que concierne a ciliados, estos protozoos son organismos comunes en diferentes tipos de agua y grados de contaminación, siempre y cuando las descargas de agua no contengan productos toxico o radioactivos (Sladececk, 1973) siendo tolerantes a temperaturas que van desde los 0° C hasta 51° C (Bick, 1972) y en sistemas estables la temperatura no tiene mucha influencia en la variación de organismos. De acuerdo al coeficiente de correlación lineal de Pearson la temperatura no presentó correlación significativa en ninguna de las estaciones de muestreo con las amibas (entrada: 0.41, centro: 0.47, salida: 0.11) ni con los ciliados (e: 0.02, c:-0.06, s: 0.22). 46 Oxígeno Disuelto (OD). Los valores de este parámetro estuvieron en un intervalo que fue desde 0.2 mg/L (en la salida en enero) hasta 3.6 mg/L (en el centro en julio). El valor promedio en la entrada del sistema fue de 1.67 mg/L, para el centro 1.02 mg/L y en la salida 1.22 mg/L. En el gráfico 11 se presenta los valores registrados en cada una de las estaciones durante el periodo de muestreo. Aunque las concentraciones de oxígeno registradas pueden ser consideradas como bajas, fueron suficientes para permitir el desarrollo y proliferación de este tipo de organismos (Gráfico 11). 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 O .D m gL Gráfico 11. Oxígeno Disuelto durante el ciclo anual en el sistema de lodos activados. Entrada Centro Salida 47 Es notorio que en general se observó una tendencia de disminución del OD de la entrada al centro del sistema, lo que se pudo deber a una mayor actividad de degradación de la materia orgánica en este punto (Cereceda et al., 2002), incrementándose nuevamente en la salida (Gráfico 12). 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Entrada Centro Salida O D m g- l Estaciones de muestreo Gráfico 12. Oxígeno Disuelto en las tres estaciones del sistema de lodos activados. Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Tampoco se observó correlación estadísticamente significativa entre el oxígeno disuelto y los protozoos (amibas: e: 0.32, c: 0.13, s:-0.03 y ciliados e:-0.03, c: 0.23, s: 0.11) encontrados en el sistema. Lo que concuerda con lo reportado en otros sistemas de tratamiento, en donde se encontraron estos tipos de microorganismos en intervalos amplios de oxígeno disuelto; que van desde 0.5 mg/L hasta 7.8 mg/L para las amibas (Ramírez et al., 2003; Ramírez et al., 2001) y desde 0 mg/L hasta 16 mg/L para los ciliados (Luna, 1993; Lugo y Sánchez, 1991; Rivera et al., 1988; Bick, 1972). 48 Potencial de Hidrógeno (pH). El pH es un factor que influye en los tipos de organismos presentes en el agua (De Lora y Miro, 1978), los valores registrados en el sistema fueron de 7.07 (salida en noviembre) hasta 10.27 (entrada en febrero). El valor promedio para cada estación fue de 8. 68 para la entrada, 7.78 para el centro y de 7.7 para la salida (Gráfico 13). Se observo que a diferentes pH se encontró la misma riqueza específica tanto de ciliados como de amibas en el sistema. Por lo que se puede decir que las variaciones de pH no influyeron en la riqueza de especies de estos protozoos. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 pH Gráfico 13. pH durante el ciclo anual en el sistema de lodos activados. Entrada Centro Salida En el caso de las amibas se había observado que podían estar presentes en ambientes acuáticos con pH desde 4.5 hasta 9.5 (Ramírez et al., 2003; Ramírez et al., 2001; Bonilla y Ramírez, 1993) y en el caso de los ciliados se habían reportado en ambientes acuáticos con pH de 3.8 a 12 (García, 2000; Luna, 1993; Sánchez y Lugo, 1993; Aescht y Foissner, 1992; Bick, 1972). La no correlación entre el pH y 49 estos protozoos, se confirmo estadísticamente con el coeficiente de correlación lineal de Pearson (amibas, e:-0.37, c:-0.25, s:-0.4; ciliados e: -0.22, c: 0.45 y s :- 0.08). El sistema de lodos activados de Ciudad Universitaria presento condiciones ambientales de temperatura, oxígeno disuelto y pH, relativamente estables en este tipo de condiciones. Sánchez y Lugo (1993) señalan que pueden existir pequeños números de especies, pero en esta investigación observamos que a pesar de la relativa homogeneidad de estos parámetros fisicoquímicos, el sistema presento una riqueza especifica similar e incluso mayor (31 especies de amibas y 28 especies de ciliados) que otros sistemas de tratamiento con mayor variación en las condiciones ambientales como lo reportan Ramírez et al.,2003, Lugo et al., 1991, Rivera et al., 1988 y Rivera et al., 1987. Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5). Los valores registrados para la DBO5 se presentan en el gráfico 14. En este podemos observar que los valores de la entrada del sistema están por encima de los valores obtenidos al final de este, es decir hay una disminución de DBO5 lo que sugiere una purificación del efluente del sistema de lodos activados estudiado, Cereceda et al., (2002) menciona que una remoción de mas del 50 % sugiere una buena reducción de la carga orgánica aunque esta afirmación es muy variable para otros autores. En la tabla 5 se observan los porcentajes de remoción de DBO5, donde los porcentajes van de 92.43% como valor máximo y 44.67% como valor mínimo. 50 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 D B O 5( m g/ L ) Gráfico 14. Demanda Bioquimica de Oxígeno durante el ciclo anual en el sistema de lodos activados. Entrada Centro Salida Ahora bien en los 4 muestreos con menor remoción de DBO5 (mayo, junio, noviembre y diciembre) se presento la especie Vannella platypodia y en los 2 muestreos con mayor remoción de DBO5 (marzo y julio) estuvo ausente. Es decir, es una especie puede estar presente en condiciones de materia orgánica alta. Estadísticamente la DBO5 no presento correlación con los protozoos del sistema (para amibas E:-0.33, C: 0.5, S: -0.23 y para ciliados E: 0.39, C: 0, S: 0.38) Demanda Química de Oxígeno (DQO). La DQO presentó al igual que la DBO5 una disminución de la entrada del sistema a la salida. Es importante señalar que la estación central es la que presento valores superiores a los de la entrada y la salida del sistema, aquí es importante recordar que la estación central es donde se realiza el recirculamiento del lodo y 51 por lo tanto puede favorecer el incremento de la DQO. Los valores de cada estación y mes de muestreo se presentan en el gráfico 15. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 D Q O (m g/ L) Gráfico 15. Demanda Química de Oxígeno (DQO) durante el ciclo anual en el sistema de lodos activados. Entrada Centro Salida Los porcentajes de remoción de DQO se presentan en la tabla 5, el valor máximo fue de 94.3% en el mes de Febrero y el valor mínimo de remoción fue de 62.55% para el mes de Julio. De acuerdo a estos valores se presento una eficiente remoción de este parámetro en el sistema. Estadísticamente no presento correlación con la riqueza de protozoos (para amibas e:-0.71, c:-0.04, s: 0.04 y para ciliados e: 0.06, c:-0.37 y s: 0.32). Sólidos suspendidos (SSusT). Los valores de sólidos suspendidos encontrados en el sistema de lodos activados están representados en el gráfico 16 en el cual se observa la misma tendencia de la DBO5 y DQO, es decir, menor concentración de sólidos suspendidos en el 52 efluente del sistema que en el influente e incremento de la concentración en la estación central. Gráfico 16. Sólidos suspendidos totales durante el ciclo anual en el sistema de lodos activados. 0 100 200 300 400 500 600 700 En ero Fe bre ro Ma rzo Ab ril Ma yo Jun io Jul io Ag ost o Se pti em bre Oc tub re No vie mb re Di cie mb re Ss us t ( m g/ L ) Entrada Centro Salida Los porcentajes de remoción se presentan en la tabla 5, en la cual se observa que el porcentaje más alto fue en junio con 95.71% y el menor porcentaje de remoción fue en el mes de agosto con 79.63%. Por lo tanto, podemos decir que la remoción de los sólidos suspendidos en el sistema fue eficiente y la más alta de estos tres parámetros. En el caso particular de remoción de SsusT en el mes de julio fue el segundo que presento mayor porcentaje de remoción (94%), contrario a la remoción de DBO5 y DQO en los cuales fue el muestreo con menor porcentaje de remoción, esta discrepancia podría deberse a que los sólidos que se eliminaron fueron de tipo inorgánico. 53 Tabla 5. Remoción (%) de parámetros fisicoquímicos. MUESTREO DBO5 DQO SSuspT. Enero 83.1 90 83 Febrero 88.7 94.3 92 Marzo 61.1 86.6 92.5 Abril 74.4 88.5 93.59 Mayo 91.82 88.3 93.59 Junio 91.87 91.99 95.75 Julio 44.67 62.55 94 Agosto 74.33 86.46 79.63 Septiembre 84.13 85.83 86.54 Octubre 83.98 87.51 88.89 Noviembre 92.43 93.77 90.91 Diciembre 90.11 89.82 92.78 Se ha observado que la ausencia de ciliados provoca altas concentraciones de sólidos suspendidos totales y viceversa (Notes on Water Pollution, 1968), en esta investigación como ya se menciono, junio fue el muestreo que presentó el porcentaje más alto de remoción de SSusT y también fue el que presentó mayor riqueza de protozoos (amibas y ciliados), por lo que podemos decir que tanto la presencia de ciliados como de amibas favorecen el proceso de depuración. Además es importante mencionar que hubo una mayor riqueza de amibas que de ciliados, lo que sugiere que las amibas pueden tener un papel importante en el proceso de eliminación de sólidos, aunque no se encontró correlación estadística de los SSusT con la riqueza de especies. 54 La alta purificación de los efluentes se reconoce en términos de la eliminación de DBO5, DQO y SSusT (Cereceda et al., 2002; De Lora y Miro, 1978). La estabilidad en las variables ambientales y los altos porcentajes de remoción presentados en el sistema de lodos activado de Ciudad Universitaria durante el periodo de muestreo, permite decir que fue un sistema estable y que se favoreció la degradación de la materia orgánica por los organismos que participan en este proceso, entre los que se encuentran los grupos de protozoos que se estudiaron en esta investigación. INDICE DE SAPROBIEDAD Y REMOCION DE AMIBAS En lo que corresponde a la saprobiedad se presentan en la tabla 6 las categorías de calidad de agua en las que han sido observadas las 28 especies de ciliados encontradas en esta investigación, de las cuales 2 pertenecen a la categoría de polisaprobia, 2 especies a Polisaprobia/α-mesosaprobia, 6 a la categoría α- mesosaprobias, 2 a la categoría β-mesosaprobia, 12 especies a α-mesosaprobias y β-mesosaprobias (b-a o a-b) y 4 a oligosaprobia. Y posteriormente tomando en cuenta las especies de ciliados observadas en cada estación de muestreo y la frecuencia relativa de estas, se aplico el Índice de saprobiedad según Pantle y Buck (1955). Las categorías de cada estación y mes de muestreo se presentan en la tabla 7, en esta misma se incluyeron los porcentajes de remoción amebiana con la finalidad de realizar una comparación entre estos resultados. De acuerdo al índice de saprobiedad, 10 de los 12 muestreos realizados estuvieron dentro del rango de calidad α-mesosaprobia (agua que se caracteriza por poco oxígeno, comienzo de la mineralización de la materia orgánica y presencia de una comunidad biológica constituida principalmente bacterias y protozoos) y los 2 restantes estuvieron dentro de calidad polisaprobia (agua con fuerte contaminación por materia orgánica, muy poco oxígeno disuelto, presencia de pocas especies de organismos con gran número de individuos, principalmente de bacterias y protozoos). 55 Tabla 6. Categoría de calidad del agua a la que corresponden los ciliados encontrados en el sistema. CATEGORIAS ESPECIE DE CILIADO Polisaprobia Glaucoma scintillans Paramecium putrinum Polisaprobia/ α-mesosaprobia Vorticella infosionum Vorticella microstoma α-mesosaprobia Tetrahymena pyriformis Uronema nigricans Carchesium polypinum Podophrya fixa Vorticella convallaria Vorticella fromenteli β-mesosaprobia Stylonichia putrina Vorticella picta α-β mesosaprobia Cyclidum glaucoma Paramecium aurelia Trachelophyllum pusillum Aspidisca cicada Tachysoma pellionellum Acineta foetida Epystilis lacustris Epystilis plicatilis Opercularia curvicaula Opercularia microdiscum Tokophrya fixa
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