FORMACIÓN DE BIOPELÍCULAS Y SU IMPACTO EN LOS

FORMACIÓN DE BIOPELÍCULAS Y SU IMPACTO EN LOS SISTEMAS DE CONDUCCIÓN DE AGUA
Jorge L. de Victorica Almeida.
Instituto de Ingeniería, UNAM, Apdo. Postal 70-472, México, D.F., 04510
TEL: (52)(5)622-3323; FAX: (52)(5)616-2164; EMail: jva@pumas.iingen.unam.mx
INTRODUCCIÓN
México es un país en el que las grandes ciudades se han conformado en regiones donde la disponibilidad
de aguas subterráneas son escasas; por ello, para suplir las necesidades de agua para sus pobladores, se
han construido grandes obras hidráulicas, dentro de las cuales destacan los acueductos. Así se construye,
con una longitud de 42.4 km con tuberías de concreto presforzado de 2.10 m de diámetro, el acueducto
Chapala-Guadalajara (Ch-G) que inicia su operación en 1990 para conducir, en la primera etapa, hasta 7.5
m3/s a una planta potabilizadora. Mediciones recientes del gasto máximo entregado, mostraron que éste ha
disminuido hasta 5.9 m3/s. En estudios previos y de visitas al interior del acueducto, se ha encontrado la
presencia de depósitos de material de aspecto lodoso en las paredes internas de la tubería (Fig. 1) que han
incrementado el coeficiente de rugosidad normal de los tubos que conforman el acueducto.
Figura 1. Características del material depositado en las paredes internas de la tubería, acueducto Ch-G
Problemas similares se han detectado en el acueducto Río Colorado-Tijuana (RC-T), construido con
tuberías de acero y concreto presforzado de 1.21 m de diámetro con capacidad para transportar, a través
de 112.7 km de tubería, 4 m3/s de agua. En este caso, estudios recientes realizados para determinar el
funcionamiento hidráulico del acueducto, pusieron de manifiesto que el coeficiente (f) de pérdida de carga
por fricción se ha incrementado considerablemente, pasando de 0.0133 en 1987 a 0.0367 en 1992, además
de que se detectaron problemas de corrosión y formación de depósitos de material de textura rugosa en el
interior de los dos tipos de tuberías (Fig. 2) dando como resultado también la disminución del gasto
entregado.
Por otro lado, los problemas de disminución del gasto entregado en los acueductos o en cualquier sistema
de conducción de agua, normalmente se asocia, entre otros factores, a la pérdida de capacidad hidráulica
provocada por el material adherido en las paredes internas de las tuberías, del que se sabe es de
naturaleza orgánica y/o inorgánica, constituido por una asociación de colonias de microorganismos con
productos de la corrosión de las tuberías y otros compuestos inorgánicos presentes en el agua, que en
conjunto y de manera genérica se conoce como biopelícula.
Figura 2. Aspecto del material adherido a las paredes internas del acueducto RC-T
Tomando como base lo anterior y la similitud de los problemas que se presentan en los acueductos Ch-G y
RC-T, se realizaron estudios para determinar los factores involucrados en los problemas planteados, así
como el origen y la naturaleza de las biopelículas, en ambos acueductos; los resultados de estos estudios
fueron la base para proponer las medidas correctivas y preventivas factibles de aplicarse para la resolución
de cada problema particular (De Victorica et al., 1997a, 1997b).
METODOLOGÍA
El primer paso de cada estudio fue una inspección interna en diversos sitios de los acueductos. Para el
caso del acueducto Ch-G, se inspeccionaron los tramos en que se conduce el agua por gravedad y
aquellos en que la conducción es por bombeo (Fig. 3). En el acueducto RC-T, además de la inspección
ocular, se hicieron mediciones in-situ de parámetros tales como la temperatura, potencial de hidrógeno,
oxígeno disuelto y conductividad eléctrica, en muestras de agua tomadas en diversos sitios del acueducto
(Fig. 4).
En ambos acueductos se tomaron muestras de agua y del material adherido a las paredes internas de las
tuberías, las cuales se sometieron a análisis fisicoquímicos cuantitativos y biológicos cualitativos. Los
análisis fisicoquímicos de las muestras de agua se enfocaron a la cuantificación de aquellos parámetros
que determinan su agresividad y su incrustabilidad (Índice de Langelier, IL); los análisis de las muestras
sólidas se seleccionaron con el fin de identificar compuestos que según la literatura son característicos de
las biopelículas.
En cuanto a los análisis biológicos practicados a ambos tipos de muestras, fueron de carácter cualitativo y
se enfocaron a la identificación de microorganismos que suelen observarse en las biopelículas. Para la
identificación de bacterias, levaduras, hongos y actinomicetos, se emplearon técnicas de cultivo por
incubación en medios específicos, mientras que para la identificación de algas, protozoarios, moluscos y
crustáces, se aplicó una técnica de observación microscópica directa y una con digestión de la muestra
para evidenciar estructuras silícicas. Dado que en el acueducto RC-T se tenían antecedentes de la
presencia de la bacteria reductora de sulfatos Desulfovibrio, a la cual se le atribuía el problema de corrosión
detectado en algunos tramos de la tubería, se incluyó la identificación de estos microorganismos para lo
cual se aplicó la técnica de identificación directa mediante frotis y tinción con tinta china, así como la de
cultivo para el grupo de las "Bacterias del hierro y del azufre” (Ibarra, 1992; APHA, AWWA, WEF, 1995).
Figura 3. Esquemas de la planta y perfil del acueducto Ch-G
Figura 4. Eesquemas de la planta y perfil del acueducto RC-T
RESULTADOS Y EVALUACIÓN
Características fisicoquímicas
Los resultados del estudio del agua que ingresa al acueducto Ch-G muestran que es de carácter
incrustante, según el Índice de Langelier (IL), tendiendo a ser corrosiva en la medida que el agua fluye hacia
la planta potabilizadora; sin embargo, durante la inspección al interior del acueducto no se encontró ningún
tipo de incrustación ni deterioro de la tubería por corrosión. Esta discrepancia se debe a que la magnitud
del IL no permanece constante debido a los cambios naturales del pH causados por el proceso de
productividad primaria, que se caracteriza por el consumo de CO2, mismo que participa en el equilibrio
carbonatos-bicarbonatos y que por lo tanto tampoco permanece constante. Otro aspecto de interés es el
comportamiento de los sólidos., cuya concentración en sus diversas formas se incrementa al transitar el
agua desde el canal de llamada (punto de entrada al acueducto) hacia el siguiente punto de muestreo
(Canal del Guayabo). Todo indica que este incremento es el resultado de la actividad biológica que se da
entre estos dos sitios, ya que los cambios en la concentración se manifiestan en aquellos sólidos que
están relacionados con la actividad biológica (STV, SST, SDV, SSV y SDT). Esta hipótesis también se
fundamenta en el hecho de que durante la actividad biológica se produce CO2 , el cual tiende a desplazar el
equilibrio de carbonatos-bicarbonatos hacia la formación de bicarbonatos y en consecuencia, a reducir la
magnitud del pH y la alcalinidad del agua, aspectos que también se observaron por los datos de los análisis
correspondientes mostrados en la Tabla 1.
En lo que se refiere al material adherido, se sometió a un análisis elemental para determinar las
concentraciones de cationes polivalentes que suelen encontrarse en las biopelículas debido a sus
características de adsortividad. Los resultados indican, como se ilustra en la Tabla 2, concentraciones
importantes de sílice, fierro, calcio y magnesio en casi todas las muestras. Estas características se
relacionan con la presencia de ciertos tipos de microorganismos, como se verá más adelante.
Con respecto de las características fisicoquímicas del agua que transita por el acueducto RC-T, no
obstante que se determinó que ésta es ligeramente alcalina, con tendencia a la formación de depósitos
calcáreos según la magnitud del IL calculado para cada muestra, la inspección del interior de la tubería
mostró escasez de incrustaciones de tipo calcáreo, gran cantidad de material adherido y problemas de
corrosión.
Tales discrepancias se deben a que el IL no es suficiente para determinar las características incrustantes o
corrosivas de un agua, ya que no considera todos los parámetros que se relacionan con la formación de las
adherencias y el fenómeno de la corrosión. Para este caso, resulta muy importante el papel que en
conjunto desempeñan (sinergismo), como promotores de la corrosión, las cantidades de oxígeno disuelto,
cloruros, sulfatos, pH, alcalinidad y dureza presentes en el agua (Tabla 3), que se explica por los siguientes
mecanismos (AWWA, 1985):
Estando presente el oxígeno en el agua, éste reacciona con el hierro dando como resultado la formación de
óxido ferroso-férrico, Fe3O4 (magnetita, de color negro) el cual luego se oxida a óxido férrico (color naranjarojizo), según las reacciones
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2
1/2 O2 + 2Fe3O4 → 3Fe2O3
TABLA 1.
ANÁLISIS FISICOQUÍMICOS DE LAS MUESTRAS DE AGUA
ACUEDUCTO CHAPALA - GUADALAJARA
PARÁMETRO
(mg/l)
*
SITIO DE MUESTREO
CANAL DEL
GUAYABO
CANAL DE
LLAMADA
Temperatura (oC)*
22
22
pH*
6.72
7.56
Oxígeno Disuelto*
7.5
8.5
Conductividad (µS/cm)*
863
922
Alc. Fenolf.
(como CaCO3)
27.5
30.6
Alc. Tot.
(como CaCO3)
359.0
356.0
Dureza Tot.
(como CaCO3)
223.2
216.0
Dureza Ca
(como CaCO3)
118.8
129.6
Dureza Mg
(como CaCO3)
104.4
86.4
Sól. Totales (ST)
715
630
Sól. Tot. Fijos (STF)
20
35
Sól. Tot. Volátiles (STV)
695
595
Sol. Suspendidos Tot. (SST)
42
32
Sol. Susp. Fijos (SSF)
8
4
Sol. Susp. Volátiles (SSV)
34
28
Sol. Disueltos Totales (SDT)
673
598
Sol. Dis. Fijos (SDF)
12
31
Sol. Dis. Volátiles (SDV)
661
567
Índice de Langelier (IL)
-0.53
(corrosiva)
0.36
(incrustante)
Análisis de campo
TABLA 2. ANÁLISIS ELEMENTAL EN MUESTRAS DE MATERIAL ADHERIDO
ACUEDUCTO CHAPALA-GUADALJARA
M UE S T R A
CONCENTRACIÓN EN g/Kg
Si
Fe
Ca
Mg
28+285 material blando
0.66
6.07
6.91
2.92
28+285 material duro
0.64
8.24
301
15
28+285 piso (blando)
0.24
7.99
11
2.02
28+285 piso
1.34
5.65
278
12.9
33+500 piso
2.11
11.5
64
6.16
33+500 junta
0.46
348
106
2.44
33+500 lado derecho
0.58
7.02
307
14.5
33+500 codo
0.78
0.62
21
1.41
33+500 lodo piso
2.06
65
--
8.96
41+990 techo
2.42
3.2
170
4.67
41+990 piso izquierda
1.57
27.9
784
55.1
41+990 piso
0.45
6.94
192
12.3
41+990 pared izquierda
0.91
2.76
86.6
2.8
Por otro lado, dado que la composición del material de las tuberías no es homogénea, se forman de manera
natural zonas de diferente potencial eléctrico y por ende zonas catódicas y anódicas, circunstancias bajo
las cuales en presencia del agua, el hierro tiende a disolverse en la forma de ion ferroso, Fe2+ , dando origen
a la corrosión por "picadura". Estos iones ferrosos con el oxígeno presente, dan origen a la formación de
óxido férrico hidratado, conocido como "herrumbre rojo" (Fe2O3×H2O) según la siguiente reacción
2Fe2+ + 3/2 O2 + H2O + 4e- → 2FeOOH
El producto de la reacción anterior, por su poca solubilidad, tiende a depositarse en la superficie de la
tubería formando, de manera paulatina, cúmulos de material oxidado conocidos como "tubérculos" (Fig. 5)
que además de disminuir los diámetros de las tuberías, facilitan la adherencia de materiales arcillosos y la
formación de biopelículas que restringen la difusión del oxígeno disuelto hacia la superficie de la tubería, y
por ende la corrosión se atenúa, fenómeno conocido como "pasivación"; sin embargo, por la presencia de
los sulfatos y cloruros presentes en el agua, los cuales bajo tales circunstancias sí se difunden, la
corrosión se acelera dentro y fuera de la picadura, mediante procesos de oxido-reducción, hidrólisis y
precipitación.
TABLA 3.CARACTERÍSTICAS FISICO-QUÍMICAS DEL AGUA (RC-T)
SITIO DE MUESTREO Y ELEVACIÓN (msnm)
Parámetro
(mg/L)
1
(-0.8)
2
(29.8)
3
(70.17)
4
(147)
5
(185.98)
6
(380)
7
(1044)
8
(265)
9
(250)
PH
7.36
7.58
7.37
7.35
7.63
7.33
7.49
7.59
7.17
T (oC)
25
26.5
25
22.5
30
22
19
21.5
22
Cond.
(µS/cm)
1446
1440
1419
1448
1446
1467
1489
1305
1308
OD
6.0
8.1
7.9
7.0
6.1
7.1
6.8
7.6
6.5
Turb.(UTN)
5
9
9
10
52
8
13
4
4
Alc.Total
(mg CaCO3/L)
191.3
181.1
181.1
176.0
168.3
186.2
176.0
145.4
145.4
Alc.Fenolf.
(mg CaCO3/L)
15.3
17.9
15.3
17.9
17.9
20.4
15.3
10.2
12.8
Dureza Total
(mg CaCO3/L)
382.2
378.6
376.7
380.4
367.6
378.6
371.3
322.1
329.4
Dureza, Ca (mg
CaCO3/L)
267.5
242.1
253.0
243.9
247.5
245.7
262.1
243.9
207.5
Dureza, Mg (mg
CaCO3/L)
114.7
136.5
123.7
136.5
120.1
132.4
109.2
78.2
121.9
Cl-
524.3
566.5
542.4
500.2
491.2
542.4
506.2
500.2
470.1
SO42-
348.0
340.0
352.0
356.0
348.0
332.0
348.0
311.0
300.0
ST
1785
1750
1730
1720
1750
1725
1055
985
940
STF
1150
1460
1455
1455
1450
1475
840
795
815
STV
635
290
275
265
300
250
215
190
125
SDT
1120
995
1135
1010
865
945
945
860
840
SDF
1005
975
920
865
710
780
750
765
780
SDV
115
20
215
145
155
165
195
95
60
SST
665
755
595
710
885
780
110
125
100
SSF
145
485
535
590
740
695
90
30
35
SSV
520
270
60
120
145
85
20
95
65
Ind.Lang.
+0.2
+0.38
+0.12
+0.05
+0.43
+0.03
+0.09
+0.19
-0.28
1 Descarga de PB0; 2 Descarga de PB1; 3 Rampa de descenso de TO1; 4 Descarga de PB2 ; 5 1ª VAEA después de TO2
6 Succión de PB4; 7 2ª VAEA después de las Torres Gemelas; 8 Presa el Carrizo; 9 Planta Potabilizadora "El Florido"
Ind. Lang.: las magnitudes positivas indican que el agua es incrustante y las negativas que es corrosiva
Figura 5. Aspecto de la biopelícula y detalle de un tubérculo en la tubería de acero, acueducto RC-T
Una de las consecuencias de los procesos descritos en las reacciones anteriores, es la generación de
protones (H+), produciéndose dentro de la picadura y por debajo de los tubérculos condiciones ácidas que
permiten que la corrosión del material continúe, de la siguiente manera
Fe → Fe2+ + 2eFe + H2O → FeOH+ + H+
Fe2+ + 2Cl- → FeCl2
Fe+ + SO4= → FeSO4
FeCl2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2 HCl
2HCl + Fe2+ → FeCl2 + 2H+
FeSO4 + 2H2O → Fe(OH)2 + H2SO4
H2SO4 + Fe2+ → FeSO4 + 2H+
2+
Fuera de la picadura ocurren las siguientes reacciones de oxidación, hidrólisis y precipitación:
2Fe2+ + 1/2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + H2O
2FeOH+ + 1/2O2 + 2H+ → 2FeOH2+ + H2O
Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+
FeOH2+ + H2O → Fe(OH)2+ + H+
2FeOH2+ + Fe2+ + 2H2O → Fe3O4 + 6H+
Fe(OH)2+ + OH- → FeOOH + H2O
Lo anteriormente expuesto indica que uno de los orígenes del problema de corrosión y formación de
depósitos en el interior de la tubería es la calidad del agua que transita por ella, siendo el oxígeno disuelto
uno de los factores más importantes; sin embargo, cabe señalar que aún en ausencia del oxígeno disuelto
la corrosión se presenta, ya que el hierro en contacto con el agua se oxida según las siguientes
reacciones:
Fe → Fe2+ + 2e2H2O + 2e- → 2OH- + H2
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2
Lo hasta ahora expuesto, concuerda con los resultados de las observaciones practicadas en el microscopio
a las muestras del material sólido extraído de las paredes internas de la tubería, mismos que de manera
objetiva se muestran en la Figura 6, en la que puede observarse diversos estratos. El basal de color negroverdoso, constituido por óxidos ferroso y ferroso-férrico (magnetita); sobrepuesto a éste, un estrato de color
naranja-rojizo formado por óxido férrico y finalmente sobre de éste, un estrato de colores café claro y
blanco, constituido por carbonatos, compuestos silícicos y bacterias filamentosas del hierro y del azufre
que contribuyen, como se verá más adelante, a la formación de los tubérculos y a la corrosión.
Figura 6. Estratos que conforman el material adherido dentro de la tubería, acueducto RC-T
Características biológicas
En el agua y material adherido del acuedudto Ch-G, los microorganismos identificados por incubación
corresponden a: 1) bacterias intestinales: coliformes totales y fecales, el grupo de los enterococos y
géneros representativos de la familia Enterobacteriaceae como Escherichia, Citrobacter, Hafnia,
Enterobacter, Klebsiella y Salmonella; 2) bacterias patógenas y oportunistas: Pseudomonas sp. y
Staphylococcus sp.; 3) Levaduras y actinomicetos (hongos filamentosos).
Por lo que toca a los análisis directos, en las muestras de agua se identificaron gran diversidad de géneros
característicos de aguas con elevados contenidos de materia orgánica y en especial géneros de diatomeas
como Cymbella sp., Anchanthes sp., Melosira sp., Stephanodiscus sp. y Nitzscha sp., que se caracterizan
por tener sus esqueletos formados por sílice (Figura 7). También se identificaron géneros de protozoarios
de vida libre, que son comunes en aguas con abundancia de materia orgánica. Es importante resaltar que,
mediante la técnica de digestión, fue posible observar abundantes cristales de sílice en las muestras de
tipo gelatinoso y escamoso, siempre en el estrato correspondiente a la parte adherida directamente a la
pared de la tubería, lo que indica un posible mecanismo de formación de la biopelícula.
Los microorganismos identificados en las muestras de material adherido, pertenecen a los mismos grupos
ya mencionados, pero además se aislaron, de la parte externa de la biopelícula, huevos de anfípodos
(moluscos) del género Hyalella azteca, así como abundantes crustáceos del grupo de los gastrópodos, en
especial el género Physella sp. (Figuras 8 y 9). En algunas muestras también se identificaron las bacterias
filamentosas Crenothrix sp. y Sphaerotilus sp. del grupo de las ferrobacterias, que se caracterizan por
metabolizar los compuestos de fierro presentes en el substrato.
Los resultados de los análisis biológicos del agua y material adherido del acueducto RC-T muestran que los
microorganismos identificados por el método de cultivo corresponden a bacterias intestinales coliformes
totales, al grupo de los enterococos y géneros representativos de la familia Enterobacteriaceae como
Escherichia coli, Citrobacter sp., Hafnia sp., Enterobacter sp., Klebsiella sp. y Salmonella sp.;a bacterias
patógenas y oportunistas como Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus y epidermis; así como
al grupo de los hongos representado por levaduras y actinomicetos. Es importante resaltar que en el
efluente de la planta potabilizadora El Florido no se detectaron bacterias de ningún tipo, lo que habla de una
efciencia adecuada del sistema de desinfección aplicado.
En lo referente a las muestras del material adherido los análisis cualitativos indican muy poco crecimiento
en todas las muestras y únicamente de colonias típicas de los grupos de enterococos y el género
Enterobacter, mientras que en dos de las muestras se cultivaron abundantes levaduras solamente. La
presencia de este grupo de organismos que, junto con las especies filamentosas se incluyen en el grupo de
los hongos, se explica por su carácter ubicuo y heterotrofía. La mayoría de especies son de vida libre,
aunque las hay patógenas y parásitas, y están presentes en prácticamente todos los ambientes acuáticos,
como ríos, lagos, estuarios, aguas marinas, aguas residuales, escurrimientos pluviales y sedimentos.
Desde luego también se han encontrado en las aguas potables y en las paredes internas de los sistemas
de conducción, bien sea porque sobreviven al tratamiento del agua o porque entran al sistema después del
tratamiento y conservan su viabilidad por largo tiempo. Algunos hongos de importancia médica pueden
resistir la cloración, como Candida parapsilosis, levadura muy común en zonas tropicales y Candida
albicans, levadura cosmopolita, que resisten dosis de 1 a 4 mg/l con tiempos de contacto de hasta 30 min.,
mientras que sus esporas resisten dosis aún mayores, de hasta 10 mg/l de cloro. En general, la presencia
de hongos en el agua se relaciona con su patogenicidad para humanos, animales y plantas, su papel como
alimento y fuente de energía, su actividad en los procesos naturales de purificación y su función en la
formación de sedimentos (APHA, AWWA, WEF, 1995).
Los análisis cualitativos por cultivo en medios específicos para detectar bacterias del hierro y el azufre
demostraron la presencia de bacterias del hierro, representadas por Thiobacillus ferrooxidans, en las
muestras de agua y en las de material adherido, mientras que no se detectó la presencia de bacterias del
azufre, representadas por Desulfovibrio en ningún tipo de muestra. En las muestras de material adherido
además se hizo la identificación por frotis y tinción con tinta china, y en todas ellas se identificaron
morfológicamente las bacterias filamentosas del hierro Gallionella ferruginea y Crenothrix polyspora, así
como la bacteria del azufre Thiodendrum mucosum.
Todas estas bacterias forman un grupo de organismos morfológica y fisiológicamente heterogéneo, que
comparten la habilidad de transformar o depositar cantidades significativas de hierro y azufre usualmente en
la forma de limos o cienos. Lo mismo son filamentosas que unicelulares, autótrofas que heterótrofas,
aerobias o anaerobias y aunque su posición taxonómica es muy variada, se agrupan como "del hierro y del
azufre" debido a que estos elementos y sus tranformaciones son importantes en el tratamiento del agua y
sus sistemas de distribución, además de que pueden causar muchos problemas en aguas para uso
industrial, como por ejemplo, la producción de coloraciones y la formación de tubérculos (cavernas) en las
tuberías de conducción, además de corrosión en los conductos metálicos. Una de sus características más
importantes es que bajo condiciones ambientales diversas pueden comportarse indistintamente como del
hierro o del azufre. Por ejemplo, Gallionella obtiene su energía de la oxidación del ion ferroso, mientras que
Thiobacillus ferrooxidans puede transformar el ion ferroso a férrico u oxidar los compuestos reducidos de
azufre en condiciones de pH bajos, para producir ácido sulfúrico. Dentro del grupo de las bacterias del
Hierro se incluyen: Crenothrix polyspora, Leptothrix sp., Sphaerotilus natans, Gallionella ferruginea
(filamentosas), Siderocapsa treubi (unicelular), Thiobacillus ferrooxidans, Escherichia coli, Salmonella
typhimurium, Pseudomonas sp., Anabaena ap., Actinomyces sp., y Aztobacter sp. En el grupo de las
bacterias del Azufre se incluyen Desulfonema, las fotosintéticas verdes y púrpuras, Desulfovibrio sp.,
Thiobacillus sp., Beggiatoa alba, Thiotrix nivea, Thiodendrum mucosum y Thiovolum majus (Neilands,
1989; APHA, AWWA,WEF, 1995).
Por lo que toca a los análisis directos para identificación de algas y levaduras en las muestras de agua y de
material adherido, se identificaron gran diversidad de géneros que corresponden a diatomeas, cianofíceas y
planctónicas, sin que existiera predominancia de alguno en especial, aunque el más común fue Navicula
sp. También se observaron en varias muestras levaduras de género no identificado, y en la muestra del
efluente de la presa El Carrizo, se observó abundancia del microcrustáceo Daphnia pulex y sus efipios
(cámaras de incubación de los huevos). No se observaron otros organismos que suelen estar presentes en
las biopelículas como protozoarios, crustáceos y nemátodos.
En cuanto a los mecanismos de formación de las biopelículas, en la literatura se menciona que ciertos
microorganismos (lamados iniciadores o pioneros) al entrar al sistema de distribución quedan atrapados en
zonas donde el agua corre a bajas velocidades, donde existen depósitos de minerales o sedimentos.
Algunos de estos microorganismos se adhieren por fuerzas de Van der Walls, mientras que otros poseen
apéndices extracelulares que los fijan a los substratos mencionados. Estos apéndices segregan una
sustancia gelatinosa que va a formar una capa o matriz, amorfa, porosa o cristalina, que sirve de sostén y
protección a las comunidades de microorganismos. Esta matriz constituye una superficie altamente
adsortiva para cationes, especialmente polivalentes como calcio, zinc, hierro o manganeso, para material
particulado (sedimentos) y para otras células microbianas. El crecimiento es lento al principio, dado que los
organismos deben adaptarse al habitat específico. Con el tiempo estas microcolonias atraen a otros
microorganismos que se nutren de los materiales que excretan los organismos pioneros. Así, existe una
diversidad progresiva en la biopelícula que incluye una variedad de bacterias, algas, hongos, actinomicetos,
levaduras, protozoarios y nemátodos. Entre las bacterias se han identificado especies de Pseudomonas,
Flavobacterium y Arthrobacter, tipos filamentosos como Gallionella, Beggiatoa, Thiodendrum, Sphaerotilus
y Crenothrix, esféricos como Staphylococcus y casi todos los géneros de enterobacterias. Entre las algas
predominan las diatomeas como Nitzschia, Cyclotella y Cymbella. Los actinomicetos (hongos filamentosos)
y las levaduras suelen ser muy abundantes en las biopelículas dadas sus características de adherencia
(Characklis, 1988; Block et al., 1994; Dukan et al., 1996; Geldreich, 1996; Mueller, 1996).
Comparando esta información con los resultados de nuestros estudios, se puede afirmar que el mecanismo
de formación de las biopelículas es similar en ambos acueductos: primeramente se adhieren a la tubería
las diatomeas y arcillas presentes en el agua para formar una capa, que a su vez sirve como sustrato para
que se vayan adhiriendo minerales como calcio, hierro, magnesio y sílice, materia orgánica y una variedad
de microorganismos, en especial bacterias y hongos filamentosos. Todo esto va formando un nicho para
una sucesión de otros organismos como levaduras, hongos, protozoarios, moluscos y crustáceos, que se
alimentan unos de otros y de los materiales que contiene el agua, y que incrementan considerablemente el
grosor de la biopelícula, hecho que disminuye el diámetro interior de la tubería.
En el caso del acueducto RC-T, por contener tubería de acero, las condiciones resultaron particularmente
ideales para el establecimiento de bacterias del grupo del hierro y el azufre, específicamente Thiobacillus
ferrooxidans, que puede utilizar indistintamente compuestos de hierro o de azufre para su metabolismo,
dentro del cual se incluye la producción de ácidos, factor que se suma al de origen químico en el problema
de corrosión detectado únicamente en este acueducto.
Figura 7. Algas Navicula sp. (centro) y Melosira sp. (a los lados), en muestras de agua
Figura 8. Crustáceos Hyalella azteca, en agua
agua
Figura 9. Gastrópodo Physa sp., en
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El problema de la formación de los depósitos de material en el interior de los acueductos ChapalaGuadalajara y Río Colorado-Tijuana, tiene su origen en la calidad fisicoquímica y microbiológica del agua
que ingresa a ambos acueductos. La formación de las biopelículas se inicia con la adherencia de
partículas de sílice, diatomeas y bacterias, principalmente filamentosas, presentes en el agua influente,
mismas que al irse aglutinando, van formando una trama mucilaginosa con características pegajosas en la
que, de manera paulatina, se van adhiriendo las partículas suspendidas en el agua, entre ellas, arcilla y
materia orgánica que utilizan tales microorganismos como sustrato. Este proceso continúa, dando como
resultado el engrosamiento de la biopelícula y con esto, la oportunidad para que otro tipo de organismos,
tales como los moluscos y crustáceos colonicen, y por ende se incremente, aún más, el espesor de la
biopelícula. Este incremento en le espesor da como resultado la disminución del diámetro interior de la
tubería, el incremento del coeficiente de rugosidad y la disminución del gasto entregado.
Los problemas de corrosión en las paredes internas de la tubería de acero, son producto de la acción
conjunta de procesos químicos y bioquímicos que, dadas las características de calidad del agua que
transita por el acueducto, inciden sobre el proceso de corrosión y sobre el engrosamiento del material
adherido. Desde la perspectiva bioquímica, la abundancia de bacterias filamentosas y del hierro y del
azufre, es un factor preponderante en el fenómeno de la corrosión, ya que tales organismos utilizan como
sustrato el hierro y sus compuestos para realizar sus funciones metabólicas.
Desde el punto de vista químico, la determinación del Índice de Langelier no basta para establecer la
corrosividad o incrustabilidad de un agua, sino que deben considerarse todos los factores que contribuyen
al proceso de corrosión y la formación de los depósitos.
Dado que el origen de los depósitos dentro de los acueductos está en la calidad del agua que transita por
ellos, se recomienda analizar la posibilidad de dar un pretratamiento a las aguas antes de que ingresen a
los acueductos. Para esto, es necesario un estudio sobre tratabilidad que permita establecer los procesos
de pretratamiento idóneos y los costos inherentes para eliminar o atenuar la formación de los depósitos.
Dada la naturaleza y el origen del problema de corrosión, es conveniente abordarlo con acciones
simultáneas tales como el recubrimiento del interior de la tubería de acero con materiales resistentes a la
corrosión y someter las aguas crudas, antes de ingresar al acueducto, a procesos de clarificación y
cloración, para eliminar sólidos y controlar microorganismos y con ello disminuir las posibilidades de
formación de las biopelículas.
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