CÓMO TRABAJA IN-PIPE TECHNOLOGY - Aquapurif

CÓMO TRABAJA IN-PIPE TECHNOLOGY
J. Rodney Dickerson, ingeniero profesional
Siempre se me ha pedido que explique cómo trabaja la empresa In-Pipe
Technology (en adelante IPT), ya que las descripciones en mis dos patentes son
complejas y no pueden traducirse fácilmente a términos sencillos. Esta explicación
beneficiará a aquellos técnicos cuya educación, preparación y experiencia no abarque
los distintos campos que se necesitan para entender todas las cuestiones y los últimos
avances tecnológicos. Así pues, me propongo escribir una descripción simplificada
que debería ser entendida con facilidad por la mayoría de personas que cuentan con
nociones básicas en los campos científico, matemático y microbiológico y que
beneficiará asimismo a aquellos con conocimientos técnicos.
El tratamiento de aguas residuales consiste en el uso de bacterias para tratar
las sustancias contaminantes de las aguas residuales, que provienen principalmente
de nuestra materia fecal. La materia fecal y el papel higiénico condensan la mayor
parte de las sustancias contaminantes dentro de las aguas residuales procedentes de
uso doméstico, junto con el aporte de la comida por medio de la cocina y sustancias
químicas que provienen de la cocina, la lavadora y el baño. La materia fecal contiene
grandes cantidades de bacterias (se calcula que 50% del peso) y supone la mayor
fuente de bacterias en las aguas residuales procedentes de uso doméstico. El lavado
de la comida, la ropa y la piel provee asimismo un pequeño aporte bacteriológico. No
obstante, la presencia de sustancias químicas (productos de limpieza, detergentes y
similares) y las altas temperaturas del agua reducen enormemente la vida de las
bacterias viables.
A las bacterias les gusta unirse en lo que se denomina comúnmente como
“limo”, en terminología técnica “biopelícula”. Lo hacen por diversas razones y culminan
esta unión produciendo lo que se conoce como “polisacáridos extracelulares” o EPS
por sus siglas en inglés. Los EPS se componen de alto peso molecular y moléculas de
cadena larga (más de 100.000 veces mayor que el helio). La comunidad científica
comienza ahora a entender los mecanismos que rodean la producción de EPS. La
producción de EPS parece únicamente tener lugar cuando la bacteria forma parte de
la superficie. Las bacterias que no están adheridas se denominan bacterias
planctónicas o flotantes libres. Aquellas adheridas por EPS a una biopelícula se
denominan “sésiles o “no flotantes”.
Las bacterias prefieren adherirse a una superficie que moverse por ella.
Cuando se adhieren y su población crece lo suficiente producen los EPS para unirse
entre ellas. El motivo por el que el proceso comienza con la producción de EPS es aún
un misterio. Otro aspecto anómalo es que cuando se unen por EPS, actúan de manera
diferente que cuando flotan. Quizá se podría comparar con las tribus cazadorasrecolectoras y las tribus granjeras. En la caza y el cultivo se asignan diferentes
funciones cuando se trata de supervivencia.
Nuestro tubo digestivo contiene bacterias sin las cuales no existiríamos. Se
estima que una persona normal tiene entre 40 y 200 especies de bacterias diferentes.
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Asimismo, se ha llegado a saber que estas bacterias se unen por EPS dentro del tubo
digestivo. Así pues, la mayoría de la materia fecal se compone de bacterias sésiles.
Cabe destacar que las bacterias sésiles pueden liberarse de los EPS, cosa que hacen,
y convertirse en bacterias planctónicas o flotantes libres. Sin embargo, tan sólo lo lleva
a cabo un pequeño número de ellas y no se sabe mucho sobre el proceso, motivo por
el que no tiene mucho impacto en éste.
Algo que sabemos sobre la diferencia entre las bacterias sésiles y plantónicas
es que se reproducen en diferente proporción. Las bacterias son principalmente
formas de vida unicelulares y se reproducen mediante un proceso conocido como
división celular. Así, cuando comienza la señal de reproducción en una célula
bacteriana, amplia su tamaño y se divide en dos células. Una es la célula “madre” y
otra la célula “hija”. Esta división tiene lugar en intervalos diferentes de tiempo
(proporciones) dependiendo de una serie de condiciones, por ejemplo si están o no en
estado sésil o planctónico. Las bacterias en estado planctónico se multiplican en
mayor proporción que las bacterias en estado sésil. Esta diferencia es uno los
principales factores en el funcionamiento de IPT.
Por ejemplo, si las bacterias planctónicas se dividen dos veces la proporción de
las bacterias sésiles, habrá más bacterias planctónicas presentes tras un cantidad
cierta de tiempo, suponiendo que se comienza con la misma cantidad de ambas
bacterias. Ya que cada nueva célula hija puede asimismo dividirse en la misma
proporción que la madre, estamos ante lo que se conoce en matemáticas como un
logaritmo o crecimiento de la función exponencial. Dos se convierten en cuatro, que a
su vez se convierten en ocho, después dieciséis y así mientras las circunstancias lo
permitan. Si las bacterias planctónicas pueden dividirse cada veinte minutos y las
sésiles sólo cada hora, observamos claramente como un número menor de bacterias
planctónicas, introducido en un volumen de bacterias sésiles, podría constituir, a la
larga, una mayor población que las bacterias sésiles, si otros factores lo permiten. Uno
de esos factores aduce al número de bacterias sésiles presentes en comparación con
las planctónicas en la “hora cero” (punto de partida).
Las tuberías de alcantarillado se dividen en dos tipos, dependiendo de cómo se
suministra la energía para hacer circular las aguas residuales por la planta de
tratamiento. Las tuberías por gravedad, como su nombre indica, dependen de la fuerza
de la gravedad para mover el agua. Para lograrlo, la dirección de la corriente debe ir
“en pendiente” en todo momento, lo que suele ocurrir entre las casas y la canalización
de las calles. La gravedad sirve asimismo para hacer circular las aguas residuales
desde grupos de casas con cañerías comunes hacia la planta de tratamiento. Si no
hay suficiente diferencia de altura para transportar las aguas residuales durante todo el
camino hasta la planta de tratamiento, los proyectistas colocan bajo tierra tanques
contenedores en ciertos tramos del camino para recoger el agua de las tuberías por
gravedad. Una vez que se recoge el agua, una bomba suministra la energía necesaria
para moverla desde el tanque hacia otra tubería. La combinación del depósito y la
bomba se denomina estación de bombeo.
La tubería que recibe las aguas residuales de la bomba se denomina “tubería de
impulsión” que indica que el agua “es impulsada” hacia las cañerías mediante la
presión de la bomba. La tubería de impulsión puede conectarse a una tubería por
gravedad donde la gravedad interviene de nuevo, a otra tubería de impulsión o a otra
estación de bombeo, dependiendo del diseño y la topografía del sistema. Los
depósitos en estas estaciones de bombeo nunca se bombean completamente vacíos,
por lo que siempre queda una cierta cantidad de agua en depósito al final de cada
ciclo de bombeo. Lo que queda se denomina “cuña”. La cuña tiene también
importancia en el funcionamiento de IPT, por lo que se explicará después.
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La tubería por gravedad, mientras hace circular las aguas residuales, retiene
normalmente una pequeña cantidad de agua y partículas de varios tamaños que
ayudan cuando la corriente es lenta. Ocurre especialmente en lugares donde las
tuberías pueden sufrir cambios con el tiempo debido al asentamiento del terreno,
creando socavones. La tubería de impulsión puede estar llena todo el tiempo o
vaciarse parcialmente o completamente una vez que el bombeo se detiene. La
velocidad de la corriente en la tubería de impulsión es con frecuencia lo
suficientemente rápida para prevenir acumulaciones de material sedimentado.
Debido a que las bacterias siempre se adherirán a la superficie y, con el tiempo,
formarán una biopelícula, hay una capa de biopelícula a lo largo de todo el sistema de
aguas residuales, desde el punto de partida en el interior de la casa hasta las plantas
de tratamiento.
Las bacterias sésiles de nuestra materia fecal surten a casi todas las bacterias en la
construcción del limo (formación de la biopelícula) así como a la mayoría de
contaminantes que deben ser eliminados por dichas bacterias en la planta de
tratamiento. Las especies de bacteria de nuestro tubo digestivo son variadas ya que,
mientras algunas necesitan oxígeno para sobrevivir y morirían sin él, otras no lo
soportan y un tercer grupo pueden funcionar con o sin oxígeno. Aquellas que usan
únicamente oxígeno se llaman aerobias estrictas mientras que aquellas que sólo
trabajan sin oxígeno se denominan anaerobias estrictas (algunos usan la palabra
“obligada” en lugar de “estricta”). Aquellas que pueden hacer ambas cosas son
facultativas.
Otro aspecto importante en el funcionamiento de IPT es el hecho de que las bacterias
anaerobias se multiplican más lentamente que las aerobias y, de esta forma, producen
menos “descendientes” para una cierta cantidad de alimento y nutrientes (para
nosotros contaminantes) extraída del agua. Como habrá podido deducir, IPT usa
bacterias facultativas en estado planctónico.
Las diferentes especies de bacterias compiten por alimento, nutrientes y algo parecido
a un hogar (allí donde se adhieren). Es un principio de la naturaleza que aquellos que
mejor se adaptan al medio sobreviven en perjuicio de los menos lo hacen. Esto
significa que las bacterias capaces de reproducirse en mayor proporción en unas
condiciones concretas terminarán por dominar ese medio. Este dominio estará
gobernado por la cantidad de alimento y nutrientes disponibles para sustentar a la
población. Este principio de la naturaleza se denomina frecuentemente como
“exclusión competitiva” o supervivencia del más apto.
Las distintas especies de bacterias pueden procesar diferentes componentes
(contaminantes) dentro de las aguas residuales. Ninguna especie puede realizar el
trabajo por sí sola. De hecho, las bacterias prefieren coexistir en combinación de
especies, ya que se dividen el trabajo (eliminación de contaminantes), lo que puede
constituir una razón para la producción de EPS: facilitar la eficiencia del trabajo
conjunto de las especies al llevarlo a cabo todas juntas en la biopelícula. La biopelícula
protege asimismo a las bacterias de la invasión de otras especies y de las sustancias
dañinas que puede contener el agua. El proceso completo consiste en una estrategia
de supervivencia que depende de las condiciones medioambientales en una
localización concreta. Las bacterias que prefieren coexistir se llaman “simbióticas”, un
término que significa compatible.
Si escogemos cepas bacterianas facultativas de calidad que prefieren vivir en ayuda
mutua con otras (simbióticas) en diversas condiciones medioambientales, tenemos
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“bacterias simbióticas facultativas de calidad”, justo las que usa IPT. Por tanto, queda
establecido que el concentrado IPT se compone de una mezcla de bacterias en estado
planctónico que viven en ayuda mutua con otras bacterias y pueden funcionar con o
sin oxígeno. Al ser planctónicas, se multiplican más rápido que las bacterias sésiles de
la materia fecal.
Las bacterias que se encuentran en la materia fecal se componen de numerosas
especies diferentes. Algunas de ellas son beneficiosas, es decir realizan su trabajo sin
producir olores, sustancias nocivas o corrosivas. Por otro lado se encuentran las
perjudiciales, como por ejemplo las bacterias sulfato-reductoras, que producen sulfuro
de hidrógeno, un gas corrosivo que huele a huevos podridos. En las heces ya hay
bacterias facultativas beneficiosas, por lo que IPT selecciona muchas de estas mismas
bacterias para formar parte del concentrado IPT. Las bacterias IPT añadidas actúan
como refuerzo para las que ya se encuentran allí, con las cuales cooperan para
convertirse en las especies dominantes a través del proceso de exclusión competitiva.
Para materializar esta exclusión competitiva debemos comenzar con un número
suficiente de bacterias beneficiosas. Hay que recordar que cada cisterna trae más
bacterias sésiles en forma de heces y que hay una biopelícula existente que superar.
El proceso de fabricación exclusivo y patentado de IPT es capaz de concentrar las
bacterias en estado planctónico, en forma líquida, hasta un punto 100.000 veces
mayor que la mayoría de los productos disponibles en el mercado y hasta 100 millones
de veces mayor que la concentración normal de bacterias sésiles de materia fecal en
las aguas residuales.
Debido a que las bacterias se multiplican con el tiempo, IPT se beneficia de ese
periodo disponible al añadir el concentrado IPT en el radio de acción extremo del
sistema de alcantarillado y minimizar así el tiempo que tiene la materia fecal para
multiplicarse en el sistema. Asimismo, las bacterias IPT se añaden constantemente
para asegurarse de que la ventaja competitiva se mantiene. El refuerzo de las
bacterias beneficiosas les permite dominar y eliminar a las perjudiciales, por lo que los
olores y gases nocivos y corrosivos se reducen o eliminan.
¿Recuerda la “cuña” de la estación de bombeo? ¿Aquella cantidad de agua residual
que quedaba cuando se apagaba la bomba? Las bacterias IPT trabajan muy bien en
las estaciones de bombeo porque se constituyen rápidamente en grandes poblaciones
en las aguas residuales entre ciclos de bombeo. Una vez establecida, la “cuña”
proporciona una enorme población de partida en estado planctónico, mucho mayor
que las bacterias sésiles añadidas a través de la materia fecal entrante. La constante
adición del concentrado IPT además de la cuña asegura que las bacterias IPT serán
siempre mayoría. Cuando estas aguas residuales se bombean corriente abajo, el
enorme número de bacterias IPT domina la biopelícula dentro de las tuberías y el
proceso continúa hasta que las bacterias IPT controlan el sistema de alcantarillado.
Este dominio supone la interrupción del crecimiento y la actividad de las bacterias que
producen olores y gases nocivos y corrosivos. Reducir o eliminar los gases corrosivos
frena la destrucción de las cañerías y otros componentes mecánicos del sistema de
alcantarillado y aumenta considerablemente su duración. Se calcula que aumenta
¡entre cinco y diez veces! Mientras que la reducción de gases nocivos y olores se
suele notar en aquellos lugares que tenían mal olor, el aumento de la duración del
alcantarillado no cuenta con un indicador tan claro. Notará una mayor duración del
sistema cuando no tenga que pagar más tasas ni cuotas para sustituirlo o cuando deje
de ver calles cortadas mientras se cambia el alcantarillado.
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Lo que acabo de detallar explica cómo trabaja IPT en la primera patente de cara a
mejorar el funcionamiento y mantenimiento del sistema de alcantarillado al cambiar la
biopelícula y reduciendo así la producción de gases no deseados. Cuando IPT actúa
en un sistema de alcantarillado, se consigue un sistema dominado por bacterias
facultativas unidas con una enorme población de bacterias planctónicas IPT que
crecen rápidamente mientras fluyen por la planta de tratamiento. Sin el trabajo de IPT,
no se daría tal increíble aumento en el número total de bacterias, ni éstas serían
planctónicas ni facultativas. El siguiente punto trata sobre algunos aspectos de la
segunda patente, que tienen que ver con las mejoras en el proceso de las plantas de
tratamiento.
Las aguas residuales en el sistema de alcantarillado contienen algo de oxígeno
cuando salen de una casa. Sin embargo, a no ser que se añada constantemente
oxígeno, cosa que no ocurre, éste es consumido rápidamente por las bacterias
aerobias y facultativas que proliferan en condiciones anaeróbicas en las aguas
residuales, comúnmente denominadas como condiciones “sépticas”. Incluso el sistema
de conducción, que está expuesto al aire, no consigue el oxígeno suficiente para
mantenerse aerobio. Otro factor importante es que el oxígeno no puede adentrarse
mucho más en el limo o la capa de biopelícula, lo que significa que, incluso en
condiciones aeróbicas, la biopelícula y la superficie de las tuberías serían en su mayor
parte anaeróbicas o sépticas. He aquí donde proliferan las bacterias sulfato-reductoras
(aquellas que expulsan sulfuro de hidrógeno, gases corrosivos y mal olor). ¿Cómo
llegan las bacterias IPT hasta el fondo del limo para competir con las perjudiciales? La
respuesta está en que las bacterias IPT, al ser más y alimentarse de la misma comida
y nutrientes que las bacterias perjudiciales, se alimentan antes de que la comida
pueda llegar a éstas. Sin el alimento y los nutrientes adecuados, las bacterias
perjudiciales no pueden ni producir sulfuro de hidrógeno ni multiplicarse.
Así pues, tenemos bacterias IPT creciendo rápidamente y alimentándose de la comida
y nutrientes disponibles. Se reproducirán más rápido que las bacterias sésiles de la
materia fecal porque son planctónicas y llegarán pronto el punto en el que no habrá
suficiente comida y nutrientes para mantener este crecimiento tan veloz. Además, hay
que recordar que esto ocurre casi por completo en condiciones anaeróbicas así que,
aunque proliferan un gran número de bacterias, sólo hay una pequeña parte presente
en comparación con las que habrían proliferado si todo este alimento fuera consumido
por las bacterias aerobias en la planta de tratamiento.
Con más alimento y nutrientes consumidos para reducir el número bacterias del
proceso, habría menos bacterias finales que tratar. Las bacterias finales del
tratamiento de aguas residuales se denominan comúnmente como fango (biosólidos).
De esta forma se observa lo que significa que IPT reduce el fango final en la planta de
tratamiento.
¿Cómo puede IPT aumentar la capacidad de la planta? Hay varias formas de
respuesta. En primer lugar, si aumenta el tratamiento continuado del sistema de
alcantarillado, hay menos por la planta de tratamiento que hacer. Esto es bastante
evidente. Una segunda respuesta tiene que ver con la proporción de bacterias
presentes en las aguas residuales cuando entran en el proceso de tratamiento.
Una planta de tratamiento sin el trabajo de IPT obtiene todas sus bacterias “nuevas”
del alcantarillado. Dichas bacterias son una mezcla de varios tipos, aunque debido a
que las condiciones en el alcantarillado son casi exclusivamente anaeróbicas, este tipo
de bacterias conforman un porcentaje alto de las bacterias entrantes. En la planta de
tratamiento únicamente causan problemas en la primera y segunda fase del
tratamiento porque mueren y no se eliminan fácilmente. Asimismo, en algunas zonas
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del proceso de tratamiento donde se manipula el fango pueden pasar a ser
anaeróbicas y permitir la expulsión de olores.
Debido a que el tratamiento de aguas residuales es un proceso aerobio, los
trabajadores de la planta se esfuerzan constantemente por mantener condiciones
favorables para las bacterias aerobias. Las fases empleadas intentan eliminar las
bacterias anaeróbicas y conservar la mayor parte de las bacterias facultativas y
aerobias. Sin embargo, debido a que las nuevas bacterias anaeróbicas provienen del
alcantarillado, es una tarea ardua.
IPT reduce el número de bacterias anaeróbicas y aumenta considerablemente el
número de bacterias facultativas, lo que significa que la mezcla de bacterias que
entran en la planta de tratamiento con el empleo de IPT contiene un mayor número de
bacterias facultativas que de anaeróbicas estrictas. Debido a que las bacterias son
seleccionadas para trabajar juntas, pasan de inmediato a estado aerobio y comienzan
a trabajar en cooperación. Hay que recordar que hay menos material de desecho que
tratar por el trabajo de IPT en el alcantarillado, así que esta eficiente mezcla
bacteriológica tiene mucha menos materia que consumir.
Con el trabajo de IPT hay menos alimento y nutrientes que consumir, más bacterias
capaces de consumir el alimento y nutrientes y muchas menos bacterias
“deambulando”. Hay muchas otras mejores en el proceso de tratamiento por el uso de
IPT. Sin embargo, las que se han nombrado son las más evidentes. Adicionalmente,
hay bacterias en el concentrado IPT que trabajan para consumir la totalidad de las
grasas, aceites y lubricantes. Esto comienza en el sistema de recogida y permite a la
planta de tratamiento procesar los subproductos producidos al romperse algún
material. Mantener la grasa para bloquear las alcantarillas es un gran avance, pero
permitir a la planta de tratamiento procesarlo completamente es mucho mejor. La
combustión de la grasa puede también mejorar la desinfección final de las aguas
residuales.
Con esto concluye la explicación del funcionamiento de IPT en el sistema municipal.
Espero haber informado y haber sido de ayuda. Para aquellos que quizá se pregunten
si IPT trabaja en tanques sépticos, la respuesta es claramente afirmativa. Recuerde,
las bacterias fecales son sésiles mientras que las bacterias IPT son planctónicas. IPT
trabajará para mejorar considerablemente el manejo del tanque séptico pero dicha
mejora se dará si se añaden las cantidades correctas a diario. La diferencia entre una
estación de bombeo y un tanque séptico es que el tanque séptico se llena totalmente y
se desborda mientras que la estación de bombeo se llena y está prácticamente vacía.
Se aplican los mismos principios a cada uno. Próximamente escribiremos más sobre
los sépticos.
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