Metagenómica por shotgun y perfil fisicoquímico de plantas municipales de tratamiento de aguas residuales que utilizan lodos activados y filtros percoladores

Por qué importa lo que baja por el desagüe

Cada vez que tiramos de la cadena o enjuagamos productos químicos del suelo de una fábrica, esa agua tiene que ir a algún sitio. En muchas comunidades, especialmente en países de ingresos bajos y medios, las plantas de tratamiento de aguas residuales tienen dificultades para mantenerse al día, lo que permite que nutrientes nocivos, químicos e incluso metales pesados se filtren a ríos de los que dependen las personas y la vida silvestre. Este estudio examina de cerca dos de esas plantas en Sudáfrica, preguntando no solo qué tan bien limpian el agua, sino también qué formas de vida microscópicas realizan el trabajo de descomponer la contaminación.

Dos plantas sobrecargadas en un río concurrido

Los investigadores se centraron en dos plantas municipales de tratamiento de aguas residuales en la Municipalidad Local de Emfuleni, en Sudáfrica. Ambas reciben una mezcla de aguas negras domésticas, aguas pluviales y vertidos industriales, y las dos descargan en ríos locales importantes. Sobre el papel, estas instalaciones fueron diseñadas para usar una combinación de lodos activados (donde los microbios se mantienen en suspensión en tanques aireados) y filtros percoladores (donde los microbios crecen en superficies y forman biopelículas viscosas). En la práctica, años de escaso mantenimiento, cortes de energía y fallos de equipos hicieron que cada planta funcionara por debajo de su capacidad prevista, una dependiendo mayormente de lodos activados y la otra principalmente de filtros percoladores.

Analizando el agua y la química oculta

Durante cinco meses en la estación seca—cuando las aguas residuales están menos diluidas por la lluvia—el equipo recogió muestras en distintos puntos del proceso de tratamiento, así como de cinco industrias cercanas como un matadero y un fabricante de baterías. Midieron indicadores básicos de calidad del agua: acidez (pH), oxígeno, temperatura, sólidos disueltos y en suspensión, y un marcador clave de contaminación llamado demanda química de oxígeno (DQO), que refleja cuánto material orgánico debe ser descompuesto. También controlaron nutrientes como amonio, nitratos y fosfatos, y analizaron metales incluyendo hierro, cobre, zinc, plomo y arsénico. Muchas de estas sustancias, en concentraciones elevadas, pueden dañar a los peces, favorecer floraciones algales tóxicas o acumularse en cultivos y tejidos animales.

Niveles de contaminación que se filtran

Los resultados revelaron que ambas plantas tuvieron dificultades para reducir la contaminación hasta niveles aceptables. La DQO en el agua tratada con frecuencia superó las directrices locales e internacionales, especialmente en la planta donde gran parte de la infraestructura estaba fuera de servicio. El amonio—una forma de nitrógeno que puede ser tóxica para la vida acuática—se mantuvo alto en los tanques finales de ambas plantas, lo que sugiere que los microbios clave para eliminar el amonio no estaban desempeñando su función de manera eficaz. Algunos vertidos industriales fueron extremos: las aguas del matadero mostraron DQO extraordinariamente alta, lo que impuso presión adicional sobre los sistemas municipales. Varios metales pesados, especialmente manganeso, cobre, zinc y plomo, se acumularon en los lodos y en algunos cursos tratados, lo que plantea inquietudes sobre la acumulación a largo plazo en sedimentos fluviales, peces y, en última instancia, en las personas que dependen de esas aguas.

La fuerza laboral microbiana dentro de los tanques

Para comprender los “motores” vivos del tratamiento, los científicos utilizaron secuenciación metagenómica por shotgun—una técnica que lee ADN directamente del agua—para perfilar el microbioma en cada punto de muestreo. Dominaban las bacterias, con un grupo principal, las Proteobacterias, representando casi el 90 por ciento de la comunidad en algunas muestras. Géneros como Aeromonas, Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus y Thauera fueron especialmente abundantes. Muchos de estos microbios son de doble filo: son potentes degradadores de contaminantes orgánicos, nutrientes e incluso compuestos complejos, pero algunos también pueden incluir cepas patógenas o portar genes de resistencia a antibióticos. El estudio mostró que los cambios en pH, oxígeno, sólidos y sales—e incluso la presencia de metales—influyeron de forma notable en qué microbios prosperaban en cada sitio.

Potencial oculto y advertencias claras

Al vincular la química con la microbiología, el estudio encontró que ciertas bacterias se agruparon donde los metales pesados eran más altos, lo que sugiere que podrían emplearse en futuras estrategias de limpieza. Otros microbios parecían aptos para descomponer compuestos tenaces como productos petrolíferos, fármacos y disolventes industriales, como reflejaron las firmas funcionales del ADN. Sin embargo, en general, la incapacidad de las plantas para eliminar completamente DQO, amonio y metales significa que estos ríos siguen recibiendo una carga constante de sustancias nocivas. Los autores sostienen que la monitorización continua, las mejoras en la infraestructura y diseños más inteligentes que integren lodos activados con filtros percoladores podrían desbloquear el potencial de estas comunidades microbianas a la vez que protegen los ecosistemas aguas abajo.

Qué significa para las personas y los ríos

En términos sencillos, este trabajo muestra que las plantas estudiadas no están tratando las aguas residuales tan a fondo como sería necesario, aunque los tipos de microbios adecuados estén presentes. Altos niveles de materia orgánica, nutrientes y metales siguen saliendo de las plantas e ingresando a ríos usados para recreación, riego y, de forma indirecta, agua potable. Con el tiempo, esto puede dañar peces y otra vida silvestre, desencadenar floraciones algales malolientes y a veces tóxicas, y aumentar los riesgos para la salud de las comunidades cercanas. El estudio subraya a la vez una advertencia y una oportunidad: sin mejor mantenimiento, fiabilidad energética y control de procesos, estos trabajadores microbianos ocultos no podrán mantenerse al ritmo; pero con sistemas bien diseñados y controles rutinarios, podrían convertirse en la columna vertebral de un reciclaje de agua más seguro y resiliente.

Cita: Maharaj, S.D., Nkuna, R. & Matambo, T.S. Shotgun metagenomic and physicochemical profiling of municipal wastewater treatment plants using activated sludge and trickling filters. Sci Rep 16, 5486 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35157-6

Palabras clave: tratamiento de aguas residuales, microbioma, Sudáfrica, metales pesados, calidad del agua