Estudio de la microbiota involucrada en los procesos depuradores para el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante reactores de membrana (mbr) y reactores de biopelícula (mbbr)

Resumen

La presente tesis consiste en la agrupación de trabajos publicados basados en el estudio de la microbiota involucrada en los procesos depuradores para el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante sistemas de biorreactores de membranas (MBR), así como de un reactor de biopelícula (MBBR) para su posible incorporación a los sistemas MBR. Diferentes acercamientos a los dos tipos de MBR (aerobio y anaerobio) han sido realizados centrándose en los puntos clave de estos sistemas para el tratamiento de agua residual urbana. Se realizó en primer lugar una evaluación de la estructura de la biopelícula taponante formada en un sistema anaerobio MBR a escala piloto, mediante microscopía electrónica de barrido y dispersión de rayos X. Para su comparación, se realizaron controles con membranas alimentadas tanto con efluente del reactor anaerobio (UASB) como con agua residual procedente del decantador primario. La microbiota presente en las membranas taponadas fue además analizada por electroforesis en gel con gradiente de temperatura (TGGE) y secuenciación parcial de genes codificantes del 16S rRNA. Se observaron diferencias significativas en la estructura de la comunidad bacteriana entre las diferentes biopelículas taponantes analizadas en las membranas UASB, particularmente después de una limpieza química efectuada con NaClO, mientras que las comunidades de arqueas fueron más similares en todas las muestras y más resistentes a las limpiezas químicas. Las comunidades predominantes identificadas estuvieron relacionadas con Firmicutes y Alphaproteobacteria, así como Methanosarcinales y Methanospirillaceae. Se analizaron también las características biológicas de un sistema aerobio MBR a escala piloto utilizando oxígeno puro como fuente de aireación, en comparación con la aireación convencional por aire, para el estudio de su influencia sobre la comunidad bacteriana presente en el fango del biorreactor y los niveles de sus actividades enzimáticas hidrolíticas. Así, se empleó el análisis de redundancia (RDA) para revelar la relación que existe entre los niveles enzimáticos y la variación de la fuente de aireación y otros parámetros operacionales, demostrándose un efecto significativo por el efecto de la concentración de sólidos suspendidos volátiles (VSS) y la temperatura, mas no por la influencia del oxígeno puro aplicado al fango del MBR. La estructura de la comunidad bacteriana fue examinada mediante TGGE, y no se observaron diferencias significativas en la diversidad analizada por el índice de Shannon-Wiener (H¿) ni en la organización funcional de la comunidad determinada mediante el índice Fo; sin embargo, los estudios de fingerprinting realizados muestran cambios significativos de la estructura de la comunidad microbiana dependiendo de la fuente de aireación utilizada. En el global de los experimentos, se revela la presencia prevalente de poblaciones evolutivamente relacionadas con Alphaproteobacteria en el fango del biorreactor. Por último, con la finalidad de realizar un estudio a escala piloto para una posible futura incorporación de los sistemas de soporte en suspensión (MBBR) al fango de los reactores MBR, se analizó la comunidad bacteriana desarrollada sobre tres diferentes materiales de soporte, que fueron analizados bajo tres diferentes tiempos de retención hidráulica (HRT) y porcentaje de relleno (FR). Mediante análisis de redundancia (RDA) se determinó la relación entre las condiciones operacionales (tipo de soporte, HRT y FR) y la diversidad bacteriana de la biopelícula, demostrando que el único parámetro estadísticamente significativo es el FR, siendo el óptimo el de 50%. En estos sistemas, la comunidad predominante de las biopelículas consiste de Betaproteobacterias, seguida de Alpha- y Gammaproteobacteria.