concurso microbiología gbs. segundo premio 2007. jaume puig agut

5/10/2018 Concurso Microbiolog a GBS. Segundo premio 2007. Jaume Puig Agut - slidepdf.com

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Efecto de rotíferos lecánidos en el tamaño de los flóculos de un sistema de fangos

activos

Jaume Puigagut(1,2) (*), Humbert Salvadó(2), Xavier Tarrats(1) and Joan García(1),

(1) Dpt. Enginyeria Hidràulica, Marítima i Ambiental. Universitat Politècnica de

Catalunya. Jordi Girona, 1-3. 08034– Barcelona. telephone: 00 34 934016464; Fax: 00

34 934017357

(2) Dpt. Biologia Animal. Universitat de Barcelona. Avda. Diagonal 645 08028 –

Barcelona.

(*)Autor responsable. E-mail: [email protected]

1.-Resumen

Una planta piloto de fangos activos fue objeto de estudio (a nivel físico-químico y

biológico) durante cinco meses para determinar el efecto de los rotíferos lecánidos sobre

el tamaño de los floculos del reactor biológico y sus posibles consecuencias sobre el

proceso de depuración. Los resultados obtenidos indican que poblaciones superiores a

400 individuos.mL-1 de rotíferos lecánidos reducen un 50% el área promedio de los

floculos del reactor biológico. Por otra parte, el efecto reductor del área de los floculos

llevado a cabo por los rotíferos lecánidos tuvo una repercusión importante en la

eliminación del nitrógeno. Específicamente, cuando los rotífieros lecánidos tenían una

abundancia promedio inferior a los 400 individuos.mL-1 las concentraciones de nitratos

y amonio en el efluente fueron 11.7 4.9± mg NO3-N.L-1

y 1.5 ±2.1mg NH4-N.L-1

,

respectivamente. Por otra parte, cuando la abundancia de rotíferos sobrepasó los 400

individuos.mL-1

las concentraciones de nitratos y amonio en el efluente subieron

significativamente hasta los 22 ±12.5 mg NO3-N.L-1 mg y 6.7 ±6.2mg NH4-N.L-1,

respectivamente.

Palabras clave: microfauna, metazoos, tamaño de floculo, eliminación de nitrógeno.

2.-Introducción

En términos generales se puede decir que las poblaciones de microfauna son un

elemento indispensable para que un proceso de depuración biológico funcione

correctamente. La contribución de los protozoos y pequeños metazoos a la calidad de un



efluente de un sistema biológico de aguas residuales ha estado ampliamente descrita

(Curds, 1963; Ratsak, 2001) y se basa en la eliminación de materia en suspensión

(bacterias) por parte de estos microoganismos debido a sus estrategias alimentarias

(bacteriófagos). Por otra parte, el estudio de las poblaciones de microfauna (protozoos y

pequeños metazoos) asociadas a cualquier sistema biológico de depuración de aguas

residuales es también una herramienta que permite aumentar la información del estado

de funcionamiento del proceso de depuración y, por tanto, mejora la capacidad de

gestión de la planta depuradora. A este respecto hay multitud de estudios sobre la

capacidad de bioindicación de las condiciones de operación en sistemas biológicos de

depuración mediante el análisis de la microfauna (Madoni, 1994; Puigagut, , et al., 2005;

Salvadó, et al., 2004; Nicolau, et al., 2001). Por otra parte, y aunque hay estudios

recientes que sostienen que los rotíferos pueden variar tanto la distribución del tamaño

de bacterias como de los floculos en sistemas de depuración biológicos, aún se está

bastante lejos de caracterizar en términos cuantitativos hasta qué punto estos

microorganismos contribuyen a la reducción del tamaño del floculo y, aún menos, que

repercusión tiene ese efecto en el proceso de depuración. Por tanto, el objetivo principal

de este estudio es determinar cuantitativamente la reducción del tamaño de floculo por

parte de pequeños metazoos y analizar qué repercusiones tiene esa reducción de los

floculos en el proceso de depuración.

3.-Material y métodos

3.1.-Planta piloto

La planta piloto objeto de estudio consta de un reactor biológico de 9 L seguido de un

decantador de 3.5L. Dicha planta fue operada a 5 días de tiempo medio de retención

celular (TMRC) y a 27 horas de tiempo de retención hidráulico (TRH) en modo de

alimentación continua.

3.2.-Agua residual

El agua residual utilizada durante todo el periodo de estudio fue una mezcla de agua

residual urbana pre-tratada con un floculante comercial (Tanflog SG) y enriquecida con

almidón como fuente de materia orgánica particulada. El enriquecimiento con materia

orgánica particulada fue llevado a cabo a partir de unos estudios preliminares del grupo

de investigación que sugerían que las poblaciones de metazoos se desarrollaban en

mayor medida cuando la presencia de materia orgánica particulada aumentaba (estudios



no publicados). El floculante utilizado (Tanfloc SG) es un polímero basado en extractos

vegetales modificados de Acacia melanoxylon desprovisto de sales metálicas y que tiene

carácter catiónico y un bajo peso molecular. La cantidad de floculante administrada al

agua residual fue 70 mg.L-1. El floculante fue administrado al agua residual mediante un

Jar Test estandar. La metodología del Jar Test consistió en una reacción de mezcla

rápida (195 rpm) del floculante con el agua residual durante 1 minuto seguida de una

reacción de mezcla lenta (20 rpm) durante 15 minutos. Este proceso de floculación fue

llevado a cabo cada 10 días (con agua residual fresca), y el volumen total de agua

floculada (unos 90 litros por vez) se almacenaba en un congelador para reducir la

variabilidad físico-química del agua urbana. Así mismo, cada día unos 9 litros de agua

floculada eran extraídos del congelador y descongelados a temperatura ambiente para

ser mezclados, posteriormente, con el almidón. La cantidad de almidón administrado al

agua floculada (unos 290 mg.L-1

) representaba la cantidad necesaria de almidón para

conseguir una DQO total del agua residual afluente de unos 300 mg.L-1

. Las

características físico-químicas del agua residual utilizada así como las condiciones de

operación de la planta piloto empleada están resumidas en la tabla 1.

3.3.-Análisis físico-químico

Durante todo el periodo de estudio la DQO total, los sólidos en suspensión totales

(TSS), los sólidos en suspensión volátiles (SSV), el pH, la temperatura y el oxígeno

disuelto fueron analizados diariamente. Además, la DQO soluble (filtrada con filtros de

0.2µm de diámetro de poro nominal), nitratos, nitritos y amonio fueron analizados dos

veces por semana. Finalmente el índice volumétrico de fangos (IVF) fue analizado cada

dos semanas. Todos estos parámetros físico-químicos fueron llevados a cabo

inmediatamente después de la recolección de muestras y efectuados según APHA

(2001).

3.4.-Análisis biológicos

Las muestras susceptibles de análisis microbiológico fueron tomadas dos veces por

semana. En dichas muestras los protozoos (ciliados y flagelados) y pequeños metazoos

fueron enumerados mediante dos sub-muestras de 25µl cada una mediante microscopio

ópticos de campo claro. Los protozoos ciliados fueron identificados “in vivo” según

Foissner et al., (1991, 1992, 1994) y, en caso de ser necesario para un correcta

identificación, los microorganismos fueron teñidos mediante la técnica de impregnación



argéntica descrita por Fernández-Galiano (1994). Los flagelados fueron clasificados

según su tamaño en microflagelados (individuos menores de 25 µm) y macroflagelados

(individuos mayores de 25µm). Finalmente, los metazoos fueron clasificados a nivel de

familia según Koste (1978 a y b).

3.5.-Determinación del tamaño de floculo.

Para determinar el tamaño y el área promedio de los flóculos en el reactor biológico de

la planta piloto muestras del licor mezcla fueron extraídas diversas veces. De cada

muestra extraída se contó el número y el área de, al menos, 100 floculos mediante gotas

de 25 µl bajo microscopio óptico de campo claro.

Afluente Reactor Efluente

Agua floculada Mezcla con almidón

DQOtotal (mg.L-1

) 180±32 290±49.8 - 54.6±13.6

DQOtotal eficiencia, % - - - 80±5

DQOsoluble (mg.L-1

) - 164.2±54.1 - 47.5±18.1

DQOsoluble eficiencia, % - - - 66±20

NH4+-N (mg.L

-1) - 42.7±9.5 - 4.7±5.7

NH4+-N, eficiencia, % - - 87±12

NO3--N (mg.L

-1) - nd - 20.1±10.8

NO2--N (mg.L

-1) - nd - 3.7±2.2

SST (mg.L-1

) - 290±111 444±90 37±36

SSV (mg.L-1

) - 280±140 360±70 35±21

pH - - 7.7±0.1 -

Temperatura min-max (ºC) - - 17.5-19 -

Oxigeno (mg.L-1

) - - 2-4 -

TMRC (días) - - 5 -

TRH (horas) - - 27 -

Tabla 1. Parámetros físico-químicos y operacionales de la planta piloto.



4.-Resultados y discusión

En términos generales la población de microfauna a lo largo de todo el periodo de

estudio fue bastante rica en diversidad de todos los grupos de microfauna que suelen

estar presentes un sistema de fangos activos para el tratamiento de aguas residuales

(Tabla 2). Dentro de los protozoos ciliados hemos de destacar la especial importancia,

en términos de abundancia, del grupo de los peritricos (Tabla 2) y, especialmente, la

presencia del ciliado Vorticella convallaria-complex. Además, dentro del grupo de los

metazos, hemos de añadir que los rotíferos lecánidos fueron los más abundantes (Tabla

2).

Tabla 2. Abundancias promedio de la microfauna por grupos y especies a lo largo de

todo el periodo experimental.

Microorganismo

Microfauna total (ind.mL-1

) 1810±800

Metazoos (ind.mL-1

) 445±360

Rotíferos Lecanidos 275±258

Rotíferos Filodínidos 63±47

Nematodos 27±24

Flagelados (ind.mL-1

) 306±524

Macroflagelados 306±524

Ciliados (ind.mL-1

) 935±896

Nadadores 116±140

Litonotus lamella 91±126

Reptantes 135±266

Aspidisca cicada 27±62

Acineria uncinata 76±235

Sésiles 584±640Vorticella convallaria-complex 427±609

Opercularia assymetrica 139±138

Epystilis coronata nd

Podophrya sp. 67±73

Por otra parte, y tal y como Luxmy et al., (2000) describe, microorganismos de gran

tamaño relacionados con un sistema de depuración biológico, como los rotifieros,

pueden llevar a cabo una reducción significativa del tamaño de flóculo. En nuestro



estudio, abundancias superiores a los 400 individuos.mL-1

en el reactor biológico

conllevaron una reducción de hasta un 50% del área promedio de los flóculos (Figura

1)

Frecuencia acumulada

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Á r e a d e

f l o c u l o ( m m

2 )

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

Lecanidae<400 individuos-mL-1

Lecanidae>400 individuos.mL-1

Figura 1. Frecuencia acumulada del área del floculo en función de la abundancia de

rotífieros lecánidos.

Aunque abundancias de lecánidos superiores a los 400 individuos.mL-1 produjeron una

reducción del tamaño del floculo bacteriano significativo, no se observaron diferencias

significativas (p>0.05) en la capacidad de sedimentación de fangos (Figura 2); aunque

la tendencia fue que la sedimentación mejorara a medida que la abundancia de rotíferos

lecánidos aumentaba. Esta tendencia a la disminución del SVI en presencia de mayoresabundancias de rotíferos coincidiría con los estudios de Lapinski and Tunnacliffe

(2003), aunque estudios de mayor envergadura sobre el tema serían necesarios para

matizar y establecer un límite más concreto sobre el efecto de las poblaciones de

lecánidos en la sedimentación de los fangos.



Abundancia de rotíferos lecánidos

< 400 ind/mL > 400 ind/mL

I V F ( m L . g

- 1 )

0

10

20

30

40

50

60

7080

90

100

110

120

Figura 2. Variación del índice volumétrico de fangos en función de la abundancia de

rotífieros lecánidos. Nota: Las barras superiores e inferiores de los gráficos respresentan

el percentil 10 y 90, respectivamente. El inicio y final de las cajas representan los

percentiles 25 y 75, respectivamente. Las línias contínuas y discontinuas dentro de las

cajas representan la mediana y el promedio respectivamente.

Por otro lado, la abundancia de metazoos sí tubo un efecto significativo (p<0.05) sobre

la capacidad de eliminación de nitrógeno. En este sentido, se vio que debido a una

reducción del área de los floculos producida, a su vez, por un aumento de las

poblaciones de rotíferos, empeoraba el rendimiento del sistema en términos de

eliminación de nitrógeno (amonio y nitratos) (Figura 3a y 3b, respectivamente).

Específicamente, la concentración efluente de nitratos y amonio fue 11.7 4.9± mg NO3-

N.L-1

y 1.5 ±2.1mg NH4-N.L-1

cuando la abundancia de rotíferos era inferior a 400

individuos.mL-1

, mientras que la conentración efluente de nitratos y amonio fue 22

±12.5 mg NO3-N.L-1

mg y 6.7 ±6.2mg NH4-N.L-1

cuando la abundancia de rotifieros era

superior a 400 individuos.mL. De hecho, el tamaño de floculo en sistemas de fangos

activos se ha descrito como uno de los parámetros más influyentes en la eliminación

simultanea de amonio y nitratos (Pochanaand Keller, 1999). Por tanto, los autores

asumen que el efecto de los rotiferos en cuanto a reducción del área del floculo se

refiere, produce floculos con una menor area anóxica interna, limitando, de esta manera,la capacidad de eliminación de nitratos del sistema. Esta hipótesis es consistente con los



trabajos previos de Rensink and Rulkens (1997) y Lee and Welander (1996a, b) que

describieron un incremento de las concentraciones de nitratos en la fase líquida de un

reactor biológico como consecuencia de un aumento de la microfauna en general y,

especialmente, de las abundancias de metazoos. Por otra parte, y aunque hay trabajos

que no encuentran relación alguna entre un aumento de las poblaciones de microfauna y

las concentraciones de amonio en el efluente del sistema, en nuestro estudio, las

concentraciones promedio de amonio en el efluente aumentan más de 4 veces cuando

las poblaciones de rotíferos lecánidos sobrepasan los 400 individuos.mL-1

. Estos

resultados estarían en consonancia con lo descrito por Lee and Welander (1994),

quienes encontraron que los rotíferos son capaces de alimentarse de aglomeraciones de

bacterias nitrificantes en procesos de biofilm aerobios. Así pués, según los autores de

este trabajo, un incremento en las poblaciones de rotíferos lecánidos podria

comprometer la eliminación biológica del nitrógeno debido a su habilidad de fraccionar

o reducir el área de los floculos bacterianos y su posible especificidad por la

depredación de bacterias nitrificantes.

<400 ind/mL >400 ind/mL

A m m o n i o - N

( m g . L

- 1 )

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20(a)



< 400 ind/mL > 400 ind/mL

N i t r a t o s - N

( m g . L

- 1 )

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45(b)

Figura 3. Concentración de amonio (3a) y nitratos (3b) en el efluente de la planta en

función de la abundancia de rotíferos lecánidos.

5.-Conclusiones

Las poblaciones de rotíferos lecánidos pueden llegar a reducir el área promedio de los

floculos bacterianos un 50%, especialmente cuando alcanzan abundancias superiores a

los 400 individuos por mililitro.

La reducción del área de los floculos por causa de un aumento de la abundancia de

rotíferos lecándios conlleva un detrimento en la eliminación tanto de nitratos como

amonio.

6.-Referencias bibliográficas

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