La tecnología de secuenciación de tercera generación mejora el conocimiento del sistema de nitrificación de las EDAR

La eliminación de nitrógeno de las corrientes de agua residual es importante para prevenir una amplia gama de impactos en la salud pública y el medio ambiente


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Un estudio realizado por investigadores del grupo de Química y Microbiología del Agua del IIAMA-UPV caracteriza detalladamente la composición del fango activo a nivel de género y especie gracias a la tecnología de secuenciación dirigida de tercera generación, lo que permite mejorar el conocimiento y compresión del sistema biológico de nitrificación en las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR).

Este es el principal resultado de la tesis doctoral “Estudio de la dinámica poblacional y actividad de los organismos nitrificantes en sistemas de depuración de aguas residuales”, realizada por Paula Barbarroja y dirigida por los investigadores del IIAMA-UPV, José Luis Alonso, Daniel Aguado y el miembro del grupo CALAGUA-UV, Luis Borrás.

“Las EDAR tienen un papel fundamental en la protección del medio ambiente, evitando la llegada de nutrientes y otros contaminantes a los ecosistemas acuáticos”

La investigación parte de la realidad de que las EDAR tienen un papel fundamental en la protección del medio ambiente, evitando la llegada de nutrientes (nitrógeno y fósforo) y otros contaminantes a los ecosistemas acuáticos.

“La eliminación de nitrógeno de las corrientes de agua residual es fundamental para prevenir una amplia gama de impactos en la salud pública y el medio ambiente. Una de las alteraciones más graves que puede causar en el medio acuático es la eutrofización, tal y como hemos podido comprobar con el reciente caso de la Manga del Mar Menor”, explica la autora principal del estudio, Paula Barbarroja.


Técnica FISH empleada en el desarrollo de la investigación

 

Técnica innovadora

La tesis doctoral emplea diferentes técnicas moleculares y sus resultados se combinan con valores de actividad -determinados a partir de respirometría y cuantificación del ATP y los parámetros de operación-, para desarrollar modelos de ordenación multivariante que permiten obtener una visión global del proceso de nitrificación.

“Estos estudios tienen como objetivo avanzar en el conocimiento de los ecosistemas, contribuyendo a desarrollar estrategias que permitan la mejora de los procesos y su control. Para ello aúnan disciplinas como la ingeniería de control de proceso, la biotecnología, bioinformática y el Big Data”, afirma la investigadora valenciana.

“El desarrollo de técnicas moleculares y metagenómicas ha supuesto un punto de inflexión para mejorar la caracterización de los procesos biológicos de depuración”, afirma Paula Barbarroja

En este sentido, Paula considera que el desarrollo de técnicas moleculares y metagenómicas ha supuesto un punto de inflexión para mejorar la caracterización de los procesos biológicos de depuración. De hecho, la combinación de técnicas empleadas en la tesis ha permitido, por primera vez, desvelar los sesgos y limitaciones de técnicas aplicadas anteriormente.

“Las técnicas metagenómicas evolucionan progresivamente, como es el caso de la novedosa secuenciación SMRT de PacBio ampliamente utilizada en ciencias médicas, estudios patológicos y genética, y que hasta la presentación de esta tesis doctoral no se había empleado para caracterizar la comunidad microbiana del fango activo”, resalta Paula Barbarroja.


La investigadora Paula Barbarroja explicando su estudio en la VII Edición de las “Jornadas IIAMA”

Otra de las técnicas novedosas aplicadas en esta tesis es la cuantificación del ATP como medida de los sólidos suspendidos volátiles activos del licor mezcla. Los sólidos suspendidos volátiles determinados según esta técnica, resultaron un 47% menores que los determinados con la técnica convencional. El cálculo de esta variable permite determinar el índice de estrés del sistema, el cual fue una de las variables más relacionadas con la actividad de las bacterias nitrificantes.

“Estos resultados resaltan la importancia de utilizar técnicas más precisas para el control de los sólidos suspendidos volátiles que, además permitan mejorar el cálculo de las variables de diseño y control más habituales en las EDAR”, destaca la investigadora.

“La tesis doctoral ha procesado un total de 188 muestras de fango activo y el agua residual del afluente y efluente del proceso de depuración, pertenecientes a 5 EDAR diferentes”

 

Campo de estudio y resultados

La investigación doctoral ha analizado las relaciones entre la dinámica poblacional de las bacterias nitrificantes, su actividad y las variables fisicoquímicas, operacionales, junto con los rendimientos de eliminación de nitrógeno en 6 reactores con sistema de fangos activos. Concretamente se han procesado un total de 188 muestras de fango activo y agua residual del afluente y efluente del proceso de depuración, pertenecientes a 5 EDAR diferentes.

“El estudio ha permitido mejorar la compresión del sistema biológico de nitrificación en cada una de las EDAR analizas, aportando información sobre cuáles eran los parámetros a controlar para su correcta operación. Además, deja patente la importancia de la dinámica poblacional de las bacterias nitrificantes, en los rendimientos de eliminación del amonio en las EDAR”, señala la investigadora valenciana.

“Las exigencias normativas y el aumento de la cantidad y carga de vertidos contaminantes, requieren el uso de tecnologías cada vez más eficientes para asegurar la protección y la calidad de los recursos hídricos”, resalta la investigadora valenciana

Por ello, Paula Barbarroja recuerda que las exigencias normativas y el aumento de la cantidad y carga de vertidos contaminantes, requieren el uso de tecnologías cada vez más eficientes para “asegurar la protección y la calidad de los recursos hídricos, ya que los desafíos futuros requieren comprender los factores que controlan la nitrificación, si queremos gestionar de manera sostenible el ciclo del nitrógeno”, concluye Paula.



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