Las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) utilizan habitualmente dos procesos secuenciales (nitrificación y desnitrificación) para la eliminación de compuestos de nitrógeno, que son transformados en nitrógeno gas y transferidos a la atmósfera. Es un proceso económicamente costoso, ya que requiere un aporte elevado de oxígeno en el primer paso y de materia orgánica en el segundo. A mediados de los años 90 se descubrió un atajo en el ciclo del nitrógeno que permite transformar el amonio y el nitrito en nitrógeno gas sin necesidad de oxígeno ni de materia orgánica. Esta nueva vía, llamada oxidación anaeróbica del amonio, es llevada a cabo por un único tipo de bacterias (anammox). Para poder utilizar estas bacterias de forma eficiente para la eliminación de nitrógeno es necesario, sin embargo, un paso previo donde las bacterias oxidadores de amonio (AOB) conviertan sólo una parte del amonio en nitrito. De esta manera se regula el nivel de ambos compuestos y se puede conseguir una proporción idónea para las bacterias anammox. El proceso PANAMMOX®, desarrollado en el Laboratorio de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Girona (LEQUIA), permite tratar exitosamente aguas residuales gracias a una combinación secuencial de los dos procesos, en compartimentos separados.

 

 

Los objetivos principales de la tesis doctoral "From inocula to biological reactors: molecular characterization of N-cycle bacterial assemblages in a PANAMMOX® process" de Alexandre Sánchez Melsió han sido, por un lado, la búsqueda de un método que permitiera conseguir más fácilmente unos inóculos adecuados para el reactor anammox, ya que estas bacterias no son fácilmente localizables en la naturaleza y su enriquecimiento es lento (tienen un tiempo de duplicación de 15-30 días); y, por otro lado, la caracterización de las poblaciones de los diferentes tipos de bacterias que intervienen en ambos compartimentos del proceso PANAMMOX® a través de técnicas moleculares.

 

Para obtener el inóculo necesario para el reactor anammox y optimizar el procedimiento para conseguirlo, se hicieron enriquecimientos por separado de lodos y sedimentos provenientes de múltiples localizaciones. Al final de un largo periodo de enriquecimiento se pudieron detectar bacterias anammox, mediante técnicas químicas y moleculares, en cinco de estos enriquecimientos provenientes de sistemas naturales (laguna costera), ambientes modificados (sistema de humedales construidos) y ambientes artificiales (reactores anóxicos y depuradoras). Las técnicas moleculares aplicadas a los enriquecimientos permitieron desarrollar protocolos para una detección temprana de las bacterias anammox cuando se encuentran en bajas concentraciones. De esta manera se pudieron identificar algunas especies de bacterias que serían útiles como indicadores potenciales de la capacidad de una muestra para desarrollar poblaciones más densas de bacterias anammox.

 

Las técnicas moleculares también permitieron detectar otras bacterias que acompañan a menudo las bacterias anammox, a partir de enriquecimientos con orígenes diversos. Se identificó un patrón de grupos bacterianos que se repite en numerosos estudios, lo que podría indicar la existencia de algún tipo de relación con las bacterias anammox a nivel estructural o metabólico. Por último, se llevó a cabo una caracterización molecular de las poblaciones de bacterias oxidadores de compuestos nitrogenados que se encuentran en el reactor donde el amonio es convertido parcialmente en nitrito, como paso previo a la reacción anammox. Se analizó como cambiaban las poblaciones de estas bacterias durante el proceso de adaptación del reactor para poder tratar aguas residuales con elevadas concentraciones de nitrógeno, en el que se pasaba de unas especies de Nitrosomonas propias de ambientes con baja concentración de nitrógeno en otras que se conocían de ambientes con alta carga nitrogenada. Además, se pudo determinar que algunas especies que el reactor teóricamente debería eliminar (como las del género Nitrospira ), no sólo se mantenían sino que incluso podían llegar a crecer a él, aunque no generaban ningún problema para su correcto funcionamiento.

 

Se ha conseguido, pues, una mayor comprensión a través de técnicas moleculares de los grupos bacterianos que intervienen en el proceso PANAMMOX® desarrollado por LEQUIA; un paso más hacia el tratamiento sostenible aguas residuales con altas cargas de nitrógeno.