© VIII Jornadas de Transferencia de Tecnología sobre Microbiología del Fango Activo (2012), Sevilla. Spain. Asociación Científica Grupo Bioindicación de Sevilla

1. © VIII Jornadas de Transferencia de Tecnología sobre Microbiología del Fango Activo (2012), Sevilla. Spain.
Asociación Científica Grupo Bioindicación de Sevilla
Análisis de las correlaciones entre la abundancia de bacterias
nitrificantes, parámetros operacionales y físico-químicos relacionados
con el proceso biológico de nitrificación en fangos activos
Andrés Zornoza1, Liz Avendaño1, Daniel Aguado1, Luis Borrás2, José Luis Alonso1
1Instituto
Universitario de Investigación de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente. Universitat Politècnica de València. Camino de
Vera, s/n, 46022 Valencia, Spain.
E-mail: anzorzor@upv.es, lizawil@posgrado.upv.es, daaggar@hma.upv.es, jalonso@ihdr.upv.es
2Departamento de Ingeniería Química. Universitat de València. Dr Moliner, 50 - 46100 Burjassot, Valencia, Spain.
E-mail: luis.borras-falomir@uv.es
antes de llegar las aguas residuales a la
1. INTRODUCCIÓN estación depuradora (Catalán, 1997). Para
completar el ciclo, los iones nitrato y nitrito son
La nitrificación biológica consiste en la convertidos al estado gaseoso N 2 o N 2 O
oxidación del ión amonio a nitrito y mediante la acción de las bacterias
posteriormente a nitrato. Durante este desnitrificantes (Catalán, 1997).
proceso, bacterias oxidantes de amonio (BOA; Las bacterias nitrificantes se encuentran en
Nitrosomonas y Nitrosospira), arqueas una gran variedad de hábitats, incluyendo
oxidantes de amonio (AOA) y bacterias agua dulce (agua potable y aguas residuales),
oxidantes de nitritos (BON; Nitrobacter, agua de mar, agua salobre y en el suelo. Las
Nitrococcus, Nitrospina y Nitrospira) realizan principales especies presentes en los fangos
una respiración aeróbica a partir de donadores activos son autótrofas, es decir, utilizan el
inorgánicos de electrones (Mota et al., 2005). dióxido de carbono o carbono inorgánico como
El nitrógeno presente en las aguas fuente de carbono para la síntesis de material
residuales urbanas generalmente se celular. Por cada molécula de dióxido de
encuentra en forma de amonio, urea, ácido carbono asimilado, se oxidan
úrico, proteínas, azúcares aminados y aminas, aproximadamente 30 moléculas del ión
entre otros. El nitrógeno orgánico es amonio o 100 moléculas de nitrito. Debido a la
transformado a ión amonio por la actividad gran cantidad de iones amonio y nitrito
microbiana; los microorganismos proteolíticos necesarios para asimilar dióxido de carbono,
degradan las proteínas hasta aminoácidos, las bacterias nitrificantes tienen una velocidad
que a su vez son degradados a amonio por los de crecimiento muy baja (Gerardi, 2002).
organismos amonificantes (Catalán, 1997),
con lo que el amoniaco o el ión amonio son 1.1. Factores que afectan a la nitrificación
reintroducidos en el ciclo del nitrógeno. La
urea, el compuesto orgánico con mas El proceso de nitrificación es un paso crítico en
nitrógeno, es hidrolizada por la enzima ureasa la depuración de aguas residuales, debido a la
hasta amoníaco y anhídrido carbónico, por lo baja tasa de crecimiento de las bacterias
que la liberación del amoniaco se produce nitrificantes y a la extrema sensibilidad a los

2. 2 Análisis de las correlaciones de bacterias nitrificantes en fangos activos
cambios del sistema y a diversas sustancias inferiores a 6.5 la velocidad de nitrificación se
inhibidoras que impiden su crecimiento y reduce de forma brusca (González et al.,
actividad. Este proceso se encuentra bajo la 2010).
influencia de distintos factores que se señalan La alcalinidad disminuye durante el
a continuación (González et al., 2010; Bitton, proceso de nitrificación debido a la generación
1994): de iones hidrógeno y de iones nitrito (Gerardi,
2002). Durante la oxidación del amonio
1.1.1. Temperatura también se produce ácido nitroso, con el
resultado de una disminución de la alcalinidad.
La temperatura en el reactor biológico (Tªr) es
el factor operacional con más influencia en el
1.1.3. Oxígeno
crecimiento de las bacterias nitrificantes. Hay
una importante reducción en la tasa de La concentración de oxígeno disuelto en el
nitrificación a medida que disminuye la Tªr, por reactor (OD) puede convertirse en un factor
el contrario, la tasa de crecimiento de las limitante para el crecimiento de las bacterias
bacterias nitrificantes aumenta dentro del nitrificantes, reduciéndose estas
rango de 8ºC a 30ºC, con un aumento del 10 significativamente a concentraciones bajas de
% por cada incremento de 1ºC en el caso del OD (González et al., 2010). La concentración
género Nitrosomonas (Gerardi, 2002). En óptima de OD para lograr una óptima
general, la velocidad del proceso disminuye nitrificación se sitúa en 2 - 3 mg/L.
mucho para valores bajos de Tªr, siendo muy Los factores responsables de la limitación
difícil que se lleve a cabo la nitrificación a de OD en el proceso de nitrificación son la
temperaturas por debajo de los 10ºC. En estas falta de difusión de oxígeno a través de los
condiciones es necesario operar con alta edad flóculos y la competencia en el consumo de
del fango (EF) para que se pueda llevar a oxígeno por otros organismos aerobios. El
cabo el proceso de forma eficaz (González et aumento de la concentración de OD puede
al., 2010). Por encima de los 10ºC la acelerar la nitrificación, permitiendo una mejor
nitrificación aumenta casi de forma penetración de este en los flóculos y por tanto
proporcional a la Tªr. Las bacterias del género su acceso a las bacterias nitrificantes (Gerardi,
Nitrosomonas aisladas de los fangos activos 2002).
tienen una tasa de crecimiento óptima a 30ºC, El OD debe estar bien distribuido en el
por lo que esta se considera la Tªr ideal para tanque de aireación y su nivel no se
que tenga lugar el proceso de nitrificación. recomienda que sea inferior a 2 mg/L. Para
Las temperaturas bajas inhiben el oxidar 1 mg de amonio son necesarios 4.6 mg
crecimiento de Nitrobacter de forma más de O2 (Bitton, 1994). La cantidad de OD afecta
drástica que en Nitrospira, por lo que es a la actividad de las bacterias nitrificantes en
común que los iones nitrito se acumulen en función de la Tªr. A niveles bajos de OD se
estas condiciones (Gerardi, 2002). puede producir una nitrificación parcial (Yen et
al., 2010).
1.1.2. Alcalinidad y pH
1.1.4. Amonio y nitrito
El pH influye sobre la tasa de crecimiento de
las bacterias nitrificantes. Se ha observado Los nutrientes pueden afectar y limitar la
que la tasa máxima de nitrificación se produce síntesis celular y el crecimiento bacteriano.
a valores de pH entre 7.2 y 9.0 Los principales nutrientes inorgánicos
aproximadamente, mientras que con valores necesarios para los microorganismos son: N,

3. Zornoza et al. 3
S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na y Cl (Madigan et al., correlación significativa con la variabilidad de
2009). BOA.
El crecimiento de las BOA y BON siguen la
cinética de Monod y dependen de las En algunos estudios se propone la
concentraciones de amonio y de nitrito independencia entre la población de BOA,
respectivamente (Bitton, 1994). BON y algunos parámetros operacionales y
físico-químicos en el proceso de nitrificación.
1.1.5. Relación entre la Demanda Bioquímica de Sin embargo, la eficiencia del proceso en las
Oxígeno (DBO 5 ) y el Nitrógeno Kjeldahl Total (NKT) estaciones depuradoras de aguas residuales
(EDAR) es el resultado de la interacción
El agua residual afluente al proceso de fangos
entre todas las variables. A pesar de que el
activos contiene una elevada concentración de
diseño y operación de varias EDAR sea muy
materia orgánica y otros nutrientes que son
similar, se pueden dar situaciones muy
utilizados por las bacterias como fuente de
diferentes y por lo tanto distintos
carbono y energía para su metabolismo,
rendimientos. La modificación de los
crecimiento y reproducción. La fracción de
parámetros, contemplados desde un punto
organismos nitrificantes disminuye al aumentar
de vista independiente y basada en la
la proporción de DBO 5/NKT. En procesos
experiencia de otras instalaciones, supone
combinados de eliminación de carbono y de
asumir un alto compromiso principalmente
nitrificación esta proporción es superior a 5,
cuando dicha modificación suponga un
mientras que en los procesos en los que se
incremento en el coste de explotación, por
separan ambos procesos, en la etapa de
ejemplo en el gasto energético.
nitrificación la proporción es superior a 3
De ahí el interés de la divulgación de
(Bitton, 2011).
metodologías prácticas y sencillas que
permitan estudiar y evaluar la influencia de
1.1.6. Sustancias toxicas
todas las variables sobre el proceso de
Las bacterias nitrificantes son muy sensibles a nitrificación en plantas depuradoras a escala
numerosas sustancias tóxicas que pueden real.
inhibir su crecimiento, lo que provoca una El presente estudio tiene como objetivo
disminución en la tasa de nitrificación o una establecer las relaciones entre la abundancia
interrupción del proceso, por la muerte de las de BOA, BON y los distintos parámetros
bacterias implicadas, debido a una elevada operacionales, físico-químicos del afluente y
toxicidad (Bitton, 1989). rendimientos de eliminación del nitrógeno en el
Los compuestos orgánicos más tóxicos efluente de la EDAR QB, utilizando el análisis
para las bacterias nitrificantes son el cianuro, de correlación bivariante. La relación entre los
la tiourea, los fenoles, las anilinas y los rendimientos de eliminación del nitrógeno y
metales pesados (plata, mercurio, níquel, parámetros operacionales y físico-químicos
cromo, cobre y zinc) (Bitton, 1994). referidos a este trabajo ha sido descrita por
Wells et al. (2009) observaron que a pesar Zornoza et al. (2011). La abundancia de la
de que el cromo, níquel, mercurio, cadmio, población de BOA y BON en la EDAR QB ha
zinc y cobre demostraron tener efectos sido descrita por Avendaño (2011).
inhibitorios sobre la actividad de las BOA en Los resultados obtenidos han permitido
cultivo puro y mixto, sólo la presencia de definir los parámetros operacionales y físico-
cromo y níquel en el afluente tienen una químicos asociados con la abundancia de

4. 4 Análisis de las correlaciones de bacterias nitrificantes en fangos activos
bacterias nitrificantes y por tanto, de mayor DBO 5 , mientras que el día 3 se llevó a cabo
relevancia para el control del proceso de un análisis completo del afluente y efluente.
nitrificación. Se han establecido también El objetivo del primer análisis fue estudiar la
aquellos parámetros no limitantes del influencia de la carga orgánica y del segundo
proceso de nitrificación; temperatura y establecer el rendimiento del proceso
oxigeno disuelto en el reactor, este último de biológico. El día 4 se procedió al análisis
gran interés por el ahorro de coste de completo del licor mezcla.
explotación para la EDAR. Los parámetros se determinaron
siguiendo los procedimientos normalizados
(APHA 1998). La fracción filtrada (f) se
2. MATERIAL Y MÉTODOS obtuvo utilizando un filtro de lana de vidrio
(Whatman GF/C), con un tamaño nominal de
2.1. Toma de muestras poro de 1.2 μm, y la fracción soluble (s) se
obtuvo a través de un filtro de 0.45 μm
Las muestras se tomaron en la EDAR QB, (Grady, 1989).
que trata un caudal de 39.748 m3/día (datos
EPSAR 2010) y una población de 141.689 2.3. Parámetros operacionales
habitantes equivalentes. Cuenta con un
proceso biológico llevado a cabo en cuatro Los parámetros operacionales fueron
reactores AO de geometría rectangular calculados según Metcalf y Eddy (1991)
(75x20x4.5 m). (tabla 1).
Se han realizado campañas de muestreo Debido a la inercia en el proceso
con una frecuencia quincenal durante un año biológico de algunos parámetros
desde diciembre de 2008 hasta diciembre de operacionales, como la carga orgánica
2009 (24 campañas). Cada una de ellas se afluente al reactor biológico (Salvadó et al.,
ha desarrollado durante cuatro días 1993), se han calculado para su estudio
consecutivos repartidos de la siguiente distintos parámetros con valores promedio de
forma: en los tres primeros días (1, 2 y 3) se la carga másica (CM) y tiempo de retención
muestreó el afluente al reactor, en el tercer hidráulico en el reactor biológico (TRHr). En
día (3) se muestreó también el efluente del el caso de la EF, esta fue calculada a partir
decantador secundario. Estas muestras del sumatorio de las variables
fueron compuestas, es decir, se obtuvieron a correspondientes hasta un máximo de siete
partir de la mezcla de muestras simples días anteriores a la toma de muestras del
horarias en relación al caudal. En el cuarto licor mezcla (día 4). De esta forma, se
día (4) se tomó una muestra simple de licor obtuvieron para su estudio siete expresiones
mezcla en la salida del reactor biológico. distintas (EF1-EF7).
Los valores de OD en el reactor fueron
2.2. Parámetros físico-químicos distribuidos en tres intervalos (ODb, ODm y
ODa) y expresados en porcentaje de tiempo
Los días 1 y 2 se analizaron en el afluente al (%). Los datos correspondieron a medidores
reactor la DQO total, DQO soluble (DQOs) y en continuo situados en la parte final del
reactor biológico.

5. Zornoza et al. 5
Tabla 1. Parámetros operacionales.
Parámetro Símbolo Unidades Observaciones
TRHr1: día 3
Tiempo de retención hidráulico TRHr3, TRHr1, TRHr2a: promedio días 2 y 3
horas
en reactor TRHr2a, TRHr2b TRHr2b: promedio días 1 y 2
TRHr3: promedio días 1, 2 y 3
CM1: día 3
CM1, CM2a, CM2b, kg DBO 5 /kg SSVLM.d CM2a: promedio días 2 y 3
Carga másica
CM3 kg DQOs/kg SSVLM.d CM2b: promedio días 1 y 2
CM3: promedio días 1, 2 y 3
EF1, EF2, EF3, EFX. Donde X = nº días
Edad del fango EF4, EF5, EF6, días anteriores empleados en e l
EF7 sumatorio de las variables
Temperatura rector Tªr ºC
ODb: < 0.8 mg/L
Oxígeno disuelto reactor ODb, ODm, ODa % ODm: 0.8-2 mg/L
ODa: >2 mg/L
Tabla 2. Sondas moleculares utilizadas.
Sonda Secuencia (5’-3’) Especificidad % FA1 Referencia
EUB 338 I GCTGCCTCCCGTAGGAGT Bacteria Amann (1990)
EUB 338 II GCAGCCACCCGTAGGTGT Planctomycetes Daims et al. (1999)
EUB 338 III GCTGCCACCCGTAGGTGT Verrumicrobiales Daims et al. (1999)
Nso 1225 CGCCATTGTATTACGTGTGA2 β Proteobacteria 3 45 Mobarry et al. (1996)
Nse1472 ACCCCAGTCATGACCCCC N. europea 50 Juretschko et al. (1998)
Nmo218 CGGCCGCTCCAAAAGCAT Nitrosomonas 35 Gieseke et al. (2001)
oligotropha
NEU CCCCTCTGCTGCACTCTA Nitrosomonas 40 Wagner et al. (1995)
halophila, eutropha y Wagner et al. (1995)
europea
Nitrosomonas sp.
Nm104.
CNEU TTCCATCCCCCTCTGCCG Competidora4 40 Wagner et al, (1995)
Ntspa 662 GGAATTCCGCGCTCCTCT Nitrospira spp. 35 Daims et al. (2001)
CNtspa 662 GGAATTCCGCTCTCCTCT Competidora4 Daims et al. (2001)
NIT 3 CCTGTGCTCCATGCTCCG Nitrobacter spp. 40 Wagner et al. (1996)
CNIT 3 CCTGTGCTCCAGGCTCCG Competidora4 Wagner et al. (1996)
1FA: Porcentaje de formamida.
2Modificada con 4 bases LNA (Alonso et al,.2009).
3AOB.
4Sin marcar para aumentar la especificidad de la sonda correspondiente Ntspa662 o NIT3.
2.4. Identificación y cuantificación de la captura de 20-25 campos por cada sonda
bacterias nitrificantes y muestra analizada. El análisis de imagen
se realizó mediante el programa MATLAB
Se utilizó la técnica FISH para la 7.1, descomponiendo la imagen en escala de
identificación de la comunidad general de grises con valores de 0 (negro) a 225
bacterias así como de BOA y BON, utilizando (blanco) y facilitando de esta forma el conteo
para ello las sondas moleculares descritas en de píxeles (Borras, 2008). Las imágenes
la tabla 2. tomadas fueron introducidas en el software
Después de realizada la identificación, se de cuantificación desarrollado por Borras
procedió a la toma de imágenes para la (2008), obteniendo el porcentaje y desviación
cuantificación de bacterias. Esta consistió en estándar del área ocupada por las bacterias

6. 6 Análisis de las correlaciones de bacterias nitrificantes en fangos activos
nitrificantes en función del total de la mostraron al menos alguno de los dos
comunidad bacteriana presente (sonda niveles de significación.
EUBmix). Además, dicho porcentaje de área El tratamiento estadístico de los datos se
fue convertido a mg SSVLM/L. realizó con el programa SPSS versión 19.
2.5. Análisis estadístico
3. RESULTADOS
Se realizó un análisis bivariante con el fin de
evaluar la relación lineal entre la abundancia Las señales positivas de hibridación de la
de bacterias nitrificantes y el resto de población de BOA correspondieron a las
variables, calculándose para ello los sondas Nso 1225 y Nmo 218 (figura 1 y 2),
coeficientes de Pearson (C.P) y Spearman mientras que las correspondientes a las
(C.S). Previamente se realizó una sondas NEU y Nse 1472 fueron escasas y
transformación logarítmica de aquellas negativas respectivamente.
variables que no mostraron una distribución Las señales positivas de hibridación de la
normal (variable = ln [variable + 1]) (Esteban población de BON correspondieron a la
et al., 1991), considerándose significativas sonda Ntspa 662 (figura 3), mientras que las
las relaciones entre parámetros cuando p < correspondientes a las sondas NIT 3 y Nsr
0.05 y p < 0.01. En las tablas de resultados 1156 fueron negativas.
se han omitido aquellos coeficientes que no
Fig. 1- A) AOB. Nso 1225 B) mismo campo. EUB338mix, 600x.
Fig. 2- A) AOB. N. oligotropha, Nmo 218 B) mismo campo. EUB338mix, 600x.

7. Zornoza et al. 7
Fig. 3-1 A) NOB. Nitrospira sp., Ntspa 662 B) mismo campo. EUB338mix, 600x.
Los resultados de abundancia de la Tabla 5. Valor medio, mínimo, máximo y desviación estándar
población de BOA y BON se resumen en la (DE) de los parámetros operacionales.
Parámetro Media Mín.-máx. DE
tabla 3.
CM1 (Kg DBO 5 /kg SSVLM.d) 0.25 0.09-0.85 0.16
Los rendimientos de eliminación de CM2a (Kg DBO 5 /kg SSVLM.d) 0.23 0.10-0.64 0.12
nitrógeno (rN-NH 4 y rNKTs) y los rangos de CM2b (Kg DBO 5 /kg SSVLM.d) 0.18 0.08-0.33 0.07
operación de las distintas variables durante CM3 (Kg DBO 5 /kg SSVLM.d) 0.20 0.08-0.47 0.09
CM1 (Kg DQOs/kg SSVLM.d) 0.23 0.10-0.92 0.17
el periodo de estudio se resumen en las
CM2a (Kg DQOs/kg SSVLM.d) 0.21 0.09-0.69 0.12
tablas 4, 5 y 6. CM2b (Kg DQOs/kg SSVLM.d) 0.16 0.06-0.29 0.06
CM3 (Kg DQOs/kg SSVLM.d) 0.18 0.10-0.49 0.09
Tabla 3. Valor medio, mínimo, máximo y desviación estándar EF1 (días) 39.9 3.0-785 155
(DE) de la abundancia de bacterias nitrificantes. EF2 (días) 11.9 2.9-52 10.3
Sonda Ud. Media Mín.-máx. DE EF3 (días) 12 3.5-36 7.2
Nso1225 % 4.0 1-6 1.9 EF4 (días) 11 4.6-28 5.7
mg SSVLM/L 78.4 15.7-149.5 40.1 EF5 (días) 10.8 5.1-32 6.1
Nmo218 % 2.8 1-5 1.4 EF6 (días) 10.8 5.3-31 6.1
mg SSVLM/L 54.2 15.7-99.6 27.7 EF7 (días) 10.8 5.2-29 5.7
Ntspa662 % 1.6 0.1-4 1.1 TRHr1 (h) 14.3 8.7-25 3.3
mg SSVLM/L 31.1 1.5-82.0 21.1 TRHr2a (h) 15.4 10.7-23.6 2.6
TRHr2b (h) 18.4 14.8-24.4 2.3
Tabla 4. Valor medio, mínimo, máximo y desviación estándar TRHr3 (h) 17 13.5-22 2
(DE) de los rendimientos y estados del nitrógeno en el ODb (%) 33 5-69 18
afluente (Afl) y efluente (Efl) al reactor. ODm (%) 62 12-95 19
Parámetro Media Mín.-máx. DE ODa (%) 5 0-40 10
NKTs (mg/L) Afl. 45 24-72 16
NKTs (mg/L) Efl. 11.1 1.0-36.0 10.4 Tabla 6. Valor medio, mínimo, máximo y desviación estándar
rNKTs (%) 78 45-96 17 (DE) de los parámetros físico-químicos en el afluente.
N-NH 4 + (mg/L) Afl. 40 24-62 12 Parámetro Media Mín.-máx. DE
N-NH 4 + (mg/L) Efl. 9.2 0.1-32.6 9.7
3.3 1.2-7.5 1.8
T. aniónicos (mg/L)
rN-NH 4 + (%) 80 42-100 19
52 42-75 8
DQOs1 (%)
N-NO 2 - (mg/L) Efl. 1.36 0.04-5.67 1.47
51 43-70 6
DQOs2a (%)
N-NO 3 - (mg/L) Efl. 6.2 0.4-11.1 2.6
47 28-63 6
DQOs2b (%)
DQOs3 (%) 49 37-61 5
La población de BOA presentó en general Níquel (mg/L) 0.13 <0.02-0.45 0.18
Zinc (mg/L) 2.10 0.18-4.02 1.32
una correlación negativa moderada y alta
Fenoles (mg/L) 0.94 0.37-2.05 0.49
frente a las formas más reducidas del Sulfatos (mg/L) 221 159-293 35
nitrógeno (NKTs y N-NH 4 +) y correlación Cloruros (mg/L) 341 133-520 94
DB0 5 /NKT 4.5 2.7-7.9 1.1
positiva respecto a sus rendimientos de
DB0 5 f/NKTs 3.3 1.9-8.0 1.4
eliminación (tabla 7). DQOs/NKTs 4.9 2.9-10.1 1.5

8. 8 Análisis de las correlaciones de bacterias nitrificantes en fangos activos
Los valores más elevados fueron observados La CM presentó de forma general una
con la sonda Nso1225, que representa a moderada correlación positiva frente a la
Nitrosomonas sp. Por el contrario, la población de BOA y BON (tabla 8). Las CM
población de BON (sonda Ntspa, que expresada como CM2b mostró valores de
representa a Nitrospira sp.) presentó escasa correlación más bajos que el resto de
correlación significativa con N-NO 2 - y N-NO 3 - expresiones (CM1, CM2a y CM3). Los
. De todas las expresiones de la EF (EF1- coeficientes obtenidos de la CM calculada
EF7), tan solo la EF3 y EF4 mostraron con el parámetro DQOs fueron
correlación significativa con Nitrosomonas aproximadamente del mismo orden que los
oligotropha (C.S; 0.43* y 0.41* calculados con la DBO 5.
respectivamente).
Tabla 7. Coeficientes de correlación entre los rendimientos y estados del nitrógeno del
efluente y la población de BOA y BON.
NKTs rNKTs N-NH 4 + rN-NH 4 + N-NO 2 - N-NO 3 -
Nso1225 C. P -0.72** 0.87** -0.73** 0.85**
(%) C. S -0.72** 0.77** -0.74** 0.79**
Nso1225 C. P -0.71** 0.85** -0.73** 0.83**
(mg SSVLM/L) C. S -0.73** 0.73** -0.75** 0.78**
Nmo218 C. P -0.46* 0.63** -0.58** 0.63**
(%) C. S -0.49* 0.59** -0.60** 0.69**
Nmo218 C. P -0.43* 0,62** -0.54** 0.62**
(mg SSVLM/L) C. S -0.57* 0.61** -0.68** 0.74**
Ntspa662 C. P
(%) C. S 0.41* 0.43*
Ntspa662 C. P
(mg SSVLM/L) C. S
Nivel de significación: ** p < 0.01, * p < 0.05
Tabla 8. Coeficientes de correlación entre la carga másica y la población de BOA y BON.
CM1 CM2a CM2b CM3 CM1 CM2a CM2b CM3
(DBO 5 ) (DBO 5 ) (DBO 5 ) (DBO 5 ) (DQOs) (DQOs) (DQOs) (DQOs)
Nso1225 C. P -0.55** -0.54** -0.43* -0.54** -0.58** -0.57** -0.43* -0.55**
(%) C. S -0.54** -0.53** -0.45* -0.52** -0.61** -0.52** -0.50*
Nso1225 C. P -0.61** -0.60** -0.49* -0.60** -0.63** -0.63** -0.49* -0.62**
(mg SSVLM/L) C. S -0.65** -0.54** -0.46* -0.55**
Nmo218 C. P -0.43* -0.41* -0.47* -0.42*
(%) C. S -0.43*
Nmo218 C. P -0.48* -0.52** -0.47* -0.49* -0.55** -0.48* -0.51*
(mg SSVLM/L) C. S -0.51* -0.53** -0.46* -0.52** -0.52* -0.42* -0.49*
Ntspa662 C. P -0.46* -0.48* -0.43* -0.48* -0.50* -0.48*
(%) C. S -0.45* -0.44* -0.46* -0.44*
Ntspa662 C. P -0.55** -0.60** -0.46* -0.54** -0.56** -0.58** -0.51* -0.57**
(mg SSVLM/L) C. S -0.41* -0.41*
Nivel de significación: ** p < 0.01, * p < 0.05
El TRHr presentó correlación positiva que mostró mayores niveles de significación
frente a Nitrosomonas oligotropha y (tabla 9). No se observó correlación
Nitrospira sp. , siendo el TRHr2a la expresión significativa con el OD y la Tªr.

9. Zornoza et al. 9
Tabla 9. Coeficientes de correlación entre el tiempo de retención hidráulico, oxígeno, temperatura en el reactor
y la población de BOA y BON.
TRHr1 TRHr2a TRHr2b TRHr3 ODb ODm ODa Tªr
Nso1225 C. P
(%) C. S
Nso1225 C. P
(mg SSVLM/L) C. S
Nmo218 C. P 0.42*
(%) C. S
Nmo218 C. P 0.44*
(mg SSVLM/L) C. S
Ntspa662 C. P 0.43*
(%) C. S 0.41* 0.55**
Ntspa662 C. P
(mg SSVLM/L) C. S
Nivel de significación: ** p < 0.01, * p < 0.05
Tabla 10. Coeficientes de correlación entre los tensioactivos aniónicos, DQO soluble
afluente al reactor y la población de BOA y BON.
TA %DQOs1 %DQOs2a %DQOs2b %DQOs3
Nso1225 C. P -0.73** -0.46*
(%) C. S -0.68**
Nso1225 C. P -0.44* -0.75** -0.48*
(mg SSVLM/L) C. S -0.65**
Nmo218 C. P -0.50* -0.57** -0.46*
(%) C. S -0.47* -0.49* -0.42*
Nmo218 C. P -0.55** -0.59** -0.50*
(mg SSVLM/L) C. S -0.52* -0.44* -0.41*
Ntspa662 C. P -0.47* -0.51* -0.48*
(%) C. S -0.46* -0.50* -0.46*
Ntspa662 C. P -0.46* -0.46* -0.44*
(mg SSVLM/L) C. S -0.52* -0.42* -0.41*
Nivel de significación: ** p < 0.01, * p < 0.05
La concentración de tensioactivos y sulfatos no presentó correlación
aniónicos (TA) presentó correlación negativa significativa con la población de BOA y BON,
con Nitrosomonas sp., mientras que el mientras que Nitrosomonas sp. mostró
porcentaje de DQO soluble presentó moderada correlación negativa con la
correlación negativa con la población de concentración de cloruros (tabla 11).
BON y BOA (tabla 10). Las relaciones DBO 5 /NKT y DQOs/NKTs
El %DQOs1 presentó el mayor número se correlacionaron negativamente con la
de coeficientes de correlación significativos, población de BOA y BON, siendo los
especialmente elevados en el caso de coeficientes ligeramente superiores en el
Nitrosomonas sp. caso de DQOs/NKTs. La relación
La concentración de níquel, zinc, fenoles DBO 5 f/NKT no presentó coeficientes
significativos.

10. 10 Análisis de las correlaciones de bacterias nitrificantes en fangos activos
Tabla 11. Coeficientes de correlación entre parámetros físico-químicos afluente al reactor y la población de BOA y BON.
DB0 5 f/NKT
Níquel Zinc Fenoles Sulfatos Cloruros DB0 5 /NKT DQOs/NKTs
s
Nso1225 C. P -0.55** -0.62**
(%) C. S -0.57* -0.53* -0.54**
Nso1225 C. P -0.53* -0.61**
(mg SSVLM/L) C. S -0.54* -0.47* -0.47*
Nmo218 C. P -0.48* -0.48*
(%) C. S -0.48 -0.43*
Nmo218 C. P -0.50* -0.50*
(mg SSVLM/L) C. S -0.51*
Ntspa662 C. P -0.43* -0.55**
(%) C. S
Ntspa662 C. P -0.44* -0.54**
(mg SSVLM/L) C. S
Nivel de significación: ** p < 0.01, * p < 0.05
tasa de crecimiento de las BOA y BON
4. DISCUSIÓN (Gerardi, 2002). La Tªr, al ser una variable
que viene impuesta por la estacionalidad,
4.1. Rendimientos del proceso de determina la EF a mantener en el reactor
nitrificación biológico. Según los resultados obtenidos, la
abundancia de BOA y BON no se asociaron
La correlación significativa encontrada entre en general de forma significativa con la EF, a
la presencia de BOA y el rN-NH 4 + y rNKTs pesar del aumento observado en el
puso de manifiesto la buena señal de rendimiento de nitrificación debido al
hibridación detectada de las sondas Nso aumento de la EF (Zornoza et al., 2011).
1225 y Nmo 218, así como la adecuada Ambos resultados indicaron que el aumento
metodología empleada en el tratamiento y de la EF no originó un aumento en la
cuantificación de las imágenes (Borras, abundancia de bacterias nitrificantes y si un
2008). Las diferencias significativas aumento en la actividad metabólica de dichas
encontradas de los coeficientes de bacterias. La Tªr, en el rango 14-29 ºC, no
correlación entre Nitrosomonas oligotropha y presentó una influencia significativa sobre la
Nitrosomonas sp., con valores más elevados abundancia de BOA y BON.
en el caso de este último, podrían indicar la
presencia de otras especies de BOA en las 4.3. Carga másica y porcentaje de DQO
muestras analizadas. La ausencia de soluble
correlaciones significativas entre BON y N-
NO 3 - pudo ser debida a la eficiencia en el Los elevados coeficientes de correlación
proceso de desnitrificación. indicaron que los periodos de altas CM
originaron una disminución de la población
4.2. Edad del fango y temperatura en el de BOA y BON. Durante estos periodos se
reactor biológico incrementa la posibilidad de acceso de la
materia orgánica no oxidada del selector
La EF y la Tªr están íntimamente relacionas anóxico a la zona óxica, dándose
en el proceso de nitrificación debido a la baja condiciones que favorecen el crecimiento y la
respiración de la población heterótrofa, y por

11. Zornoza et al. 11
consiguiente un mayor consumo de oxígeno este un factor limitante del proceso. Este
y condiciones limitantes para la población hecho podría estar de acuerdo con los
bacteriana autótrofa. No se observaron resultados encontrados por Schramm et al.
diferencias significativas entre las distintas (1999), que indican que el género Nitrospira
expresiones de la CM, debido probablemente es más competitivo con niveles bajos de
a que las variaciones diarias de la EDAR QB oxígeno que el género Nitrobacter, siendo el
no fueron bruscas. De todas ellas, la CM2b primero dominante en el presente estudio
fue la que presentó los valores menos (Avendaño, 2011). En este sentido, existe la
significativos. Los coeficientes de correlación posibilidad de colonización del fango activo
obtenidos de la CM calculada con el de determinadas géneros de BON con
parámetro DQOs fueron del mismo orden requerimientos bajos de OD, y por tanto, de
que los calculados con la DBO 5 , lo que gran interés por el ahorro energético que
demuestra su interés como parámetro de supone la reducción de los niveles de OD en
rutina operacional de carga, siendo además el tanque de aireación.
más rápido su cálculo (de horas, frente a los
cinco días necesarios para la determinación 4.5. Tiempo de retención hidráulico en el
de la DBO 5 ). reactor
Según los resultados obtenidos, existe
una influencia negativa debido al aumento en Un aumento del TRHr puede minimizar el
porcentaje de DQO soluble sobre la efecto negativo que origina las altas CM
abundancia de bacterias nitrificantes, sobre la abundancia de BOA y BON. La
especialmente en Nitrosomonas sp. El relación entre ambas variables fue
aumento de la fracción soluble, aunque no corroborada a través de la obtención de
diferencie entre fracción biodegradable y coeficientes de correlación significativos,
lentamente biodegradable, implica una mayor indicando que un aumento del TRHr favorece
disponibilidad de materia orgánica y por tanto la presencia de bacterias nitrificantes.
condiciones favorables de crecimiento y
respiración de la población heterótrofa frente 4.6. DBO5 /NKT, DBO 5f/NKTs, DQOs/NKTs
a la autótrofa. La expresión del porcentaje de
DQO soluble, día anterior (%DQOs1) al Los resultados obtenidos sobre la
análisis del licor mezcla (día 4), se presenta disminución de la actividad nitrificante en
como la expresión más adecuada en el relación con el aumento de la proporción de
control de la abundancia de BOA y BON. DBO 5 /NKT coinciden con los de Bitton
(2011), observándose una disminución de la
4.4. Oxígeno disuelto población de BOA y BON al aumentar dicha
proporción. El aumento de esta relación se
El OD en QB se situó por debajo de 2 mg/L produce debido a un aumento de materia
el 95% del tiempo. Estos valores se orgánica disponible, lo que favorece el
encontraron en el intervalo 0.5-1.9 mg/L, en crecimiento y respiración de las bacterias
cuyo rango el proceso de nitrificación se heterótrofas frente a las autótrofas. La
considera ineficiente (Bitton, 1994). No se relación DQOs/NKTs presentó mayor grado
observaron coeficientes de correlación de significación que la DBO 5 /NKT,
significativos con los niveles de OD convirtiéndose en una alternativa interesante
mantenidos en el reactor biológico, no siendo para el control del proceso debido a la

12. 12 Análisis de las correlaciones de bacterias nitrificantes en fangos activos
rapidez de la determinación de la DQO frente interés para el control de la carga
a la DBO 5 . másica.
3. El porcentaje elevado de DQO
4.7. Sustancias tóxicas soluble afluente al reactor se asoció
negativamente con la abundancia de
Los resultados respecto a las sustancias bacterias nitrificantes, especialmente
toxicas estudiadas indican que la en Nitrosomonas sp.. La
concentración de estas no causaron un determinación de dicho porcentaje en
efecto negativo sobre la abundancia de BOA el día anterior al análisis del licor
y BON, a pesar de que la concentración de mezcla (%DOOs1) se presenta como
níquel originó un efecto negativo en la una variable de interés a controlar.
actividad de las bacterias nitrificantes 4. La edad del fango no se asoció de
(Zornoza et al., 2011). Tan solo la forma significativa con la abundancia
concentración de cloruros y tensioactivos de BOA y BON.
aniónicos presentaron un efecto negativo en 5. La temperatura en el reactor
la abundancia de BOA. biológico no se asoció de forma
significativa con la abundancia de
BOA y BON.
5. CONCLUSIONES 6. La concentración de oxígeno
disuelto en el reactor no se asoció de
Aunque la metodología de estudio tenga forma significativa con la abundancia
aplicación práctica para las EDAR, las de bacterias nitrificantes, aun estando
conclusiones obtenidas, deben tomarse en el intervalo considerado como
como recomendaciones u orientaciones para poco eficiente (<2 mg/L).
el control en el resto de instalaciones. 7. Un alto tiempo de retención
El estudio del grado de las correlaciones hidráulico en el reactor se asoció
significativas entre la abundancia de BOA, positivamente con la abundancia de
BON y los distintos parámetros operacionales, BOA y BON.
físico-químicos del afluente y rendimientos de 8. La relación DQOs/NKTs se asoció
eliminación del nitrógeno relacionados con el negativamente con la abundancia de
proceso biológico de nitrificación mostró que: BOA y BON. Esta se presenta como
una alternativa plausible frente a la
1. La buena señal de hibridación relación, ya conocida, DBO 5 /NKT.
detectada de las sondas de BOA y 9. La concentración de zinc, níquel,
BON junto con la metodología sulfatos y fenoles no se asoció
empleada en su cuantificación negativamente con la abundancia de
permiten el control del rendimiento de bacterias nitrificantes.
eliminación de nitrógeno en el 10. La concentración de cloruros y
proceso de nitrificación. tensioactivos aniónicos se asoció
2. Altas cargas másicas se asociaron negativamente con la abundancia de
negativamente con la abundancia de Nitrosomonas sp.
BOA y BON. El parámetro DQO
soluble sería un parámetro de gran

13. Zornoza et al. 13
Doctoral. Universidad Politécnica de
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