Characterization of bacterial communities established in a fixed biological reactor for the treatment of domestic effluents

Authors

DOI:

https://doi.org/10.21640/ns.v15i31.3095

Keywords:

biofilm, water treatment, biomarker, PET, fixed bed, sewage, microorganisms, organic matter, phylum, neutralization, means of support, activated sludge

Abstract

Biological treatment is most used for domestic wastewater. The fixed-bed reactor is a biofilm of microorganisms capable of degrading organic matter, and is an efficient alternative compared to conventional systems, as it increases the contact surface between the microorganism and organic matter. The present work focuses on the adaptation, acclimatization, and use of activated sludge for the formation of a biofilm in a bioreactor for the treatment of domestic effluents with a PET support; It was proven that such material is feasible to be implemented as a means of support. The fixed bed system was kept in operation for 150 days, using domestic wastewater as a substrate, and evaluating the efficiency of the reactor by means of water quality parameters. Microbial diversity was assessed by 16S rRNA analysis. The removal efficiencies of Chemical Oxygen Demand (COD) and Biochemical Oxygen Demand (BOD) were greater than 90% and neutralization of the effluent with alkaline characteristics was achieved. The treatment time was 4 h.  We identified 11 corresponding bacterial phylums for biofilm and 8 in suspension, where the main bacterial groups were Proteobacteria, Bacteroidetes and Firmicutes. Treatment time was reduced by 50% compared to conventional systems. The identification of the Phylum allows us to better understand the complexity of bacterial structures in wastewater and how it intervenes in the efficiency of wastewater treatment processes.

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Author Biographies

Erandy Mirell Zúñiga Hernández, Autonomous University of Querétaro

Faculty of Chemistry. Queretaro, Queretaro, Mexico

Miguel Ángel Ramos López, Autonomous University of Querétaro

Faculty of Chemistry. Queretaro, Queretaro, Mexico

Carlos Eduardo Zavala Gómez, Autonomous University of Querétaro

Autonomous University of Querétaro, Faculty of Chemistry. Queretaro, Queretaro, Mexico

Juan Campos Guillén, Autonomous University of Querétaro

Faculty of Chemistry. Queretaro, Queretaro, Mexico

Janet Ledesma García, Autonomous University of Querétaro

Faculty of Engineering. Queretaro, Queretaro, Mexico

Aldo Amaro Reyes, Autonomous University of Querétaro

Faculty of Chemistry. Queretaro, Queretaro, Mexico

Diana Issell Sandoval Cárdenas, Autonomous University of Querétaro

Faculty of Chemistry. Queretaro, Queretaro, Mexico

José Alberto Rodríguez Morales, Autonomous University of Querétaro

Faculty of Engineering. Queretaro, Queretaro, Mexico

References

Arévalo-Arbeláez A.J., Bedoya-Urrego K., Cabarcas-Jaramillo F., y Alzate-Restrepo J.F (2017) Descripción del microbiota bacteriano residente en el biosólido generado en la planta de tratamiento de aguas residuales San Fernando. Itagüí, Colombia. Revista De Salud Pública 6(19). https://doi.org/10.15446/rsap.V19n6.67950

Bonilla-Rosso G., Souza V., y Eguiartea L.E. (2008). Metagenómica, Genómica y Ecología Molecular: La Nueva Ecología en el Bicentenario de Darwin Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, Universidad Nacional Autónoma de México 1(11): 41-51p. Disponible en: https://www.medigraphic.com/cgi-bin/new/resumen.cgi?IDARTICULO=25174

Bou G., Fernández-Olmos A., García C., Sáez-Nieto J.A., y Valdez S. (2011). Métodos de Identificación Bacteriana en el Laboratorio de Microbiología. Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica 29(8): 601-608p. https://doi.org/10.1016/j.eimc.2011.03.012

Cárdenas-Manríquez, M., Young, R., Semple, K., Li, C., Coy, D., Underwood, E., Siddique, T., Guigard, S., Bressler, D., Gupta, R., y Foght, J. (2020). Microbially-mediated de-watering and consolidation (“Biodensification”) of oil sands mature fine tailings, amended with agri-business by-products. Nova Scientia, 12(24). https://doi.org/10.21640/ns.v12i24.2243

Comăniță, E. D., Hlihor, R. M., Ghinea, C., y Gavrilescu, M. (2016). Ocurrence of Plasctic Waste in the Enviroment: Ecological and Healt. Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), 15(3).

Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) 2016. Estadísticas del agua en México. Disponible en: http://www.agua.unam.mx/assets/pdfs/novedades/EstadisticasdelAguaMexico2016_CONAGUA.pdf. Consultado julio 2019.

Crombet S., Abalos-Rodríguez A., Rodríguez-Pérez S., y Pérez-Pompa N. (2016) Evaluación del tratamiento anaerobio de las aguas residuales de una comunidad universitaria. Revista Colombiana de Biotecnología, 8(1) 49-56p. http://dx.doi.org/10.15446/rev.colomb.biote.v18n1.57715.

Cydzik-Kwiatkowska, A., y Zielinska, M. (2016). Bacterial communities in full-scale wastewater treatment systems. World J. Microbiolgy Biotechnolgy 32(66). 10.1007/s11274-016-2012-9

Erijman, L., Figuerola E. L. M., Guerrero, L., y Ayarza J. (2011). Impacto de los recientes avances en el análisis de comunidades microbianas sobre el control del proceso de tratamiento de efluentes. Revista Argentina de Microbiología 43: 127-135p. Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=213019228011

Gagliano M.C., Ismail S.B., Stams A.J.M., Plugge C.M., Temmink H., y Van Lier J.B. (2017). Biofilm formation and granule properties in anaerobic digestion at high salinity. Water Research. 121: 61-71p. https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.05.016

González-Brambila M. y López-Insunza F. (2018) Membrane-Attached biofilm reactor behavior under different flow rate conditions in the treatment of a synthetic wastewater. Revista Mexicana de Ingeniería Química 3 (7), 183-193p. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/260764931_Comportamiento_de_un_reactor_de_biopelicula_para_tratamiento_de_agua_residual_a_diferentes_velocidades_de_flujo

Gutiérrez Tlahque, J., Santiago Sáenz, Y., Hernández Fuentes, A., Pinedo Espinoza, J., López Buenabad, G., y López Palestina, C. (2019). Influencia de los métodos de cocción sobre la actividad antioxidante y compuestos bioactivos de tomate (Solanum lycopersicum L.). Nova Scientia, 11(22), 53-68. https://doi.org/10.21640/ns.v11i22.1685

Kaplan, J. B., Ragunath, C., Ramasubbu, N., y Fine, D. H. (2003). Detachment of Actinobacillus actinomycetemcomitans biofilm cells by an endogenous β-hexosaminidase activity. Journal of bacteriology. 185(16), 4693-4698.

Lapo B., Muñoz M., Romero H., Pozo M., y Ayala M. (2014) PET and PP used as a means of fixed biofilm growth applied to aerobic treatment of domestic wastewater. Congreso Brasileño de Ingeniería Química. 10.5151/chemeng-cobeq2014-0005-27668-156527

Mahendran B., Lishman L., y Liss S.N. (2012). Structural, physicochemical and microbial properties of flocs and biofilms in integrated fixed-film activated sludge (IFFAS) systems. Water Research 46: 5085-5101p. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.05.058

Mendoza Burguete M. Y. (2016) Acoplamiento de un sistema biológico aerobio y un proceso avanzado de oxidación para el tratamiento de un efluente acuoso (Tesis Maestría en Ciencia y Tecnología Ambiental). Universidad Autónoma de Querétaro. México. 72p.

Mieczkowski D., y Cydzik-Kwiatkowska A. (2016). Temperature-induced changes in treatment efficiency and microbial structure of aerobic granules treating landfill leachate. World J Microbiol Biotechnol 32:91. 10.1007/s11274-016-2046-z

Moreno-Andrade y Buitrón G. (2008). Biodegradación Óptima de Compuestos Fenólicos en un Reactor Discontinuo Secuencial. BioTecnología 2(12). Disponible en: Biodegradación Óptima de Compuestos Fenólicos en un–Reactor Discontinuo Secuencial.

Nava Urrego, L. M., Gasperín Sanchéz, R., y Durán Moreno, A. (2014). Comparación de un reactor de biomasa suspendida y un reactor de biomasa adherida para la biodegradación de compuestos tóxicos presentes en aguas residuales de refinerías de petróleo. Revista internacional de contaminación ambiental, 30(1), 101-112. Disponible en: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0188-49992014000100009

Olarte-Avellaneda S., y Cristiano Sánchez J. (2012) Aplicación de microorganismos asociados a biopelículas. Revista Logos Ciencia & Tecnología 4. 153-163p. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/5177/517751763012.pdf

Ramón, V. L. (2010). Infraestructura sustentable: las plantas de tratamiento de aguas residuales. Quivera. Revista de Estudios Territoriales, 12(2), 58-69. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/401/40115676004.pdf.

Romero Toledo, R., Ruiz Santoyo, V., Anaya Esparza, L., Pérez Larios, A., y Martínez Rosales, M. (2019). Study of arsenic (V) removal of water by using agglomerated alumina. Nova Scientia, 11(23), 01 - 25. https://doi.org/10.21640/ns.v11i23.1665

Torres-Lozada, P., Vásquez-Sarria, N. V. S., Pérez-Vidal, A., Madera-Parra, C. A., y Rodríguez-Victoria, J. A. (2011). Alternativas de tratamiento biológico aerobio para el agua residual doméstica del municipio de Cali, Colombia. Afinidad, 68(555).

Valeriano-Zapana J.A., y Gonzales-Limache E. (2016). Caracterización de bacterias halófilas aisladas de un sistema de tratamiento de lodos activados del terminal petrolífero Almirante Barroso Sao Paulo, Brasil. Revista ciencia y tecnología 2(3): 23-60. http://dx.doi.org/10.37260/rctd.v2i3.36

Vigueras-Carmona, Zafra-Jiménez G., García-Rivero M., Martínez-Trujillo M.A., y Pérez-Vargas J. (2013). Efecto Del Pretratamiento Sobre La Biodegradabilidad Anaerobia Y Calidad Microbiologica De Lodos Residuales. Revista Mexicana de Ingeniería Química 2 (12): 293-301p. Disponible en: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-27382013000200009.

Wang X., Zhang Y., Wen X., Xia Y., Hu M., Zhaofang, y Ding K. (2012). Real-time PCR quantification of the population dynamics of ammonia-oxidizing bacteria in a pilot-scale wastewater treatment plant. Biochemical Engineering Journal 66: 61-65p. https://doi.org/10.1016/j.bej.2012.04.015

Welter, A. B., Romero, J. M., Grumelli, Y. A., Sanchez, J. A., y Ascar, G. I. (2005). La biopelicula en los procesos RBC. Camino a Alta Gracia Km 10 – 5000 – Córdoba.: Universidad Católica de Córdoba, Campus Universitario, Facultad de Ingeniería.

Xia Y., Wang X., Wen X., Ding K., Zhou J., Yang Y., y Yu Z. (2014). Overall functional gene diversity of microbial communities in three full-scale activated sludge bioreactors. Applied Microbiology and Biotechnology 98(16): 7233-7242p. 10.1016/j.jbiosc.2014.02.017

Published

2023-06-15

How to Cite

Zúñiga Hernández, E. M. ., Ramos López, M. Ángel, Zavala Gómez, C. E., Campos Guillén, J. ., Ledesma García, J. ., Arriaga Hurtado, L. G. ., … Rodríguez Morales, J. A. (2023). Characterization of bacterial communities established in a fixed biological reactor for the treatment of domestic effluents. Nova Scientia, 15(31), 1–23. https://doi.org/10.21640/ns.v15i31.3095

Issue

Section

Natural Sciences and Engineering

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