Eliminación de nutrientes para el tratamiento biológico de agua residual usando un sistema inmovilizado microalga-bacteria en crecimiento autotrófico, heterotrófico y mixotrófico

This work explores the potential of reducing the nutrients (N and P) concentrations in synthetic wastewater (MRS) using the microalgae Chlorella vulgaris and the microalgae growth-promoting bacteria Azospirillum brasilense jointly immobilized in alginate beads under autotrophic, heterotrophic and mixotrophic conditions. Analysis of treated domestic wastewater sampled in the winter from the municipal wastewater treatment facility of La Paz showed high concentrations of ammonium and nitrate, medium concentration of phosphate and low concentrations of nitrite, organic acids and primary amines. Wastewater samples did not support heterotrophic growth of C. vulgaris. Evaluation of cell number, growth rate, and ammonium elimination in separate suspended cultures of C. vulgaris and A. brasilense growing in MRS supplemented with eleven different organic substrates showed that the best carbon sources for heterotrophic growth of C. vulgaris were Na-acetate, D-glucose and peptone and for A. braseilense were malic acid and arabinose. An evaluation was made on ammonium and phosphate removal from MRS supplemented with glucose using the immobilized C. vulgaris-A. brasilense system under autotrophic, heterotrophic and mixotrophic conditions in bioreactors for 5 days. Kinetics of the cultures showed higher efficiency in removal phosphate by C .vulgaris and A. brasilense jointly immobilized under autotrophic conditions. C.vulgaris immobilized alone under heterotrophic conditions was also efficient in removing ammonium. The presence of A. brasilense inhibits the growth of C. vulgaris under heterotrophic condition with glucose. The results are explained by the low pH in the medium in the presence of C. vulgaris and the C:N relation of the microalgae cells. This work concludes that even of the high growth rate of C. vulgaris cells under heterotrophic conditions, the applicability of the immobilized C. vulgaris-A. brasilense system under heterotrophic or mixotrophic regimens depends if the priority of the wastewater treatment is the reduction of ammonium levels, or phosphate levels, or both nutrients and if is desirable or not the biomass production

En el presente trabajo se explora el potencial para disminuir la concentración de nutrientes (N y P) en agua residual sintética (MRS) usando a la microalga Chlorella vulgaris y a la bacteria promotora del crecimiento en plantas Azospirillum brasilense, inmovilizados juntos en esferas de alginato, sometidos a regímenes de cultivo autotrófico, heterotrófico y mixotrófico. Análisis de muestras de agua residual domestica tomadas en temporada invernal de la Planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de La Paz, indican concentraciones altas de amonio y nitrato, concentraciones medias de fosfato y concentraciones bajas de nitrito, ácidos orgánicos y aminas primarias. Las muestras de agua residual no sustentan el crecimiento heterotrófico de C. vulgaris. La evaluación del número de células, tasa de crecimiento y eliminación de amonio de cultivos separados de células en suspensión de C. vulgaris y A. brasilense en MRS suplementado con once diferentes sustratos orgánicos, muestran que las mejores fuentes de carbono para el crecimiento heterotrófico son acetato de sodio, glucosa y peptona por parte de la microalga y ácido málico, arabinosa en la batería. Se evaluó la eliminación de amonio y fosfato de MRS suplementado con glucosa, tratándolo con el sistema inmovilizado de C. vulgaris-A. brasilense, sometido a regimenes de cultivo heterotrófico, autotrófico y mixotrófico en biorreactores, durante 5 días. La cinética de los cultivos indican una eficiencia mayor para eliminar fosfato de MRS por parte de C. vulgaris y A. brasilense inmovilizados juntos en condiciones autotróficas comparado con el resto de los tratamientos. C. vulgaris inmovilizada sola en condiciones heterotróficos es el tratamiento más eficiente para eliminar amonio. La presencia de A. brasilense inhibe el crecimiento de C. vulgaris con el régimen heterotrófico. Los resultados son explicados por la baja de los niveles pH del medio en presencia de C. vulgaris y la relación C:N dentro de las células microalgales. Se concluye que a pesar del alto crecimiento de células de C. vulgaris en condiciones heterotróficas, la aplicación del sistema inmovilizado C. vulgaris-A. brasilense en uno u otro régimen de cultivo, depende de si la prioridad del tratamiento de agua residual es reducir los niveles de amonio, o de fosfato o de ambos, y si se desea incluir o no la producción de biomasa