Protozous en sistemes avançats de tractament d'aigües residuals: caracterització de les poblacions i cerca de les espècies bioindicadores

[cat] La present tesi té com a objectiu l’estudi de la comunitat microeucariota que es desenvolupa en dos sistemes avançats de tractament d’aigües residuals amb alta càrrega amoniacal. La comunitat microeucariota, especialment els ciliats, són una part essencial per al correcte funcionament dels sistemes biològics de tractament d’aigües residuals, on serveixen, a més a més, com a organismes indicadors del funcionament d’aquests processos. Concretament, el principal objectiu de la tesi doctoral és la caracterització de les comunitats que es desenvolupa en aquests sistemes i la determinació d’aquelles espècies amb potencial com a bioindicadores dels processos, per tal de donar eines de gestió complementàries als paràmetres fisicoquímics. Els sistemes estudiats han estat el procés Shortcut Biological Nitrogen Removal (SBNR) i la fase de nitritació parcial (Partial Nitritation; PN) del procés combinat PN-Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation). Ambdós processos, en comparació amb el procés convencional d’eliminació de nitrogen, són capaços d’eliminar del medi grans concentracions de nitrogen (en forma amoniacal) amb un estalvi de fins el 25 i el 50-60% d’oxigen dissolt i del 40 i el 100% de matèria orgànica en el sistema SBNR i el PN-Anammox, respectivament. Aquest fet els fa especialment adequats per al tractament d’aigües residuals amb ratios de carboni/nitrogen molt baixes, com la que presenta l’efluent dels processos de digestió anaeròbia de fangs. Ambdós sistemes han operat amb tecnologia de biofilm, concretament la tecnologia Moving-Bed Biofilm Reactor (MBBR), basada en la presència de suports plàstics en suspensió (carriers) on s’hi desenvolupa, adherida, la biomassa. Per l’estudi d’aquests sistemes, doncs, s’ha implementat un protocol efectiu que permet determinar, de forma independent, la comunitat microeucariota que es desenvolupa al biofilm i la que es manté en suspensió al líquid mescla. El protocol permet, a més a més, la comparació en termes d’abundància entre ambdues comunitats, al utilitzar la mateixa unitat de mesura (ind/ml) en els dos hàbitats (biofilm i licor mescla). En la memòria es caracteritzen les comunitats microeucariotes associades al sistema SBNR i al reactor PN, i es descriuen aquelles espècies de ciliats amb potencial com a bioindicadores del seu funcionament. Entre aquestes espècies destaca Epistylis camprubii, una nova espècie de ciliat sessílid descrita arrel de la seva abundant presència al biofilm dels carriers dels processos estudiats. A nivell ecològic, s’han aportat noves dades sobre l’ecologia de les espècies que han colonitzat els dos sistemes, establint (o eixamplant) els rangs de tolerància d’aquests organismes al nitrogen amoniacal, nitrit, nitrat, amoníac lliure i àcid nitrós, entre altres paràmetres abiòtics. Per últim, en un context actual de clara expansió de les tècniques moleculars com a eina d’estudi de la biodiversitat, s’ha comparat el potencial de detecció de la tècnica de Next Generation Sequencing Ilumina amb els resultats obtinguts mitjançant microscòpia òptica.[eng] The main objective of the present thesis is to study the microeukaryote community that develops in two advanced wastewater treatment systems treating high ammonium loaded wastewater, in order to characterise their communities and determine the microeukaryote species that can serve as bioindicators of the process performance. The studied wastewater treatment systems are the Shortcut Biological Nitrogen Removal (SBNR) and the Partial Nitritation (PN) reactor of the combined PN-Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) process. Both processes are designed for nitrogen removal of high ammonium loaded wastewater in response to the need to reduce energy costs and improve treatment efficiency. Concretely, the SBNR process can reduce oxygen demand and organic source demand due to nitrification by up to 25% and 40%, respectively, while the combined PN-Anammox process implies a 50%-60% reduction in oxygen demand, does not require an external organic carbon source for denitrification and reduces sludge production by about 90%. Both systems operated using Moving-Bed Biofilm Reactor (MBBR) technology, and the reactors were filled with plastics supports for the biofilm development (carriers). To achieve the goals of the thesis, an effective method to study the microeukaryote communities that remain in suspension in the liquid phase and the ones that develop adhered to the fixed substrate has been proposed. The thesis also describes the microeukaryote communities related to the SBNR process and the PN reactor, and determine the species that can be useful as bioindicators of the processes performance. Moreover, a new peritrich species, Epistylis camprubii, has been described. The unusual physicochemical characteristics of both SBNR and PN processes provided new data on tolerance ranges of protists species, specifically of ciliates, to ammonium, nitrites, nitrates, free ammonia and nitrous acide, among other physicochemical parameters. Finally, a V4 18S rDNA molecular survey (Illumina) has been carried out as a complement to the microscopic results in order to verify the feasibility of the microscopic and molecular analyses