Isolation of ammonium- and nitrite-oxidizing bacterial strains from soil, and their potential use in the reduction of nitrogen in household waste water

Abstract

Currently, nitrogen has become the main element of water pollution, causing riverine, lacustrine and coastal eutrophication. The continuous contamination of aquifers and the absence of planned water resource utilization, boost its scarcity, and has been the only way in which our societies become aware of the urgent need to process the generated wastewater. The objective of this research was to evaluate the nitrifying capacity of different autochthonous bacterial isolates from soils from nearby sources of domestic wastewater drainage. For this, bacteria were isolated from Pirro River, contaminated with nitrogen of domestic sewage. Nitrifying bacteria were counted by serial dilution and agar plates, and were isolated until obtaining axenic colonies. These were identified by biochemical batteries or genetic sequencing, and the quantification of their nitrifying capacity was obtained by the methods 4500- NH4 + -F and 4500-NO-2-B, all between September 26, 2011 and March 16, 2014. A total of seven strains of nitrifying microorganisms were isolated and purified, including four Streptomyces sp., one Pseudomonas putida, one Sphingomonas sp. and one Aeromonas sp. We found that there were 2.23 x 105 UFC/g of soil of ammonium oxidizing bacteria and 2.2 x 104 CFU/g of soil of nitrite oxidizing bacteria in the samples. The quantification of the nitrifying capacity of the strains by colorimetric methods, determined that the maximum ammonium removal capacity was 0.050 mg N/L/day and 0.903 mg N/L/day of nitrite. The collection of few strains of nitrifying organisms and a low CFU count, can be attributed to the technique used, since this only recovers 1 % of the microorganisms present in a sample, which, however, is acceptable for studies which main purpose is to obtain cultivable microorganisms. Future research should consider removal tests with higher ammonium and nitrite levels, to find the maximum capacity of the isolated microorganisms, and evaluate their potential use in wastewater treatment systems.

El suelo es la matriz fundamental donde suceden las reacciones químicas y biológicas que permiten el desarrollo de la vida en la tierra, y donde ocurren procesos fundamentales como la mineralización de los elementos y la fijación del nitrógeno. Hoy en día el nitrógeno se ha transformado en uno de los principales elementos contaminantes de los cuerpos de agua, causando consecuencias como la eutrofización de ríos, lago y costas. En los ambientes acuáticos, el nitrógeno puede ser encontrado en forma de amonio N-NH4 +, nitritos N-NO2 -o nitratos N-NO3 -, los cuales pueden ser utilizados por las bacterias nitrificantes amonio y nitrito oxidantes y desnitrificantes para su crecimiento y consecuente remoción. Esta investigación se planteó como objetivo evaluar la capacidad nitrificante de diferentes aislamientos bacterianos autóctonos, aislados de suelos cercanos a fuentes de vertido de aguas residuales de tipo doméstico para su potencial uso en sistemas de tratamiento de aguas residuales. Se realizó el recuento de bacterias nitrificantes por la técnica de dilución seriada y siembra en placas de agar mínimo mineral, su aislamiento por repique en placa hasta obtener colonias axénicas, su identificación por medio de baterías bioquímicas o secuenciación genética y la cuantificación de su capacidad nitrificante por los métodos 4500- NH4 +-F y 4500- NO-2-B, entre el 26/09/2011 y 16/03/2014; las bacterias fueron aisladas de un punto del río Pirro contaminado con nitrógeno de aguas residuales de tipo doméstico. Se lograron aislar y purificar siete cepas de microorganismos nitrificantes entre las que se encuentran cuatro de Streptomyces sp., una de Pseudomonas putida, una de Sphingomonas sp. y una de Aeromonas sp. Se encontró que existen 2.23 x105 UFC/g de suelo de bacterias amonio oxidantes y 2.2 x104 UFC/g de suelo de las nitrito oxidantes. La cuantificación de la capacidad nitrificante de las cepas por medio de los métodos colorimétricos determinó que la capacidad máxima de remoción de amonio es de 0.050 mg N/L/día y la de nitrito en 0.903 mg N/L/día. La obtención de pocas cepas de organismos nitrificantes y un bajo recuento de UFC se puede atribuir a la técnica empleada, ya que esta solo recupera un 1 % de los microorganismos presentes en una muestras, lo cual sin embargo, es aceptable para estudios que tienen como objetivo la obtención de microorganismos cultivables. Se recomienda realizar ensayos de remoción con niveles de amonio y nitrito más altos para hallar la capacidad máxima de los microorganismos aislados.