Recycled-Membrane Biofilm Reactor (R-MBfR). A sustainable biological alternative for microcystin removal

Abstract

Este trabajo de tesis doctoral se centra en el estudio de un nuevo sistema biológico avanzado que permita potenciar las capacidades metabólicas microbianas para eliminar eficientemente las Microcistinas (MC), compuestos producidos por los afloramientos de cianobacterias en agua dulce y altamente tóxicos para los animales, seres humanos incluidos. Además, el desarrollo de un sistema económico y sostenible es una prioridad en este trabajo; por lo tanto, se utilizan materiales reciclados como soportes para el crecimiento bacteriano. Concretamente, se usan membranas de osmosis inversa (OI) al final de su vida útil, que fueron desechadas por plantas desaladoras. El sistema innovador que se propone se basa en la tecnología de los reactores de biopelículas de membrana (MBfR), utilizados en el agua residual, y se denomina en este trabajo reactor de biopelículas de membrana reciclada (R-MBfR). El desarrollo del concepto R-MBfR comenzó con la evaluación y selección de los diferentes genotipos bacterianos para la degradación de MC. Los resultados indicaron que el genotipo mlr- es más lento que el mlr+ en todas las condiciones probadas. Por lo tanto, se seleccionó la cepa bacteriana Sphingopyxis sp. IM-1 (mlr+) por su alta eficiencia para eliminar MC bajo diferentes condiciones de nutrientes. Una biopelícula inicial se desarrolló en membranas desechadas gracias a características claves para el anclaje bacteriano, como la hidrofilia y la rugosidad. La prueba concepto en una celda simuladora de los MBfRs consiguió eliminar 2.000 veces la concentración máxima de MC permitida en agua de consumo (1 μg·L-1). Este resultado, junto con un análisis económico preliminar, sugirió que el concepto R-MBfR podría ser viable y competitivo a escalas superiores frente a otros tratamientos fisicoquímicos actuales. Por otro lado, el proceso de cloración demostró que la modificación superficial de ciertas membranas podría ser beneficiosa para el desarrollo de biopelículas. Asimismo, todas las membranas de desalación recicladas permitieron el flujo de aire a través de ellas. Por lo tanto, el uso de estas membranas compuestas recicladas ofrecería una superficie sostenible y a bajo coste, óptima para la aireación a bajas presiones y sin burbujas. Posteriormente, las membranas recicladas también fueron capaces de desarrollar biopelículas multiespecie en el medio natural durante un afloramiento de cianobacterias. La comunidad bacteriana estuvo compuesta por una amplia diversidad de taxones y se encontraron la mayoría de las bacterias degradadoras de MC descritas hasta ahora. Por último, la difusión de aire a través de la membrana estimuló el crecimiento bacteriano y la degradación biológica de MC. Después, el sistema fue capaz de eliminar MC de fuentes agua con un uso potencial como agua de riego. Por lo tanto, se concluye que el concepto R-MBfR aborda la falta de tecnologías eficientes y sostenibles para tratar las MC de aguas con diferentes aplicaciones, mientras que a la vez contribuye a la economía circular, al proporcionar una nueva alternativa de reciclaje para todos los módulos de OI desechados en la actualidad.