Estudio de la producción de Productos Microbiológicos Solubles (SMP) en un cultivo de microalgas bajo condiciones operacionales de estrés

Abstract

[ES] La importancia de los recursos hídricos en el desarrollo socioeconómico, los ecosistemas y la supervivencia del ser humano combinado con las previsiones de cambio climáticos han hecho necesaria la búsqueda de nuevas formas de gestión de los recursos hídricos, entre ellas la reutilización de efluente de depuradora. Ésta se basa en un correcto tratamiento y depuración de las aguas residuales. Ya que los métodos tradicionales requieren un elevado coste energético y económico, además de no valorizar los contaminantes contenidos, han hecho necesaria la búsqueda de tratamiento alternativos.

Entre las distintas alternativas se encuentra la combinación de tratamientos anaerobios de membranas combinados con fotobiorreactores de membrana de cultivo de microalgas. Sus principales ventajas son su alta capacidad para la obtención de productos de valor añadido y su condición de sumidero de CO2. Entre las distintas capacidades de depuración encontramos la eliminación de nitrógeno y fósforo, bacterias coliformes y metales pesados, así como son acumuladoras de algunos compuestos, como organoclorados e hidrocarburos.

Sin embargo, uno de los principales problemas que presenta el empleo de fotobiorreactores es la separación de la biomasa algal, numerosos estudios señalan la filtración mediante tecnología de membranas como el método más competitivo. Uno de los principales problemas es el ensuciamiento o fouling, el cual provoca un descenso del flujo de permeado. Una de las principales causas de éste es la precipitación de compuestos orgánicos de alto peso molecular produciendo un biofilm sobre la membrana. El biofilm suele estar formado por las sustancias poliméricas extracelulares (EPS), las cuales engloban polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, ácidos húmicos y otras sustancias poliméricas. Las EPS pueden encontrarse en el interior de la pared celular (eEPS) o fuera, lo que se conoce como productos microbianos solubles (SMP).

Entre los distintos motivos por los que los microorganismos segregan EPS son factores ambientales de estrés. En el presente trabajo se ha estudiado que condiciones operacionales minimizan la producción y liberación de SMP, realizando estudios sobre cómo afectan factores como la temperatura, disponibilidad de nutrientes, modos de operación o la competencia con otros microorganismos, buscando soluciones para reducir los costes de mantenimiento y operación de los fotobiorreactores de membrana (MPBR).

[CA] La importància dels recursos hídrics al desenvolupament socioeconòmic, els ecosistemes i la supervivència de l'ésser humà combinat amb les previsions de canvi climàtics han fet necessària la recerca de noves formes de gestió dels recursos hídrics, entre elles la reutilització d'efluent de depuradora. Aquesta es basa en un correcte tractament i depuració de les aigües residuals. Ja que els mètodes tradicionals requereixen un elevat cost energètic i econòmic, a més de no valoritzar els contaminants continguts, han fet necessària la recerca de tractament alternatius.

Entre les diferents alternatives es troba la combinació de tractaments anaerobis de membranes combinats amb fotobiorreactors de membrana de cultiu de microalgues. Els seus principals avantatges són la seva alta capacitat per a l'obtenció de productes de valor afegit i la seva condició d'embornal de CO2. Entre les diferents capacitats de depuració trobem l'eliminació de nitrogen i fòsfor, bacteris coliformes i metalls pesants, així com són acumuladores d'alguns compostos, com organoclorats i hidrocarburs.

No obstant això, un dels principals problemes que presenta l'ús de fotobioreactors és la separació de la biomassa algal, nombrosos estudis assenyalen la filtració mitjançant tecnologia de membranes com el mètode més competitiu. Un dels principals problemes és l'embrutiment o fouling, el qual provoca un descens del flux de permeat. Una de les principals causes d'aquest és la precipitació de compostos orgànics d'alt pes molecular produint un biofilm sobre la membrana. El biofilm sol estar format per les substàncies polimèriques extracel·lulars (EPS), les quals engloben polisacàrids, proteïnes, àcids nucleics, lípids, àcids húmics i altres substàncies polimèriques. Les EPS poden trobar a l'interior de la paret cel·lular (EEPS) o fora, el que es coneix com a productes microbians solubles (SMP).

Entre els diferents motius pels quals els microorganismes segreguen EPS són factors ambientals d'estrès. En el present treball s'ha estudiat quines condicions operacionals minimitzen la producció i alliberament de SMP, realitzant estudis sobre com afecten factors com la temperatura, disponibilitat de nutrients, maneres d'operació o la competència amb altres microorganismes, buscant solucions per reduir els costos de manteniment i operació dels fotobioreactors de membrana (MPBR).

[EN] The importance of water resources in socioeconomic development, ecosystems and the survival of human beings combined with the predictions of climate change have made it necessary to search for new ways of managing water resources, including the reuse of sewage effluent. This is based on a correct treatment and purification of wastewater. Since traditional methods require a high energy and economic cost, in addition to not valuing the contained contaminants, they have made the search for alternative treatments necessary.

Among the different alternatives is the combination of anaerobic treatments of membranes combined with membrane photobioreactors of microalgae culture. Its main advantages are its high capacity for obtaining value-added products and its status as a CO2 sink. Among the different purification capacities we find the elimination of nitrogen and phosphorus, coliform bacteria and heavy metals, as well as accumulating some compounds, such as organochlorines and hydrocarbons.

However, one of the main problems that the use of photobioreactors presents is the separation of the algal biomass; numerous studies point to filtration through membrane technology as the most competitive method. One of the main problems is fouling, which causes a decrease in permeate flow. One of the main causes of this is the precipitation of organic compounds of high molecular weight producing a biofilm on the membrane. The biofilm usually consists of extracellular polymeric substances (EPS), which include polysaccharides, proteins, nucleic acids, lipids, humic acids and other polymeric substances. EPS can be found inside the cell wall (eEPS) or outside, which is known as soluble microbial products (SMP).

Among the different reasons why microorganisms secrete EPS are environmental factors of stress. In the present work it has been studied that operational conditions minimize the production and release of SMP, conducting studies on how they affect factors such as temperature, availability of nutrients, modes of operation or competition with other microorganisms, seeking solutions to reduce maintenance costs and operation of membrane photobioreactors (MPBR).