Disseny de bioprocessos híbrids nano-enginyers per al tractament d'aigües residuals

L'escassetat d'aigua dolça és una preocupació creixent, que impulsa l'exploració d'estratègies de reutilització de l'aigua. El tractament de les aigües residuals anaeròbies està guanyant popularitat a causa de les seves baixes necessitats energètiques i el potencial de recuperació de recursos. No obstant això, la seva aplicació en esquemes de reutilització de l'aigua està limitada per la lenta transferència d'electrons entre espècies, que dificulta la degradació de materials orgànics. A més, la presència de micropolluents orgànics (OMPs) - contaminants persistents amb efectes desconeguts a llarg termini - complica encara més el tractament anaeròbi per a la reutilització de l'aigua.
Aquesta tesi proposa una solució per superar aquests reptes introduint nanomaterials conductors de baix cost, específicament òxid de grafè (GO), per millorar la transferència d'electrons i la degradació de materials orgànics en el tractament biològic anaerobi. Els objectius de la recerca inclouen una avaluació exhaustiva d'estudis anteriors sobre sistemes biològics anaerobis modificats amb materials basats en grafè, avaluar l'impacte del GO en l'eliminació dels MPOs i la producció de metà a través de proves en lot, i avaluar els efectes de l'addicció de GO en experiments de cinètica de degradació a llarg termini.
Els resultats demostren la bioreducció del GO a òxid de grafè biològicament reduït (bioRGO) en un termini de 24 hores utilitzant un inòculum anaerobi mixt. No obstant això, l'addició de GO no millora significativament l'eliminació dels MPOs seleccionats, però inhibeix la formació dels seus productes de transformació. El GO també causa inhibició del biogàs a concentracions més altes. No obstant això, experiments posteriors utilitzant estratègies d'alimentació en lots van revelar que els efectes inhibidors sobre la producció de metà eren només temporals. Després d'aquesta fase inicial inhibida, es van observar millores significatives en la cinètica de degradació amb concentracions de GO superiors a 10 mgGO/gVS.
La tesi conclou que la combinació del tractament biològic anaerobi i el GO és prometedora per a sistemes en funcionament continu, però es necessita una recerca addicional. Cal realitzar avaluacions del cicle de vida del GO per prevenir la seva alliberació al medi ambient, i s'ha d'investigar els efectes a llarg termini sobre les comunitats microbiològiques i una gamma més àmplia de MPOs i els seus productes de transformació. Els futurs bioprocessos híbrids nanoenginyats haurien de tenir en compte aquests aspectes per desenvolupar configuracions en funcionament continu capaces de retenir el GO alhora que garanteixen un tractament biològic anaerobi sostenible i efectiu per a la reutilització de l'aigua.

Lectura de la tesi: 11/12/2023, per videoconferència (informació extreta de l’Agenda activitats de la web Escola de Doctorat)